基于VSM的預制構件生產優化

傅青青

(上海隧道工程有限公司，上海 200137)

J基地作為某國有預制構件生產企業下屬的一個主要生產基地，占地約160畝，年產能200 000 m3。基地主要為上海各市政類工程提供預制構件產品，其生產的大直徑預制管片占據上海市場份額的90%以上。但隨著其他同行業企業進入上海市場，行業內的價格及份額的激烈競爭使企業利潤空間越來越小，J基地亟需對生產模式和管理方法進行改進優化，實現提升產量的同時降低成本。

1 基地生產現狀分析

1.1 現狀信息收集

為使用VSM價值流圖對生產狀況進行分析，從基地的生產記錄及生產信息系統中采集了相關數據，獲取到如下信息作為價值流現狀圖的繪制依據。

1)客戶需求：根據每臺盾構推進40 mm/min、管片現場拼裝5 min/塊計算，工程配置盾構2臺，管片環寬2 m，8分塊/環，盾構現場管片需求量為10環/日。

2)供應商信息：鋼筋原材料的平均交貨期為5天。

3)工作時間：平均工作日為26天/月；班次為2班/天；每班工作10.5 h。

4)生產物料計劃信息如下。

預測客戶訂單頻率：1月/次；接收客戶訂單頻率：1天/次；預測采購訂單頻率：1月/次；發送采購訂單頻率：1周/次。生產計劃按周計劃發送。

5)生產信息：生產數據的收集是從出庫發貨開始，從下游工序返回到上游工序，并持續到供應商[1-2]。用秒表記錄產品的生產周期，觀測員工數量，記錄設備的等待時間等(見表1)。

表1 生產信息統計表

1.2 價值流現狀圖

選定管片作為分析的產品族并收集生產線各道工序的相關數據后，繪制出預制管片的現狀流程圖(見圖1)。

圖1 預制管片價值流現狀圖

1.3 價值流現狀圖分析

根據繪制的價值流現狀圖計算出增值時間(AT)、非增值時間(UT)和增值時間比率(i)。根據增值時間比率判斷生產過程中浪費的程度[3]。

增值時間：

(1)

非增值時間：

(2)

增值時間比率：

(3)

通過分析價值流現狀圖發現生產車間主要存在如下浪費現象。

1)過度生產產生的浪費：J基地目前的堆場配置可容納約500環管片；為滿足生產現狀，需外借約40 000 m2的堆場，大大增加了庫存成本。

2)庫存產生的浪費：在生產過程中主要在鋼筋半成品積壓、鋼筋骨架積壓和蒸汽養護工序中存在在制品庫存積壓的現象。

3)等待產生的浪費：根據當前價值流程圖中秒表法測出的各工序生產時間，計算J基地的流水線生產平衡率為：

(4)

該平衡率屬于較低的數值，繼續分析可發現人機配合程度低是造成等待生產浪費的主要原因。

4)搬運產生的浪費：鋼筋骨架的運輸路徑會臨時占用流水線部分生產區域，造成車間“亂流”情況，降低了運輸和生產效率。

5)生產中產生的浪費：工人根據每周生產計劃，按產品型號進行鋼筋加工。管片按環生產，造成400塊不成環管片的鋼筋半成品堆積；工序布置浪費。價值流中反應在混凝土澆搗工位存在1個待澆搗在制品庫存。

2 基于精益思想的改善設計

為改善上述問題減少浪費，有針對性地從如下3個方面著手考慮設計改善方案。

1)確定生產節拍。按照客戶需求，管片的每日計劃產量(Op)為80塊，按照原生產線的狀況工人需要2班作業，每班工作時間10 h，即每日工作時間(Tp)為20 h，即

(5)

考慮到現有節拍存在蒸養浪費及工人作業時間過長等問題，因此考慮根據節拍計算表來設計未來生產節拍。

2)確定一件流的生產過程。建立看板管理來協助生產方式由推動式生產轉變為拉動式生產模式，每日的生產計劃送達到工藝流程的末端，最后一道來拉動前道工序的生產。加強在制品庫存的管理，設計超市及安全庫存進行有計劃的提取材料，重點關注鋼筋半成品加工及鋼筋骨架的庫存。

3)生產均衡化。調整流水線工序，縮短生產周期，重點調整混凝土澆搗時間、蒸汽養護時間，使生產線更平衡；同時通過優化生產車間布局，使車間物流線路更合理暢通，以縮短搬運距離，減少搬運次數。

3 基于精益工具的改善優化

3.1 基地布局優化

通過現場調研及價值流分析，擬通過基地布局優化解決存在的鋼筋運輸路徑不暢通、在制品及成本堆積過多等問題。

1)調整鋼筋加工區的位置，移至三號車間，使其更靠近前后工序以減少搬運時間。

2)一號車間增設一個面積為2 000 m2的養護池，可以容納560塊管片，解決夜間管片堆放在流水線車間的問題，并減少二次搬運浪費。

3.2 生產平衡性優化

通過識別出如下工序存在的等待浪費，根據深入分析造成等待浪費的原因，針對性制定各工序等待浪費的改進方法。

1)混凝土澆筑振搗工序的等待浪費?？紤]將混凝土澆搗工序拆分成布料及振搗2個工序，即在布料工序中混凝土先兩端后中間均勻布料，并分層布料，等兩端布料完成后移至再振搗工位。同時將混凝土料斗容量由1.8 m3擴展為2.5 m3。

2)收水工序的等待浪費。將混凝土振搗及收水時間分別調整為布料時間7 min，振搗時間5 min，一次收水時間12 min，二次收水時間12 min，三次收水時間10 min；并結合下道工序蒸養要求，可將生產節拍調整為12 min。

3)蒸養工序的等待浪費。蒸養工序時間超過標準要求，不僅造成生產浪費，也增加了能耗，調整生產節拍后的蒸養曲線符合管片蒸養工藝的技術標準。

在進行工序及工作時間的調整時，需同步考慮作業人員人數的配置[4]。同時部分工位上存在多人進行多項作業，分工不明確，導致工作效率低下，也應對工序進行細分，明確工作內容要求并交底。原流水線上的一線工作人員為22人，調整后減少至18人，調整后的各道工序人員配置見表2。

表2 各道生產工序人員分配表

通過一系列生產工序優化，重新調整了各工序的作業人員數量，并重新測試工序操作時間，將瓶頸時間減少為12 min，根據生產線平衡率計算式可得：

(6)

較優化前的平衡率提高了22.5%，達到了設定的目標。

3.3 建立安全庫存

為防止施工方由于施工過程中的各種臨時調整(如臨時大量訂貨或停工造成的延期交貨)對生產計劃的影響，需要在生產規劃中設置安全庫存。根據歷史數據，結合盾構推進的經驗，單臺大盾構推進時管片的安全庫存周期最佳為40天，單日最高需求量為10環。綜合考慮施工單位的進度要求及流水線生產實際，設置安全庫存為320環，雙線同時推進為640環。

4 優化結果分析

在經過為期半年的現場調查分析、對車間生產現狀采用VSM進行分析，找出存在的問題，結合精益思想設計優化思路，運用精益工具落實具體方案，通過改善優化不僅簡化了車間生產流程，降低了生產提前期，流水線的作業時間、人員人數、庫存量等生產因素都有明顯的改善，改善前后指標對比見表3。

表3 改善前后對比

5 結語

本文通過現場調研和數據采集，繪制了預制構件車間的價值流現狀圖，深入分析了生產中存在的問題。通過精益思想設計改善方案并繪制出價值流未來圖，最后采用生產布局優化、JIT庫存管理、生產線平衡等精益工具實現浪費的消除與改善，有效提高了預制構件生產車間的生產效率，降低了生產成本。研究表明，對于預制構件生產企業，利用價值流圖結合精益工具來改善優化生產車間的工作非常有效，具有較大的指導價值和參考意義。