基于精益生產(chǎn)的工廠產(chǎn)線設(shè)計方法

徐文強(qiáng) 黎志雄 熊江偉 郭倫軍

（1.安徽精工智能系統(tǒng)有限公司，安徽 合肥 230000；2.廣州市浩洋電子股份有限公司，廣東 廣州 511450；3.寧德時代新能源科技股份有限公司，福建 福鼎 355203）

0 引言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，市場需求已發(fā)展到了多元化、個性化時代，在全球經(jīng)濟(jì)化的背景下，如何適應(yīng)高速發(fā)展的市場需求是一場全世界范圍內(nèi)的生存競爭，能迅速生產(chǎn)出市場需要的質(zhì)優(yōu)價廉產(chǎn)品的企業(yè)才能夠長久生存下去。面對先進(jìn)的國際制造業(yè)，國內(nèi)企業(yè)普遍存在生產(chǎn)方式落后、缺乏管理技術(shù)的情況。在工廠里，生產(chǎn)線是產(chǎn)品形成的重要陣地，如何保證產(chǎn)品能夠高效地產(chǎn)出？針對產(chǎn)品設(shè)計適合的產(chǎn)線是非常重要的因素。

精益生產(chǎn)是指運(yùn)用多種現(xiàn)代管理方法和手段，以社會需要為依據(jù)，以充分發(fā)揮人的積極性為根本，有效配置和使用企業(yè)資源，以徹底消除無效勞動和浪費(fèi)為目標(biāo)，最大限度地為企業(yè)謀取經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)方式。通過在產(chǎn)線設(shè)計階段結(jié)合精益思想，采用工業(yè)工程的工作研究、作業(yè)測定等方法，先對現(xiàn)有的作業(yè)方法、工藝流程等分析，再根據(jù)ECRS（取消、合并、重排、簡化）原則，排除掉不合理、不增值的浪費(fèi)，制定更經(jīng)濟(jì)、更高效的作業(yè)流程，并以此作為產(chǎn)線設(shè)計的基礎(chǔ)，從而保證產(chǎn)線的精益化、高效化。

該文以A公司的其中一個車間（終端車間）為研究對象，詳細(xì)描述制造工廠產(chǎn)線的設(shè)計方法。

1 需求分析

1.1 未來目標(biāo)產(chǎn)值

A公司主要生產(chǎn)產(chǎn)品為終端及工控、配電、智能電工3大類產(chǎn)品，依據(jù)公司2019年、2020年、2021年連續(xù)3年的銷售業(yè)績，公司制定2023年的銷售目標(biāo)為100億，其中終端及工控產(chǎn)品2023年銷售目標(biāo)40.96億元。終端及工控產(chǎn)品為A公司核心產(chǎn)品，且品種較多，目前產(chǎn)線生產(chǎn)過程資源浪費(fèi)較大，產(chǎn)線產(chǎn)能較低。該文以終端及工控產(chǎn)品為研究對象，對其產(chǎn)線進(jìn)行精益設(shè)計。A公司各產(chǎn)品銷售業(yè)績及銷售目標(biāo)見表1。

表1 A公司2019—2023年銷售業(yè)績及目標(biāo)

1.2 需求產(chǎn)能分析

通過對終端及工控產(chǎn)品的各產(chǎn)品型號2019—2022年的日產(chǎn)能進(jìn)行分析，以及結(jié)合2023年的銷售目標(biāo)，對終端及工控各產(chǎn)品型號2023年的日產(chǎn)能目標(biāo)分解見表2，確定各產(chǎn)品2023年需求量，以便進(jìn)一步分析。

表2 各產(chǎn)品型號未來需求產(chǎn)能

2 產(chǎn)品PQ分析

從產(chǎn)品種類上看，A公司的終端及工控產(chǎn)品屬于多品種產(chǎn)品，需要進(jìn)一步明確改善重點(diǎn)對象，對各產(chǎn)品2023年產(chǎn)能目標(biāo)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其中NDB1-63產(chǎn)品日產(chǎn)量193534件，產(chǎn)量占比總產(chǎn)量66.2%；NDB1L-32產(chǎn)品日產(chǎn)量32094件，產(chǎn)量占比總產(chǎn)量11%，這兩款產(chǎn)品累計占總產(chǎn)量的77.2%，為終端車間的主要產(chǎn)品（大批量）；NDG1、NDB1-125產(chǎn)品產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的6.2%、6%，為終端車間的次要產(chǎn)品（中批量）；其余6款產(chǎn)品合計占總產(chǎn)量的10.64%，為終端車間的多品種小批量產(chǎn)品。終端車間各產(chǎn)品產(chǎn)量占比見表3。

表3 終端車間各產(chǎn)品產(chǎn)量占比

對各產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行帕累托圖分析，以明確各產(chǎn)品產(chǎn)量類別，分析如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品帕累托圖數(shù)據(jù)分析

3 產(chǎn)品PR分析

3.1 識別產(chǎn)品族

為保證產(chǎn)線適合產(chǎn)品生產(chǎn)，通過對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，產(chǎn)品從上線到下線一共經(jīng)過13道工序的加工，10款產(chǎn)品可根據(jù)生產(chǎn)工藝細(xì)分為3個產(chǎn)品族：噴碼移印、僅噴碼、僅移印，為保證產(chǎn)線滿足且適合產(chǎn)品生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過程資源浪費(fèi)，杜絕后期的產(chǎn)線改造，須對不同產(chǎn)品族針對性設(shè)計產(chǎn)線，確保產(chǎn)線最優(yōu)化。各產(chǎn)品工藝分析見表4。

表4 終端車間各產(chǎn)品工藝分析

3.2 產(chǎn)線設(shè)計思路

結(jié)合產(chǎn)品的PQ-PR分析，可以看出終端車間的主要產(chǎn)品（NDB1-63、NDB1L-32）同屬于“噴碼移印”產(chǎn)品族，產(chǎn)品批量大且工藝統(tǒng)一，可針對設(shè)計自動化線體，采用先進(jìn)的自動化智能化設(shè)備進(jìn)行加工裝配，提高生產(chǎn)效率和制造水平，減少作業(yè)人員投入；針對次要產(chǎn)品（NDG1、NDB1-125）同屬于“僅噴碼”產(chǎn)品族，產(chǎn)品批量較大且工藝相對統(tǒng)一，可對應(yīng)設(shè)計柔性半自動化線體，專用件人工組裝，通用件自動化裝配，兼顧柔性和效率，實(shí)現(xiàn)中批量產(chǎn)品的快速切換和高效生產(chǎn)；針對多品種小批量產(chǎn)品同屬于“僅移印”產(chǎn)品族，可對應(yīng)設(shè)計柔性生產(chǎn)線體，零部件在線組裝，對崗位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，確保產(chǎn)線工序節(jié)拍平衡，實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品工藝共線生產(chǎn)。

下文以終端車間主要產(chǎn)品NDB1-63產(chǎn)品為例，詳細(xì)介紹線體設(shè)計過程。

4 生產(chǎn)線體設(shè)計

4.1 確定產(chǎn)線節(jié)拍

產(chǎn)線精益設(shè)計是為了在滿足需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行高效生產(chǎn)，所以需要先確定需求節(jié)拍（），即為滿足需求生產(chǎn)一件產(chǎn)品的時間，NDB1-63產(chǎn)品日需求193534件，A公司每天出勤工時21h（雙班），可算出NDB1-63產(chǎn)品產(chǎn)線為0.39s

4.2 產(chǎn)品作業(yè)測定

為保證產(chǎn)線生產(chǎn)高效，須進(jìn)一步研究產(chǎn)品生產(chǎn)流程作業(yè)內(nèi)容以及作業(yè)時間，采用錄像觀測法對產(chǎn)品作業(yè)進(jìn)行時間測定，確定每個工序作業(yè)時間見表5。NDB1-63產(chǎn)品傳統(tǒng)產(chǎn)線采用流水作業(yè)方式，分有12個作業(yè)崗位，每個崗位1個作業(yè)人員，主要依靠人工作業(yè)，可以明顯看出，產(chǎn)線生產(chǎn)瓶頸工位為裝配組件崗位，瓶頸節(jié)拍17.72 s，小時產(chǎn)能（UPH）為203件/h，產(chǎn)線產(chǎn)能遠(yuǎn)低于需求產(chǎn)能，無法滿足未來需求；且產(chǎn)線平衡率42.3%，各工序作業(yè)節(jié)拍嚴(yán)重不平衡，造成生產(chǎn)過程人員等待、設(shè)備利用率低等浪費(fèi)，不利于產(chǎn)能進(jìn)一步擴(kuò)張。

表5 NDB1-63產(chǎn)品作業(yè)時間

4.3 作業(yè)改善

通過對NDB1-63產(chǎn)品生產(chǎn)流程的作業(yè)動作進(jìn)行進(jìn)一步分析，基于動作經(jīng)濟(jì)原則并結(jié)合自動化模擬驗(yàn)證，對各工序在“取消、合并、重排、簡化”等優(yōu)化基礎(chǔ)上，再模擬導(dǎo)入自動化，消除作業(yè)中的浪費(fèi)動作，以提高產(chǎn)線生產(chǎn)效率，同時保證設(shè)備高利用率運(yùn)作，減少產(chǎn)線人力投入。對NDB1-63產(chǎn)品作業(yè)流程共制定12項(xiàng)改善方案見表6。

表6 NDB1-63產(chǎn)品作業(yè)改善方案

4.4 線體崗位設(shè)計

對NDB1-63產(chǎn)品優(yōu)化后的作業(yè)進(jìn)行重新排崗見表7，產(chǎn)線采用全自動化線體，共設(shè)置17個作業(yè)崗位，其中16個崗位采用自動化作業(yè)，線體作業(yè)人數(shù)1人（打包），產(chǎn)線瓶頸節(jié)拍（CT）1.58s，UPH為2278件/h，滿足未來產(chǎn)能需求；同時產(chǎn)線平衡率達(dá)到86.2%，各工序生產(chǎn)節(jié)拍均衡化，消除生產(chǎn)過程中的人員等待、設(shè)備閑置等浪費(fèi)，基本達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。

表7 NDB1-63產(chǎn)品自動化產(chǎn)線

傳統(tǒng)NDB1-63產(chǎn)線主要為人工流水作業(yè)，共設(shè)置12個作業(yè)崗位，每個崗位1個作業(yè)人員，線體總?cè)藬?shù)12人，瓶頸節(jié)拍17.72s，小時產(chǎn)能（UPH）為203件，線體平衡率42.3%，產(chǎn)線產(chǎn)出低且生產(chǎn)過程浪費(fèi)大，不適用于未來產(chǎn)量高速擴(kuò)展。

精益NDB1-63產(chǎn)線對比傳統(tǒng)產(chǎn)線，從3個方面可明顯看出優(yōu)勢：1）產(chǎn)線人力投入少。產(chǎn)線采用全自動化線，整條線體投入人數(shù)1人，再輔以1人用于設(shè)備裝料即可，人員較傳統(tǒng)產(chǎn)線減少10人/線。2）產(chǎn)線產(chǎn)出效率高。產(chǎn)線瓶頸節(jié)拍（CT）1.58 s，UPH為2278件/h，產(chǎn)線效率較傳統(tǒng)產(chǎn)線提高1022%。3）產(chǎn)線平衡浪費(fèi)小。產(chǎn)線共設(shè)置17個作業(yè)崗位，將瓶頸崗位進(jìn)行拆分簡化，產(chǎn)線平衡率達(dá)到86.2%，較傳統(tǒng)產(chǎn)線平衡率提高43.9%。

綜上所述，基于產(chǎn)品分析設(shè)計的精益產(chǎn)線相較傳統(tǒng)產(chǎn)線在人力投入、產(chǎn)出效率和產(chǎn)線平衡方面有明顯優(yōu)勢，更能滿足企業(yè)的快速發(fā)展需求，同時，在行業(yè)激烈的市場競爭下，企業(yè)能夠展現(xiàn)先進(jìn)的制造水平和高效的生產(chǎn)能力，以便于獲取更多的市場份額，保證企業(yè)長久持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語

針對產(chǎn)品設(shè)計精益產(chǎn)線是保證產(chǎn)品高效產(chǎn)出的關(guān)鍵，在產(chǎn)品投產(chǎn)前期，就需要科學(xué)地對產(chǎn)品進(jìn)行分析，將產(chǎn)品分族針對性設(shè)計產(chǎn)線、對產(chǎn)品作業(yè)進(jìn)行分析合理排崗，可有效提高產(chǎn)線產(chǎn)能及產(chǎn)線平衡率。該文從精益生產(chǎn)的角度對工廠產(chǎn)線設(shè)計進(jìn)行系統(tǒng)分析，針對產(chǎn)線設(shè)計提出的方法，對工廠產(chǎn)品投產(chǎn)前的線體設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。在A公司產(chǎn)線設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)因車間物流迂回造成人員走動浪費(fèi)大，此問題主要原因?yàn)檐囬g布局不合理、不連貫，筆者將繼續(xù)開展車間精益布局方面的研究。