離散型鈑金加工車間精益生產體系的構建

文/資明庚，張濤，林培杰·珠海格力電器股份有限公司

導 語

精益化是制造業管理改善的基石，在現代化企業管理過程中突顯了重要的應用地位，是傳統制造業企業轉型升級的必由之路。以商用空調鈑金零件生產為例，其訂單涉及多個工序流轉加工，設備呈離散型分布，現場物料堆積嚴重，訂單流轉效率低下，為解決這一困境，本文主要介紹精益生產在離散型鈑金加工過程中的應用，通過產品精益設計，構建從計劃調度、資源管理、工序價值流、物流倉儲等多個維度的創新融合，建立前后工序高效精準拉動系統，實現從訂單排產到生產管理、物流倉儲的全流程精益生產體系。

隨著全球化的發展浪潮不斷推進，客戶需求也日益趨向個性化、多樣化，訂單交付周期越來越短，庫存成本越來越高，企業運營過程中的各種資源浪費不斷浮出水面，發展壓力也隨之增大。傳統的離散型生產模式容易形成孤島作業，物料得不到及時流轉，生產過程中各種浪費層出不窮，產品質量得不到穩定有效的保障，對于企業的發展極為不利，開展精益生產管理的研究應用成為必然之舉。

精益生產的核心理念是消除一切無價值的浪費現象，需要通過不斷提高產品質量、降低運營成本、增強生產柔性化、實現無廢品和壓縮庫存等保障企業在市場競爭中的成本優勢。精益化生產的主要收益類型如圖1所示。基于精益生產的理念，改善工廠的輸入、生產過程、輸出等關鍵環節，以生產計劃為主線優化配置物料資源、人員結構、生產線類型和物料流轉，通過精益布局、標準化管理、信息化系統、自動化裝置等手段相結合，實現生產過程中的JIT，即各類型物料按照規定的節拍傳遞到需求方，降低中間產品的存放時間，實現生產相關的排程、物流、人員等資源高度契合，使生產過程整體最優化，消除無效勞動與浪費，有效利用資源，達到用最少的投入成本實現最大產出效益的目的。

圖1 精益化生產的主要收益類型

應用背景

商用空調訂單以定制化為主，其鈑金零件生產加工過程復雜，訂單涉及到計劃明細以及原材料開料、線邊材料庫、沖床加工、激光加工、折彎加工、訂單齊套、鉚接加工、點焊、焊接、打磨、入庫等11個工序站點的物料流轉，部分零件還需運轉到沖壓區進行成形加工，是典型的離散型生產模式，且在冊零件種類多達數萬種，對應的打包膜、膠帶、標簽、固線鉤、鉚釘、焊條等生產輔料種類繁多，工序間物料周轉頻繁，易造成現場物料混亂堆積。

為找到問題關鍵影響因素，結合帕累托圖、因果圖等輔助工具，采用精益動素分析法，對離散型鈑金加工車間實際有效加工時間進行測算，其中不增值的作業時間占比高達24.6%，9.6%的時間浪費在等待物流轉運過程，5.2%的時間浪費在確認訂單物料操作過程，9.8%的時間用于切換零件種類，訂單庫存率高達21.5%，訂單平均備料期超過5天，一次合格率RTY低于75%，設備綜合效率OEE不足70%（綜合效率=時間開動率×性能開動率×合格品率），設備OEE影響因素測算圖如圖2所示。

圖2 設備OEE影響因素測算圖

現狀調研與數據分析

經過對以上問題進行溯因分析，得出圖文變更頻繁、設備布局不合理、計劃調度管理混亂、信息交互不及時、原材料編程浪費嚴重這五大末端因素為關鍵影響因素，這些因素的差異波動最終導致質量合格率下降、生產成本升高。

圖文變更頻繁

商用空調鈑金件圖文資料采用PLM系統進行管理，為減少系統管理過程的圖文簽審環節，設計員擁有直接上載圖文權限，隨著數據量的日積月累，導致零件圖文種類繁多，各系列設計偏差大，加工時需花費更多時間進行圖文分解與信息核對，設備加工參數調整頻繁，檢驗過程也同樣耗時耗力，占用大量生產時間。

設備布局不合理

商用空調鈑金件各加工設備采用集群布置方式，即同種設備集中布置在一起，備件模具統一管理，每個集群設備配置一名工序組長，進行作業管理與工作分配。但實際上備件更換期較長，模具大多為通用型，一般進行月度維護，且每個組長還需按訂單進行任務分配，這無疑增加了管理的重復性，導致現場物料流轉速度慢，耗費大量管理人員。

計劃調度混亂

商用訂單復雜，計劃下層涉及到數十種組件，對應上百種散件，計劃調度過程由人工編排推動，每日按時區導出ERP訂單，再進行BOM物料分解，采用Excel表格制作生產計劃明細，再通過郵件的形式傳達到數控編程組，編程結束再放到網絡共享文件夾，還需通過郵件通知更新狀態。整個計劃調度過程信息準確度不受控，存在錯記、漏記等現象，各計劃均以鈑金日計劃紙質訂單形式在工序間傳遞并以郵件及微信形式上報完工，調度員無法有效監控生產進度，耗費大量人力管理且生產狀態更新滯后，生產過程不透明。

進度信息滯后

訂單加工時員工采用圖文系統查看工藝資料，采用網絡文件夾查看加工程序，采用工時系統進行任務登記，采用紙質單查看計劃明細，采用手寫單記錄生產進度，采用紙質單記錄檢驗信息，操作繁瑣，生產信息在各大軟件系統之間產生壁壘，無法有效監控，信息未能實現交互聯通，導致后工序等待浪費嚴重。

無論是林毅夫教授還是我們在課上探討的結論，都可以看出我們并沒有對理論盲目的尊崇，也沒有認為理論是絕對正確的，而是將理論一分為二的看待，有時候理論與經驗是相輔相成的，有時候理論與經驗是背離的。從這點我們可以看出，經濟學與教育學對于理論與經驗問題的看法是一致的，教育學并不是孤立存在的，它與其他學科是有互通的。

原材料排布浪費

不同訂單的零件種類存在較大差異，這其中也包括了零件材質，零件需要排布在原材料上進行加工，而數控編程是將圖形轉換為設備機器語言，進而由設備識別加工路徑，但傳統的編程基本按訂單進行排布，原材料規格種類繁多，離散訂單在編排過程中產生大量邊角空間，這些邊角最后被當作廢品回收處理，造成大量成本浪費。

針對商用鈑金車間當前生產現狀，從計劃排程、設備布局、生產線配置、訂單齊套、物流轉運等層次開展全流程作業數據調研，累計識別現場不增值浪費點167項，其中現場作業類54項、物料轉運類32項、信息傳遞類21項、拆垛碼垛打包類42項、其他問題18項，并劃分4大浪費等級，工序作業測算見表1。通過數據測量與分析實施改善決策，商用空調鈑金加工車間精益生產體系將重點圍繞以上關鍵問題進行打造，采用ECRS方法取消、合并、簡化、重排各類關鍵影響因素，利用較小投入實現產出效益最大化。

表1 鈑金加工流程動作時間測算表

精益生產體系構建

精益生產體系構建實質上為價值流增值系統構建，包括價值鏈驅動、全員參與、零件質量、標準化管理與持續發展規劃五大版圖，其拼圖模型如圖3所示，對應了精益化產品設計、JIT訂單拉動系統、生產現場6S管理、作業看板管理、信息化管理系統、精益物流倉儲系統等具體應用。

圖3 精益價值流驅動系統版圖

精益化產品設計

為滿足市場對產品定制化、多樣化的需求，同一規格的空調產品需設計多款型號，搭載不同的外觀與功能，應對不同的使用場景，這就導致配套的鈑金零件種類繁多，圖文設計變更頻繁，生產切換頻繁，大量時間與加工資源浪費在不增值的校準、編程、工裝、模具切換步驟。為提升不同型號產品配套鈑金件的兼容性，需對產品進行精益設計標準化管理，采用仿真設計與模擬生產等先進技術，優化設計結構，減少生產輔料的使用，并從源頭確定各型號產品對應的X系列鈑金零件結構通用化特征及同系列零件模塊化的BOM電子清單管理。

通過BOM的標準化制定，消除因設計員或設計理念的變化對成熟產品的結構特征變化，其對應的物料編號進行分類分族，嚴格進行設計圖文下發簽審。實際生產過程中，零件的外形設計應與設備的加工性能相匹配，有些零件在滿足尺寸裝配要求的情況下無法在現有設備進行加工或加工質量不符合控制限，因此零件的設計審核者應當熟悉應用設備，保障零件的各項參數能夠正常生產，保障加工工藝符合現有生產條件，并形成該系列精益設計標準文件，減少因加工浪費造成的交期延后問題。通過產品模塊化精益設計，能夠大大縮短設計周期，提升設計面向生產的保障能力，有利于建立新人標準化培養體系，縮短新人培訓周期。

JIT訂單拉動系統

JIT生產方式的基本思想是“只在需要的時候，按需要的量，生產所需的產品”，即按照總裝的需求進行生產，不斷壓縮庫存周期，按需配送。傳統的生產方式以產量作為生產系統能力衡量標準，配置超額的生產物料和人員、設備，遇到訂單變更或淡季，設備稼動率直線下降，人員的不增值活動增加，而JIT要求生產計劃和庫存管理以準時生產為出發點，以客戶需求為導向，總裝廠作為鈑金配套的企業內部客戶，客戶只有在收到所需的產品或服務才會為此付款，因此企業JIT訂單拉動系統對配套廠的生產物料采用日結、周結、月結的方式，其依據就是總裝產品的落地數量對應的零部件需求數量，實現精準的物料核算與財務核算，有效暴露了生產過量、零件原材料報廢和其他相關方面的浪費。

鈑金生產的各大工序也同樣采用JIT的思想，規范工藝流程指導工序流轉，由后工序的需求為前工序的生產依據，拉料人員平行準備訂單、材料，具體到機臺的生產，拉動原材料的周轉，拉動半成品的周轉，實現精準生產，保質保量。

此外，拉動系統還配置了均衡化生產線概念，該生產線定義為工藝相關的所有工序合集，包括了原材料配置、設備配置、物流路線配置，即產能匹配的各工序組成保障該訂單生產的柔性線體，線體依據拉動系統的訂單交付周期進行配置，各工序設備完成訂單后即投入到新的均衡化生產線，均衡化生產線的組建需按照實際的工時定額標準進行單設備、單工序的能力測算，形成各工序設備的能力檔案庫，由訓練有素的員工操作設備。其區別于傳統的沖壓連線式生產線，是符合商用訂單多工序、多加工特征的柔性化生產配置方案，能夠實現快速的生產響應。

信息化管理系統

信息化作業看板是指導各機臺生產的依據，其具體到機臺的生產任務，按照工序流鏈接離散分布的設備，并在計劃層面進行訂單對應到生產線的均衡化分解。信息化管理系統與公司現有系統（ERP、MES、WMS、PDM、BAAN查詢系統、設備SCADA聯網系統、設備基礎文檔管理系統、人力資源）等系統相鏈接，方便管理人員與操作員工實時查詢到生產所需的工藝圖文、加工程序信息，并能快速生成進度報表、產出報表、質量報表等，通過信息化管理系統建立資源蓄水池，預先優化資源在各訂單的配置，避免特殊情況導致的各工序生產節拍不匹配，減少人工干預，解決現場管理薄弱環節，優化作業流程，提高生產過程管控效率。

看板管理作為生產管理信息化的重要體現，分為管理崗位看板和生產崗位看板，生產崗位看板顯示當前任務信息和下個訂單準備信息，包括對應的操作標準、工藝圖文、加工程序、工裝容器、設備參數、生產報工、質量點檢及下個訂單等生產所需信息；管理崗位看板能夠清晰地顯示人員配置狀況、當前訂單生產進度、設備運行狀態、質量檢驗數據，可根據周期或訂單生成對應的原材料報表、質量報表、人員出勤報表、整體設備OEE數據及能耗數據等，有效提高了生產系統過程控制能力，實現即時、高效、準確的精細化生產管理。

鈑金各工序的生產都離不開設備的使用，設備聯網管理是生產數據采集的基礎，是精益生產管理重要的組成部分，設備生產集中聯網管理流程如圖4所示，通過設備集中聯網管理，將離散型的設備連線到信息化數據網絡系統，形成設備群管理，以設備為中心進行生產管理與資源配置優化，包含設備信息維護、異常信息推送、運行狀態記錄等功能，對制品流入流出情況進行更新，實時顯示制品工序流轉情況，推送到班組長，指導班組長決策，方便生產現場的快速調整。

圖4 設備生產集中聯網管理

精益物流倉儲系統

精益生產的核心在于價值流，對于多工序的分布狀態，價值流體現在加工過程中的物料增值流轉，高效的物流系統則是保障持續價值流的關鍵所在。精益物流倉儲系統基于精益化的設備布局，設備按照工序流進行布置，從原材料到訂單齊套入庫均按照最短路線原則，為減少多個訂單對設備切換的影響，設備群可按料厚進行搭建，同一材質相同料厚的零件對應的設備加工參數與模具相同。

工序之間的物料流轉同樣采用拉動式，信息化系統的工序流指導車間的物料運輸，即采用公交站點的方式對應到具體設備，訂單工序流對應的設備節點為物流的起始點或終止站點，運送到對應節點后由操作人員確認訂單接收信息，系統自動更新物料流轉狀態，整個流轉過程清晰可見，物流系統則相當于虛擬乘務員。

WCS倉儲管理系統負責整體的訂單出入庫管理，實時更新各類物料的庫存，為生產計劃制定提供數據參考，減少庫存產生。為消除人工查賬與配送周期不足，在保障訂單安全周期的同時最大限度發揮車間產能，WCS倉儲管理系統按照總裝上線時間對訂單進行出庫提示，配送人員按照提示確認出庫即可，是實現內部訂單拉動的重要保障。

結束語

通過對離散型鈑金加工車間精益生產體系的構建與應用，各類浪費現象得到明顯改善，設備OEE提升了6.7%，庫存降低了14.2%，訂單交貨周期縮短了12.1%，但持續改善不會停止，面對客戶市場的不斷細分，需要更多地融入利益相關方的智慧，通過平衡積分卡構建從供應商到客戶的全周期精益生產服務體系，指導企業的各項資源優化配置與持續改進，并將企業經營過程中產生的各類價值準確地傳遞給利益相關方，形成信息時代的精益生產良性循環。