一種單元式柔性生產(chǎn)方式的設(shè)計方法

尚志武 趙道致 王太勇

（①天津大學管理工程學院，天津 300072;②天津大學機械工程學院，天津 300072）

一種單元式柔性生產(chǎn)方式的設(shè)計方法

尚志武①②趙道致①王太勇②

（①天津大學管理工程學院，天津 300072;②天津大學機械工程學院，天津 300072）

基于單元式柔性生產(chǎn)方式的理論理念，結(jié)合企業(yè)從事單元式柔性生產(chǎn)方式研究開發(fā)的實際工作經(jīng)驗，以及企業(yè)制造革新流程及高新技術(shù)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的實際情況，理論結(jié)合實際，通過對單元式柔性生產(chǎn)理論和方法的分析，提出了一種單元式生產(chǎn)方式的詳細設(shè)計方法和解決方案，給出了各階段詳細的設(shè)計方案和步驟。該方法已在某世界500強企業(yè)單元式生產(chǎn)方式改造項目中成功應(yīng)用，對于企業(yè)建立單元式生產(chǎn)方式和生產(chǎn)線的改造有著十分重要的意義。

單元式 生產(chǎn)方式 設(shè)計 方法

如何最大程度地減少整機庫存、縮短交貨周期和如何實現(xiàn)制造企業(yè)人員最大效率化運營，直接影響到企業(yè)的制造競爭力，現(xiàn)今已成為各企業(yè)提高企業(yè)競爭力需要改善的課題。如何和企業(yè)的利潤相結(jié)合，從制造革新角度進行研究并提出解決方案有著重要的意義［1］。

隨著科技的飛速發(fā)展、市場的高速變化和產(chǎn)品的需求多樣化，市場對產(chǎn)品的需求已經(jīng)從少品種、大批量的產(chǎn)品剛性需求向多品種、功能多樣化、小批量的柔性需求轉(zhuǎn)化?；诖?，企業(yè)對應(yīng)實行單元式柔性生產(chǎn)方式成為必然的趨勢。如何基于柔性生產(chǎn)方式理論，結(jié)合市場的需求和企業(yè)的實際情況，建立一種多品種、小批量、變種、變量、高效實用的生產(chǎn)方式，以實現(xiàn)企業(yè)的制造效率最大化、利益最大化，是企業(yè)提高制造競爭力的重要課題。

本文基于單元式柔性生產(chǎn)方式的理論理念，結(jié)合企業(yè)從事單元式柔性生產(chǎn)運營方式研究開發(fā)和實施的經(jīng)驗，理論結(jié)合實際，結(jié)合企業(yè)制造革新流程及高新技術(shù)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的實際情況，提出了一種單元式柔性生產(chǎn)方式的詳細設(shè)計和運營的方法和解決方案。

1 單元式柔性生產(chǎn)方式的分類

1.1 單元式生產(chǎn)方式的定義和特點

現(xiàn)代生產(chǎn)方式已經(jīng)從20世紀70、80年代的少品種大批量的福特生產(chǎn)方式、90年代的多品種少數(shù)量的豐田Jit方式逐步過渡到21世紀的變種變量單元式生產(chǎn)方式［2］。

單元式生產(chǎn)方式是一種基于多品種小批量變種變量的生產(chǎn)方式，通過現(xiàn)場運營系統(tǒng)、多能工化系統(tǒng)、部品半成品供應(yīng)系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)和現(xiàn)場生產(chǎn)知識系統(tǒng)的集成運營，使用單元式生產(chǎn)線生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。

單元式柔性生產(chǎn)方式是把生產(chǎn)工程按1人或幾人分成小組，使用小規(guī)模設(shè)備按小批次進行加工、組裝、檢查、完成出荷產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。

單元式生產(chǎn)方式可以實現(xiàn)變種變量的柔性生產(chǎn)，能更有效地滿足產(chǎn)品的多品種小批量的柔性需求，減少半成品庫存，縮短制造周期，減少設(shè)備投資，更好地提高操作人員的責任感和競爭意識。

1.2 單元式生產(chǎn)方式的種類［3］

單元式生產(chǎn)方式可以分為1人完成型、多人循環(huán)型和成組單元型。

1人完成型是指一個人組成一個單元式腺體，分為固定性和循環(huán)型。1人完成型生產(chǎn)方式的優(yōu)點是可以體現(xiàn)100%的LOB（Line of Balance，均衡生產(chǎn)），生產(chǎn)效率提高的空間大，人員的移動損失少。缺點是操作人員達到熟練程度需要的時間長，設(shè)備投資費用高。

多人循環(huán)型是指多個人組成一個單元線體，分為U型多人循環(huán)型和臺車循環(huán)式2人完成型兩種。U型多人循環(huán)型的優(yōu)點是有利于大型設(shè)備的共同使用，有利于生產(chǎn)量的變化。缺點是熟練度最低的操作人員決定生產(chǎn)效率，產(chǎn)生人員的移動損失。臺車循環(huán)式2人完成型的優(yōu)點是可以體現(xiàn)100%的LOB，適用于大型產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。缺點是產(chǎn)生移動臺車等多余動作。

成組單元型由多個人組成多個單元，生產(chǎn)線有多個單元組成，分為U型多個分割型和成組多人單元型兩種。U型多個分割型有利于對應(yīng)生產(chǎn)量的變化。缺點是會發(fā)生一定的不均衡損失，需要平衡工作人員之間的生產(chǎn)效率。成組多人單元型的優(yōu)點是可以體現(xiàn)100%的LOB，適用于大型產(chǎn)品。缺點是不同單元之間的生產(chǎn)效率需要平衡，維持增量的柔性生產(chǎn)和減量的生產(chǎn)效率困難。

2 單元式生產(chǎn)方式的設(shè)計方法

2.1 單元式生產(chǎn)方式設(shè)計原則

（1）生產(chǎn)計劃設(shè)計平均化 生產(chǎn)計劃應(yīng)該按照規(guī)定的完成日程將數(shù)量和品種平均化，均等地安排生產(chǎn)負荷，以實現(xiàn)生產(chǎn)投入的經(jīng)營資源（人、材料、空間）最小化。

（2）生產(chǎn)指示看板化 下一工序生產(chǎn)按照前一工序所需要的量按交接看板的方式定量生產(chǎn)，前一工序所需要的最小在工交接物量利用在工看板進行補充，按照這種方式向上傳遞生產(chǎn)情報進行生產(chǎn)。

（3）根據(jù)生產(chǎn)變化量進行生產(chǎn)線體運營 根據(jù)生產(chǎn)量的多少選擇單元式生產(chǎn)方式的種類和安排操作人員。

（4）生產(chǎn)輔助工具設(shè)備優(yōu)化設(shè)計 將無附加價值的操作徹底消除，追求高品質(zhì)、高生產(chǎn)效率，給操作人員開發(fā)最容易操作的輔助工具和設(shè)備。工具設(shè)計追求低價格、占用空間小和適用范圍大的原則。

（5）單元式生產(chǎn)線設(shè)計的4個原則 操作臺最大高度1.6 m以內(nèi)，能看到作業(yè)者的頭部;單元內(nèi)移動距離1步以內(nèi)，以達到移動損失最小和提高生產(chǎn)效率;部品擺放達到動作損失最小，擺放在120°以內(nèi)的作業(yè)區(qū)域，可以擺放在側(cè)面和后面，但移動距離一定在1步以內(nèi);1人完結(jié)型單元雖然效率最高，但考慮投資費用和生產(chǎn)線的環(huán)境，檢查和包裝工程需要設(shè)計另外的單元。

2.2 單元式生產(chǎn)方式設(shè)計方法

單元式生產(chǎn)方式的設(shè)計分為以下10個階段：

（1）目標產(chǎn)品和目標生產(chǎn)線的選擇

確定目標產(chǎn)品后，根據(jù)日產(chǎn)量進行目標生產(chǎn)線的改造。選擇日產(chǎn)量100～500臺和500～1 000臺的生產(chǎn)線進行單元生產(chǎn)線的改造。日產(chǎn)量1 000臺以上的生產(chǎn)線需要蓄積技術(shù)后再進行改造，因為如果失敗的話影響大。日產(chǎn)量100臺的生產(chǎn)線改造效果小。

（2）單元生產(chǎn)線工程設(shè)計

首先選擇單元生產(chǎn)方式的種類（1人完成型、多人循環(huán)型和成組單元型），確定物流的流動方式（混流方式或連續(xù)生產(chǎn)），選擇產(chǎn)品的生產(chǎn)方式（按1個產(chǎn)品作業(yè)、小批次按1個作業(yè)、小批次集成作業(yè)）;然后進行成組技術(shù)的多品種分析。為提高生產(chǎn)效率將關(guān)聯(lián)工藝工程合并，優(yōu)化生產(chǎn)產(chǎn)品的品種轉(zhuǎn)化次數(shù)，決定單元的數(shù)量、單個單元生產(chǎn)產(chǎn)品的種類。最后進行工程路徑和動作分析，設(shè)計組裝工程表、加工路徑分析文件和記錄物流流向的動作圖（工程間的流動、單元間的關(guān)系、操作人員的動作等）。

（3）原生產(chǎn)線問題點分析

準確地掌握分析原生產(chǎn)線的問題點。

操作等待是指因工程之間操作不平衡發(fā)生差異而產(chǎn)生的操作時間浪費。原因一般是工程中經(jīng)常發(fā)生作業(yè)速度比預(yù)定速度慢的現(xiàn)象，90%以上是因為關(guān)聯(lián)人員對生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的判斷錯誤。

工程等待一般發(fā)生在生產(chǎn)數(shù)量多的大批次生產(chǎn)上，表現(xiàn)在無目的地在空地放置產(chǎn)品和部品。解決方案是徹底實行5S（整理SEIRI、整頓SEITON、清掃SEISO、清潔SETKETSU、素養(yǎng)SHITSUKE），明確放置產(chǎn)品的場所，縮小和壓縮操作臺和生產(chǎn)線的空間，明確物流的路徑和規(guī)格，管理者現(xiàn)場巡回指導。

半成品庫存產(chǎn)生原因需要明確分析發(fā)生的場所、數(shù)量和時間，一般是因為生產(chǎn)線規(guī)格差異及工程能力的不均衡、超過需求的批次生產(chǎn)和批次等待、不良產(chǎn)品造成的生產(chǎn)線停產(chǎn)等。

交接作業(yè)多需要明確其標準是否存在、是否作業(yè)之間有差距、是否遵守交接順序等。

操作協(xié)作問題一般體現(xiàn)為操作人員缺乏溝通，生產(chǎn)效率低下。其原因是組織復(fù)雜或作業(yè)分工過細。

手動作業(yè)率高的生產(chǎn)線生產(chǎn)少量多品種的產(chǎn)品時，應(yīng)該使用單元式生產(chǎn)方式。

生產(chǎn)線問題點見附表。

表1 生產(chǎn)線問題點

（4）單元生產(chǎn)線的布局設(shè)計

單元生產(chǎn)線設(shè)計的布局原則是單個單元可以完成產(chǎn)品生產(chǎn)，通過多個單元實現(xiàn)生產(chǎn)量的增加。設(shè)計的決定要素是單元的大小、人員數(shù)、產(chǎn)品物流流動方式和單元作業(yè)種類。

（5）單元生產(chǎn)線均衡化設(shè)計

均衡化設(shè)計是指調(diào)整單元與單元之間、操作人員與操作人員之間的平衡，修改單元之間的差異，調(diào)整周期和時間。

（6）物流布局設(shè)計

單元生產(chǎn)方式物流布局設(shè)計對象是部品供應(yīng)方法、供應(yīng)周期和成品運輸?shù)取?/p>

物流供應(yīng)系統(tǒng)采用Jit供應(yīng)原則，使需要的物品在需求時間內(nèi)按需求量供應(yīng)。采用多頻少量供應(yīng)原則，一般保證1 h需要的物品隨時可以提供，實現(xiàn)不定時的定量供應(yīng)。盡量使工序間半成品庫存接近于零。另外，應(yīng)配備專人進行單元生產(chǎn)進度均衡化的分析。

（7）培訓方法和計劃設(shè)計

根據(jù)確定操作人員必須的技能，樹立培訓目標和日程。做多技能化培訓流程，操作標準和操作順序必須重點教育，實施過程中盡量使用圖表。保證操作人員的同步化，必要的時候全部使用新員工。

（8）采用單元式生產(chǎn)方式進行生產(chǎn)

在準備事項完成之后，首先開始練習型單元生產(chǎn)。在初期1周的生產(chǎn)時間以改造前的生產(chǎn)效率為目標，逐步提高最終達到改造前生產(chǎn)效率的130%～150%。

生產(chǎn)初期不良品率會很高，因為作業(yè)者不熟練所發(fā)生的不良品需要專門安排檢查人員。如經(jīng)過改進仍不減少、持續(xù)發(fā)生，需要細致地分析改善作業(yè)方法。

在單元式生產(chǎn)初期，所有部分不穩(wěn)定。在滿足單元式生產(chǎn)方式基本要求的基礎(chǔ)上，100%接受作業(yè)者的合理要求，當日發(fā)生的問題當日解決。

（9）單元式生產(chǎn)線穩(wěn)定運營推進

每天對每小時的生產(chǎn)計劃數(shù)量、實際生產(chǎn)數(shù)量、差異原因進行統(tǒng)計分析，制定改善對策。做活動看板，將在庫管理、工程不良品率和生產(chǎn)節(jié)拍作為生產(chǎn)管理指標。制定每個月的改善實施計劃。

（10）效果檢驗

單元式生產(chǎn)方式的效果檢驗分為生產(chǎn)線的效果檢驗和工廠整體的效果檢驗。生產(chǎn)線的效果檢驗主要反映在線體生產(chǎn)量為100臺時生產(chǎn)效率是否有大幅提高，呈上升趨勢。工程整體的效果檢驗由下列指標進行評價：人均生產(chǎn)數(shù)、工程品質(zhì)、生產(chǎn)節(jié)拍、產(chǎn)品庫存量、面積生產(chǎn)效率、人員增減數(shù)、投資非增減效果、作業(yè)者時期上升度。

3 結(jié)語

本文結(jié)合企業(yè)從事單元式柔性生產(chǎn)運營方式研究開發(fā)和實施的經(jīng)驗，理論結(jié)合實際，結(jié)合企業(yè)制造革新流程及高新技術(shù)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的實際情況，提出了一種單元式柔性生產(chǎn)方式的詳細設(shè)計和運營的方法和解決方案，給出了各階段解決具體問題的方法和工具。并對在企業(yè)內(nèi)部改造設(shè)計單元式生產(chǎn)方式的具體流程和內(nèi)容作了深入研究，對企業(yè)的單元式柔性生產(chǎn)方式的導入和改造有著重要的指導意義和很強的可行性。這種單元式生產(chǎn)方式設(shè)計和運營方法已在某世界500強企業(yè)單元式生產(chǎn)方式改造項目中應(yīng)用，大幅提高了企業(yè)的生產(chǎn)率，獲得良好效果。

1 汪新洛.工業(yè)工程手冊［M］.沈陽：東北大學出版社，1998.

2 劉飛.先進制造系統(tǒng)［M］.北京：中國科學技術(shù)出版社，2003.

3 俞曉軍.日本的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型分析［J］.中國工業(yè)經(jīng)濟，2002（7）

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A Kind of Design Method of Cell Flexible Production Mode

SHANG Zhiwu①②，ZHAO Daozhi①，WANG Taiyong②
（①College of Mechanical Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，CHN;②College of Management Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，CHN）

A kind of detailed method of design and modification of cell flexible production mode is put forward based on the analysis of theories and methods of cell flexible production mode，and actual situation of revolution flow process and production of high and new technology.Detailed design programs and steps are introduced to every phase of design of cell flexible production mode.And methods and tools how to solve problems of all the phases are put forward.The system is important to establishment or modification of cell flexible production mode in manufacturing enterprise.The method has been used on one famous electronic enterprise.

Cell;Mode of Production;Design;Method

TH12

尚志武，男，1977年出生，工學博士，機械工程博士后，管理科學與工程博士后在站，主要研究方向為研發(fā)管理，先進制造方面的研究。

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2009－10－24）

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