中小型制造企業(yè)生產(chǎn)異常管理系統(tǒng)應用與研究——以AIP公司為應用案例

董 鵬

（卡萊(梅州)橡膠制品有限公司，廣東 梅州 514759）

企業(yè)管理包括對企業(yè)正常運行的維持和對異常事件的處理。企業(yè)生產(chǎn)發(fā)生異常后如得不到及時有效的解決，不僅影響正常的生產(chǎn)秩序，還會增加異常問題解決的難度。在理想狀態(tài)下，生產(chǎn)任務按照工藝流程及生產(chǎn)計劃平穩(wěn)有序進行，然而在實際生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)品制造工藝控制的波動、批量大小的差異、各工序的配合程度以及客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求等因素的不同，增加了生產(chǎn)的復雜性和不確定性，使得生產(chǎn)過程中極易發(fā)生異常。這些異常若得不到有效的管控，最終會打亂整個生產(chǎn)計劃。對于大多數(shù)中小制造企業(yè)來說，物料異常、設備異常、人員流動、生產(chǎn)計劃變更等情況均會造成生產(chǎn)停滯、生產(chǎn)計劃重排、交貨期延后、產(chǎn)品質(zhì)量下降、生產(chǎn)成本上升等不良狀況，導致客戶滿意度下降的不利后果，進而影響正常的生產(chǎn)運營。

當前國內(nèi)外專家已經(jīng)針對車間生產(chǎn)異常事件的管理展開了研究和探討，主要包括以下幾個方面：一是對設備異常事件管理的研究，如馬力等人提出了MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在設備故障預報警方面的研究與應用[1，2]；二是對質(zhì)量異常事件管理的研究，如Kim C和Nam SY提出的決策支持系統(tǒng)，能幫助收集分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，從而提供與質(zhì)量相關的決策支持[3]；三是近年發(fā)展起來的過程監(jiān)控技術研究，實現(xiàn)大量實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集處理，為生產(chǎn)過程的異?？刂铺峁┝诵畔⒓夹g支持[4，5]。但以上研究均是針對大型企業(yè)開展的，適用于大型企業(yè)的生產(chǎn)運營模式，且采用的技術比較復雜，軟件開發(fā)成本高；而對于中小型企業(yè)來說，過高的軟件費用讓其難以承受，而他們大多也沒有能力自己開發(fā)軟件。因此，目前針對中小型制造企業(yè)生產(chǎn)車間異常事件信息的動態(tài)數(shù)據(jù)采集、實時傳遞和快速分析處理等方面的系統(tǒng)性研究尚不多見。大多數(shù)中小制造企業(yè)未能及時有效采集信息，同時在對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計分析、處理利用以減少生產(chǎn)異常狀況的發(fā)生方面，也未能形成一套系統(tǒng)、有效、實用的控制方法。因此，為降低制造成本、加強過程管控，中小型制造企業(yè)迫切需要提高對異常事件進行預警以及快速反應和及時處理的能力，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中異常事件的數(shù)據(jù)采集、信息傳遞、及時監(jiān)控、分析評價和異常預警與處理等，從而規(guī)避運營風險，推動企業(yè)的良性發(fā)展。本研究從中小型企業(yè)生產(chǎn)運營和管理現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合實際生產(chǎn)中所出現(xiàn)的生產(chǎn)異?，F(xiàn)象，借鑒前人的研究成果，基于AIP公司的生產(chǎn)管理應用實踐，在較少的成本投入基礎上，以降低異常事件發(fā)生為導向，建立了一套實用高效、操作簡便可行的控制系統(tǒng)，來對生產(chǎn)異常進行控制。該系統(tǒng)的構(gòu)建無需高昂成本，在國內(nèi)外中小制造業(yè)中極具廣泛的應用推廣價值。

一、生產(chǎn)異常的概念及分類

（一）生產(chǎn)異常的概念

生產(chǎn)異常是指因生產(chǎn)流程、作業(yè)方法、機器設備、研發(fā)設計、材料及內(nèi)外環(huán)境等因素變化而造成的生產(chǎn)停滯、不合格品數(shù)量上升或生產(chǎn)效能下降等失控情況[7，8]。任何異常都是逐漸或臨時偏離標準發(fā)生的，小的異常處理不及時或不當，就可能因發(fā)生多米諾骨牌效應而按照幾何級數(shù)演變成大的異常。因此，對生產(chǎn)異常的分析與防范、及時響應、規(guī)范處理，是每個企業(yè)都迫切需要關注的焦點問題。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)是一個由輸入到輸出的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，目的是使人、機、料、法、環(huán)、能、信息等相關生產(chǎn)要素均處于穩(wěn)定的可控狀態(tài)，以實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)為目的的系統(tǒng)。生產(chǎn)管理者的主要職責之一就是通過各種現(xiàn)場監(jiān)控活動及時掌握生產(chǎn)過程變化的信息，對異常情況進行統(tǒng)計分析，并結(jié)合實際情況及時進行科學的處理、改進，最終達到生產(chǎn)異常處理的規(guī)范化和標準化，然而要做到這些并非易事。因此，只有通過不斷優(yōu)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)和流程，建立一套適合企業(yè)自身環(huán)境條件的生產(chǎn)異常管理體系，才能迅速發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)的異常或潛在異常并及時做出反應，繼而保障產(chǎn)能需求按計劃平穩(wěn)實施，實現(xiàn)按時、按質(zhì)、按量地提供讓客戶滿意的產(chǎn)品及服務。

（二）中小型制造企業(yè)生產(chǎn)異常的主要類型

對車間異常事件的準確分類是異常事件預警和管理的前提，只有將它們細化到各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)及不同的具體類型并形成標準，才具有可操作性。企業(yè)性質(zhì)或生產(chǎn)類型不同，分類會有所不同，側(cè)重點也不盡相同。判斷標準的科學性決定了異常原因分析的準確性和有效性。

二、生產(chǎn)異常處理系統(tǒng)的方案設計——以AIP公司為例

AIP 公司（Automated Precision Inc.）是一家主要生產(chǎn)橡膠制品的美資企業(yè)，有員工500余人，年營業(yè)收入1.2億元，屬于典型的中小型制造企業(yè)。該公司從2013年1月開始對生產(chǎn)的異常情況進行統(tǒng)計、匯總和分析，如今又由生產(chǎn)部、計劃部在原有異常分析表的基礎上對計算方式、原因分析、跟蹤方式等方面進行全面升級改進，使其在管理方面更有針對性、專業(yè)性。該項目從2013年7月開始實施，在2013年12月正式完成，歷時5個月。

（一）AIP公司生產(chǎn)異常處理過程中存在的問題

產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，由于人員、設備、材料、質(zhì)量、工藝、技術等要素的不穩(wěn)定性，導致異常事件頻繁發(fā)生。AIP公司的異常處理存在的缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.異常事件信息采集、傳遞、分析、處理相對滯后。異常事件的處理是按照從發(fā)生到處理結(jié)束的串行方式進行的，在這種方式下存在很多問題，如圖1所示。AIP公司主要依靠傳統(tǒng)的手工（如紙質(zhì)統(tǒng)計報表等）和電話方式采集車間生產(chǎn)異常事件信息并逐級簽核，處理流程冗長，信息傳遞和處理速度緩慢，這種傳統(tǒng)方式傳遞時間較長、信息滯后，工作效率低、人為因素導致的錯誤率高，經(jīng)常會出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真或者報表丟失的現(xiàn)象，不能及時、清楚地反映出車間實時生產(chǎn)狀況，難以做出及時響應和處理，更無法作為事先有效預測依據(jù)。

圖1 傳統(tǒng)模式下車間生產(chǎn)異常事件管理流程

2.異常事件處理信息化支持平臺缺失。其主體表現(xiàn)在：管理人員、生產(chǎn)現(xiàn)場事件處理人員以及操作人員之間不能實現(xiàn)實時對接。一方面：“信息孤島”造成信息無法共享。為了推卸責任，各班組之間各自為政，致使需要傳遞的信息，被隱瞞，以致錯過最佳的調(diào)整期；另一方面異常事件的賬目處理紛繁復雜、去向不一，同一數(shù)據(jù)出現(xiàn)在不同表格的記錄中，促使相關責任認定不清，最終體現(xiàn)管理混亂。從信息論的觀點來看，過程的各種參數(shù)檢測數(shù)據(jù)和異常現(xiàn)象是系統(tǒng)內(nèi)部的各種反應表現(xiàn)出來的“信息”，顯然，將這些信息運用與分析改善的意義重大。

3.異常問題波動處理緩慢。由于生產(chǎn)設備調(diào)整不恰當、夾具定位不準、員工違規(guī)作業(yè)、產(chǎn)品與要求不符、外界環(huán)境變化劇烈等系統(tǒng)性因素不穩(wěn)定而導致生產(chǎn)異常變化，我們稱之為“異常波動”，這種波動直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。異常波動的處理速度緩慢或方法不恰當，就會造成停工待料、在制品增多、庫存積壓等問題，導致企業(yè)成本增加，直接影響經(jīng)濟效益。

4.相關部門之間協(xié)作不力。異常事件的處理不能做到部門間的及時有效協(xié)調(diào)，沒有一個規(guī)范的處理生產(chǎn)異常的管理系統(tǒng)。這樣不但會降低效率，而且造成資源浪費、責任缺位和內(nèi)部矛盾，進而影響綜合效率。另外，沒有對生產(chǎn)異常所導致的無法滿足客戶需求的后果，進行合理的追究與處罰，也沒有形成相應措施改善的記錄表。

（二）異常原因分析及異常數(shù)據(jù)采集方案設計與處理流程

1.生產(chǎn)異常采集數(shù)據(jù)及其原因分析

AIP公司的管理者第一步就是要對異常問題進行現(xiàn)場實際情況調(diào)研，結(jié)合對相關人員的訪談交流將能夠引發(fā)異常的各種原因總結(jié)出來，并定義判斷的標準；同時確保這些判斷標準在生產(chǎn)過程中能夠根據(jù)實際情況進行對應的調(diào)整。生產(chǎn)管理人員需要在預計生產(chǎn)異常和確定現(xiàn)有生產(chǎn)問題的基礎上，對這些生產(chǎn)異常進行分析，找出原因后向有關責任單位提出改善要求，變“事后補救”為“事前預防、事中管控”。

圖2 改善前生產(chǎn)異常影響產(chǎn)量統(tǒng)計分析

異常原因統(tǒng)計分析如圖2所示。通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，設備異常在各類異常中所占比重較高，其余幾種引起異常的原因是備料異常、工裝異常、人員異常，根據(jù)該公司的統(tǒng)計資料，各種異常導致準時交貨率僅為75%，嚴重影響了公司的效率和效益。后文闡述的改善措施將從這四個方面入手。

2.異常數(shù)據(jù)采集方案與處理流程

用EXCEL表格設計了一種能支持AIP公司在生產(chǎn)異常事件出現(xiàn)后，進行信息數(shù)據(jù)實時采集、傳遞、處理與查詢等功能融為一體的生產(chǎn)異常實時管理監(jiān)控系統(tǒng)，并且跟蹤異常發(fā)展趨勢進行預測，達到提前判斷、先期決策，并對該管理系統(tǒng)在AIP公司成功的應用進行研究分析。異常響應與信息化結(jié)合的方案設計具體內(nèi)容如下：

（1）建立一臺專門進行數(shù)據(jù)采集處理的服務器，各生產(chǎn)計劃員電腦通過局域網(wǎng)與服務器連接，保證數(shù)據(jù)實時采集分析及存儲，如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)異常信息數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)流程

用EXCEL表對異常數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分類和分析。EXCEL表預先設定好公式和圖表模板，對異常進行了定義，分成設備故障、備料不及時、模具工裝異常、人員緊張及其它等類型，并且對EXCEL文檔進行共享，當所有異常數(shù)據(jù)錄入表格時，會自動生成各類圖表。采集的數(shù)據(jù)通過EXCEL表匯總成數(shù)據(jù)庫，同時通過異常管理系統(tǒng)處理，形成異常檔案數(shù)據(jù)庫管理表，為生產(chǎn)管理的異常問題處理提供數(shù)據(jù)支持。

（2）數(shù)據(jù)動態(tài)化采集，實現(xiàn)生產(chǎn)異常實時反饋。各個車間計劃員對生產(chǎn)異常數(shù)據(jù)及時更新，從而實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)動態(tài)實時采集、動態(tài)分析，動態(tài)統(tǒng)計處理，真正達到實時掌控的目的，充分發(fā)揮其最大效能。同時把實時采集數(shù)據(jù)錄入歷史數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過對歷史數(shù)據(jù)的分析更好的減少甚至消除生產(chǎn)異常風險。

（3）目視化現(xiàn)場管理界面。應用超大屏LED看板使現(xiàn)場管理者對生產(chǎn)現(xiàn)場的異常更加清晰化和透明化的了解。通過建立信息化共享的支持平臺，相關節(jié)點人員在發(fā)生異常時，快速應對，全體人員即可從信息系統(tǒng)中了解到生產(chǎn)異常實時的最新狀況，從而迅速采取措施，及時調(diào)整，促使生產(chǎn)盡快恢復正常。

（三）異常處理的改善及跟蹤

從前面異常原因的統(tǒng)計分析可以看到，異常問題主要集中在設備、備料、工裝、人員等方面，因此，異常處理的改善及跟蹤主要圍繞這四個方面進行展開。因篇數(shù)限制，本文選自備料、工裝、人員為例。

1.備料方面的改善及跟蹤

備料屬于成品前的準備工序，由于備料不及時導致無法按照計劃組織生產(chǎn)和交付，進而直接影響訂單的交貨期。對備料改善見表2。

表2 備料不及時改善（篇數(shù)限制，只列舉要點）

2.對操作人員的選擇、培訓及跟蹤措施

對企業(yè)來說，缺乏專門的高技術操作人員一直是困擾企業(yè)的問題。目前操作員工期望的工資水平越來越高且流動性高，人員招聘也很困難。因此人員流失對企業(yè)的正常生產(chǎn)也帶來了很大的沖擊。鑒于此，AIP公司采取了如下的措施，見表3。

表3 人員不足改善（篇數(shù)限制，只列舉要點）

（四）系統(tǒng)運行可靠性分析及改善效果

企業(yè)要提高綜合競爭力，需要突破生產(chǎn)異常事件信息傳遞的瓶頸，即需要一個支持異常事件信息快速傳遞的系統(tǒng)并應用到生產(chǎn)實際中。AIP公司生產(chǎn)異常管理信息系統(tǒng)投入運行后，給企業(yè)帶來直接經(jīng)濟效益，整體提升了企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場管理水平，促進了企業(yè)持續(xù)發(fā)展。具體來說，體現(xiàn)如下：

1.縮短了異常處理時間，提高了生產(chǎn)效率。新方案實施之后，生產(chǎn)異常降低了50%、數(shù)據(jù)輸入時間縮短36%、交貨期提升了22%，簡化了異常處理復雜的流程，實現(xiàn)了并行化的控制。以該異?？刂撇呗詾楹诵牡纳a(chǎn)過程異常監(jiān)測系統(tǒng)，使得車間管理人員和現(xiàn)場操作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的異常狀況，并盡快采取有效措施，達到了預期效果。

2.企業(yè)信息管理更加流暢及時。公司的生產(chǎn)、計劃、物流、采購等各種運營都得到了有效的規(guī)范，企業(yè)的管理及生產(chǎn)相關人員在第一時間了解到生產(chǎn)的第一手信息，杜絕信息傳遞的錯誤及滯后，提高了對異常問題的反應能力和反饋速度，提高了對客戶的服務水平。

3.企業(yè)產(chǎn)量、質(zhì)量明顯提升。通過實施信息化改造，提高了工廠各類生產(chǎn)異常數(shù)據(jù)的準確性與及時性，異常數(shù)據(jù)的維護和整理都有了很大的改進，同時這些數(shù)據(jù)也為高層管理人員評估現(xiàn)場的改進效果、分析生產(chǎn)事故的原因提供了可信的依據(jù)，使生產(chǎn)中的各種責任得到明確。采用生產(chǎn)異常管理信息系統(tǒng)后，各種故障的原因以及責任人都可以及時、準確找出。管理者對于全公司的生產(chǎn)異常數(shù)據(jù)有更加直觀、更加精準的掌握，從而據(jù)此制定更加科學合理的產(chǎn)能計劃，生管人員由此編排生產(chǎn)計劃，提高了產(chǎn)能，提升了品質(zhì)，減少了停線時間，增加了公司經(jīng)營運作的有效性。

三、結(jié)束語

AIP公司采用異常響應管理系統(tǒng)，結(jié)束了以前的“孤島”離散型、“就事論事”型、“被動應對式”的現(xiàn)場管理模式，提高了生產(chǎn)效率，完善了質(zhì)量管理體系，增加了生產(chǎn)過程控制的有效性，并實現(xiàn)了生產(chǎn)處置的持續(xù)改進與完善。具體表現(xiàn)為：

1.構(gòu)建了一種能夠支持異常事件的信息動態(tài)采集、實時傳遞、快速處理以及綜合查詢分析車間生產(chǎn)異常事件的實時響應系統(tǒng)。通過系統(tǒng)提供的生產(chǎn)異常數(shù)據(jù)庫，能對生產(chǎn)異常事件進行系統(tǒng)的分析和預測。

2.創(chuàng)造了生產(chǎn)異常事件管理系統(tǒng)及流程。通過生產(chǎn)異常事件管理系統(tǒng)可對各種生產(chǎn)異常事件相應的眾多影響因素進行現(xiàn)場采集，并將決策處理者的經(jīng)驗判斷進行量化，最后以預警信號圖的方式將預警結(jié)果直觀形象地輸出，實現(xiàn)對生產(chǎn)異常事件的預警。

總之，該異常響應管理系統(tǒng)以降低異常事件的發(fā)生為目標，對于出現(xiàn)的問題進行快速響應，提高了對異常事件處理的及時性，使企業(yè)生產(chǎn)的運營要素處于可控的狀態(tài)中，從而提升企業(yè)管理水平、靈活應變能力，為中小型制造企業(yè)異常響應管理提供理論和實踐層面的支持。處理異常是一個公司組織系統(tǒng)以及執(zhí)行力的一個重要的體現(xiàn)，通過異常處理能夠從側(cè)面反映出公司的內(nèi)部是否存在內(nèi)耗以及目標一致性。大量的事實證明，根據(jù)自身的發(fā)展并學習先進企業(yè)良好的做法，制定一套先進科學并與之適應的生產(chǎn)管理系統(tǒng)是解決生產(chǎn)異常問題行之有效的途徑，也是提升中小企業(yè)市場競爭力的可行方法之一。另外，該系統(tǒng)目前僅在AIP公司成功實施，當其他中小企業(yè)在實施時，我們會對其異常響應管理系統(tǒng)做技術支持，提供適合企業(yè)自身發(fā)展的管理系統(tǒng)。

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