基于BPR的壽生酒生產(chǎn)流程單元布局優(yōu)化

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(1.浙江工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，浙江 杭州 310014；2.金華壽生酒業(yè)有限公司，浙江 金華 321000)

單元生產(chǎn)[1]是精益生產(chǎn)的升華，是利用成組技術(shù)理論，通過建立單元模式，減少工作人員數(shù)量，并根據(jù)產(chǎn)品種類的變動靈活快速地更改生產(chǎn)模型和生產(chǎn)設(shè)備，從而更好地滿足客戶的個性化生產(chǎn)、低成本、高質(zhì)量的要求[2].對單元生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的研究包括單元構(gòu)建、單元布局、資源配置和生產(chǎn)調(diào)度等，生產(chǎn)單元的構(gòu)建和布局問題是單元化生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵和首要問題，大多集中于生產(chǎn)單元的構(gòu)建.其中王定益等[3]利用單元間物流最小來設(shè)計單元，并利用單元間物流費用最小對單元進行布局；蒲國利[4]在考慮生產(chǎn)能力約束的基礎(chǔ)上，以單元生產(chǎn)系統(tǒng)成本為最優(yōu)，提出并構(gòu)建了生產(chǎn)單元數(shù)量問題樣本均值近似模型；廉潔等[5]在研究設(shè)備易復(fù)制的情況下，通過配置多臺同質(zhì)設(shè)備來實現(xiàn)生產(chǎn)單元間無物料流動，并保證單元間工作量均衡的獨立生產(chǎn)單元構(gòu)建問題；Xamber和Vilarinho[6]解決了包含同質(zhì)設(shè)備情況下，以生產(chǎn)單元間物料移動最小為目標(biāo)的構(gòu)建單元模型.企業(yè)面臨多品種、小批量和需求量劇烈波動的市場競爭環(huán)境，靜態(tài)均衡的單元生產(chǎn)已不適應(yīng).為此，有學(xué)者提出根據(jù)動態(tài)環(huán)境來調(diào)節(jié)單元內(nèi)的配置構(gòu)建動態(tài)生產(chǎn)單元，使單元生產(chǎn)系統(tǒng)在動態(tài)的環(huán)境下運作[7]，如王曉晴[8]提出多目標(biāo)角度構(gòu)建動態(tài)單元生產(chǎn)系統(tǒng)，同時考慮系統(tǒng)中的設(shè)備重置費用，設(shè)備利用率和零件跨單元的總次數(shù)三個目標(biāo)函數(shù).

對于精益生產(chǎn)的原則和思想已經(jīng)由制造型企業(yè)慢慢滲透到服務(wù)業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)，其中精益生產(chǎn)的思想已經(jīng)開始在啤酒行業(yè)中進行應(yīng)用研究，如涂淑麗[9]將精益理論用在在啤酒生產(chǎn)物流系統(tǒng)中，黃兆奇[10]對啤酒企業(yè)進行精益生產(chǎn)方式的導(dǎo)入進行研究.另外，孟中法[11]對黃酒生產(chǎn)中常見的質(zhì)量問題及改進方法進行了系統(tǒng)分析，符向民[12]則應(yīng)用流程再造的思想對啤酒生產(chǎn)流程進行再造.但精益思想在黃酒釀造企業(yè)中進行應(yīng)用研究是開創(chuàng)性的.壽生酒是金華地區(qū)著名的特產(chǎn)，是采用傳統(tǒng)工藝釀造的具有地方特色卻享譽全球的特產(chǎn)黃酒.下面擬對壽生酒生產(chǎn)流程進行重組優(yōu)化，并將單元生產(chǎn)引入到黃酒釀造行業(yè)中，作為黃酒釀造企業(yè)實施精益生產(chǎn)的一個切入點，這在現(xiàn)有文獻中還沒有報道.

1 壽生酒釀造業(yè)的流程分析

壽生酒釀造從原料糯米到最終的成品經(jīng)過的流程為：糯米→浸米→運米→蒸煮→冷卻→運米→落缸搭窩→前發(fā)酵→后發(fā)酵→壓榨→澄清→煎酒→裝壇→勾兌→灌裝→燈檢→壓蓋→打碼→運送→預(yù)熱→巴氏殺菌→冷卻→燈檢→貼標(biāo)→包裝→成品.壽生酒生產(chǎn)流程包括三大部分：第一部分從原料糯米到后發(fā)酵過程，主要完成黃酒的發(fā)酵；第二部分從壓榨到裝壇，過程中得到半成品；第三部分從勾兌到成品，過程中包括瓶裝和袋裝生產(chǎn)，流程中為過程復(fù)雜的瓶裝生產(chǎn).用精益生產(chǎn)理論對壽生酒的生產(chǎn)流程進行分析，發(fā)現(xiàn)流程中存在的問題主要有以下4點：

1) 布局不合理，導(dǎo)致了大量搬運和無效等待浪費.流程第一部分中浸米罐、蒸煮和落缸搭窩分別布局在不同空間，產(chǎn)生大量搬運物流，操作的隨意化導(dǎo)致連貫的生產(chǎn)流程不能做到生產(chǎn)的同步化，工序間出現(xiàn)大量無效等待；流程第三部分中打碼和巴氏殺菌兩個工序間出現(xiàn)了搬運過程，導(dǎo)致了物流浪費.

2) 人力支出大，勞動利用率低.整個生產(chǎn)流程中搬運過程全部采用人工，對于大件的物品搬運，勞動生產(chǎn)率低；燈檢流程是生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制關(guān)鍵工序之一，員工用眼憑經(jīng)驗來驗瓶，由于眼睛的疲勞，常有不合格的瓶子未被及時剔除出而誤當(dāng)作合格瓶流入下一工序，導(dǎo)致不良品增加；包裝過程中完全用手工操作，生產(chǎn)效率低.部分生產(chǎn)設(shè)備，如灌瓶機、貼標(biāo)機等，減輕了工人的勞動強度，實現(xiàn)部分機械化生產(chǎn)；但在生產(chǎn)流程中還存在大量手工操作環(huán)節(jié)，如燈檢、包裝等，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低.

3) 流程中等待、不良品等浪費，造成高生產(chǎn)成本.由于采用傳統(tǒng)的巴氏殺菌方法，巴氏殺菌前的預(yù)熱及巴神殺菌后的冷卻過程需要長時間等待，成為了工序間的瓶頸；關(guān)鍵的質(zhì)量點控制如空瓶檢驗和成品包裝大量使用人工操作，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量控制困難，不良品的出現(xiàn)機會多，造成了浪費.

4) 作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系缺乏，工藝流程不規(guī)范.工藝過程不規(guī)范，導(dǎo)致大量加工浪費、動作浪費和等待浪費；沒有規(guī)范的物流路徑，導(dǎo)致了大量的搬運浪費等等.

面對當(dāng)今世界經(jīng)濟信息化的大趨勢，壽生酒企業(yè)唯有改變生產(chǎn)方式，走信息化、標(biāo)準(zhǔn)化，才能增強企業(yè)的核心競爭力.單元生產(chǎn)作為精益生產(chǎn)的最新發(fā)展，單元生產(chǎn)可通過改善制造系統(tǒng)柔性，提升管理平臺，為企業(yè)信息化打下夯實基礎(chǔ).因此在壽生酒業(yè)中應(yīng)用“單元生產(chǎn)”的思想對生產(chǎn)流程進行ECRS和重組優(yōu)化，顯得很有必要.

2 壽生酒生產(chǎn)流程的單元構(gòu)建

結(jié)合壽生酒生產(chǎn)的特點，業(yè)務(wù)流程重組中單元構(gòu)建應(yīng)著重考慮三個因素：1) 各工序的時間；2) 各工序間物流量；3) 產(chǎn)品種類.壽生酒生產(chǎn)流程中各工序的時間見表1.

表1 生產(chǎn)流程中各工序的作業(yè)時間

從表1可知：壽生酒釀造流程中前后發(fā)酵時間占整個生產(chǎn)周期的90%左右.在生產(chǎn)流程中，應(yīng)結(jié)合工序時間與單元內(nèi)操作連續(xù)性來考慮單元的構(gòu)建；同時單元構(gòu)建過程中盡可能使單元間物流量最少，各單元相互獨立，形成高效的單元生產(chǎn)系統(tǒng)；最后按照客戶需求，包括產(chǎn)品類型、數(shù)量范圍、規(guī)格、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、交貨期等，采用ABC分類法找出企業(yè)經(jīng)常生產(chǎn)且累計產(chǎn)量超過80%的幾類品種.分析幾類產(chǎn)品的生產(chǎn)流程差異，按照差異小且能通過增加或減少單元內(nèi)一個或幾個易置換設(shè)備在同單元生產(chǎn)的原則來構(gòu)造生產(chǎn)單元.

結(jié)合表1中各工序的占用時間，可把整個黃酒生產(chǎn)過程分為八個單元，具體如圖1所示.對壽生酒的16個品種從生產(chǎn)工藝和包裝上進行分類，生產(chǎn)工藝上包含淋飯酒、攤飯酒和喂飯酒；生產(chǎn)包裝上分為袋裝、瓶裝和瓷裝.由于黃酒的生產(chǎn)工藝大部分類似，所以三種生產(chǎn)工藝可以共用一個生產(chǎn)單元，其中個別流程的差異可以通過增加或減少可移動的小型設(shè)備來完成.包裝工藝的差異導(dǎo)致灌裝機器不同，由于瓶裝和袋裝灌裝過程不同，所以不同的包裝工藝應(yīng)放在不同的單元生產(chǎn).

圖1 壽生酒生產(chǎn)流程重組及單元劃分圖

3 基于BPR的壽生酒單元布局優(yōu)化

單元布局涉及單元內(nèi)布局和單元系統(tǒng)布局.精益生產(chǎn)的目的是構(gòu)建一個能持續(xù)發(fā)現(xiàn)浪費，限制浪費并消除浪費的生產(chǎn)系統(tǒng)，單元化布局為其提供重要硬件支撐，且單元內(nèi)設(shè)備布局應(yīng)滿足如下要求：

1) 設(shè)備按加工順序布置.單元內(nèi)部實施一個流生產(chǎn)，盡量縮小設(shè)備間距離，有效改善生產(chǎn)物流，優(yōu)化物流路徑，減少搬運浪費及無效等待.

2) 生產(chǎn)同步化.調(diào)節(jié)各工序間生產(chǎn)節(jié)拍，使單元內(nèi)工序在同一個節(jié)拍下生產(chǎn)，避免單元內(nèi)工序間在制品堆積.

3) 員工的多技能工.生產(chǎn)單元都是相對獨立的，要求工人都是多技能工，可以操作單元內(nèi)多臺甚至全部設(shè)備，以滿足一人多工序操作，設(shè)備按照站立姿勢作業(yè)來布局.

4) 設(shè)備的合理布置.考慮到工人在走動過程中產(chǎn)生動作浪費和時間浪費，在單元內(nèi)部盡量把原料的放置點和成品的取出點緊挨在一起，布局成“U”型線的布置.對于特殊設(shè)備應(yīng)特別指定其擺放位置，形成布局中固定約束[13].

按照單元布局的要求，壽生酒生產(chǎn)流程中各單元布局如圖2，3所示.圖2為第1和2單元的布局.考慮到物流及操作流程，兩個單元緊挨布局且采用“U”型布局方式.浸米罐和發(fā)酵缸分別在“U”型的出入口，運米小推車把糯米從浸米罐運送進行蒸煮、冷卻、落缸等操作后，直接回到相鄰的原位置，減少空車移動距離.第3和4單元的布局中，由于兩個單元間的物流經(jīng)過管道自行流動，布局中主要考慮設(shè)備間的緊湊程度及廠房空間，采用“一”字型布局，盡量降低運輸管道成本，減少操作中設(shè)備之間移動距離帶來的浪費.第5單元布局中，由于單元內(nèi)的操作帶有一個流的特點，采用“C”型布局方式，利于單元內(nèi)協(xié)同作業(yè)[14].

圖2 第1和2單元的布局

圖3 第6，7和8單元布局圖

圖3為第6，7和8單元布局.第7單元瓶裝酒生產(chǎn)是一個完整的流程，通過改變生產(chǎn)節(jié)拍可形成一個流生產(chǎn).第8單元的袋裝酒生產(chǎn)也是一個連貫的流程，考慮到3個單元之間的物流關(guān)系，可布局形成“W”型.圖3中通過設(shè)備復(fù)制增加澄清罐和可移動的包裝臺，形成了兩個獨立的流程，同時又節(jié)省物流成本和廠房空間.

4 壽生酒單元布局的價值流圖析

采用價值流圖析的方法對壽生酒生產(chǎn)流程的整個生產(chǎn)周期進行分析，得出按照前面所述進行單元生產(chǎn)布局后，壽生酒的生產(chǎn)流程價值流圖如圖4所示.

圖4 單元布局后的壽生酒生產(chǎn)流程的價值流圖

從圖4可知：整個生產(chǎn)流程中非增值的時間從727 min減少到628 min，周期時間從27 215 min減少到25 790 min.同時，通過單元布局優(yōu)化了物流路徑，減少搬運和等待時間，從而為下一步進行單元內(nèi)部設(shè)備、現(xiàn)場改善和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)改善等做鋪墊，并減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率.

5 結(jié)束語

單元生產(chǎn)作為精益生產(chǎn)的最新發(fā)展模式，如何在單元生產(chǎn)的基礎(chǔ)上盡可能減少浪費，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，做到精益生產(chǎn)，成為了微利時代制造行業(yè)所面臨的問題.首先對壽生酒現(xiàn)有生產(chǎn)流程進行分析，并結(jié)合企業(yè)現(xiàn)狀，利用單元生產(chǎn)對生產(chǎn)流程進行重組，根據(jù)黃酒生產(chǎn)各工序時間、工序間物流量、產(chǎn)品和客戶的需求來構(gòu)建生產(chǎn)單元，進行單元的合理構(gòu)建，取消流程中長距離搬運物流，變成單元內(nèi)部物流；結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)流程、物流及工人操作的特點，使用了“U”型、“一”型、“C”型和“M”型布置方式，進行單元布局，并對單元布局前后的生產(chǎn)流程用價值流圖析的方法進行分析和比較，從而為后續(xù)的規(guī)范化生產(chǎn)操作，制定出相應(yīng)的操作標(biāo)準(zhǔn)，消除動作不規(guī)范帶來的浪費做鋪墊，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低不必要的成本，消除浪費.

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