基于精益生產(chǎn)的方法分析汽車(chē)車(chē)橋的產(chǎn)能瓶頸①

陳鈺豪

(上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200240)

0 引 言

精益生產(chǎn)是一種經(jīng)營(yíng)理念，是為制造和商業(yè)運(yùn)作服務(wù)的，他的最終目標(biāo)是用最少的資源為客戶(hù)創(chuàng)造和傳遞最大價(jià)值［1］.實(shí)行精益生產(chǎn)活動(dòng)，能幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)零缺陷，單件流，準(zhǔn)時(shí)交貨等目標(biāo)，但更重要的意義是消除價(jià)值流中的各種浪費(fèi)，從而獲得更高的利潤(rùn).

本文從企業(yè)需求出發(fā)，通過(guò)目前裝配線(xiàn)的產(chǎn)能分析，線(xiàn)平衡分析，效率損失分析等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)找出可改善的突破口，結(jié)合線(xiàn)平衡工具，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，快速換線(xiàn)法SMED，PFMEA 等精益生產(chǎn)工具，旨在探索一套適合本企業(yè)的全面實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)模式，提高效率，減少浪費(fèi)的綜合方法，并期待對(duì)其它制造型企業(yè)提供借鑒.

1 裝配線(xiàn)現(xiàn)狀

伴隨著國(guó)內(nèi)高端乘用車(chē)市場(chǎng)井噴式的發(fā)展，一款中高端車(chē)橋的年需求量也從原先的每年18 萬(wàn)套套提高到29 萬(wàn)套，產(chǎn)能需求增長(zhǎng)61%.公司目前擁有的裝配線(xiàn)一年產(chǎn)能只有20 萬(wàn)套/年，不能滿(mǎn)足客戶(hù)峰值產(chǎn)能的需求.同時(shí)，客戶(hù)也提出產(chǎn)品降價(jià)的要求，進(jìn)一步限制了投資的規(guī)模.因此，在不能增加投資的前提下，運(yùn)用精益生產(chǎn)的方式分析現(xiàn)有問(wèn)題和問(wèn)題產(chǎn)生的原因，是最終完成目標(biāo)的先決條件.

2 用精益生產(chǎn)的方法分析產(chǎn)能瓶頸

2.1 TAKT TIME，CYCLETIME

(1)Takt Time 是客戶(hù)要求的節(jié)拍時(shí)間，反映了生產(chǎn)線(xiàn)或生產(chǎn)設(shè)備相應(yīng)客戶(hù)需求生產(chǎn)所耗費(fèi)的時(shí)間.Takt Time 取決于多個(gè)方面，如客戶(hù)訂單量，用什么設(shè)備，開(kāi)機(jī)時(shí)間，班次等，但不被員工技能，操作速率，設(shè)備停機(jī)，原材料短缺等因素影響［2］.

TAKT TIME 客戶(hù)節(jié)拍T

其中:

H 為一個(gè)班次的全部生產(chǎn)時(shí)間，單位為秒.一個(gè)8 小時(shí)工作制的班次全部生產(chǎn)時(shí)間為28880 秒.

h0為一個(gè)班次內(nèi)的正常停線(xiàn)時(shí)間，單位為秒.正常停線(xiàn)的范圍包含午餐時(shí)間和上下午的間隔休息.常熟美橋午餐時(shí)間為半小時(shí)，上下午各有一次10 分鐘的短休，所以共有3000 秒.

Vmax為年最大需求量，達(dá)到297，958 件.

D 為一年的工作天數(shù)，考慮到中國(guó)國(guó)情，一年平均工作天數(shù)為300 天.

所以通過(guò)計(jì)算，客戶(hù)節(jié)拍T 等于78 秒.

(2)Cycle time 主要是用來(lái)確定機(jī)器的的生產(chǎn)能力，某產(chǎn)品從放入機(jī)器到加工完成所需要機(jī)器的加工時(shí)間.我們考量Cycle Time 能否滿(mǎn)足產(chǎn)能，就是看理論上Cycle time 是否小于等于客戶(hù)要求Takt Time.如果cycle Time 大于Takt Time，就要通過(guò)增加設(shè)備，改進(jìn)工藝等滿(mǎn)足客戶(hù)產(chǎn)能需求.要了解每一站的Cycle Time，就要先統(tǒng)計(jì)分析，經(jīng)過(guò)討論項(xiàng)目小組制定了以下的統(tǒng)計(jì)流程.

1)制作動(dòng)作元素分解表.將該站每一個(gè)動(dòng)作細(xì)分，如取料，安裝，機(jī)器自動(dòng)運(yùn)行，搬運(yùn)等一一區(qū)分開(kāi)來(lái).

2)按照每一個(gè)動(dòng)作元素，分別計(jì)算10 組數(shù)據(jù).

3)取得原始數(shù)據(jù)后，有兩種方法得出該動(dòng)作的最終節(jié)拍.第一種是取10 組數(shù)據(jù)的平均值，第二種是取10 組數(shù)據(jù)中重復(fù)次數(shù)最多的數(shù)值為最終的結(jié)果.經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，選用重復(fù)次數(shù)較多的為最終節(jié)拍.

4)將所有手工動(dòng)作和機(jī)器動(dòng)作節(jié)拍相加，就是最終該站的節(jié)拍(Cycle Time)

2.2 線(xiàn)平衡分析

生產(chǎn)線(xiàn)的最終產(chǎn)能是由較長(zhǎng)節(jié)拍時(shí)間決定的，而那些完成較快的工位的產(chǎn)能都是多余的，也是一種浪費(fèi)“過(guò)生產(chǎn)”.只有改善這些長(zhǎng)節(jié)拍的站位，才能最終提高一條生產(chǎn)的產(chǎn)能.通常又稱(chēng)這些工位為“瓶頸工位”.

這里，就有用到線(xiàn)平衡分析這一工具.裝配線(xiàn)平衡與設(shè)施規(guī)劃有關(guān).裝配線(xiàn)平衡問(wèn)題就是將所有基本工作單元分派到各個(gè)工作站，以使每個(gè)工作站在節(jié)拍(即相鄰兩產(chǎn)品通過(guò)裝配線(xiàn)尾端的間隔時(shí)間)內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的操作量，從而使各工作站的未工作時(shí)間(閑置時(shí)間)最少.裝配線(xiàn)的平衡是使人員之間或機(jī)器之間盡量平衡，這樣裝配線(xiàn)的產(chǎn)出才能達(dá)到要求的水平.裝配線(xiàn)的平衡與否直接影響到制造系統(tǒng)的生產(chǎn)率［3］.

通過(guò)引入生產(chǎn)線(xiàn)負(fù)荷系數(shù)的概念，觀察每個(gè)工位的節(jié)拍設(shè)計(jì)與總條線(xiàn)相比是否“平衡”.理想的生產(chǎn)線(xiàn)負(fù)荷系數(shù)達(dá)到100%時(shí)，這個(gè)工位的設(shè)計(jì)節(jié)拍是最優(yōu)的，當(dāng)系數(shù)越小說(shuō)明該工位越“不平衡”.

其中:W 為生產(chǎn)線(xiàn)負(fù)荷系數(shù);tn為第n 個(gè)工位的節(jié)拍;sn為第n 個(gè)工位的操作人數(shù)或者設(shè)備數(shù)量;Tn為第n 個(gè)工位的實(shí)際單純操作時(shí)間;t0為生產(chǎn)線(xiàn)計(jì)劃節(jié)拍;s0為生產(chǎn)線(xiàn)計(jì)劃定員

由之前統(tǒng)計(jì)的每站節(jié)拍，放入到線(xiàn)平衡圖中，如圖1 所示，就可以清晰地了解到每個(gè)站位的綜合利用率和整體線(xiàn)平衡水平.

圖1 裝配線(xiàn)線(xiàn)平衡圖

Utilization(W)代表每一個(gè)站位的有效利用情況.通過(guò)計(jì)算現(xiàn)在的W 值只有69%，還有很大的改善空間.

紅線(xiàn)代表客戶(hù)需求的Takt Time =78 秒.

綠線(xiàn)代表對(duì)內(nèi)實(shí)際需求的單位節(jié)拍Cycle Time.這里就要引入綜合設(shè)備效率OEE(Overall Equipment Effectiveness)這個(gè)概念.在下文將會(huì)繼續(xù)介紹OEE 這一統(tǒng)計(jì)重要工具.在這張線(xiàn)平衡表內(nèi)，先放上85%的OEE 效率，即假設(shè)有15%效率損失.，那么對(duì)內(nèi)部考核的節(jié)拍Cycle Time =Takt Time* 85% =67 秒.

藍(lán)色柱體代表每一站位的人工操作時(shí)間.黃色柱體代表每一站位的等待時(shí)間.每一站的實(shí)際節(jié)拍就是藍(lán)色柱體加上黃色柱體時(shí)間.

考慮到可接受的的效率損失，那小于綠色安全線(xiàn)的工位都能滿(mǎn)足新項(xiàng)目的產(chǎn)能需求，反之就不能，因此我們只要著重解決這些超出綠色警戒線(xiàn)的工位，就能滿(mǎn)足產(chǎn)能需求.這些工位又稱(chēng)之為瓶頸工位.

綜上所示，這條裝配線(xiàn)共有九個(gè)站位不能滿(mǎn)足產(chǎn)能需求.

3 用OEE 分析效率損失

3.1 OEE 的定義

OEE=時(shí)間開(kāi)動(dòng)率×性能開(kāi)動(dòng)率×合格品率×100%

在OEE(設(shè)備綜合效率)的計(jì)算公式中，時(shí)間開(kāi)動(dòng)率反映了設(shè)備的時(shí)間利用情況;性能開(kāi)動(dòng)率反映了設(shè)備的性能發(fā)揮情況，如轉(zhuǎn)速，節(jié)拍等，是一個(gè)效率指標(biāo);而合格品率則反映了該設(shè)備或者該工藝的有效輸出情況，只一個(gè)質(zhì)量指標(biāo).也就是說(shuō):一條生產(chǎn)線(xiàn)的可用時(shí)間只占運(yùn)行時(shí)間的一部分，在期間可能只發(fā)揮部分的性能，而且可能只有部分產(chǎn)品是合格品.一般世界級(jí)的OEE 水平是最少85%.要達(dá)成85%的目標(biāo)，就必須保證90%設(shè)備利用率，95%性能開(kāi)動(dòng)率和99%的質(zhì)量合格率［4］.

從OEE 的公式中，可以看出，OEE 指數(shù)將原來(lái)看似孤立的設(shè)備，質(zhì)量和效率綜合在一起，為管理者提出一種可持續(xù)的綜合改善方案提供了幫助，并能有助于發(fā)現(xiàn)并減少一般制造過(guò)程中的六大損失:即停機(jī)損失，換裝調(diào)試損失，等待損失，減速損失，次品損失和啟動(dòng)試運(yùn)行損失.

3.2 OEE 統(tǒng)計(jì)方法

為更方便地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，能通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算就能準(zhǔn)確反映出裝配線(xiàn)的效率水平，可以將工廠裝配線(xiàn)的OEE 計(jì)算公式變形為以下的格式:

* 所謂合格的件就是一個(gè)班次內(nèi)所生產(chǎn)的所有產(chǎn)品的數(shù)量減去報(bào)廢件的數(shù)量，再減去返工件的數(shù)量.

* 報(bào)廢件包含每天開(kāi)班試生產(chǎn)調(diào)試需要的損耗和裝配過(guò)程中由于各種原因造成的損耗.

* 返工件包含線(xiàn)末統(tǒng)一收集的不合格件以及線(xiàn)內(nèi)被定義可在線(xiàn)返工的不合格件.

* 毛生產(chǎn)節(jié)拍一般是采購(gòu)該設(shè)備時(shí)，由供應(yīng)商承諾并接過(guò)驗(yàn)收的機(jī)器單純節(jié)拍.考慮到工人對(duì)設(shè)備掌握的熟練度不斷提高，工藝不斷改善，毛生產(chǎn)節(jié)拍也會(huì)每年相應(yīng)地做調(diào)整.

* 可用時(shí)間是生產(chǎn)總時(shí)間減去停線(xiàn)時(shí)間.

通過(guò)上述的統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過(guò)一年的數(shù)據(jù)積累，該條裝配線(xiàn)目前的OEE 水平為82%.接下針對(duì)不同時(shí)間損失的分類(lèi)，不難發(fā)現(xiàn)，損失的原因非常符合意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家帕累托的“二八”定律，即一年中80%的時(shí)間損失來(lái)自于20%的原因.因此，只要我們能消除解決這20%的主要浪費(fèi)因素，就能極大提高時(shí)間開(kāi)動(dòng)率.而這主要原因就來(lái)自于計(jì)劃外的停機(jī)，包括換線(xiàn)和產(chǎn)品不合格.

3.3 OEE 分析換線(xiàn)損失

首先，幾乎占一半時(shí)間損失的就是裝配線(xiàn)換線(xiàn)，而且換線(xiàn)是不產(chǎn)生任何價(jià)值的動(dòng)作行為.什么是換線(xiàn)呢，換線(xiàn)是指在這條裝配線(xiàn)上，當(dāng)不同型號(hào)種類(lèi)的產(chǎn)品切換生產(chǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生的內(nèi)部和外部的動(dòng)作和準(zhǔn)備.而換線(xiàn)時(shí)間就包括兩部分時(shí)間即外部時(shí)間和內(nèi)部時(shí)間.內(nèi)部時(shí)間是指停機(jī)過(guò)程中作業(yè)仍應(yīng)該繼續(xù)(如取放工具)，而外部時(shí)間是指機(jī)器仍在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中或是剛剛重啟動(dòng)之后可以進(jìn)行的作業(yè)(如第一次檢測(cè)).從時(shí)間分配上講，換線(xiàn)慢的原因一是外部時(shí)間與內(nèi)部時(shí)間劃分不清，二是內(nèi)部換線(xiàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)［5］.

目前裝配線(xiàn)有幾個(gè)型號(hào)需要共線(xiàn)生產(chǎn).當(dāng)切換到不同產(chǎn)品生產(chǎn)前，需要做到的換線(xiàn)動(dòng)作有調(diào)換工裝，重新標(biāo)定設(shè)備，清料等準(zhǔn)備.

換線(xiàn)通常發(fā)生在白班和晚班切換時(shí)，或者有計(jì)劃停機(jī)為工程樣機(jī)試生產(chǎn)等，所以一般平均一天有兩次以上的換線(xiàn)發(fā)生.每次換線(xiàn)時(shí)，所有操作工先要更換所有托盤(pán)的定位塊，并且清理上一班次的余料.然后再更換自己負(fù)責(zé)工位的工裝夾具等，按瓶頸工位的最大時(shí)間算，一次至少要用35 分鐘左右.按100 秒的單位節(jié)拍來(lái)算，35 分鐘就意味著每次換線(xiàn)將會(huì)少做21 件，簡(jiǎn)單換算成一年300 個(gè)正常工作日的話(huà)，一年將會(huì)損失12600 件的產(chǎn)量.這對(duì)一年20 幾萬(wàn)的年需求來(lái)講，是一個(gè)很大的損失.如果能減少換線(xiàn)時(shí)間或者次數(shù)，就能極大的提高生產(chǎn)效率.

圖2 不合格統(tǒng)計(jì)

3.4 OEE 分析不合格損失

從圖2 中可以看出，39% 的不合格是由于OP80 預(yù)緊力調(diào)試過(guò)程中失敗造成的，而接下來(lái)的貢獻(xiàn)率達(dá)到30%的不合格因素是OP135 的總成扭矩測(cè)超規(guī)范.而OP135 需要測(cè)試的總成扭矩也來(lái)自于OP80 的主齒預(yù)緊力設(shè)置.總而言之，OP80 預(yù)緊力是這條生產(chǎn)線(xiàn)合格率的瓶頸，我們只要針對(duì)這一只主要質(zhì)量問(wèn)題分析解決，就能很大限度的改善裝配線(xiàn)合格產(chǎn)出.

因此，一個(gè)在汽車(chē)行業(yè)普遍使用的失效管理工具PFMEA(制造過(guò)程失效模型和效果分析)應(yīng)用到這個(gè)問(wèn)題的解決［6］.從PFMEA 分析中看出，正是由于扭矩超過(guò)的發(fā)生頻度高(5 分)，但問(wèn)題探測(cè)也只能在本工位的事后探測(cè)(5 分)，所以整體的RPN值高達(dá)175，超過(guò)行業(yè)普遍認(rèn)同的最高風(fēng)險(xiǎn)值100.因此，如果能從問(wèn)題提前預(yù)判著手，換言之就是將有問(wèn)題的軸承在裝配前分選出來(lái)，就能降低PRN值，提高扭矩設(shè)定的一次性通過(guò)率.

4 結(jié) 論

本文通過(guò)客戶(hù)需求得出裝配線(xiàn)客戶(hù)需要的目標(biāo)節(jié)拍，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法得出各個(gè)站位的實(shí)際節(jié)拍和線(xiàn)平衡水平，找出瓶頸工位.隨后引入設(shè)備綜合效率OEE 的概念，分析出目前生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能瓶頸是來(lái)自于換線(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)和不合格率高等兩個(gè)主要問(wèn)題點(diǎn)，為后續(xù)重新規(guī)劃產(chǎn)能，提高效率，減少不合格率提供依據(jù).也為同行能運(yùn)用相同手法分析產(chǎn)能問(wèn)題提供參考.

［1］ 譚海洋.2013 年全球制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)［J］.電子世界，2014，06:171－173.

［2］ 顏炳祥.中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)集群理論及實(shí)證的研究［D］.上海:上海交通大學(xué)，2008.

［3］ 萬(wàn)長(zhǎng)松.豐田生產(chǎn)方式的產(chǎn)業(yè)哲學(xué)基礎(chǔ)［J］.自然辯證法研究，2006，12:69－72.

［4］ (美)杰弗里·萊克(JeffreyK，Liker)著，李芳齡譯，豐田汽車(chē)案例［M］.北京:中國(guó)財(cái)政經(jīng)濟(jì)出版社，2004.

［5］ (美)詹姆斯·P，沃麥克(JamesP，Womack)等著，沈希瑾等譯，改變世界的機(jī)器［M］.北京:商務(wù)印書(shū)館，1999.

［6］ 高舉紅，白馬鵬，齊二石.填料生產(chǎn)線(xiàn)精益生產(chǎn)的整合方案研究［J］.工業(yè)工程，2004(04).