基于均衡拉動的DAM產(chǎn)品族精益生產(chǎn)改善研究

張大偉

(中國電子科技集團公司 第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

基于均衡拉動的DAM產(chǎn)品族精益生產(chǎn)改善研究

張大偉

(中國電子科技集團公司 第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

針對X-DAM的生產(chǎn)系統(tǒng)，通過其物與信息流動圖發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題，依據(jù)精益生產(chǎn)的思想和原則，提出了基于均衡拉動的改善方法.運用生產(chǎn)改善實踐，縮短了X-DAM的過程周期，降低了在制品庫存數(shù)量，提高了設(shè)備換產(chǎn)效率，使得生產(chǎn)過程更加穩(wěn)健和安定，能及時應(yīng)對需求的波動.

定拍工序；后補充拉動生產(chǎn)；快速換產(chǎn)；DAM產(chǎn)品族

數(shù)字陣列模塊(Digital Array Module，DAM)是新體制雷達(dá)的核心部件，目前已廣泛應(yīng)用于多型相控陣?yán)走_(dá)裝備中.其產(chǎn)品功能和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的多樣性，導(dǎo)致產(chǎn)品種類的多樣化.該產(chǎn)品屬于典型的多品種、小批量產(chǎn)品.由于其生產(chǎn)工藝的相似性，形成了DAM的產(chǎn)品族.近幾年，隨著新體制雷達(dá)的迅速發(fā)展，產(chǎn)品需求也在不斷增加，現(xiàn)有的大批量、“脈沖式”推動生產(chǎn)模式已經(jīng)不能滿足多型號產(chǎn)品同時交貨的需求.因此，探索多品種小批量環(huán)境下的均衡化、拉動式生產(chǎn)模式具有非常重要的實用意義.

均衡化生產(chǎn)是準(zhǔn)時化(JIT)生產(chǎn)的前提，是指按照生產(chǎn)進度要求，在相同的時間內(nèi)完成的產(chǎn)品數(shù)量或工作量基本相等或穩(wěn)步遞增.均衡化生產(chǎn)可以減少生產(chǎn)過程的在制品積壓和生產(chǎn)停滯，實現(xiàn)投入資源(人、設(shè)備)的最少化，提高流程速度，縮短過程周期，把脫離“基準(zhǔn)”的問題“顯現(xiàn)化”，并能迅速識別質(zhì)量問題和質(zhì)量缺陷，避免成批性質(zhì)量問題的發(fā)生，有效消除各種浪費[1].

本文基于均衡化生產(chǎn)理念，結(jié)合DAM產(chǎn)品族的生產(chǎn)特點，分析當(dāng)前生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題，提出精益改善思路及關(guān)鍵措施，從而為多品種小批量產(chǎn)品提供一種具有借鑒意義的均衡拉動生產(chǎn)模式.

1 生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及問題分析

1.1 生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

DAM組件是一個在鋁制盒體上裝配多層零部件和元器件的產(chǎn)品，主要由殼體、變頻模塊、數(shù)字板以及多種元器件組成.其中，殼體屬于機加零件，由外協(xié)廠加工；變頻模塊和數(shù)字板屬于板級零部件，都是在印制板上表貼相應(yīng)的元器件，印制板和元器件都屬于外購件.DAM組件的結(jié)構(gòu)如圖1所示.由于殼體、印制板和元器件都不是自制件，且能按質(zhì)按量按時供應(yīng)，因此，本文只討論自制件的生產(chǎn)組織方式.

DAM組件的生產(chǎn)主要由若干操作人員組成的流水線手工裝配作業(yè)完成.變頻模塊和數(shù)字板的生產(chǎn)過程要經(jīng)過SMT表貼、手工電裝、調(diào)試3道工藝.其中SMT屬于共用設(shè)備.

目前DAM組件及其零部件主要采用大批量集中生產(chǎn)方式，在品種單一、數(shù)量較少的情況下能夠取得良好的經(jīng)濟效益.但是，隨著DAM品種和數(shù)量的日益增加，該生產(chǎn)方式已經(jīng)難以滿足多型號、同時期交貨的需求.

圖1 DAM組件的結(jié)構(gòu)

1.2 生產(chǎn)系統(tǒng)的問題分析

選定DAM產(chǎn)品族中最具有代表性的一種產(chǎn)品X-DAM，對其生產(chǎn)過程進行詳細(xì)調(diào)查，并繪制當(dāng)前狀態(tài)的物與信息流動圖(圖2)[2]，找出生產(chǎn)過程中存在的主要問題.

1.2.1 生產(chǎn)計劃不均衡，在制品多

X-DAM的生產(chǎn)計劃采用推動式，容易造成物流與信息流的不對稱和脫節(jié).制造部根據(jù)項目的里程碑計劃制定月度考核計劃，下發(fā)至分廠，分廠根據(jù)月度計劃和物料齊套情況安排班組周計劃，班組根據(jù)計劃緊急程度和工作負(fù)荷情況安排每日生產(chǎn)計劃到工序，從而形成從前向后的推動式計劃管理方式.

圖2 X-DAM物與信息流動圖(改善前)

這種計劃管理方式整體協(xié)調(diào)性差，各環(huán)節(jié)生產(chǎn)計劃的不均衡容易造成裝配成套率低，甚至出現(xiàn)個別零部件缺料而其他零部件在制品過多的現(xiàn)象，生產(chǎn)進度無法管控.

1.2.2 生產(chǎn)批量大，過程周期長

傳統(tǒng)生產(chǎn)方式一般考慮批量經(jīng)濟效益，盡量安排大批量生產(chǎn)，以減少換模和換線時間.但是，大批量生產(chǎn)會延長生產(chǎn)過程周期.過程周期(Lead Time，LT)是指從原材料進廠到產(chǎn)成品出廠所需的時間.生產(chǎn)批量越大，中間停滯時間越長，生產(chǎn)周期就越長.X-DAM的生產(chǎn)過程周期最長為81 d，最短為21 d，很不穩(wěn)定.另外，由于生產(chǎn)批量大，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題就是批量性的，會造成質(zhì)量問題難以追溯和返工工作量大的后果.

1.2.3 換產(chǎn)時間長，設(shè)備開動率低

設(shè)備開動率是指正常工作時間內(nèi)(扣除設(shè)備計劃保全時間、計劃停機時間)設(shè)備開動時間所占的比率.從圖2可以看出，JUKI的開動率只有16.7%，MYDATA的開動率只有31.9%.影響設(shè)備開動率的因素很多，如計劃排產(chǎn)、物料齊套、換產(chǎn)時間等.由于SMT表貼機屬于共用設(shè)備，存在多產(chǎn)品同時要求產(chǎn)出的情況，此時換產(chǎn)時間長就成了影響設(shè)備開動率的主要原因.此外，換產(chǎn)時間長也是阻礙產(chǎn)品多品種、小批量、連續(xù)生產(chǎn)的主要因素.

1.2.4 分歧合流多，流動關(guān)系復(fù)雜

在X-DAM生產(chǎn)過程中，各工序之間物與信息流相互交叉，生產(chǎn)現(xiàn)場分歧合流多，經(jīng)常出現(xiàn)物料停滯等待現(xiàn)象.如在設(shè)備表貼完成后，不知道將表貼完的零部件轉(zhuǎn)給哪個電裝小組，也不知道轉(zhuǎn)運量是多少.同樣，調(diào)試工序可能收到來自不同電裝小組送來的零部件，經(jīng)常會出現(xiàn)加工狀態(tài)不一致，質(zhì)量難以追溯的現(xiàn)象.如此復(fù)雜的流動關(guān)系，會大大降低現(xiàn)場管理效率.

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 運用SPSS 23.0對本研究數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析，計量資料以表示，數(shù)據(jù)比較采用t檢驗，計數(shù)資料以[例(%)]表示，數(shù)據(jù)比較采用χ2檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 基于均衡拉動的精益改善

對物流與信息流的分析發(fā)現(xiàn)，計劃的不均衡、信息的不對稱以及生產(chǎn)的隨意性都是影響X-DAM順暢生產(chǎn)的主要因素，也是改善的主要方向.為了同時滿足多種型號產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，又不造成較多的在制品庫存，需要進行生產(chǎn)的均衡，建立流動化的生產(chǎn)機制，縮小生產(chǎn)批量，使生產(chǎn)過程具有節(jié)奏性.

2.1 確立定拍工序和生產(chǎn)節(jié)拍

定拍工序(Pacemaker Process)是指決定整個價值流生產(chǎn)節(jié)奏的作業(yè)或過程，也就是依據(jù)這一作業(yè)或過程安排生產(chǎn)計劃[3].定拍工序通常是價值流末端的組裝單元，也是最接近客戶的點位.顯然，X-DAM生產(chǎn)系統(tǒng)的定拍工序是裝配線.

裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍決定了整個生產(chǎn)的節(jié)奏.根據(jù)項目里程碑計劃，在6個月內(nèi)要完成3 960件X-DAM的產(chǎn)品生產(chǎn).車間裝配線為單班工作制，工作時間為8 h，扣除每日一次的5 S(Seiri,Seiton,Seiso,Seiketsu,Shitsuke)和晨會時間20 min、兩次工間操和休息時間40 min，每日有效工作時間為7 h.

(1)

(2)

裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍為14 min,每日產(chǎn)出量為30件.整個價值鏈都以裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍來拉動前道工序的生產(chǎn).

2.2 使生產(chǎn)過程整流化

為了生產(chǎn)順暢，消除價值流中的分歧合流現(xiàn)象，需對生產(chǎn)流程進行整合，建立連續(xù)的流動生產(chǎn)，達(dá)到消除等待浪費，減少在制品庫存，縮短過程周期的目的[4].X-DAM裝配線在前期的改善中已經(jīng)實現(xiàn)了流動化生產(chǎn)，把以前的6道工序拆分成12道，每人持有1道工序，實現(xiàn)了單件流生產(chǎn).當(dāng)生產(chǎn)節(jié)拍發(fā)生變化時，需要重新調(diào)整生產(chǎn)線，以滿足產(chǎn)出需求.必要的人工計算得出，裝配線上14個人就可以滿足14 min的生產(chǎn)節(jié)拍需要.

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，變頻模塊和數(shù)字板的生產(chǎn)是整流化改善的重點.這兩種部件都在班組長下達(dá)周計劃后進行大批量表貼，半成品被暫存在緩存庫.電裝工序有4個小組，也由班組長隨機或者平均分配變頻模塊和數(shù)字板的電裝任務(wù).電裝小組內(nèi)也進行任務(wù)的分派，每人獨立完成若干電裝任務(wù).電裝完成后的部件被送到調(diào)試工序，調(diào)試完成后，放到緩存庫等待成品轉(zhuǎn)移.這種不連續(xù)、推動式的生產(chǎn)過程存在大量的等待和溝通浪費，各工序都形成了運行的孤島，可依據(jù)整流化的思想進行改善.由于表貼機是公用設(shè)備，采用定時不定量的排產(chǎn)方式[5]，每周固定時間按需表貼一次，剛好滿足一周的電裝用量，以避免過量生產(chǎn).設(shè)立專門的X-DAM變頻模塊和數(shù)字板的電裝小組，并將變頻模塊電裝工作拆分成補焊、補錫、清洗3道工步，形成3人電裝單元，以提高勞動效率.通過布局調(diào)整，電裝和調(diào)試形成流水化布局，以減少中間的搬運距離.通過整流化改善，物流和信息流比較清晰，大大降低了中間的溝通成本，有效保證了生產(chǎn)的連續(xù)性.

2.3 建立均衡拉動的流動機制

2.3.1 后補充拉動機制

為了確保生產(chǎn)過程連續(xù)，可采用后補充拉動(Replenishment Pull System)的方式[6].后補充拉動是通過后工序拉動來觸發(fā)生產(chǎn)，前工序僅在成品被消耗時補充生產(chǎn).具體來講，它是在前工序末端設(shè)置貨店，貨店內(nèi)保持一定的前工序成品庫存量，后工序從貨店內(nèi)按需取貨，前工序根據(jù)貨店內(nèi)消耗的量和速度補充生產(chǎn).其優(yōu)點是能夠保證不斷料，安全性能高，便于操作；缺點是需保持一定量的在制品庫存.從生產(chǎn)流程考慮，本文在變頻模塊和數(shù)字板調(diào)試完成后設(shè)置貨店，裝配線從該貨店取貨.

后補充拉動運行機制包括：①裝配線將前一日用完的物料空箱返給前道工序的調(diào)試環(huán)節(jié)；②從貨店里取走當(dāng)日所需的滿箱物料，配送至裝配線上相關(guān)工位；③調(diào)試環(huán)節(jié)根據(jù)裝配線返回的空箱數(shù)量安排當(dāng)天的生產(chǎn)，并將調(diào)試完成的成品補充至貨店；④根據(jù)物料的先進先出原則，調(diào)試員將安全庫存移至發(fā)貨區(qū)，將當(dāng)日的補充量放至安全庫存區(qū)(圖3).

圖3 后補充拉動運行機制

貨店庫存量=[max(LT,OF)×DMD×(1+DVIX)]×2

(3)

式中：LT為交貨期，即前道工序的供貨周期；OF為訂貨頻率，即后道工序的取貨頻率；DMD為每日需求量；DVIX為需求波動指數(shù).

考慮貨店內(nèi)保持1 d的安全庫存，庫存量可定為每次取貨量的兩倍.貨店庫存的計算值如表1表示.

表1 貨店庫存的計算值

從表1可以看出，變頻模塊和數(shù)字板每日成品產(chǎn)出數(shù)量分別為396件和36件，也是每日最小庫存量，而每日最大庫存量分別為792件和72件.低于最小庫存量和高于最大庫存量都屬于異常情況.

2.3.2 瓶頸設(shè)備快速換產(chǎn)

由于SMT是公用設(shè)備且資源有限，為提高設(shè)備的開動率，一般采用大批量生產(chǎn)，因此單項產(chǎn)品占用設(shè)備時間過長會導(dǎo)致過程周期延長，而且影響其他產(chǎn)品的生產(chǎn).為了保證更多產(chǎn)品計劃的執(zhí)行，需要增加表貼的產(chǎn)品種類，SMT的換產(chǎn)次數(shù)就會隨之增加.因此，縮短換產(chǎn)時間是一個重要的改善點.

本文以用于表貼變頻模塊的JUKI-SMT為例闡述快速換產(chǎn)的方法[7].通過現(xiàn)場寫實，把握換產(chǎn)的作業(yè)步驟，并對內(nèi)容進行分析，區(qū)分內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)、調(diào)整作業(yè)和外換產(chǎn)作業(yè)(表2).

表2 改善前換產(chǎn)作業(yè)區(qū)分表

為此，制定了如下改善措施：①增加SMT料倉，將拆除余料和裝料盤改成機器外作業(yè)，內(nèi)換產(chǎn)準(zhǔn)備作業(yè)轉(zhuǎn)化為外換產(chǎn)準(zhǔn)備作業(yè)，在不停機的情況下，提前做好上、下料的準(zhǔn)備工作，減少了13′16″的停機時間；②針對內(nèi)換產(chǎn)的換產(chǎn)人員作業(yè)較混亂，物料的拿取和搬運距離較遠(yuǎn)，沒有獨立的換料作業(yè)臺，導(dǎo)致等待時間過長的情況，在SMT設(shè)備旁邊設(shè)置專門的換料臺，合理安排換產(chǎn)人員的分工，減少人員的走動距離，將內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)時間減少了3 min，換產(chǎn)作業(yè)人員減少了1人(表3)；③提前準(zhǔn)備好核對的圖紙，在線下初步核對圖紙和程序信息，減少在停機狀態(tài)下核對信息的時間；對上料盒定置定位，保證上料盒放置的準(zhǔn)度，減少調(diào)整設(shè)備吸嘴的時間.這兩項具體改善縮短調(diào)整作業(yè)時間7 min.

通過上述改善，變頻模塊的換產(chǎn)時間由36′20″縮短至13′4″，換產(chǎn)效率提高了64%，保證了小批量生產(chǎn)的順利實施，為多項目產(chǎn)品計劃的及時完成提供了保障.

表3 換產(chǎn)人員作業(yè)改善前后對比

2.4 持續(xù)縮小批量和縮短過程周期

精益改善是一個不斷優(yōu)化的過程，持續(xù)縮小批量、縮短過程周期是快速響應(yīng)顧客需求的主要抓手，也是開展精益生產(chǎn)的主要目的.本文針對生產(chǎn)的關(guān)鍵點進行深入持續(xù)改進，以期過程周期更短，生產(chǎn)系統(tǒng)更加穩(wěn)健、高效.

2.4.1 持續(xù)縮減表貼批量

原先變頻模塊和數(shù)字板每周表貼一次，一次貼一周的量，放在貨店內(nèi)供每日消耗.這樣，每次表貼的量依然很大，在制品庫存較多，過程周期長達(dá)6 d.通過快速換產(chǎn)改善，SMT的換產(chǎn)效率得到大幅提升，換產(chǎn)頻次也可相應(yīng)增加.因此，將表貼次數(shù)改為每周兩次，每次表貼3 d的用量，使在制品庫存減少一半，過程周期也縮短至3 d.

隨著快速換產(chǎn)的持續(xù)改善，表貼的換產(chǎn)頻次越來越多，在制品庫存將不斷降低，過程周期也會不斷縮減，最終實現(xiàn)單件流生產(chǎn).

2.4.2 取消電裝與調(diào)試之間的貨店

由于電裝之后需要專檢，而專檢屬于公用資源，通常不能及時檢驗，也就不能直接轉(zhuǎn)至調(diào)試工序，因此需要在電裝后設(shè)置貨店和安全庫存，過程周期也會相應(yīng)增加.基于這一情況，本文將專檢納入線上工作，并按每40 min節(jié)拍檢驗一次，其他時間檢驗別的產(chǎn)品.這樣就取消了電裝和調(diào)試之間的貨店，過程周期又縮短了1 d.

3 精益生產(chǎn)改善效果評價

通過改善，初步構(gòu)建了均衡拉動的X-DAM精益生產(chǎn)系統(tǒng)(圖4)，取得了一系列的顯著成效.其

圖4 X-DAM物與信息流動圖(改善后)

中，過程周期由不穩(wěn)定的21-81 d縮短為穩(wěn)定的9 d；電裝工序由4人減為3人，人均產(chǎn)出效率提升25%；JKUI-SMT換產(chǎn)效率提升了64%，現(xiàn)場在制品庫存量大幅度降低.最重要的是，系統(tǒng)化改善使X-DAM的生產(chǎn)系統(tǒng)更加穩(wěn)定，起到了標(biāo)桿示范作用，其他DAM族產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)可以仿效建立.

4 結(jié)束語

選取DAM產(chǎn)品族中具有代表性的X-DAM產(chǎn)品，對生產(chǎn)過程的物與信息流進行描繪和分析，找出問題點.引入精益生產(chǎn)的思想，確定生產(chǎn)節(jié)拍和定拍工序，對生產(chǎn)過程進行整流化，建立后補充拉動的生產(chǎn)機制，并對關(guān)鍵設(shè)備實施快速換產(chǎn)改善，保證了小批量生產(chǎn)的順利實施.構(gòu)建了均衡、小批量化、拉動的X-DAM精益生產(chǎn)系統(tǒng).系統(tǒng)化改善的實現(xiàn)，給DAM族其他產(chǎn)品的生產(chǎn)樹立了標(biāo)桿，也可為制造企業(yè)的生產(chǎn)模式改進提供一定借鑒.

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Research on Lean Production-Kaizen of DAM Product Family Based on Balanced Pull

ZHANG Da-wei

(No.38 Research Institute of CETC,Hefei 230088,China)

For the product system of X-DAM, plenty of problems and waste in the product process was found by depicting the present material and information flow diagram. Therefore, according to the ideas and principles of lean production, a kaizen method based on balanced pull was proposed. By the application of the kaizen method, the lead time of the X-DAM was shortened, the number of in-process inventory was reduced and the equipment productivity exchange of dies was improved as well. What's more, the production process has also become more robust and stable, and can cope with the fluctuations of demand in time.

pacemaker process; replenishment pull systems; SMED; DAM product family

2016-11-21

國家自然科學(xué)基金資助項目(51475291)；國防基礎(chǔ)科研計劃資助項目(A1120131044)；國防技術(shù)基礎(chǔ)計劃資助項目(JSBZ2014210B007，JSZL2014210B001)

張大偉(1984-)，男，安徽蒙城人，碩士，工程師，研究方向為精益生產(chǎn)、制造信息化.

1006-3269(2017)01-0011-05

F406.2

A

10.3969/j.issn.1006-3269.2017.01.003