價值流圖析在發(fā)動機(jī)產(chǎn)線改善中的應(yīng)用

黃鵬鵬，黃武良，葉雙雙

（江西理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

1 引言

精益生產(chǎn)的主要核心思想就是：站在“價值的角度”，消滅浪費(fèi)，持續(xù)不斷的改進(jìn)，以顧客為中心，使公司的利益最大化[1]。而企業(yè)想要在生產(chǎn)活動中消滅浪費(fèi)，就必須判別出企業(yè)生產(chǎn)過程中的增值、不增值尚難以消除的活動和不增值可立即消除的活動。根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，增值活動約占企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的5%。必要但非增值活動約占60%，其余35%為浪費(fèi)。價值流圖析就是通過繪制價值流圖，對其生產(chǎn)進(jìn)行分析來發(fā)現(xiàn)并消滅浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)。

價值流是指產(chǎn)品通過其生產(chǎn)過程的全部活動。它包括從概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、過程設(shè)計(jì)直到投產(chǎn)的設(shè)計(jì)流和從原材料、制造過程直到產(chǎn)品交到顧客手中的生產(chǎn)流。價值流圖析法（VSM/A）研究的是生產(chǎn)流，它是指將現(xiàn)場觀察到的生產(chǎn)流中物料和信息的流動情況用簡圖描繪下來，對其進(jìn)行分析找出產(chǎn)生浪費(fèi)的原因，并應(yīng)用精益生產(chǎn)原理和工業(yè)工程方法提出改善方案，然后對生產(chǎn)過程實(shí)施改進(jìn)的系統(tǒng)技術(shù)[2]。價值流程圖（VSM）的目的是為了辨識和減少生產(chǎn)過程中不能夠?yàn)榻K端產(chǎn)品提供增值的任何活動，能夠清晰地揭示生產(chǎn)與計(jì)劃之間的關(guān)聯(lián)、浪費(fèi)發(fā)生的根源、改善的優(yōu)先次序，從而分析系統(tǒng)整體存在的問題。生產(chǎn)線的平衡對一個企業(yè)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。產(chǎn)線不平衡可導(dǎo)致產(chǎn)線在制品庫存過多，生產(chǎn)周期過長等不利于提高效率的因素。發(fā)動機(jī)產(chǎn)線平衡問題是制約當(dāng)代汽車制造企業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵點(diǎn)。為解決發(fā)動機(jī)產(chǎn)線效率低，產(chǎn)能不足的問題，利用價值流圖析法（VSM/A）對其產(chǎn)線進(jìn)行系統(tǒng)的分析和改善，使價值高效地、不間斷地流動起來，實(shí)現(xiàn)“一個流”運(yùn)動[3]。

2 企業(yè)現(xiàn)狀及問題分析

2.1 企業(yè)現(xiàn)狀

2.1.1 企業(yè)產(chǎn)線信息概述

A公司是一個以生產(chǎn)發(fā)動機(jī)為主的汽車零件制造企業(yè)，面對日益激烈的市場競爭和經(jīng)濟(jì)形勢萎靡不振的壓力，企業(yè)產(chǎn)品的利潤空間不斷被壓縮，只有縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高市場反應(yīng)能力，才是企業(yè)立足之根本。以A公司B系列的發(fā)動機(jī)作為所要研究的產(chǎn)品族。通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)該企業(yè)B系列發(fā)動機(jī)產(chǎn)線在裝配過程中存在在制品庫存較多，各工序節(jié)拍不一致，產(chǎn)線布局不合理，曲軸、活塞連桿、缸蓋、凸輪軸、變速箱預(yù)裝等輔產(chǎn)線為孤島型布局，從而導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)周期過長，產(chǎn)線平衡率較低。采用秒表測試法對發(fā)動機(jī)產(chǎn)線的各道工序進(jìn)行測時并匯總相關(guān)信息，如表1所示。

表1 工位信息表Tab.1 Location Information Table

2.1 .2企業(yè)價值流現(xiàn)狀圖

企業(yè)每月平均訂單為8320件，每月按26個工作日計(jì)算，每天按兩班制，每班有效工作時間為8h。生產(chǎn)節(jié)拍為P=TP/OP=（26×8×2×3600）/8320=180秒/件。以車間和各工序基本信息為基礎(chǔ)，將缸體上線，安裝軸瓦、止推片、曲軸，涂膠、裝后端蓋，安裝活塞連桿總成，安裝機(jī)油泵、水泵，安裝離合器總成，安裝氣缸蓋，安裝機(jī)油濾清器、發(fā)電機(jī)，安裝凸輪軸，安裝變速箱總成，安裝電動機(jī)，出廠前實(shí)驗(yàn)等12道工序用價值流圖析法進(jìn)行描繪，并將其具體特征參數(shù)描述出來：C/T周期時間、Shift班制、Up時間利用率、T可利用有效時間等[4]，如圖1所示。

圖1 發(fā)動機(jī)產(chǎn)線價值流現(xiàn)狀圖Fig.1 Engine Production Line Status Value Stream Map

對發(fā)動機(jī)現(xiàn)狀圖1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得其產(chǎn)k線的增值時間（AT）和非增值時間（UT）及增值比I。增值時間155+142+210+181+184+180+163+179+205+110+103=1991s。非增值6+1.5+1+1+4.5+3+0.5+1+1.5+1.5+3+3+8=141.5h=509400S=8.3d。增值比：從發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線相關(guān)參數(shù)和現(xiàn)狀圖分析，可以看出增值比I較低，所以需要從產(chǎn)線整體進(jìn)行分析改善。

2.2 問題分析

2.2.1 生產(chǎn)方式的分析

根據(jù)企業(yè)信息可知B系列發(fā)動機(jī)客戶規(guī)定的交貨期為7.5天，實(shí)際生產(chǎn)周期（Production Lead Time）為8.3天，且生產(chǎn)方式完全根據(jù)預(yù)測生產(chǎn)，由于預(yù)測的誤差性和客戶需求的不確定性，所以經(jīng)常會出現(xiàn)無法按計(jì)劃生產(chǎn)的現(xiàn)象。

2.2.2 產(chǎn)線布局的分析

B系列發(fā)動機(jī)改善前產(chǎn)線布局，如圖2所示。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線平衡率P=生產(chǎn)線各工序時間總和/（瓶頸工序*工位數(shù)）*100%=1991/（210*12）*100%=87.85%。已知生產(chǎn)節(jié)拍為180S。實(shí)際測得瓶頸工序生產(chǎn)節(jié)拍為210s，裝啟動電機(jī)和出廠前試驗(yàn)工序生產(chǎn)節(jié)拍分別為110s、103s。各道工序的實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍不平衡造成產(chǎn)線平衡率較低，且生產(chǎn)線出入口布局不合理，造成等待、搬運(yùn)浪費(fèi)、在制品庫存等問題，企業(yè)需要合理布局產(chǎn)線。

圖2 發(fā)動機(jī)產(chǎn)線布局圖Fig.2 Engine Production Line Figure

2.2.3 在制品庫存的分析

由圖2可以看出曲軸產(chǎn)線、活塞連桿產(chǎn)線、缸蓋產(chǎn)線、凸輪軸產(chǎn)線、變速箱預(yù)裝等輔生產(chǎn)線相對于發(fā)動機(jī)主生產(chǎn)線都是類孤島式布局，由于輔生產(chǎn)線的加工中心、機(jī)床、磨床等自身工藝原因和生產(chǎn)控制中心不能準(zhǔn)確預(yù)測其所需的數(shù)量和時間，造成輔生產(chǎn)線和主產(chǎn)線之間不能形成連續(xù)流動，同時，預(yù)測的誤差性會導(dǎo)致輔生產(chǎn)線的產(chǎn)成品在其相應(yīng)主生產(chǎn)線對應(yīng)工序的在制品過多，從而影響該道工序的生產(chǎn)。同時，顧客需求的變動也造成在制品庫存累積。

3 改善方案及價值流未來圖

3.1 改善方案

3.1.1 生產(chǎn)方式的改善

利用ECRS原則對產(chǎn)線的在制品庫存和各工序的生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行精減，且同時保證產(chǎn)線的均衡性和連續(xù)性，將生產(chǎn)周期縮短到少于顧客規(guī)定的交貨期，企業(yè)將實(shí)現(xiàn)由“根據(jù)預(yù)測生產(chǎn)”向“按照訂單生產(chǎn)”轉(zhuǎn)化，由預(yù)測帶來的生產(chǎn)風(fēng)險降到最低[5]。預(yù)測生產(chǎn)和訂單生產(chǎn)的對比，如圖3所示。預(yù)測型生產(chǎn)需求變動大，庫存多，不能應(yīng)對緊急情況，過于依賴庫存；而訂單型生產(chǎn)應(yīng)變能力強(qiáng)，無需過度依賴庫存，能很好的處理客戶的各種需求，是企業(yè)追求的生產(chǎn)方式。

圖3 預(yù)測生產(chǎn)與訂單生產(chǎn)對比Fig.3 Forecast Production Compared with the Order

3.1.2 產(chǎn)線布局的改善

基于利特爾法則（生產(chǎn)周期=在制品庫存數(shù)*生產(chǎn)節(jié)拍），首先采用ECRS原則和5W1H技術(shù)對發(fā)動機(jī)第11、12道工序進(jìn)行合并改善從而使各工序作業(yè)時間盡可能相同，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線平衡提升[6]。然后，利用超車式單元生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)在制品庫存數(shù)的壓縮和瓶頸工序“安裝活塞連桿總成”的改善[7]。將發(fā)動機(jī)產(chǎn)線改為類U型的局部單元生產(chǎn)，根據(jù)大量速度觀測發(fā)現(xiàn)一條產(chǎn)線上的作業(yè)人員有15%超速完成作業(yè)，70%正常勻速完成，剩余15%未能如期完成，生產(chǎn)線內(nèi)作業(yè)人員速度不一，堵車自然而然就會出現(xiàn)。根據(jù)作業(yè)速度快慢對作業(yè)人員分為：“學(xué)習(xí)組”和“精英組”，并根據(jù)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線的實(shí)際情況培訓(xùn)和分配兩組作業(yè)人員，在兩組作業(yè)人員的操作工序間設(shè)立超車工作站，在此工作站，作業(yè)快的人員越過此工作站，將自身攜帶的待加工產(chǎn)品交給慢的人員，而直接去超車工作站后面取走一臺完成品繼續(xù)前行，作業(yè)慢的人員因此除了要加工自身的一臺外，還要在此工作站加工，直到作業(yè)快的人員留下的那一件產(chǎn)品也被加工完畢，才可進(jìn)行下道工序，依次循環(huán)往復(fù)，如圖4所示。由圖4可以看出：改善后的生產(chǎn)線逆時針流水化布局，且生產(chǎn)線出入口一致，較之前有很明顯的改善；對“學(xué)習(xí)組”和“精英組”的8名員工完成一次循環(huán)進(jìn)行工時測定，并用三倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除異常值，如表2所示。由表2可以看出改善后，安裝軸瓦、止推片、曲軸，涂膠、裝后端蓋，安裝活塞連桿總成，安裝機(jī)油泵、水泵四道工序的平均工時為177.5s。安裝機(jī)油濾清器、發(fā)電機(jī)，凸輪軸生產(chǎn)，安裝變速箱總成，安裝啟動電機(jī)、出廠前檢驗(yàn)四道工序的平均工時為181.5s。這些工序間應(yīng)用超車式單元生產(chǎn)消除了瓶頸工序和在制品庫存。因此，可以將“學(xué)習(xí)組”和“精英組”分別看為一道工序。

圖4 發(fā)動機(jī)改善后產(chǎn)線布局圖Fig.4 Improved Engine Production Line Figure

表2 部分工序改善后工時表Tab.2 Time-Sheets After Process Improvement

3.1.3 在制品庫存的改善

考慮廠區(qū)布局和產(chǎn)線的合理性，輔生產(chǎn)線和主產(chǎn)線相對應(yīng)工序之間須以批量方式進(jìn)行運(yùn)輸，為了解決輔產(chǎn)線和其相對應(yīng)的工序之間的在制品庫存，引入超市拉動系統(tǒng)，如圖5所示。即在輔產(chǎn)線和主產(chǎn)線相對應(yīng)的工序之間設(shè)置一個超市系統(tǒng)，通過主產(chǎn)線上的工序從“超市”中取貨而對輔產(chǎn)線發(fā)出運(yùn)送指令，通過“取貨看板”和“運(yùn)輸看板”的流動來拉動生產(chǎn)，擺脫生產(chǎn)控制中心對輔產(chǎn)線的生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)測性生產(chǎn)指令，由作業(yè)人員在超市中取貨來決定輔產(chǎn)線在何時生產(chǎn)，生產(chǎn)多少[8]。

圖5 拉動超市系統(tǒng)Fig.5 Pull the Supermarket System

由于客戶的需求變化很難預(yù)測，發(fā)動機(jī)產(chǎn)線采用成品倉庫發(fā)運(yùn)方式，因此在發(fā)運(yùn)處設(shè)置一個拉動超市來拉動上游過程的進(jìn)行，從而促使整個產(chǎn)線價值流的流動。同時，在原材料處也設(shè)置一個拉動超市來降低原材料的備貨期和降低企業(yè)資金占有率。在改善后發(fā)動機(jī)產(chǎn)線如圖4所示的工序間設(shè)置一個容量為10的FIFO通道，如果通道狀態(tài)為滿，則發(fā)出指令，停止上游生產(chǎn)。

3.1.4 物料運(yùn)輸方式的改善

根據(jù)車間物流信息顯示，在輔產(chǎn)線和其相對應(yīng)工序間物料運(yùn)送方式為批量20件/次的單層手推車，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)可以采用更為高效的批量30件/次的雙層手推車，這不僅可以有效利用廠區(qū)空間，還可以減少作業(yè)人員往返的次數(shù)，降低其疲勞度。

3.2 價值流未來圖

經(jīng)過對發(fā)動機(jī)產(chǎn)線現(xiàn)狀圖及問題的分析，找出改善方案，畫出產(chǎn)線價值流未來圖，如圖6所示。改善后，發(fā)動機(jī)產(chǎn)線在以下幾個方面明顯的優(yōu)化效果：（k1）增值時間（AT）和非增值時間（UT）及增值比I。增值時間非增值時間：UT=374400s=6.5d。增長比 增值時間由初始的1991s縮短到1979s，縮短了12s，非增值時間由初始的8.3d減少到6.5d，縮短了21.7%，增值比率由初始的0.39%變?yōu)?.53%，提高了0.24%。（2）在制品庫存由改善前的590降低到160，減少了73%，在制品庫存等待時間由初始的8.3d降低到未來狀態(tài)的6.5d。即B系列發(fā)動機(jī)交貨周期降低到6.5d少于客戶規(guī)定的7.5d，實(shí)現(xiàn)由預(yù)測生產(chǎn)轉(zhuǎn)為計(jì)劃生產(chǎn)。（3）發(fā)動機(jī)產(chǎn)線平衡率改善前：P=1991/（210*12）*100%=87.85%；改善后：P=902/（184*5）*100%=95.83%。公式表明，改善后工序由12道變?yōu)?道；瓶頸工序工時由210s變?yōu)?84s；產(chǎn)線平衡率P由原來的87.85%變?yōu)楝F(xiàn)在的95.83%，提高了8%左右。（4）作業(yè)人員由初始狀態(tài)的12人降低到未來狀態(tài)的11人，減少了1人。（5）在發(fā)動機(jī)產(chǎn)線部分工序和其相對應(yīng)的輔產(chǎn)線間改為采用批量為30件/次的雙層手推車。

圖6 價值流未來圖Fig.6 Value Stream Figure in the Future

4 總結(jié)

以A公司B系列發(fā)動機(jī)產(chǎn)線為研究對象，采用價值流圖析法對其現(xiàn)狀分析，并利用ECRS原則對瓶頸工序改善以及單元生產(chǎn)中的超車式運(yùn)行方式進(jìn)行產(chǎn)線布局，畫出改善后價值流未來圖，實(shí)施改善方案。為企業(yè)縮短生產(chǎn)周期，快速高效響應(yīng)市場需求提供改善案例。

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