基于模糊數(shù)學(xué)的專用車裝配企業(yè)精益生產(chǎn)實(shí)施效果評價(jià)

劉 蓉，崔 耕，鄒振東

(武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

在當(dāng)前以客戶為中心的制造業(yè)市場環(huán)境下，精益管理得到日益廣泛的應(yīng)用。然而，對精益實(shí)施進(jìn)行系統(tǒng)評價(jià)與分析的研究則相對較少，現(xiàn)存的絕大多數(shù)研究主要集中于對精益生產(chǎn)這一理念的清晰闡述，而很少回答如何實(shí)現(xiàn)精益，從何處入手推進(jìn)精益的問題[1]?，F(xiàn)實(shí)中，很多生產(chǎn)組織尤其是中小型企業(yè)的決策主要依賴于管理人員的主觀判斷，在實(shí)施過程中，不科學(xué)的決策可能導(dǎo)致投入較高卻難以取得明顯改善效果，甚至引發(fā)員工不滿，帶來負(fù)面效果。這將導(dǎo)致在實(shí)際生產(chǎn)中精益管理難以順利推行[2]。筆者構(gòu)建了一種適用于專用車裝配企業(yè)的精益生產(chǎn)實(shí)施評價(jià)模型，其能夠客觀衡量企業(yè)的精益績效，輔助企業(yè)管理人員精確識別企業(yè)實(shí)施精益生產(chǎn)的優(yōu)勢與不足，從而指導(dǎo)企業(yè)的精益實(shí)施。

1 專用車裝配企業(yè)精益評價(jià)指標(biāo)體系

1.1 專用車裝配企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)

筆者應(yīng)用平衡計(jì)分卡的相關(guān)原理和方法分析影響企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的影響因素。以生產(chǎn)組織的戰(zhàn)略和共同愿景為出發(fā)點(diǎn)，將其轉(zhuǎn)化為顧客、財(cái)務(wù)、內(nèi)部流程和學(xué)習(xí)與成長4個(gè)方面的具體內(nèi)容，根據(jù)這些具體內(nèi)容確定績效評價(jià)指標(biāo)[3]。

(1)顧客。專用車裝配企業(yè)處于供應(yīng)鏈的下游位置，產(chǎn)品較為特殊且功能單一，主要應(yīng)用于少數(shù)特殊場合。其市場需求量較為穩(wěn)定，良好的客戶關(guān)系是企業(yè)生存發(fā)展的保障，企業(yè)應(yīng)具備在較短時(shí)間內(nèi)提供高質(zhì)量多種類產(chǎn)品的能力。因此，顧客層面的目標(biāo)包括縮短交付時(shí)間、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)品種類。

(2)財(cái)務(wù)。專用車裝配企業(yè)的核心原料是汽車底盤，成品和原材料價(jià)值都較大，產(chǎn)品附加值較低。因此，企業(yè)在財(cái)務(wù)方面的主要目標(biāo)為通過縮短供貨、交貨時(shí)間提高資金周轉(zhuǎn)率，并盡可能降低各種成本。

(3)內(nèi)部流程。生產(chǎn)過程是內(nèi)部流程的重要環(huán)節(jié)，企業(yè)應(yīng)著力解決生產(chǎn)過程中存在的問題，減少生產(chǎn)過程中的各種浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率，簡化其他流程以便更好地為生產(chǎn)過程服務(wù)。

(4)學(xué)習(xí)與成長。專用車裝配企業(yè)產(chǎn)品附加值較低，生產(chǎn)工藝為剪板、折彎、焊接等簡單的金屬工藝，員工的職業(yè)素養(yǎng)及技術(shù)水平對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。因此該層面的主要目標(biāo)為通過培訓(xùn)員工提高企業(yè)所有人員的整體業(yè)務(wù)能力。

基于上述分析，專用車裝配企業(yè)精益指標(biāo)體系設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 專用車裝配企業(yè)精益指標(biāo)體系設(shè)計(jì)架構(gòu)

7個(gè)精益維度與精益生產(chǎn)定義的7大浪費(fèi)的關(guān)系如表1所示，每個(gè)精益維度都能體現(xiàn)精益實(shí)施的某一方面。

表1 精益維度與7大浪費(fèi)的關(guān)系

1.2 精益評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

僅僅考慮單方面的因素可能會產(chǎn)生偏差。定量指標(biāo)通過直接的測量值呈現(xiàn)企業(yè)目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀；定性指標(biāo)則主要描述以精益生產(chǎn)推進(jìn)能力為導(dǎo)向的企業(yè)精益文化因素。因此，綜合評價(jià)指標(biāo)體系包含兩種指標(biāo)，從而能夠得出整體角度的評估結(jié)果[4]。

精益評價(jià)概念模型一共包含3個(gè)層次。第一層為定量和定性兩種性質(zhì)的影響因素，第二層為每種影響因素包含的維度，第三層為影響每個(gè)維度的次級精益指標(biāo)。圖2為精益評價(jià)概念模型。其中，定量指標(biāo)包含7個(gè)維度的24個(gè)變量，如表2所示。定性指標(biāo)一共包含了4個(gè)維度的12個(gè)變量，如表3所示。

2 定性指標(biāo)的定量化

對于評價(jià)模型，需要將定性指標(biāo)轉(zhuǎn)換為定量指標(biāo)。定性指標(biāo)的概念具有模糊性，差異和變化難以明確表達(dá)，因此需對評價(jià)對象進(jìn)行客觀描述和分析來反映評價(jià)結(jié)果[5]。筆者采用基于模糊數(shù)學(xué)對定性精益指標(biāo)進(jìn)行定量分析。

圖2 精益評價(jià)概念模型

表2 定量指標(biāo)體系

表3 定性指標(biāo)體系

2.1 定性評價(jià)指標(biāo)體系及評價(jià)團(tuán)

精益績效指標(biāo)體系為三層結(jié)構(gòu)，所有需要量化的定性指標(biāo)構(gòu)成的評價(jià)指標(biāo)體系，如圖3所示。其中，X為綜合評價(jià)結(jié)果，X1，X2，X3，X4為4個(gè)精益維度，Xij為各維度的精益指標(biāo)，其中i表示維度，j表示相關(guān)維度下的指標(biāo)次序。

評價(jià)團(tuán)包括專家組及普通組，W1為專家組權(quán)重，W2為普通組權(quán)重，其滿足：W1,W2≥0;W1+W2=1。W=(W1,W1)為評價(jià)團(tuán)的權(quán)重集。專家組包括企業(yè)各部門專家及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，普通組由相關(guān)工作人員構(gòu)成，如一線操作人員。避免了傳統(tǒng)的專家評審法僅考慮專家意見，忽略了一線人員的意見，評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性難以保證的問題[6]。

圖3 三層定性精益指標(biāo)體系

2.2 模糊評價(jià)模型

2.2.1 建立定性精益指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)模型

將精益實(shí)施的目標(biāo)，影響精益實(shí)施結(jié)果的所有定性指標(biāo)和評價(jià)對象按照相關(guān)性分為最高層、中間層和最低層[7]，得到定性指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。

圖4 定性精益指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 構(gòu)造定性精益指標(biāo)成對比較矩陣

基于所有定性精益指標(biāo)兩兩相比的重要性差異，構(gòu)造判斷矩陣，設(shè)aij為矩陣中第i個(gè)指標(biāo)相對于第j個(gè)指標(biāo)的重要性標(biāo)度，aij的值按照以下原則取得：若指標(biāo)i和指標(biāo)j重要性一致，則aij=1；若指標(biāo)i比指標(biāo)j略重要，則aij=3；若指標(biāo)i比指標(biāo)j明顯重要，則aij=5；若指標(biāo)i比指標(biāo)j強(qiáng)烈重要，則aij=7；若指標(biāo)i比指標(biāo)j極端重要，則aij=9；若指標(biāo)i和指標(biāo)j重要性與上述所描述的相反，則aij取相應(yīng)值的倒數(shù)；2,4,6,8為中間值。

2.2.3 計(jì)算定性精益指標(biāo)權(quán)重

采用5個(gè)語言變量:極好、較好、一般、較差、極差以描述每個(gè)定性指標(biāo)的模糊評語，設(shè)語言變量為W=(w1,w2,w3,w4,w5)，分別表示從極差到極好的5個(gè)語言變量[8]。設(shè)rij為第i個(gè)定性指標(biāo)對第j級語言變量的隸屬度，所有指標(biāo)隸屬度構(gòu)成一個(gè)模糊評價(jià)矩陣R。

rij的計(jì)算公式為：

(1)

式中：tij為第i個(gè)指標(biāo)所對應(yīng)不同類型語言變量的數(shù)量，表示評價(jià)團(tuán)的所有評價(jià)結(jié)果中i個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的第j級語言變量的數(shù)量有tij個(gè)。

基于模糊矩陣合成運(yùn)算，得到綜合評價(jià)模型：

pj=max(min(ai,rij))

(2)

式中：min(ai,rij)為ai與rij中的較小值；pj為所有的min(ai,rij)中的最大值，其中j=1,2,3,…，n。

對集合P=(p1,p2,…,pn)進(jìn)行歸一化處理得：

(3)

(4)

設(shè)列向量F為語言變量對應(yīng)的具體分值集合，基于所有5個(gè)模糊區(qū)間，應(yīng)用等差打分法可計(jì)算得到該列向量中的所有元素，計(jì)算公式為：

(5)

式中：fi為每個(gè)語言變量所對應(yīng)的具體評價(jià)分值；n為語言變量的總數(shù)，n=5。

最終評價(jià)結(jié)果是一個(gè)代數(shù)值，其為綜合評價(jià)結(jié)果向量P*與分值向量F的乘積。

Z=P*·F

(6)

式中：Z為最終評價(jià)結(jié)果的代數(shù)值。

3 定量指標(biāo)測量值的集對分析

按照對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響所有評價(jià)指標(biāo)可分為兩類：正面指標(biāo)和負(fù)面指標(biāo)。正面指標(biāo)對系統(tǒng)整體的精益水平有積極影響，如客戶滿意度、員工參與度和供應(yīng)商關(guān)系等，這些變量的值越大，企業(yè)的精益水平越高。負(fù)面指標(biāo)對系統(tǒng)整體的精益水平有消極影響，如不良率、庫存量和運(yùn)輸距離等。負(fù)面指標(biāo)的值與企業(yè)整體精益程度成反比[9]。

對各精益指標(biāo)設(shè)定5個(gè)級別，1級代表最差，5級代表最好。正面精益指標(biāo)、負(fù)面精益指標(biāo)在各級別的聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式分別為：

μ(Xi)=

(7)

μ(Xi)=

(8)

式中：Xi為精益指標(biāo)的測量值；μ(Xi)為指標(biāo)Xi的測量值在分級下的聯(lián)系數(shù)；a1,a2,…,a5為1～5級分級的限值；i1,i2,i3,j為1～5級分級的聯(lián)系數(shù)，其取值范圍為區(qū)間[-2,1]，將該區(qū)間4等分，取各分點(diǎn)值依次為4個(gè)聯(lián)系數(shù)的值。

4 專用車裝配企業(yè)精益績效評價(jià)實(shí)例

以某專用車制造企業(yè)的精益革新項(xiàng)目為研究實(shí)例。為了提升企業(yè)的精益水平，某精益實(shí)施小組開展了在數(shù)個(gè)車間推進(jìn)5S，看板管理，ERP(enterprise resource planning)等生產(chǎn)管理活動，首要任務(wù)便是了解企業(yè)各個(gè)維度的精益績效水平。

4.1 定性指標(biāo)的定量化

筆者所提出的專用車裝配業(yè)精益評價(jià)指標(biāo)體系中定性指標(biāo)數(shù)量較多，由于篇幅限制，本節(jié)僅給出工藝維度的定性指標(biāo)定量分析過程，其他維度按照相同方法計(jì)算。

工藝維度的3個(gè)定性指標(biāo)成對比較矩陣及權(quán)重如表4所示，權(quán)重集合A=(0.649 1,0.071 9,0.279 0)。

表4 工藝維度比較矩陣及權(quán)重

評價(jià)團(tuán)由5名專家組成，故W1=1，W2=0。與語言變量集合W對應(yīng)的分?jǐn)?shù)集合為F=(0，20，40，60，80)，模糊評價(jià)矩陣為：

(9)

綜合評價(jià)結(jié)果如式(10)所示，進(jìn)行歸一化處理后的結(jié)果如式(11)所示。

Pn=(0.649 1，0.200 0，0.279 0，0.200 0，0)

(10)

(11)

最終評價(jià)結(jié)果為向量P*和向量F的點(diǎn)乘所得代數(shù)值，結(jié)果如下：

Z=P*·F=20

(12)

因此，該生產(chǎn)組織工藝維度定性指標(biāo)的總得分為20，同理可得其他3個(gè)維度的精益指數(shù)及各精益維度的權(quán)重，結(jié)果如表5所示。

表5 定性指標(biāo)各維度精益指數(shù)及權(quán)重

4.2 定量指標(biāo)的集對分析聯(lián)系數(shù)

指標(biāo)P3的過程能力指數(shù)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算過程如下，其他指標(biāo)按照相同方法計(jì)算。為使得評價(jià)結(jié)果盡可能客觀，且能夠反映樣本車間與標(biāo)桿企業(yè)的差距，文中的5級等級劃分基本參照豐田汽車的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[10]。指標(biāo)P3所對應(yīng)的分級限值分別為：a1=0.67,a2=1.00,a3=1.33,a4=1.67,a5=2.00。

將區(qū)間[-1,1] 4等分，各分點(diǎn)值依次記為i3,i2,i1，令j=-1。定量指標(biāo)P3的過程能力指數(shù)為正面指標(biāo)，聯(lián)系數(shù)的計(jì)算方法如式(7)所示，樣本數(shù)據(jù)為0.9，計(jì)算結(jié)果如下：

(13)

同理可得基于主成分的指標(biāo)體系中所有定量指標(biāo)的聯(lián)系數(shù)，結(jié)果如表6所示。

表6 定量指標(biāo)精益聯(lián)系數(shù)

各維度所包含精益指標(biāo)數(shù)量不同，須進(jìn)行歸一化處理，取各維度所包含所有三級指標(biāo)聯(lián)系數(shù)的平均值為其精益指數(shù)，繪制雷達(dá)圖如圖5所示。通過使用雷達(dá)圖，可以直觀反映企業(yè)各維度的精益水平。雷達(dá)圖的不同半徑代表不同的精益維度，其中心代表最低水平，越遠(yuǎn)離中心代表數(shù)值越大，精益水平越高。

由圖5可知，樣本車間在質(zhì)量和物流維度表現(xiàn)較為突出，而在其他維度水平較差，尤其是人員和供應(yīng)關(guān)系維度，接近最低水平。

圖5 各維度精益指數(shù)雷達(dá)圖

5 結(jié)論

針對專用車裝配企業(yè)精益生產(chǎn)實(shí)施關(guān)鍵因素及評價(jià)體系進(jìn)行了研究，建立了精益評價(jià)指標(biāo)體系及評價(jià)模型，通過實(shí)際案例對所提出的模型進(jìn)行了驗(yàn)證與分析。其主要成果如下：

(1)以企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)為引導(dǎo)，建立了專用車裝配企業(yè)精益生產(chǎn)實(shí)施評價(jià)指標(biāo)體系，使得該行業(yè)生產(chǎn)組織的精益績效評價(jià)不再依賴于管理人員的主觀決策，同時(shí)該指標(biāo)體系對其他制造業(yè)領(lǐng)域有一定的適用性。

(2)提出了基于模糊數(shù)學(xué)的精益評價(jià)方法，綜合考慮定量指標(biāo)和定性指標(biāo)的影響，識別企業(yè)實(shí)施精益生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)，從而對企業(yè)的精益實(shí)踐產(chǎn)生指導(dǎo)作用。