基于價(jià)值流分析的智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方法研究

文/郭麗霞 洛陽(yáng)惠中生物技術(shù)有限公司

梅清晨 河南工程學(xué)院管理工程學(xué)院

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的變化以及智能制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，制造型企業(yè)對(duì)智能工廠的內(nèi)生需求在逐步增強(qiáng)，智能工廠建設(shè)如火如荼。但是，很多制造型企業(yè)在智能工廠建成投用后卻發(fā)現(xiàn)，智能工廠的投用并沒(méi)有給企業(yè)在原有問(wèn)題改善和制造能力提升等方面帶來(lái)預(yù)期的效果。

究其原因，主要是沒(méi)有應(yīng)用科學(xué)的工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方法進(jìn)行智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的單純以“工藝流程實(shí)現(xiàn)、設(shè)備及制造技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)”為關(guān)注點(diǎn)的工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方法已不適用于智能工廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)，亟須一種新型工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方法。

本文提出的基于價(jià)值流分析的智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，是一種以“現(xiàn)有問(wèn)題解決和未來(lái)制造能力提升”為設(shè)計(jì)導(dǎo)向的新型工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，可以有效提高智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)的合理性、適用性和實(shí)用性，能夠顯著提升智能工廠的價(jià)值創(chuàng)造能力。

價(jià)值流分析方法概述

價(jià)值流分析，是一種利用繪制企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流程圖，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中的物料流動(dòng)情況和信息流動(dòng)情況進(jìn)行全面分析，以識(shí)別判定物料流動(dòng)和信息流動(dòng)過(guò)程中存在哪些增值活動(dòng)與非增值活動(dòng)的方法。價(jià)值流分析具有全局化、可視化、數(shù)據(jù)化等特征，被廣泛應(yīng)用于精益生產(chǎn)改善中的浪費(fèi)識(shí)別與浪費(fèi)消除效果的驗(yàn)證。

價(jià)值流分析主要從“最終為客戶創(chuàng)造價(jià)值”的角度出發(fā)，關(guān)注企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中的物料流動(dòng)和信息流動(dòng)是否流暢、是否準(zhǔn)時(shí)、是否增值；它既從宏觀的角度關(guān)注企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率，又從微觀的角度關(guān)注企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)和作業(yè)活動(dòng)；其目標(biāo)聚焦于提升企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中為客戶價(jià)值創(chuàng)造的能力。以上這些特點(diǎn)，使其在助力智能工廠發(fā)揮為企業(yè)“現(xiàn)有問(wèn)題解決和未來(lái)制造能力提升”作用方面具備了良好的方法基礎(chǔ)和應(yīng)用前景。

基于價(jià)值流分析的智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方法

（1）調(diào)研采集企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程信息數(shù)據(jù)，為繪制企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖提供客觀依據(jù)。

企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)下的生產(chǎn)全過(guò)程信息數(shù)據(jù)，是進(jìn)行企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖繪制與分析的前提條件和根本依據(jù)。因此，在繪制企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖之前，做好企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程信息數(shù)據(jù)的調(diào)研采集，保證企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)下的生產(chǎn)全過(guò)程信息數(shù)據(jù)的全面性、完整性和真實(shí)性，尤為重要。

為確保客觀真實(shí)、數(shù)據(jù)詳實(shí)地獲取到企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)下的生產(chǎn)全過(guò)程信息數(shù)據(jù)，必須要采用科學(xué)、高效的調(diào)研采集步驟與方法。首先，信息數(shù)據(jù)采集者必須先系統(tǒng)性地了解企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程，即從客戶訂單需求流程開(kāi)始到客戶訂單交付流程結(jié)束，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程的了解有助于信息數(shù)據(jù)采集者建立“全局觀念”，保障信息數(shù)據(jù)的全面性；其次，信息數(shù)據(jù)采集者要對(duì)企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程中的各個(gè)工序進(jìn)行辨識(shí)和分類，并根據(jù)各個(gè)工序的特點(diǎn)針對(duì)性地制定出各個(gè)工序的數(shù)據(jù)信息收集格式化列表，以免有漏項(xiàng)，保障信息數(shù)據(jù)的完整性；最后，信息數(shù)據(jù)采集者必須親臨現(xiàn)場(chǎng)，親自調(diào)研采集信息數(shù)據(jù)（比如：親自訪談?wù){(diào)研對(duì)象、親自用秒表到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)時(shí)等），保障信息數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

（2）繪制企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖，辨識(shí)出當(dāng)前狀態(tài)下影響企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)的主要因素。

利用調(diào)研采集到的企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)下的生產(chǎn)全過(guò)程信息數(shù)據(jù)，可以繪制出企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖。企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖，能夠以圖示的方式清晰、直觀地描述出企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)的現(xiàn)狀。通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)現(xiàn)狀的診斷分析，可以精準(zhǔn)識(shí)別出當(dāng)前狀態(tài)下影響企業(yè)價(jià)值流動(dòng)的主要因素。

制造型企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)主要包括物料（含半成品、成品）流動(dòng)和信息流動(dòng)兩個(gè)方面。因此，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)現(xiàn)狀的診斷分析一般從物料流動(dòng)和信息流動(dòng)兩個(gè)方面分別開(kāi)展。

通過(guò)對(duì)企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖進(jìn)行診斷分析，可以直觀地辨識(shí)出企業(yè)物料流動(dòng)中是否存在以下不暢現(xiàn)象：生產(chǎn)過(guò)程中是否有待料現(xiàn)象；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是否有呆料現(xiàn)象；工序之間作業(yè)是否有等待現(xiàn)象；工序間在制品是否較多；作業(yè)質(zhì)量狀況是否穩(wěn)定；設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定；換模次數(shù)是否頻繁等。針對(duì)這些現(xiàn)象，再?gòu)墓S規(guī)劃設(shè)計(jì)的角度分析其存在的主要因素，見(jiàn)表1。

表1 企業(yè)物料流動(dòng)不暢常見(jiàn)問(wèn)題及影響因素分析

通過(guò)對(duì)企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖進(jìn)行診斷分析，可以直觀地辨識(shí)出企業(yè)信息流動(dòng)中是否存在以下不暢現(xiàn)象：因物料延遲導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃變更頻繁；現(xiàn)場(chǎng)物料不齊套，無(wú)法準(zhǔn)時(shí)開(kāi)工；現(xiàn)場(chǎng)斷料，頻繁停工；上下道工序生產(chǎn)計(jì)劃不同步；生產(chǎn)過(guò)程信息人工傳遞，及時(shí)性差、效率低；質(zhì)量信息數(shù)據(jù)采集人工為主，準(zhǔn)確性差、效率低；設(shè)備異常信息人工記錄傳遞，有效性差、效率低等。針對(duì)這些現(xiàn)象，再?gòu)墓S規(guī)劃設(shè)計(jì)的角度分析其存在的主要因素，見(jiàn)表2。

表2 企業(yè)信息流動(dòng)不暢常見(jiàn)問(wèn)題及影響因素分析

通過(guò)對(duì)企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖的診斷分析，精準(zhǔn)辨識(shí)出當(dāng)前狀態(tài)下影響企業(yè)物料流動(dòng)和信息流動(dòng)的各種主要因素，從而為智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)找到清晰、明確的方向。

（3）對(duì)識(shí)別出的影響企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)的各種要素，精準(zhǔn)匹配相關(guān)智能制造技術(shù)，開(kāi)展智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)，輸出初版智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)基于企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)價(jià)值流圖診斷分析識(shí)別出的影響企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)的各種主要因素，精準(zhǔn)匹配相關(guān)智能制造技術(shù)，開(kāi)展智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以從根本上有效解決影響企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)不暢的各種問(wèn)題。

針對(duì)影響企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)的各種主要因素，以“現(xiàn)有問(wèn)題解決和未來(lái)制造能力提升”為導(dǎo)向，進(jìn)行智能制造技術(shù)的精準(zhǔn)匹配，以提升智能工廠的價(jià)值創(chuàng)造能力。

在智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)中，針對(duì)影響企業(yè)物料流動(dòng)的主要因素，主要匹配以下智能制造技術(shù)來(lái)解決，見(jiàn)表3。

表3 物料流動(dòng)不暢主要因素與智能制造技術(shù)匹配表

在智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)中，針對(duì)影響企業(yè)信息流動(dòng)的主要因素，主要匹配以下智能制造技術(shù)來(lái)解決，見(jiàn)表4。

表4 信息流動(dòng)不暢主要因素與智能制造技術(shù)匹配表

針對(duì)影響企業(yè)當(dāng)前狀態(tài)下生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)的主要因素，完成智能制造技術(shù)的精準(zhǔn)匹配后，將精準(zhǔn)匹配的智能制造技術(shù)應(yīng)用到智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)輸出《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》，可以有效保障《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》的合理性、適用性和實(shí)用性。

（4）設(shè)計(jì)繪制智能工廠未來(lái)狀態(tài)價(jià)值流圖，推演驗(yàn)證初版智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案效果。

為了避免《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》存在漏洞或缺陷，需要設(shè)計(jì)繪制智能工廠未來(lái)狀態(tài)價(jià)值流圖對(duì)《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》的合理性、適用性和實(shí)用性進(jìn)行推演驗(yàn)證。

智能工廠未來(lái)狀態(tài)價(jià)值流圖，是指按照《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》設(shè)計(jì)繪制，用來(lái)展示智能工廠建成后企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)情況的虛擬價(jià)值流圖。利用該虛擬價(jià)值流圖，可以推演驗(yàn)證《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》是否精準(zhǔn)應(yīng)用了相關(guān)智能制造技術(shù)、是否通過(guò)智能制造技術(shù)的應(yīng)用消除了影響企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)的主要因素、是否通過(guò)消除影響企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程價(jià)值流動(dòng)的主要因素提升了企業(yè)的價(jià)值創(chuàng)造能力。

在未來(lái)智能工廠物料流動(dòng)情況方面，利用智能工廠未來(lái)狀態(tài)價(jià)值流圖可以推算出原材料庫(kù)存種類及數(shù)量、物流距離、物料配送種類及頻次、上下游各車間產(chǎn)能平衡情況、各生產(chǎn)線平衡率、各工序之間所需在制品種類及數(shù)量、換模時(shí)間及頻次、人員配置數(shù)量、智能化工序占比、制造周期、人均產(chǎn)出率等評(píng)價(jià)企業(yè)物料流動(dòng)水平的核心指標(biāo)，將推算結(jié)果與通過(guò)企業(yè)當(dāng)前價(jià)值流圖計(jì)算出來(lái)的同類指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以清晰、準(zhǔn)確地評(píng)判出《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》中的物料流設(shè)計(jì)方案的效果。

在未來(lái)智能工廠信息流動(dòng)情況方面，利用智能工廠未來(lái)狀態(tài)價(jià)值流圖可以推演出在信息流架構(gòu)、邏輯和流程優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)施制造信息化后，因物料延遲導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃變更頻繁、因現(xiàn)場(chǎng)物料不齊套導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法開(kāi)工、因現(xiàn)場(chǎng)斷料導(dǎo)致頻繁停工、因上下道工序生產(chǎn)計(jì)劃不同步導(dǎo)致在制品積壓、生產(chǎn)過(guò)程信息及時(shí)性差、質(zhì)量信息數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性差、設(shè)備異常信息記錄傳遞有效性差等方面的改善效果，將推演結(jié)果與通過(guò)企業(yè)當(dāng)前價(jià)值流圖評(píng)估出來(lái)的同類內(nèi)容結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以直觀、清晰地評(píng)判出《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》中的信息流設(shè)計(jì)方案的效果。

通過(guò)利用智能工廠未來(lái)狀態(tài)價(jià)值流圖對(duì)《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》的合理性、適用性和實(shí)用性的推演驗(yàn)證，能夠及時(shí)查找出《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》中可能存在的漏洞或缺陷，為智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的迭代優(yōu)化提供輸入。

（5）根據(jù)初版智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案推演驗(yàn)證結(jié)果，改進(jìn)并輸出終版智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)利用智能工廠未來(lái)狀態(tài)價(jià)值流圖對(duì)《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》的推演驗(yàn)證結(jié)論，對(duì)《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（初版）》中存在的漏洞或缺陷進(jìn)行迭代改進(jìn)優(yōu)化，最終輸出《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（終版）》。

智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案每次迭代優(yōu)化后，同樣需要設(shè)計(jì)繪制新的智能工廠未來(lái)狀態(tài)價(jià)值流圖，并對(duì)迭代優(yōu)化后的智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的合理性、適用性和實(shí)用性再次進(jìn)行推演驗(yàn)證。實(shí)際工作中，往往需要很多次的迭代優(yōu)化，才能確定《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（終版）》。

《智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（終版）》是由一系列的設(shè)計(jì)輸出物組成的。物料流方面的設(shè)計(jì)輸出物一般包括智能工廠整體規(guī)劃設(shè)計(jì)圖樣、倉(cāng)庫(kù)布局規(guī)劃設(shè)計(jì)圖樣、廠房及生產(chǎn)車間布局規(guī)劃設(shè)計(jì)圖樣、生產(chǎn)線布局規(guī)劃設(shè)計(jì)圖樣、物流路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)圖樣、生產(chǎn)線布局規(guī)劃設(shè)計(jì)圖樣、生產(chǎn)設(shè)備選型及技術(shù)要求清單、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備選型及技術(shù)要求清單、物流設(shè)備選型及技術(shù)要求清單、人員配置清單等；信息流方面的設(shè)計(jì)輸出物一般包括智能工廠信息化建設(shè)藍(lán)圖、信息化架構(gòu)、各模塊信息化流程、信息化硬件選型及技術(shù)要求清單等。

經(jīng)過(guò)多次迭代優(yōu)化后，智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的合理性、適用性和實(shí)用性水平都將得到較大的提升，智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案也將更加科學(xué)和完善。在此基礎(chǔ)上，整理出智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的各類設(shè)計(jì)輸出物，智能工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)工作才算完成。

智能生產(chǎn)線

結(jié)語(yǔ)