基于精益生產(chǎn)的工廠產(chǎn)線設(shè)計(jì)方法

徐文強(qiáng) 黎志雄 熊江偉 郭倫軍

（1.安徽精工智能系統(tǒng)有限公司，安徽 合肥 230000；2.廣州市浩洋電子股份有限公司，廣東 廣州 511450；3.寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司，福建 福鼎 355203）

0 引言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)需求已發(fā)展到了多元化、個(gè)性化時(shí)代，在全球經(jīng)濟(jì)化的背景下，如何適應(yīng)高速發(fā)展的市場(chǎng)需求是一場(chǎng)全世界范圍內(nèi)的生存競(jìng)爭(zhēng)，能迅速生產(chǎn)出市場(chǎng)需要的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉產(chǎn)品的企業(yè)才能夠長(zhǎng)久生存下去。面對(duì)先進(jìn)的國(guó)際制造業(yè)，國(guó)內(nèi)企業(yè)普遍存在生產(chǎn)方式落后、缺乏管理技術(shù)的情況。在工廠里，生產(chǎn)線是產(chǎn)品形成的重要陣地，如何保證產(chǎn)品能夠高效地產(chǎn)出？針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)適合的產(chǎn)線是非常重要的因素。

精益生產(chǎn)是指運(yùn)用多種現(xiàn)代管理方法和手段，以社會(huì)需要為依據(jù)，以充分發(fā)揮人的積極性為根本，有效配置和使用企業(yè)資源，以徹底消除無(wú)效勞動(dòng)和浪費(fèi)為目標(biāo)，最大限度地為企業(yè)謀取經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)方式。通過(guò)在產(chǎn)線設(shè)計(jì)階段結(jié)合精益思想，采用工業(yè)工程的工作研究、作業(yè)測(cè)定等方法，先對(duì)現(xiàn)有的作業(yè)方法、工藝流程等分析，再根據(jù)ECRS（取消、合并、重排、簡(jiǎn)化）原則，排除掉不合理、不增值的浪費(fèi)，制定更經(jīng)濟(jì)、更高效的作業(yè)流程，并以此作為產(chǎn)線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，從而保證產(chǎn)線的精益化、高效化。

該文以A公司的其中一個(gè)車間（終端車間）為研究對(duì)象，詳細(xì)描述制造工廠產(chǎn)線的設(shè)計(jì)方法。

1 需求分析

1.1 未來(lái)目標(biāo)產(chǎn)值

A公司主要生產(chǎn)產(chǎn)品為終端及工控、配電、智能電工3大類產(chǎn)品，依據(jù)公司2019年、2020年、2021年連續(xù)3年的銷售業(yè)績(jī)，公司制定2023年的銷售目標(biāo)為100億，其中終端及工控產(chǎn)品2023年銷售目標(biāo)40.96億元。終端及工控產(chǎn)品為A公司核心產(chǎn)品，且品種較多，目前產(chǎn)線生產(chǎn)過(guò)程資源浪費(fèi)較大，產(chǎn)線產(chǎn)能較低。該文以終端及工控產(chǎn)品為研究對(duì)象，對(duì)其產(chǎn)線進(jìn)行精益設(shè)計(jì)。A公司各產(chǎn)品銷售業(yè)績(jī)及銷售目標(biāo)見表1。

表1 A公司2019—2023年銷售業(yè)績(jī)及目標(biāo)

1.2 需求產(chǎn)能分析

通過(guò)對(duì)終端及工控產(chǎn)品的各產(chǎn)品型號(hào)2019—2022年的日產(chǎn)能進(jìn)行分析，以及結(jié)合2023年的銷售目標(biāo)，對(duì)終端及工控各產(chǎn)品型號(hào)2023年的日產(chǎn)能目標(biāo)分解見表2，確定各產(chǎn)品2023年需求量，以便進(jìn)一步分析。

表2 各產(chǎn)品型號(hào)未來(lái)需求產(chǎn)能

2 產(chǎn)品PQ分析

從產(chǎn)品種類上看，A公司的終端及工控產(chǎn)品屬于多品種產(chǎn)品，需要進(jìn)一步明確改善重點(diǎn)對(duì)象，對(duì)各產(chǎn)品2023年產(chǎn)能目標(biāo)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其中NDB1-63產(chǎn)品日產(chǎn)量193534件，產(chǎn)量占比總產(chǎn)量66.2%；NDB1L-32產(chǎn)品日產(chǎn)量32094件，產(chǎn)量占比總產(chǎn)量11%，這兩款產(chǎn)品累計(jì)占總產(chǎn)量的77.2%，為終端車間的主要產(chǎn)品（大批量）；NDG1、NDB1-125產(chǎn)品產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的6.2%、6%，為終端車間的次要產(chǎn)品（中批量）；其余6款產(chǎn)品合計(jì)占總產(chǎn)量的10.64%，為終端車間的多品種小批量產(chǎn)品。終端車間各產(chǎn)品產(chǎn)量占比見表3。

表3 終端車間各產(chǎn)品產(chǎn)量占比

對(duì)各產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行帕累托圖分析，以明確各產(chǎn)品產(chǎn)量類別，分析如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品帕累托圖數(shù)據(jù)分析

3 產(chǎn)品PR分析

3.1 識(shí)別產(chǎn)品族

為保證產(chǎn)線適合產(chǎn)品生產(chǎn)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，產(chǎn)品從上線到下線一共經(jīng)過(guò)13道工序的加工，10款產(chǎn)品可根據(jù)生產(chǎn)工藝細(xì)分為3個(gè)產(chǎn)品族：噴碼移印、僅噴碼、僅移印，為保證產(chǎn)線滿足且適合產(chǎn)品生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過(guò)程資源浪費(fèi)，杜絕后期的產(chǎn)線改造，須對(duì)不同產(chǎn)品族針對(duì)性設(shè)計(jì)產(chǎn)線，確保產(chǎn)線最優(yōu)化。各產(chǎn)品工藝分析見表4。

表4 終端車間各產(chǎn)品工藝分析

3.2 產(chǎn)線設(shè)計(jì)思路

結(jié)合產(chǎn)品的PQ-PR分析，可以看出終端車間的主要產(chǎn)品（NDB1-63、NDB1L-32）同屬于“噴碼移印”產(chǎn)品族，產(chǎn)品批量大且工藝統(tǒng)一，可針對(duì)設(shè)計(jì)自動(dòng)化線體，采用先進(jìn)的自動(dòng)化智能化設(shè)備進(jìn)行加工裝配，提高生產(chǎn)效率和制造水平，減少作業(yè)人員投入；針對(duì)次要產(chǎn)品（NDG1、NDB1-125）同屬于“僅噴碼”產(chǎn)品族，產(chǎn)品批量較大且工藝相對(duì)統(tǒng)一，可對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)柔性半自動(dòng)化線體，專用件人工組裝，通用件自動(dòng)化裝配，兼顧柔性和效率，實(shí)現(xiàn)中批量產(chǎn)品的快速切換和高效生產(chǎn)；針對(duì)多品種小批量產(chǎn)品同屬于“僅移印”產(chǎn)品族，可對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)柔性生產(chǎn)線體，零部件在線組裝，對(duì)崗位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)線工序節(jié)拍平衡，實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品工藝共線生產(chǎn)。

下文以終端車間主要產(chǎn)品NDB1-63產(chǎn)品為例，詳細(xì)介紹線體設(shè)計(jì)過(guò)程。

4 生產(chǎn)線體設(shè)計(jì)

4.1 確定產(chǎn)線節(jié)拍

產(chǎn)線精益設(shè)計(jì)是為了在滿足需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行高效生產(chǎn)，所以需要先確定需求節(jié)拍（），即為滿足需求生產(chǎn)一件產(chǎn)品的時(shí)間，NDB1-63產(chǎn)品日需求193534件，A公司每天出勤工時(shí)21h（雙班），可算出NDB1-63產(chǎn)品產(chǎn)線為0.39s

4.2 產(chǎn)品作業(yè)測(cè)定

為保證產(chǎn)線生產(chǎn)高效，須進(jìn)一步研究產(chǎn)品生產(chǎn)流程作業(yè)內(nèi)容以及作業(yè)時(shí)間，采用錄像觀測(cè)法對(duì)產(chǎn)品作業(yè)進(jìn)行時(shí)間測(cè)定，確定每個(gè)工序作業(yè)時(shí)間見表5。NDB1-63產(chǎn)品傳統(tǒng)產(chǎn)線采用流水作業(yè)方式，分有12個(gè)作業(yè)崗位，每個(gè)崗位1個(gè)作業(yè)人員，主要依靠人工作業(yè)，可以明顯看出，產(chǎn)線生產(chǎn)瓶頸工位為裝配組件崗位，瓶頸節(jié)拍17.72 s，小時(shí)產(chǎn)能（UPH）為203件/h，產(chǎn)線產(chǎn)能遠(yuǎn)低于需求產(chǎn)能，無(wú)法滿足未來(lái)需求；且產(chǎn)線平衡率42.3%，各工序作業(yè)節(jié)拍嚴(yán)重不平衡，造成生產(chǎn)過(guò)程人員等待、設(shè)備利用率低等浪費(fèi)，不利于產(chǎn)能進(jìn)一步擴(kuò)張。

表5 NDB1-63產(chǎn)品作業(yè)時(shí)間

4.3 作業(yè)改善

通過(guò)對(duì)NDB1-63產(chǎn)品生產(chǎn)流程的作業(yè)動(dòng)作進(jìn)行進(jìn)一步分析，基于動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則并結(jié)合自動(dòng)化模擬驗(yàn)證，對(duì)各工序在“取消、合并、重排、簡(jiǎn)化”等優(yōu)化基礎(chǔ)上，再模擬導(dǎo)入自動(dòng)化，消除作業(yè)中的浪費(fèi)動(dòng)作，以提高產(chǎn)線生產(chǎn)效率，同時(shí)保證設(shè)備高利用率運(yùn)作，減少產(chǎn)線人力投入。對(duì)NDB1-63產(chǎn)品作業(yè)流程共制定12項(xiàng)改善方案見表6。

表6 NDB1-63產(chǎn)品作業(yè)改善方案

4.4 線體崗位設(shè)計(jì)

對(duì)NDB1-63產(chǎn)品優(yōu)化后的作業(yè)進(jìn)行重新排崗見表7，產(chǎn)線采用全自動(dòng)化線體，共設(shè)置17個(gè)作業(yè)崗位，其中16個(gè)崗位采用自動(dòng)化作業(yè)，線體作業(yè)人數(shù)1人（打包），產(chǎn)線瓶頸節(jié)拍（CT）1.58s，UPH為2278件/h，滿足未來(lái)產(chǎn)能需求；同時(shí)產(chǎn)線平衡率達(dá)到86.2%，各工序生產(chǎn)節(jié)拍均衡化，消除生產(chǎn)過(guò)程中的人員等待、設(shè)備閑置等浪費(fèi)，基本達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

表7 NDB1-63產(chǎn)品自動(dòng)化產(chǎn)線

傳統(tǒng)NDB1-63產(chǎn)線主要為人工流水作業(yè)，共設(shè)置12個(gè)作業(yè)崗位，每個(gè)崗位1個(gè)作業(yè)人員，線體總?cè)藬?shù)12人，瓶頸節(jié)拍17.72s，小時(shí)產(chǎn)能（UPH）為203件，線體平衡率42.3%，產(chǎn)線產(chǎn)出低且生產(chǎn)過(guò)程浪費(fèi)大，不適用于未來(lái)產(chǎn)量高速擴(kuò)展。

精益NDB1-63產(chǎn)線對(duì)比傳統(tǒng)產(chǎn)線，從3個(gè)方面可明顯看出優(yōu)勢(shì)：1）產(chǎn)線人力投入少。產(chǎn)線采用全自動(dòng)化線，整條線體投入人數(shù)1人，再輔以1人用于設(shè)備裝料即可，人員較傳統(tǒng)產(chǎn)線減少10人/線。2）產(chǎn)線產(chǎn)出效率高。產(chǎn)線瓶頸節(jié)拍（CT）1.58 s，UPH為2278件/h，產(chǎn)線效率較傳統(tǒng)產(chǎn)線提高1022%。3）產(chǎn)線平衡浪費(fèi)小。產(chǎn)線共設(shè)置17個(gè)作業(yè)崗位，將瓶頸崗位進(jìn)行拆分簡(jiǎn)化，產(chǎn)線平衡率達(dá)到86.2%，較傳統(tǒng)產(chǎn)線平衡率提高43.9%。

綜上所述，基于產(chǎn)品分析設(shè)計(jì)的精益產(chǎn)線相較傳統(tǒng)產(chǎn)線在人力投入、產(chǎn)出效率和產(chǎn)線平衡方面有明顯優(yōu)勢(shì)，更能滿足企業(yè)的快速發(fā)展需求，同時(shí)，在行業(yè)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，企業(yè)能夠展現(xiàn)先進(jìn)的制造水平和高效的生產(chǎn)能力，以便于獲取更多的市場(chǎng)份額，保證企業(yè)長(zhǎng)久持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)精益產(chǎn)線是保證產(chǎn)品高效產(chǎn)出的關(guān)鍵，在產(chǎn)品投產(chǎn)前期，就需要科學(xué)地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析，將產(chǎn)品分族針對(duì)性設(shè)計(jì)產(chǎn)線、對(duì)產(chǎn)品作業(yè)進(jìn)行分析合理排崗，可有效提高產(chǎn)線產(chǎn)能及產(chǎn)線平衡率。該文從精益生產(chǎn)的角度對(duì)工廠產(chǎn)線設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)分析，針對(duì)產(chǎn)線設(shè)計(jì)提出的方法，對(duì)工廠產(chǎn)品投產(chǎn)前的線體設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。在A公司產(chǎn)線設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)因車間物流迂回造成人員走動(dòng)浪費(fèi)大，此問(wèn)題主要原因?yàn)檐囬g布局不合理、不連貫，筆者將繼續(xù)開展車間精益布局方面的研究。