基于精益管理下的設(shè)計和制造應(yīng)用研究

翟亞軍,孟慶華

(揚州中遠海運重工有限公司,江蘇 揚州 225200)

0 引言

近年來,國家將智能制造上升到國家戰(zhàn)略高度,《中國制造2025》提出力爭用三個十年的努力,實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標,到2045年,成為具有全球引領(lǐng)影響力的制造強國。而要實現(xiàn)海洋工程裝備尤其是船舶建造行業(yè)的突破,必須以創(chuàng)新的思維開辟新的途徑,實現(xiàn)精益智能制造。精益智能制造是符合中國企業(yè)升級轉(zhuǎn)型的有效路徑,而精益智能制造是建立在精益管理基礎(chǔ)上的,精益管理的核心理念是JIT(JUST IN TIME),即在需要的時間生產(chǎn)需要數(shù)量的產(chǎn)品。其關(guān)鍵是：與能力相匹配的可執(zhí)行度高的生產(chǎn)計劃,以及按計劃生產(chǎn)的管理能力。研究精益管理理論中精益設(shè)計和精益制造可以幫助中國造船業(yè)實現(xiàn)“降本增效、升級轉(zhuǎn)型”的目標。

國內(nèi)造船企業(yè)無論是項目管理制還是部門管理制,多采用以現(xiàn)場調(diào)度型為主,受人的因素影響較大,難以起到有效的控制和協(xié)調(diào)作用。以推進方式組織生產(chǎn),很難實現(xiàn)均衡化生產(chǎn)。造船企業(yè)是勞動密集型企業(yè),施工人員多以外包管理模式,以包代管的模式給產(chǎn)品質(zhì)量、計劃執(zhí)行及企業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶來很大難度。因此,探索一條適合國內(nèi)造船企業(yè)持續(xù)發(fā)展的精益管理模式,以精益設(shè)計配合精益制造,對形成流水化作業(yè)、提高生產(chǎn)效率,最終由流水線作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑魉鳂I(yè),實現(xiàn)造船強國目標,具有重要的理論和實踐意義。

1 精益設(shè)計是精益制造的源頭

設(shè)計的深度、質(zhì)量、計劃性、工藝性及設(shè)計成本控制最終制約精益管理所能到達的高度,因此從源頭推行精益設(shè)計就顯得尤為重要。圖紙是傳遞信息的手段,設(shè)計階段工作決定了70%～80%的品質(zhì)和成本。圖紙一旦出錯,就會造出基于錯誤信息的產(chǎn)品。精益管理需要精益設(shè)計的支撐,并推動精益設(shè)計不斷改進。在設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)、步驟、流程都盡可能地使用最優(yōu)方案,從而實現(xiàn)整體價值最高、成本最低。

1.1 面向船東與制造的設(shè)計

精益設(shè)計的目標是通過安全可靠、綠色環(huán)保、節(jié)能高效、用戶友好的船舶性能品質(zhì)形成船舶產(chǎn)品的核心競爭力,通過降低材料使用量、提高材料利用率、減少生產(chǎn)工時、降低生產(chǎn)難度來有效控制和降低產(chǎn)品成本。精益設(shè)計的路徑是面向船東和面向制造的設(shè)計(見圖1),尋求成本與性能的最佳結(jié)合點,實現(xiàn)與船東合作共贏。

圖1 精益設(shè)計路徑

面向船東,設(shè)計出性能優(yōu)越、滿足船東和規(guī)范要求的綠色節(jié)能高質(zhì)量船舶,為船東創(chuàng)造運營價值。面向制造,設(shè)計以專業(yè)化、流程化生產(chǎn)為原則,以制造計劃為中心,充分發(fā)揮生產(chǎn)裝備條件,按需提供精確的物量信息、易加工的數(shù)據(jù)和圖紙,持續(xù)提高生產(chǎn)效率。

面向制造的設(shè)計,要求應(yīng)節(jié)約生產(chǎn)資源。應(yīng)充分發(fā)揮公司各生產(chǎn)設(shè)備的最大能力,分段劃分考慮搬出能力的最大化、鋼板尺寸最大化、搭載單元最大化;制造部門提前介入設(shè)計的研討,通過前期充分研討、優(yōu)化加工流向、推進工序前移、持續(xù)優(yōu)化設(shè)計物量、降低制造加工難度、提升工時ST,從而降低船舶建造總工時,提高效益。設(shè)計圖紙所有生產(chǎn)信息均在圖中明確標示,避免生產(chǎn)隨意性。設(shè)計提供相對準確的物量,便于制定合理的生產(chǎn)計劃。簡明的編碼體系,便于配材和裝配,防止部材遺漏。直觀的圖紙,便于判斷組裝順序,避免裝配干涉。

1.2 流程導(dǎo)向的標準化設(shè)計

精益管理以流程為導(dǎo)向,只有穩(wěn)定且好的流程才能持續(xù)產(chǎn)生好結(jié)果。以流程為導(dǎo)向首先需要進行流程分析,識別工作中的每一個細節(jié),并將每一細節(jié)都做到最好,做到極致。當一個沒有缺陷的流程確定后,要將每一個環(huán)節(jié)的最佳實踐標準化下來,形成標準化的設(shè)計基準。目前,公司已應(yīng)用設(shè)計類基準329份,工作流程184份。標準化的要求是各項工作都要有作業(yè)基準,最熟悉該項設(shè)計工作的人就是基準的制定者。所有參與流程的設(shè)計者都需要按照設(shè)計基準進行標準化設(shè)計,以實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計。

1.3 嚴格的計劃管理與質(zhì)量保證

1.3.1 精益管理的體現(xiàn)

(1)設(shè)計主導(dǎo)綜合預(yù)定,統(tǒng)籌單船設(shè)計、主要物資、生產(chǎn)主要節(jié)點合理匹配生產(chǎn)技術(shù)準備周期。

(2)將綜合出圖預(yù)定表根據(jù)綜合預(yù)定表分解形成設(shè)計計劃和出圖計劃。

(3)技術(shù)規(guī)格書要點進行表格化處理,并分解到業(yè)務(wù)擔當,確保設(shè)計符合規(guī)格書要求。

(4)設(shè)計工時管理,合理平衡調(diào)整計劃,按專業(yè)特長細分設(shè)計擔當,前后協(xié)作流水作業(yè)。

(5)以搭載網(wǎng)絡(luò)計劃為核心,拉動編制各類計劃,后道發(fā)現(xiàn)問題后反饋前道優(yōu)化處理。

(6)標準工程計劃通過制造、技術(shù)、物資協(xié)議研討確認,保證計劃合理可行,見圖2。

(7)生產(chǎn)設(shè)計以工藝設(shè)計為主,完備生產(chǎn)信息、出圖。從導(dǎo)入計劃體系到現(xiàn)在,計劃執(zhí)行率實現(xiàn)了100%的突破。

1.3.2 設(shè)計質(zhì)量管理的精益體現(xiàn)

(1)制定各方面的設(shè)計規(guī)則,方便設(shè)計,設(shè)計失誤及時總結(jié),推行落實防止問題再發(fā)生對策。

圖2 標準工程計劃

(2)宣貫“一次性把事情做好”的精益設(shè)計理念將設(shè)計質(zhì)量納入月度考評;以科研立項、研討書等形式研究重點項目。

(3)持續(xù)開展TQC活動,保障持續(xù)創(chuàng)新和改善。

(4)進行多階段設(shè)計質(zhì)量管理,如：設(shè)計管理卡-事前控制、分級按單審核-事中控制、圖面協(xié)議表-界面控制、現(xiàn)場巡回-事后分析改進。通過全程質(zhì)量管理,生產(chǎn)設(shè)計差錯率由5‰下降到2.8‰以下。

1.4 知識的積累與共享

對于每艘船、每種船型認真做好設(shè)計總結(jié)工作,對每一條船東、船檢意見及處理過程要進行技術(shù)性總結(jié),并存放在技術(shù)檔案里以項目或?qū)I(yè)形成技術(shù)數(shù)據(jù)檔案進行信息共享。為防止再發(fā)生及持續(xù)改善提供基礎(chǔ),通過再教育和學(xué)習(xí)前人經(jīng)驗,實現(xiàn)設(shè)計團隊全員能力提升。公司在船舶設(shè)計過程中積累了大量的設(shè)計數(shù)據(jù)、知識、技術(shù)與設(shè)計經(jīng)驗等知識,在實際設(shè)計工作中將這些知識進行有效地分類、管理和共享,最終形成以設(shè)計規(guī)范、標準基準和專家經(jīng)驗等知識構(gòu)建而成的知識檔案庫,方便及時獲取、保存和應(yīng)用。

1.5 應(yīng)用數(shù)字化的設(shè)計

數(shù)字化管理需要根據(jù)船舶設(shè)計工作特點,量身定制出設(shè)計管理系統(tǒng),實現(xiàn)對出圖計劃、出圖進度、圖紙臺帳、圖紙協(xié)議、船東船級答復(fù)、設(shè)計工時等各項設(shè)計作業(yè)的全面管理。同時,利用數(shù)字化管理系統(tǒng)將各部門的數(shù)據(jù)集合在一個系統(tǒng)之中,提高數(shù)據(jù)的重用性與一致性。數(shù)字化管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫與其他軟件結(jié)合,共享數(shù)據(jù)庫,保證設(shè)計的自動化與數(shù)據(jù)的準確性。

信息化設(shè)計需要應(yīng)用各類設(shè)計軟件,如：總體性能計算軟件(NAPA)在各詳細設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用,結(jié)構(gòu)造型軟件(NAPA STEEL)也受到重視和推廣,三維實體建模軟件(AM)已成為造船企業(yè)生產(chǎn)設(shè)計第一工具,有限元分析軟件和結(jié)構(gòu)規(guī)范計算軟件等已成為詳細設(shè)計中不可或缺的工具[1]。

2 精益制造是精益管理的具體實施

和傳統(tǒng)造船模式相比,精益造船模式優(yōu)勢在于消除浪費,利用有效資源獲取更多的價值;對于船舶企業(yè)而言,精益造船模式能提升勞動效率,提升船塢、碼頭等資源的利用率,實現(xiàn)產(chǎn)能的提升[2]。走精益制造之路是國內(nèi)傳統(tǒng)造船企業(yè)面臨的迫切需求,也是國企改革的探索之路。

2.1 建立標準化作業(yè)體系

業(yè)務(wù)標準化指的是不管何時、由誰來做,都可以按照相同順序且無浪費地進行作業(yè)[3]。生產(chǎn)作業(yè)標準化是精益制造最有效的工具,也是精益管理的基礎(chǔ)。

企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)實際梳理并制定作業(yè)基準,對所有施工人員進行崗前培訓(xùn),并進行反復(fù)教育和固化,使工人熟練應(yīng)用作業(yè)基準;所有作業(yè)基準現(xiàn)場張貼,讓作業(yè)人員在自己工位上可以清晰看到作業(yè)流程、施工要點,準確掌握現(xiàn)場危險源及環(huán)境因素,為推進流水線、流水化作業(yè)提供支撐。而伴隨標準化作業(yè)體系的建立,船舶企業(yè)要逐步培養(yǎng)高技能施工人員,建立自己的專業(yè)團隊,對各專業(yè)施工人員進行自培自訓(xùn),提高作業(yè)人員整體的作業(yè)水平,實現(xiàn)作業(yè)技能持續(xù)提升。

同時,為保證標準化作業(yè)有效運行,遵循質(zhì)量管理的PDCA循環(huán)原則,企業(yè)有必要建立公司級到生產(chǎn)車間級的作業(yè)基準巡回機制,查找現(xiàn)場執(zhí)行中存在的問題,分析對策,并對作業(yè)基準及現(xiàn)場施工進行持續(xù)改善,確保作業(yè)基準的適用性、實用性。

作業(yè)基準經(jīng)過導(dǎo)入、推廣到目前的全面運用,已形成完整的標準化作業(yè)體系。近3 a來,企業(yè)制定作業(yè)基準1 315份,對5 000多名施工人員循環(huán)培訓(xùn)累計達16萬余人次,生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提升,人均產(chǎn)量從44 t/a提升到56 t/a。

2.2 優(yōu)化生產(chǎn)組織體系

建立標準化作業(yè)體系后,需要有與之匹配的組織機構(gòu)推進標準化作業(yè)體系的運行,使企業(yè)按照生產(chǎn)流程,優(yōu)化制造系統(tǒng)的管理構(gòu)架,組建制造本部統(tǒng)籌管理整個生產(chǎn)。如：設(shè)立以鋼材加工、分段建造及管加工為業(yè)務(wù)范圍的工場部,以分段總組、搭載及涂裝為業(yè)務(wù)范圍的建造部,以機、管、電安裝及調(diào)試為業(yè)務(wù)范圍的舾裝部;各部設(shè)置對應(yīng)生產(chǎn)科10個,責權(quán)關(guān)系明確,橫向聯(lián)系少,避免管理人員冗余,更有利于高效的全員自主管理的推行。

建立班組自主管理體系。施工作業(yè)人員流動性大、穩(wěn)定性差、技能水平參差不齊是影響企業(yè)進度和質(zhì)量提升的一個非常重要的因素。根據(jù)國內(nèi)普遍的外包用工特點,探索構(gòu)建直接生產(chǎn)勞動力“本工、一類外包工、二類外包工”三位一體的用工模式,采取分步實施、穩(wěn)步推進的方式,組建由本工和一類外包組成的自有管控班組,為企業(yè)培養(yǎng)高技能、一專多能且穩(wěn)定的施工團隊,也為自主管理提供支撐。建立班組檔案,量化班組提升指標目標,通過懇談會、體感實操等方式找出班組管理存在的問題,分析、制定改善對策。每月跟蹤《科室現(xiàn)場組織表》,動態(tài)、精準掌握現(xiàn)場作業(yè)人員動態(tài),完成生產(chǎn)系統(tǒng)各職場及班組的合理設(shè)置,形成從部-科-職場-班組的組織體系,清晰各職場、班組配員情況和工作界面。 通過自有管控班組的管理輻射,帶動外包班組的自主管理能力的提升,達到班組管理的標準化、體系化,逐步實現(xiàn)班組自主管理體系的建立。

2.3 再造與革新生產(chǎn)流程和作業(yè)工具

小批量、快節(jié)奏、流水化是精益制造最顯著的特色,企業(yè)通過生產(chǎn)流程的優(yōu)化和再造來逐步實現(xiàn)此作業(yè)模式。在內(nèi)業(yè)車間,配置鋼材輥道輸送系統(tǒng)、推行小批次化生產(chǎn),不斷縮短交貨期,形成從鋼材到貨、下料、加工、小組到分段建造,按使用預(yù)定日準時提供零部件材料;在組立車間,推進單一流水線作業(yè),分段制作結(jié)合分段形式的差異,采用分段定置生產(chǎn)模式,按組立棟分平面分段、曲面分段、立體分段及翻身工事生產(chǎn)線;在管加工車間,按管徑大小重新配置并改造成大、中、小管徑流水線;組立和管加工盡可能擴大流水線范圍,使建造能力和建造效率都得到了顯著提升。近3 a來,分段建造月均完成物量從1.8萬t提升到3萬t;內(nèi)業(yè)、組立、管工單位物量施工所耗用的工時分別從0.92、1.24、2.25下降到0.78、0.66、1.60。

工具是做好高品質(zhì)、高質(zhì)量的產(chǎn)品必要前提。企業(yè)投資建成工具庫、規(guī)范工具的管理,完成了作業(yè)工具的“革命”。工具庫的建成,確保了各類工具在統(tǒng)一采購、保管、檢驗、使用、維護和報廢等各環(huán)節(jié)得到有效管控,提高了工具的完好率和利用率,降低了生產(chǎn)成本。

2.4 重構(gòu)生產(chǎn)計劃體系

精益制造實施過程中計劃體系的精髓在于自主管理。以“誰執(zhí)行、誰制定、誰跟蹤”為計劃編制原則,建立以搭載預(yù)定為中心的精益拉動式計劃體系。每個工序像對待客戶一樣對待下道工序,各生產(chǎn)車間根據(jù)下道需求,制定自己的實施計劃,并按實施計劃進行跟蹤。通過計劃管理下沉和看板計劃跟蹤,逐步形成自主的、按時按量向客戶(下道工序)提供合格產(chǎn)品的理念。

生產(chǎn)計劃體系的重構(gòu),有效保證了生產(chǎn)任務(wù)的完成和生產(chǎn)計劃的順利實施。線表節(jié)點按期實現(xiàn)率從2018年的65%逐年提升,連續(xù)3 a計劃按期實現(xiàn)率達到100%。

2.5 健全自主檢查體系

質(zhì)量管理是精益制造產(chǎn)品提升競爭力的基石。為適應(yīng)精益制造,保證標準化作業(yè)體系的順利推進,就要逐步實現(xiàn)質(zhì)量的自主管理。推行精益的質(zhì)量自主管理,強調(diào)一次性將事情做對,要堅持“三不”和持續(xù)改進原則,做到質(zhì)量持續(xù)改進。

(1)成立提高質(zhì)量管理的專業(yè)委員會(如精度、焊接、涂裝等)。由專業(yè)委員會對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行跟蹤、組織專項巡回、定期數(shù)據(jù)分析,對于典型問題查找原因、制定改善的對策,按PDCA循環(huán)持續(xù)改進質(zhì)量管理水平,實現(xiàn)了高質(zhì)量與高效率的統(tǒng)一。

(2)推行施工質(zhì)量自主管理。分段大組立執(zhí)行分階段在胎報驗,降低檢驗難度,大幅提升一次報驗合格率,實現(xiàn)合格中間產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)序,減少分段置場。企業(yè)自實行分段在胎報驗以來,分段一次報驗合格率達99.23%。預(yù)合龍、搭載階段推行焊前自檢,與分段建造過程一樣,根據(jù)檢查清單逐一核對并檢查、確認,并在現(xiàn)場記錄,提升自主檢查能力,減少焊前報驗環(huán)節(jié),縮減無效等待時間。據(jù)統(tǒng)計,實現(xiàn)PE、搭載焊前自檢效率提升約20%。

3 結(jié)論

(1)造船企業(yè)在引入消除一切浪費的精益管理理念后,從設(shè)計階段就應(yīng)開始注重品質(zhì)提升,構(gòu)建以精益設(shè)計為引領(lǐng)的全過程精益管理體系,實現(xiàn)面向船東、面向制造的設(shè)計。

(2)應(yīng)用造船成組技術(shù)完全實現(xiàn)船舶建造的分道分線,應(yīng)用統(tǒng)籌優(yōu)化理論向中間產(chǎn)品的零庫存不斷突破,應(yīng)用“人、物、設(shè)備”并通過作業(yè)的標準化、生產(chǎn)的均衡化和設(shè)備的通用化、自動化、智能化,形成快速、均衡、高效的精益生產(chǎn)模式。

(3)全面推行作業(yè)先行化、工序前置化、分段大型化、舾裝最大化、無余量建造、快速搭載等先進制造技術(shù),實現(xiàn)殼舾涂一體化和設(shè)計制造管理一體化。

(4)經(jīng)過實踐表明,精益制造模式的推行,使企業(yè)的大節(jié)點按期實現(xiàn)率連續(xù)兩年達到100%,生產(chǎn)效率提高近30%,產(chǎn)品質(zhì)量得到船東認可,品牌形象進一步提升,助力企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。