單元精益生產(chǎn)在多品種、小批量產(chǎn)品加工中的實(shí)踐應(yīng)用

楊宇通 崔之超 陳雨柔 王 東 李 媛

（中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展和電子產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代，多樣化的市場、客戶需求對(duì)于生產(chǎn)作業(yè)模式提出了更高的要求，目前客戶追求的個(gè)性化、定制化、差異化目標(biāo)使得企業(yè)的生產(chǎn)加工方式必須從以往的大批量、單一品種向多品種、小批量的生產(chǎn)經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變，客戶對(duì)于產(chǎn)品需求提出了更高的要求：品種要多、數(shù)量要少、成本要低、交貨周期要短、質(zhì)量要好、功能要定制化。如何利用先進(jìn)的生產(chǎn)加工方式進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的改善提升，通過物料、產(chǎn)品以及工序的流程梳理與改善，運(yùn)用先進(jìn)的生產(chǎn)工具進(jìn)行作業(yè)改善來達(dá)到降低成本、提高效率和質(zhì)量的目的變得尤為重要，這也成為當(dāng)前項(xiàng)目競標(biāo)過程中尤為重要的考慮因素。文獻(xiàn)[1]基于對(duì)多品種、小批量制造企業(yè)現(xiàn)狀和企業(yè)生產(chǎn)模式精益化核心價(jià)值的思考，最終從三個(gè)方面對(duì)多品種、小批量制造企業(yè)的生產(chǎn)加工流程精益化方式改進(jìn)提出了建議；文獻(xiàn)[2]通過研究某產(chǎn)品裝配線，采用精益思想與工業(yè)工程的方法建立了U型精益單元化生產(chǎn)線，消除了生產(chǎn)過程中的浪費(fèi)，縮短了產(chǎn)品裝配周期，達(dá)到了提質(zhì)增效的目的；文獻(xiàn)[3]通過研究某型產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，建立了一種全新的單元生產(chǎn)加工模式，較好地解決了傳統(tǒng)單件生產(chǎn)方式中的高成本和批量生產(chǎn)方式中的不靈活等短板問題，極大地提高了生產(chǎn)效率。以上研究針對(duì)多品種、小批量產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)特點(diǎn)、管理方式進(jìn)行的改善提升具有重要的借鑒意義。

本文以我司產(chǎn)品前處理階段的作業(yè)模式和工位布局優(yōu)化為切入點(diǎn)，通過現(xiàn)場觀察、工時(shí)測算、工藝路線梳理，采用ECRS分析、連續(xù)流打造、單元化作業(yè)產(chǎn)線平衡率計(jì)算等方法進(jìn)行產(chǎn)品前處理階段的作業(yè)方式、工位布局、工藝路線優(yōu)化等精益改善，通過打造生產(chǎn)前處理工序的單元化精益生產(chǎn)作業(yè)模式，提高了生產(chǎn)效率，縮短了周轉(zhuǎn)距離和作業(yè)周期，保證了質(zhì)量一致性和生產(chǎn)過程的顯性化作業(yè)，為產(chǎn)品全周期的效率提升和制造周期縮短、質(zhì)量一致性提升提供了新手段。

1 多品種、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 單元精益生產(chǎn)

精益生產(chǎn)是運(yùn)用現(xiàn)代的管理方法和手段，充分發(fā)揮人的作用和資源的配置作用，通過最大程度地減少不必要的浪費(fèi)、優(yōu)化流程來提高生產(chǎn)效率的一種新型生產(chǎn)方式。單元精益生產(chǎn)方式不同于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化、大批量流水線和單件生產(chǎn)模式（表1），而是結(jié)合流水線生產(chǎn)和單件生產(chǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)，降低了單件生產(chǎn)的高成本和流水線生產(chǎn)的過度剛性，通過消除作業(yè)過程中不必要的浪費(fèi)，以生產(chǎn)單元為基本單位對(duì)人員、設(shè)備、物流等進(jìn)行合理配置，通過PQ/PR分析、多能工培養(yǎng)、生產(chǎn)線平衡率計(jì)算、ECRS分析等手段實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)一人多工序、目標(biāo)為“單件流”作業(yè)的高柔性生產(chǎn)方式，是一種成組作業(yè)的概念。單元精益生產(chǎn)是通過最大程度發(fā)揮人的作用和資源配置作用，提高生產(chǎn)線平衡率、提升生產(chǎn)效率，打造的一種新型生產(chǎn)作業(yè)模式，適用于多品種、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)作業(yè)加工[4-5]。

表1 流水線和單件生產(chǎn)的對(duì)比

單元精益生產(chǎn)的基本特點(diǎn)：

1）專業(yè)化程度較高，按產(chǎn)品類別組織生產(chǎn)。

2）生產(chǎn)按照一定節(jié)拍運(yùn)作，各工序同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，產(chǎn)出周期穩(wěn)定。

3）各道工序（工步）的單件作業(yè)時(shí)間與相應(yīng)工序（工步）工作地（或設(shè)備）數(shù)比值相等，即：

式中：ti為第i道工序（工步）的單件作業(yè)時(shí)間；si為第i道工序的設(shè)備數(shù)；i=1，2，…，m（m為一條產(chǎn)線的工序數(shù)/工位數(shù)）。

1.2 多品種、小批量產(chǎn)品現(xiàn)狀

目前軍用電子產(chǎn)品的生產(chǎn)加工隨著市場需求及國際形勢的多變而變化不定，多樣化、多品種、多功能、高可靠性、低成本的生產(chǎn)需求給產(chǎn)品的生產(chǎn)加工帶來了更大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的單件生產(chǎn)方式和大批量流水線作業(yè)方式已無法滿足企業(yè)對(duì)于低成本、高效率和高質(zhì)量的要求，如何根據(jù)客戶需求和產(chǎn)品作業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的先進(jìn)生產(chǎn)、作業(yè)方式科學(xué)計(jì)劃生產(chǎn)加工變得尤為重要，成為項(xiàng)目競標(biāo)成敗的關(guān)鍵性影響因素。

目前我司產(chǎn)品存在多品種、小批量的特點(diǎn)，產(chǎn)品的多樣性對(duì)于產(chǎn)品的生產(chǎn)制造方式提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，產(chǎn)品的制造周期、成本、質(zhì)量等因素成為企業(yè)生存的決定性因素。我司產(chǎn)品元器件采購渠道多樣、器件來料狀態(tài)不一，為了確保生產(chǎn)加工的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，SMT之前會(huì)將帶引腳器件、引腳鍍金器件進(jìn)行去金、搪錫，從而確保電子元器件的引腳可焊性，避免引腳上錫不良、不潤濕、冷焊、脫焊等質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)問題出現(xiàn)，導(dǎo)致產(chǎn)品后續(xù)生產(chǎn)過程中存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，影響產(chǎn)品合格率和客戶滿意度。我司生產(chǎn)布局及作業(yè)是根據(jù)工藝特點(diǎn)進(jìn)行布置和規(guī)劃的，器件的前處理工序在多班組、多工序之間交叉作業(yè)（圖1），使得作業(yè)的產(chǎn)出存在極大的不穩(wěn)定性，任意一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)帶來停機(jī)、停產(chǎn)、停工的風(fēng)險(xiǎn)，工作的投入與產(chǎn)出難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，較長的前處理生產(chǎn)周期影響了產(chǎn)品總的生產(chǎn)制造周期，對(duì)于項(xiàng)目競標(biāo)是不利的影響因素，亟需進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的提升改善來確保企業(yè)的市場競爭力。

圖1 前處理工序（改善前）

圖1 是我司目前物料生產(chǎn)前處理階段的工序，作業(yè)在多個(gè)班組之間交叉進(jìn)行，涉及搪錫、檢測、共面性檢查等3個(gè)班組作業(yè)，具體各工序的作業(yè)內(nèi)容如下：

1）搪錫：拆除包裝，將帶引腳器件及鍍金器件進(jìn)行去金、搪錫，可使引腳表面形成可焊鍍層，提高引腳可焊性；搪錫完成后器件重新清點(diǎn)標(biāo)記并擺盤，待下道工序檢測。

2）檢測：檢查器件型號(hào)、搪錫質(zhì)量/數(shù)量，不合格器件退回進(jìn)行返工，并存儲(chǔ)在干燥柜。

3）共面性檢查：從干燥柜取出搪錫合格的器件，SMT上線前再次檢查器件引腳平整度、共面性、數(shù)量、搪錫質(zhì)量，對(duì)于共面性不好的器件進(jìn)行整形操作，搪錫質(zhì)量不好的器件退回進(jìn)行返工，核對(duì)完成后擺盤并檢查方向正確性。

2 單元精益生產(chǎn)模式

2.1 PQ/PR分析

PQ/PR分析是指產(chǎn)能分析和工藝相似性分析，即在共性中尋找影響主要矛盾或有決定性影響的因素進(jìn)行研究，來反映事情的本質(zhì)。前處理階段涉及的物料主要是帶引腳的鷗翼型器件和無引腳鍍金器件（圖2），考慮到器件來料路徑不明，故需在正式生產(chǎn)加工前對(duì)器件引腳進(jìn)行再次預(yù)處理，將潛存的質(zhì)量隱患降至最低。通過對(duì)過去的搪錫物料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，鷗翼型器件搪錫占比90%以上，故本文主要研究鷗翼型引腳器件的前處理單元精益生產(chǎn)模式構(gòu)建。

圖2 芯片外貌

2.2 產(chǎn)線作業(yè)工時(shí)測定

選取鷗翼型引腳IC器件作為研究對(duì)象，進(jìn)行搪錫、檢測、平整度檢查作業(yè)等全工藝生產(chǎn)流程的作業(yè)工時(shí)測定，測定的直接目的是科學(xué)制定合格工人按規(guī)定的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成某些作業(yè)所需的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是指操作熟練程度和技能都達(dá)到平均水平的作業(yè)人員按照規(guī)定的作業(yè)條件和作業(yè)方法，用正常速度生產(chǎn)規(guī)定質(zhì)量的一個(gè)單位的產(chǎn)品所需要的時(shí)間。使用秒表測量作業(yè)最小工步的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間，每個(gè)最小工步最少重復(fù)取三次測量結(jié)果，以三次的平均值作為最終的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測量值，均值結(jié)果乘以寬放系數(shù)后作為工時(shí)測量的最終結(jié)果（表2）。

從表2可以看出，生產(chǎn)作業(yè)過程中存在等待、周轉(zhuǎn)、重復(fù)作業(yè)等浪費(fèi)，且作業(yè)工步不平衡，搪錫、檢測和檢查的有效作業(yè)時(shí)間為15、16、140 s，其中搪錫工位12人，檢測工位1人，檢查整形工位2人，產(chǎn)線平衡率32%，工位平衡率存在極大的不足，人員利用率極不充分，產(chǎn)出不穩(wěn)定。并且多次檢查會(huì)帶來多次返工，影響作業(yè)的效率提升，且存在三次重復(fù)清點(diǎn)和搬運(yùn)多余動(dòng)作，造成生產(chǎn)資源的浪費(fèi)，亟需進(jìn)行作業(yè)的精簡優(yōu)化改善。

2.3 程序分析與ECRS原則

針對(duì)目前工步工時(shí)不平衡的現(xiàn)象，首先根據(jù)程序分析的方法，依照作業(yè)流程將作業(yè)從開始到結(jié)束的全流程進(jìn)行系統(tǒng)的梳理，全面分析是否存在多余、重復(fù)、延遲或等待過長、搬運(yùn)周轉(zhuǎn)過多等不合理的作業(yè)，采用ECRS原則，以減少浪費(fèi)、改進(jìn)優(yōu)化作業(yè)方式為目的，尋找加工生產(chǎn)中存在的八大浪費(fèi)動(dòng)作，根據(jù)“消除（Eliminate）、合并（Combine）、重組（Rearrange）、簡化（Simple）”的原則進(jìn)行作業(yè)工序的優(yōu)化；將工步3、4、5、12、13、14、17等重復(fù)工步消除；將搪錫和檢查工位合并，減少中間的周轉(zhuǎn)和等待動(dòng)作，減少返工的次數(shù)；將優(yōu)化后的工步作業(yè)順序進(jìn)行重排，使前處理工序的作業(yè)步驟更加合理，最終得到改善后的工時(shí)測量結(jié)果如表3所示，改善后作業(yè)工序如圖3所示。

圖3 前處理工序（改善后）

表3 前處理工序工時(shí)（改善后）

比較改善前后可以發(fā)現(xiàn)，前處理工序的作業(yè)時(shí)間由682 s減少至316 s，減少53.7%，作業(yè)效率提高至少50%；作業(yè)工步由17個(gè)減少至10個(gè)，減少41.2%；周轉(zhuǎn)距離減少至少20 m；作業(yè)班組由之前的3個(gè)班組減少至2個(gè)班組，精簡率33.3%，減少了周轉(zhuǎn)和交接的次數(shù)，大大提高了產(chǎn)線效率。

2.4 單元精益生產(chǎn)模式

根據(jù)改善后所測作業(yè)工時(shí)，采用工藝程序分析的方法進(jìn)行工位劃分及單元精益生產(chǎn)線的構(gòu)建，由表3可知搪錫+檢查的作業(yè)有效時(shí)間為125 s，檢測的時(shí)間為16 s，其余都是準(zhǔn)終時(shí)間，故可初步確定搪錫+檢查工位與檢測工位是8:1關(guān)系，構(gòu)建直線型單元精益生產(chǎn)模式（圖4）。構(gòu)建的單元精益生產(chǎn)加工線的產(chǎn)線節(jié)拍為16 s；產(chǎn)線平衡率為97.92%（式（2）），達(dá)到行業(yè)水平以上；人員飽和度達(dá)97.5%，人員利用效率充分。該單元精益生產(chǎn)加工模式需增加8臺(tái)專用的整形工裝，培養(yǎng)8名既能搪錫又可以進(jìn)行器件共面性檢查、整形的多能工，極大地提高了人員的飽和度和人員技能水平。

圖4 改善后的前處理工序工位布局

3 結(jié)束語

本文以現(xiàn)階段我司在生產(chǎn)制造管理經(jīng)營模式方面遇到的困難為切入點(diǎn)，以我司目前產(chǎn)品前處理工序的改善提升和流程再造為研究對(duì)象，采用精益生產(chǎn)和工業(yè)工程的方法，將目前在多品種、小批量生產(chǎn)制造企業(yè)流行使用的流水線生產(chǎn)和單件生產(chǎn)加工方式的特點(diǎn)結(jié)合起來，以減少浪費(fèi)、提高效率、穩(wěn)定質(zhì)量為目標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)、作業(yè)模式及班組布置實(shí)況，進(jìn)行了生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場的精益管理改善提升工作，通過采用PQ/PR分析、工時(shí)測算、ECRS分析、產(chǎn)線平衡率計(jì)算、連續(xù)流、精益單元等方法打造了一種適合多品種、小批量產(chǎn)品生產(chǎn)制造的單元精益生產(chǎn)加工模式，有效提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量一致性。