姜來

（倫斯勒理工學院，美國紐約州特洛伊市， 12180）

0 引言

作為全球最大的床墊制造商，美國絲漣公司已連續(xù)30余年穩(wěn)坐全球床墊業(yè)銷量冠軍寶座，在世界超過35個國家和地區(qū)擁有生產(chǎn)與業(yè)務，目前已進入中國市場。在床墊業(yè)機械化量產(chǎn)盛行之時，絲漣床墊仍然堅持大部分工序的手工制造［1］。本研究通過對其格林島工廠目前所使用的設(shè)備與生產(chǎn)過程進行調(diào)查與分析，以找出生產(chǎn)瓶頸并提出對生產(chǎn)與組裝過程進行改進的詳細建議，這將對工廠生產(chǎn)效率的提升以及制造所需時間與成本的降低有所裨益。本研究的利益相關(guān)者為工廠經(jīng)理、工人以及本廠客戶。

1 生產(chǎn)系統(tǒng)的特征

絲漣格林島工廠的占地面積約為22 300 m2，擁有240名職員，其中180～200人為工人。該工廠為公司旗下Sealy?、Stearns＆ Foster?以及 Bassett?等品牌的制造廠。每年有248個工作日，其生產(chǎn)能力為每周3 000～4 000張床墊。但實際上該廠根據(jù)現(xiàn)有的訂單數(shù)來預測和安排今后兩到三天的生產(chǎn)計劃。UPS（united parcel service）快遞系統(tǒng)被應用于其48－72 h投遞之中以使得送貨車輛可以按最短路徑行駛。在此生產(chǎn)的床墊大小包括King（203 cm×193 cm），Queen（203 cm×152 cm），和 Double（188 cm×137 cm）。據(jù)統(tǒng)計，Queen號床墊為最受歡迎的型號，占了所有訂單的50%。

1.1 一般生產(chǎn)步驟

普通的絲漣床墊一般由以下幾個部分組成:核心彈簧組件、包裹泡沫板、上層海綿、頂端子裝配體（含絎縫被面、邊）以及底蓋子裝配體（含絎縫邊緣、底蓋法蘭以及標簽）。其一般生產(chǎn)步驟如下:從公司其他工廠運入的彈簧組件在焊接單元中被用板條箱開啟器打開，然后被用包裹泡沫板完全裹住成為子裝配體。根據(jù)不同的客戶需求，不同的上層海綿被放置在彈簧組件與上被面之間以構(gòu)成不同型號的床墊。在底蓋法蘭/標簽生產(chǎn)單元中，下被面的三個部件被縫制到一起。同樣，上被面的兩個部件也被縫合。而后上被面與下被面被工人們一一互相配對。最后，所有的子裝配體都被轉(zhuǎn)移到總裝工作單元中，在這里工人們將它們按照上被面、上層海綿、包裹泡沫板所包裹的彈簧組件、下被面這樣的順序進行總裝。一個完整待包裝的床墊就完成了。包裝完的成品就成為最終產(chǎn)品并被運給客戶或是零售商。圖1所示為床墊生產(chǎn)的流程圖。

圖1 床墊生產(chǎn)的流程圖

1.2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

全廠共分為6個生產(chǎn)單元，分別是焊接單元、邊緣絎縫單元、被面絎縫單元、底蓋法蘭/標簽單元、總裝單元和包裝單元。本廠的主要任務為床墊裝配，故大部分零部件為外廠調(diào)入。該廠所絎縫的被面和邊沿除了自用以外還調(diào)配給本公司旗下的其他廠家。這樣的安排使得不是所有的工廠都必須安裝全套生產(chǎn)設(shè)備，每個工廠只需專注于某一類半成品的生產(chǎn)，然后與其他工廠進行產(chǎn)品交換互補，以盡量減少公司購買昂貴專業(yè)設(shè)備的花費，進而有效降低生產(chǎn)成本。

人力拖車和工業(yè)叉車被用來在工廠內(nèi)部進行物料和部件的傳輸，包括四輪低底盤拖車，滾柱式輸送器以及叉式舉升車輛。四輪底盤車被用來輸送已包裹好的彈簧組件、絎縫被面以及已經(jīng)包裝完成的成品。動力卡車如叉式舉升車輛被用來從貨架海綿堆上存取上層海綿以及其他原材料。滾柱式輸送器被用來定點之間大量傳輸物料。此方式在該廠用來將成品從總裝工位轉(zhuǎn)移至包裝工位。

被面絎縫機是本廠中的自動化典型設(shè)備，其后緊跟著邊沿切分機與縱斷機。這些機器一旦設(shè)定就能夠獨立工作直到輸入被料用盡，并根據(jù)預先設(shè)定的大小對被面進行剪切。已絎縫好的被面將經(jīng)過一個通止規(guī)來確定大小是否合格。目前需要進行改進的一點就是這些昂貴的設(shè)備因為需要人工換料僅能在35%～40%的工作時間保持運行狀態(tài)。

條形碼標簽被用來標識床墊的型號、大小、工廠號以及包裝號等，并被用來對零部件和半成品進行追蹤。這些標簽由專人負責打印，并在底蓋法蘭/標簽單元中被縫制到床墊上去。目前所有的裝配工位都屬于人工工位，它們能夠同時而連續(xù)地處理不同的產(chǎn)品型號，每個工位都有自己專屬的工作，但是又很靈活，不需時間轉(zhuǎn)換就能直接處理其他的產(chǎn)品型號，故可被歸類為混合模式組裝線［2］。

2 組裝過程的優(yōu)化

目前工廠中近一半的面積為原材料堆棧區(qū)，占用了和生產(chǎn)區(qū)域相同的廠房、照明、溫濕度調(diào)節(jié)等資源。同樣的問題也存在于組裝進程當中:大量的半成品存在于整個系統(tǒng)中。盡管有人認為大量的存貨可以作為組裝線中的生產(chǎn)緩沖，但對于這種日產(chǎn)量相對不高的工廠來說，精益生產(chǎn)的理念最適合被引入。精益生產(chǎn)意味著用最少的資源創(chuàng)造最大的產(chǎn)量與效益。根據(jù)精益生產(chǎn)理論，多余的運輸、存貨、搬運、等待，生產(chǎn)過剩，多余的工序以及次品為生產(chǎn)過程中的7種無用過程，它們不給產(chǎn)品增加任何的附加值，因此應當盡量避免。小批量生產(chǎn)的成本由于以下兩種原因可能低于大批量生產(chǎn):小批量生產(chǎn)不需要大量的存貨、設(shè)備以及工人;只有少量的零部件在組裝前被制造，因此較為容易對后來發(fā)現(xiàn)的錯誤進行改正［3］。在工業(yè)界聞名的豐田公司低于2 h存貨制度，即準時化生產(chǎn)制（JIT）就是一個很好的典范［4，5］。

為了在床墊組裝過程中及時地發(fā)現(xiàn)錯誤，理想的工作組應當由有經(jīng)驗且負責任的工人組成。在大批量生產(chǎn)線上，工人僅僅是重復一些簡單的動作卻并不對自己所生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)負責。目前絲漣格林島工廠的最終產(chǎn)品品質(zhì)是由少數(shù)幾個品質(zhì)檢驗員在成品中將產(chǎn)品切開進行抽檢。實際上組裝線上的工人才是對實時情況最為了解的人，如果他們能夠在組裝過程中就發(fā)現(xiàn)錯誤并予以改正，就能有效避免可能導致拆卸、返工甚至廢品的累積性錯誤［6］。

值得肯定的是絲漣工廠已經(jīng)將工人根據(jù)工作單元劃分成不同的工作小組，并在絕大多數(shù)地方使用了看板法（Kanban）［7］來監(jiān)督與控制生產(chǎn)進程。每個工作組都應該有能力發(fā)現(xiàn)并改正源自本組的錯誤，并提出建議以改善進程流。顯然，一旦類似的方法被采用，裝配線在開始時會經(jīng)常性地停擺，然而一旦所有的工作組都熟悉常見的錯誤，并對錯誤原因擁有更多的經(jīng)驗以后，犯錯的總數(shù)將大幅減小。由于每個工作組的工人都對自己的產(chǎn)品負責，因此他們有權(quán)將自己的想法付諸實踐，這意味著他們可以自己制定戰(zhàn)略性的決策［8］。

精益生產(chǎn)有很多種實現(xiàn)形式，包括單元生產(chǎn)、單個工人生產(chǎn)、單件流生產(chǎn)以及小車生產(chǎn)等。在該廠的實際生產(chǎn)中，不同的工位和單元之間已經(jīng)有很多小車根據(jù)需求進行物料和半成品的運輸。然而所謂的小車生產(chǎn)實際上是指小車被用來作為工作臺，所有的工序都在小車上完成。這樣做不僅能明顯減少半成品的存儲量并減少對資金的占用，也使得工作單元的占地面積得以縮小。當一輛小車上的產(chǎn)品被發(fā)現(xiàn)有品質(zhì)問題時，這輛小車能從生產(chǎn)流中直接退出并被重新插入到可修復該問題的單元中，這樣整批產(chǎn)品就不會因為需要等待某一件次品的修復而造成延遲［9］。

3 執(zhí)行方法

3.1 對目前生產(chǎn)系統(tǒng)的改進

為了在現(xiàn)有的組裝系統(tǒng)中引入小車生產(chǎn)方法，需要設(shè)計一種專用的小車，能夠攜帶目前格林島工廠所生產(chǎn)的任意一種床墊的所有零部件。因此，它將包含用于盛放以下各零件或子裝配體的各個部分:泡沫板所包裹的彈簧組件，上層海綿，以及所有的布制零件（包括一個上被面、四個邊沿、一個底蓋以及其法蘭邊，還有產(chǎn)品的標簽）。小車上還必須有一個工作臺使得所有的縫紉與裝配工作得以在其上進行。圖2為專用小車。

圖2 專用小車

在有了專用小車之后，工廠的布局也必須隨之改變以適應新的裝配流程。圖3所示為目前的工廠物料流程。從中可以看到該廠由6個不同的單元組成，每個單元都有自己的作用。一張床墊的不同部件分別在各個單元中完成，并由工人進行人工配對，最后被送至總裝單元進行總裝。采用該生產(chǎn)流程的一個主要問題是每批次中的半成品必須等待同批次的所有生產(chǎn)都完成后才能繼續(xù)往下一個單元進行下一個工序。另外，人工配對耗時長，易出錯，并且人工搬運零件費力。采用公用的叉車或用人力拖車搬運整批次的半成品也要花費更多的時間，因為它們也需要在不同單元間搬運其他物料，以及從原材料堆棧區(qū)搬運物料到工作單元。這樣也就增加了它們的總行進距離，進而導致更高的能量消耗、事故率和故障率。

圖3 工廠目前的物料流程

為了克服上面提到的幾種問題，需要對工廠的布局進行重排以適應小車生產(chǎn)法:應取消所有工作單元中的工作臺以節(jié)省空間;廠房內(nèi)需要加入一個小車分配中心區(qū)域作為剛結(jié)束上一循環(huán)但還未開始下一循環(huán)的小車的緩沖區(qū)間;根據(jù)工廠所生產(chǎn)的床墊種類可以并排設(shè)置多條小車循環(huán)路線以方便不同的零部件和產(chǎn)品的裝卸。對于產(chǎn)量較大的型號可分配給一條專用線路，而對于小產(chǎn)量型號來說，幾個型號可以共用一條線路，以減少線路總量。

下面介紹整個系統(tǒng)的生產(chǎn)流程。首先，來自分配中心的小車行進到物料分配中心，根據(jù)所生產(chǎn)床墊的型號，不同的上層海綿、底蓋、法蘭邊以及標簽被工人們放入小車。接著小車來到焊接單元并在此加入已被泡沫板包裹的彈簧組件。絎縫好的邊緣和被面分別在邊緣絎縫單元和被面絎縫單元中被加入小車中。然后，小車繼續(xù)行進到縫制單元。在這里，工人們從下托盤中取出所有的布制零件并將對應的部分縫制在一起。緊接著小車來到總裝單元，在這里進行總裝。最后，小車裝載著產(chǎn)品來到包裝單元并在這里將產(chǎn)品卸在滾輪輸送機上，自己返回小車分配中心以進行下一循環(huán)，而這時床墊已經(jīng)被用塑料薄膜包裝好并等待運輸了。圖4所示為新工廠的物料流程圖。

圖4 新工廠的物料流程

3.2 對新工廠的定量分析

對于改進方法的最有效證明就是制造所需時間（MLT）的減少，這意味著改進后工廠處理一個部件或是一件產(chǎn)品比以前更快。該工廠的廠房長194.5 m，寬114.6 m。面積為22 300 m2。對照廠房平面圖，并不是所有的面積都用于生產(chǎn)。除去辦公用面積后，生產(chǎn)區(qū)域長180.2 m，寬102.3 m。因此小車行進一個工作循環(huán)（非空載，含單程生產(chǎn)區(qū)長度以及三程生產(chǎn)區(qū)寬度）所行進的距離為:

假設(shè)小車的長度為3 m，忽略小車與小車之間的間隙，即所有小車在生產(chǎn)線上是連續(xù)的，則每條線路上的小車總數(shù)為:

若小車在縫紉單元之前的4個單元的裝載時間各為0.5 min，留出5 min給縫紉單元進行法蘭邊、標簽以及被面邊緣的縫制，3 min給總裝單元進行最后總裝，2 min給包裝單元進行產(chǎn)品包裝。這樣整個生產(chǎn)線的瓶頸位于縫紉單元。為了打通生產(chǎn)瓶頸，更進一步地提高生產(chǎn)效率，最好的辦法是將縫紉單元進一步地劃分為兩個分別縫制底蓋和被面的子單元。這樣每個單元的工作時間都可以控制在3 min以內(nèi)。設(shè)T=3 min為每輛小車在生產(chǎn)線中的最長停駐時間，則:

為單件產(chǎn)品生產(chǎn)的總時間。相比較于目前工廠的MLT=48 h（大批量）～72 h（小批量），新工廠的生產(chǎn)效率有明顯提高。

另一個需要關(guān)注的問題是新工廠的工人數(shù)量。如果高效率是通過增加需要支付工資的工人總數(shù)而得到的，則新方案的吸引力將大打折扣。對于縫制單元前面的4個單元來說，每線路單元應分配2名工人（一人裝載小車零件，另一人從貨架或其他地方將所需零件搬至裝載點）。因此工人的總數(shù)為:

2人/線路×3線路×4單元=24人對于縫紉單元和總裝單元來說，每條線路需要2名工人（一人進行底蓋縫紉，另一人進行被面縫紉;總裝單元每工位必須有兩人）。這樣總共需要:

2人/線路×3線路×2單元=12人最后包裝單元需要2人，另外原材料接收、成品發(fā)送以及小車卸載共需要6人。這樣新工廠所需的工人總數(shù)為44人。相比于目前的180～200人明顯精簡了不少。

4 結(jié)語

本文通過對美國絲漣公司位于紐約州格林島一組裝工廠的調(diào)查、研究與分析，找出了目前生產(chǎn)流程中的瓶頸，提出了一種基于小車流概念的改進生產(chǎn)管理辦法。通過對新方法的定量分析，證明了其能有效提高生產(chǎn)效率，減少制造所需時間與工人數(shù)。同時也為國內(nèi)類似的工廠提供了有益的借鑒。

［1］Web.6 Aug 2012.＜http://www.sealy.cn/cn/company_introduction.php＞.

［2］Groover，Mikell P.Automation Production Systems and Computer-Integrated Manufacturing.［M］3rded.Upper Saddle River:Pearson Education Inc.，2008，769-791.

［3］Web.6 Aug 2012.＜ http://en.wikipedia.org/wiki/Lean_manufacturing＞.

［4］李樹茂.精益生產(chǎn)方式—提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要模式［J］.商業(yè)研究，2001，（6）:142-145.

［5］大野耐一.豐田生產(chǎn)方式［M］.北京:中國鐵道出版社，2006，56-60.

［6］唐超.精益生產(chǎn)在制造業(yè)中的應用［J］.財會通訊:綜合（中），2009，（3）:78-79.

［7］ Web.6 Aug 2012. ＜ http://en.wikipedia.org/wiki/Kanban＞.

［8］胡元木.精益生產(chǎn)方式與成本控制［J］.山東經(jīng)濟，2004，（6）:95-97.

［9］高麗華.精益生產(chǎn)對成本管理的影響［J］.經(jīng)濟研究導刊，2011，（2）:185-187.