劉 巍，李彤陽，高 紅

（1. 大連海事大學(xué) 航運(yùn)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院；2. 大連海事大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 大連 116026）

在經(jīng)濟(jì)全球化、市場國際化、技術(shù)進(jìn)步加快的背景下，我國制造業(yè)企業(yè)面臨著嚴(yán)峻的形勢[1]. 制造企業(yè)的競爭策略也從成本領(lǐng)先，發(fā)展成為交貨時間、質(zhì)量、成本、服務(wù)等綜合因素的競爭[2]. 這些限制迫使企業(yè)必須要轉(zhuǎn)變落后的制造模式，思考如何提高車間系統(tǒng)的性能.

精益生產(chǎn)是二戰(zhàn)后豐田汽車公司為了追趕發(fā)達(dá)國家汽車制造業(yè)的過程中創(chuàng)建的一種不同于西方的批量生產(chǎn)的全新的生產(chǎn)方式[3]. 精益生產(chǎn)以客戶的角度定義價值，識別整個價值流，合理利用人力、設(shè)備等資源，推動價值的流動并持續(xù)不斷地推進(jìn)整個價值流的改善[4]，提高整個生產(chǎn)系統(tǒng)性能. 徐文杰等[5]基于整流化思想，通過工序拆分、瓶頸改善等精益改善方法對DMA(Digital Away Module)生產(chǎn)線物流路徑進(jìn)行優(yōu)化提升；江欣昊等[6]運(yùn)用工業(yè)工程、TOC(Theory of Constraints)、SLP(Systematic Layout Plonning)、精益生產(chǎn)等知識，在現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上優(yōu)化了車間布局和物流搬運(yùn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)線利用率. 周高峰[7]通過對生產(chǎn)線節(jié)拍的精益優(yōu)化方法研究，分析了影響生產(chǎn)線節(jié)拍的關(guān)鍵因素，并以MTM(Method Time Measurement)分析方法、生產(chǎn)線平衡分析等方法對生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行精益優(yōu)化. 王秀紅等[8]利用價值流圖分析技術(shù)對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行了改進(jìn)，取消了不增值部分，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)線效率. 但是在精益改善過程中，只能找到生產(chǎn)中浪費(fèi)問題，具體浪費(fèi)的程度卻不能測算；在改善過程中由于領(lǐng)導(dǎo)層制定了較高的目標(biāo)，但是缺少具體改善的邏輯體系和方法去改善生產(chǎn)流程，使得改善過程較為復(fù)雜并且對員工有一定的能力要求.

可拓創(chuàng)新方法原稱可拓方法[9]，是用于對研究對象進(jìn)行建模、拓展、變換、評價等，以生成解決各種矛盾問題的方法. 可拓方法特別適用于解決各種類型的創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計中遇到的矛盾問題，如產(chǎn)品創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新等[10]. 楊春燕等[11]通過對可拓創(chuàng)新方法及其應(yīng)用的研究，說明了可拓創(chuàng)新方法具有普適性和可操作性，并對技術(shù)創(chuàng)新、發(fā)明創(chuàng)造的定式化研究有非常重要的價值. 張華偉等[12]以石油機(jī)械產(chǎn)品為例，運(yùn)用可拓創(chuàng)新方法中的可拓變換獲得了創(chuàng)新方案，得到了滿意的創(chuàng)新產(chǎn)品，實證了可拓創(chuàng)新方法的科學(xué)性和有效性. 杜洋[13]把可拓創(chuàng)新方法與物流成本控制相結(jié)合開展研究，運(yùn)用可拓創(chuàng)新方法創(chuàng)建可拓模型，并利用優(yōu)度評價法，從而獲得物流成本控制策略.

本文將生產(chǎn)中的浪費(fèi)轉(zhuǎn)換成矛盾問題，在精益改善的基礎(chǔ)上結(jié)合可拓創(chuàng)新方法以解決生產(chǎn)中的各種矛盾問題，并借助案例對可拓創(chuàng)新方法應(yīng)用于生產(chǎn)線優(yōu)化的有效性進(jìn)行驗證，表明可拓方法可以高效地解決生產(chǎn)中的矛盾問題[14].

1 相關(guān)理論

可拓創(chuàng)新方法包括可拓模型建立方法、拓展分析方法、共軛對方法、可拓變換方法、可拓集合方法、優(yōu)度評價方法等. 為了更好地揭示事物發(fā)展變化的本質(zhì)，可拓學(xué)從事物的物質(zhì)性、系統(tǒng)性、動態(tài)性、對立性出發(fā)，提出了虛實、軟硬、潛顯、負(fù)正四對共軛屬性，利用共軛屬性對事物進(jìn)行全面分析，并用于解決矛盾問題，該方法稱為共軛對方法. 從物的系統(tǒng)性考慮事物的結(jié)構(gòu)，把物的組成部分的全體稱為物的硬部，物與它的組成部分之間及與該物以外的物之間的關(guān)系稱為物的軟部，這種分析方法稱為軟硬共軛對分析法.

精益生產(chǎn)基本思想是通過生產(chǎn)過程整體優(yōu)化，改進(jìn)技術(shù)，理順物流，杜絕超量生產(chǎn)，消除無效勞動與浪費(fèi)，有效利用資源，降低成本，改善質(zhì)量，達(dá)到用最少的投入實現(xiàn)最大產(chǎn)出的目的[15]. 在對生產(chǎn)線進(jìn)行精益改善中，通過對價值流圖的繪制會發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的矛盾問題，從而可以發(fā)現(xiàn)需要改善的地方.但是在解決這些問題的時候往往是根據(jù)經(jīng)驗，缺少相應(yīng)邏輯體系和工具方法，使得在改善過程中遇到阻礙. 生產(chǎn)中的矛盾問題可以通過對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行共軛分析，從而找到有效解決矛盾問題的途徑. 事物的共軛屬性在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，利用這種性質(zhì)，為相關(guān)矛盾問題的解決尋求思路和方法，這就是利用可拓學(xué)特有的共軛思維模式進(jìn)行創(chuàng)新的探索. 利用共軛思維模式可以使我們?nèi)嫔钊氲亓私馐挛锏男畔⒑徒Y(jié)構(gòu)，從而整體把握優(yōu)勢和劣勢，有針對性地化解矛盾、解決問題.

矛盾問題是可拓學(xué)的研究對象，當(dāng)問題的誘因是因為主觀和客觀矛盾引起時，這類問題稱為不相容問題，利用可拓創(chuàng)新方法解決不相容問題的方法稱為可拓策略生成方法[16]. 可拓策略生成方法基本思路一般是：首先界定目標(biāo)和條件并建立問題的核模型；再建立該矛盾問題的相容度函數(shù)并判斷不相容程度；然后對目標(biāo)或條件進(jìn)行可拓變換；最后對變換后形成問題再次計算相容度函數(shù)，選取最優(yōu)的方案[17].

在生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題為目標(biāo)與條件的不相容問題，用軟硬共軛對分析方法解決生產(chǎn)中的矛盾問題的可拓策略生成方法步驟如下：

(1) 收集工作現(xiàn)場信息和數(shù)據(jù)繪制現(xiàn)狀價值流圖. 價值流圖主要繪制的是產(chǎn)品從原材料到到達(dá)顧客手中的生產(chǎn)流程，在繪制過程中收集產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，并找出那些不產(chǎn)生價值的非增值活動，精益生產(chǎn)的目的就是為了消除這些非增值活動.

(2) 找出現(xiàn)狀價值流圖出現(xiàn)的矛盾問題. 通過對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，例如庫存量、員工數(shù)和增值時間占比等具體數(shù)據(jù)找到產(chǎn)品生產(chǎn)過程中存在的矛盾問題.

(3) 建立核問題的可拓模型，并確定該模型中硬部條件和軟部條件. 用基元表示實際問題的目標(biāo)和條件，建立問題的可拓模型，然后根據(jù)實際問題提供的指標(biāo)和要達(dá)到的目標(biāo)所需要的相應(yīng)指標(biāo)的取值，確定問題的核問題，并建立可拓模型.

(4) 建立問題的相容度函數(shù)，判定是否為不相容問題. 如果是不相容問題，則需要對生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，對不相容的問題進(jìn)行共軛對變換，使矛盾問題得以解決；然后通過評價優(yōu)選，確定較優(yōu)策略.

(5) 將最優(yōu)的策略具化成為設(shè)計方案，并繪制未來價值流圖.

可拓創(chuàng)新在精益生產(chǎn)的應(yīng)用框架如圖1所示.

2 案例分析

國內(nèi)某電子工廠生產(chǎn)一種汽車電子模塊B，主要用于對汽車發(fā)生碰撞等事故過程中的信息計算和處理，然后判斷是否需要激活安全保護(hù)系統(tǒng). 由于生產(chǎn)這種電子模塊的生產(chǎn)線建立較早，沒有仔細(xì)研究工藝需求與生產(chǎn)線配置，而只是簡單滿足電子模塊裝配生產(chǎn)線生產(chǎn)能力，這就造成了生產(chǎn)線生產(chǎn)效率低下、前后工序干涉嚴(yán)重、浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象. B電子模塊生產(chǎn)線共有6個工序分別是：電容組裝(工序1)、壓接(工序2)、打螺絲釘(工序3)、震動測試(工序4)、功能測試(工序5)、發(fā)貨前檢測(工序6). 具體人員配置、工序時間以及庫存情況見表1.

圖1 可拓創(chuàng)新在精益生產(chǎn)的應(yīng)用框架圖Fig.1 Application frame diagram of extension innovation in lean production

表1 現(xiàn)狀生產(chǎn)線數(shù)據(jù)Tab.1 Current production line data

2.1 問題分析

對現(xiàn)有的生產(chǎn)線流程進(jìn)行調(diào)研，沿著生產(chǎn)順序?qū)Ω鱾€工序進(jìn)行計時，收集數(shù)據(jù)，繪制現(xiàn)狀價值流圖，如圖2所示.

在繪制完成現(xiàn)狀價值流圖之后，具體分析B電子模塊價值流圖出現(xiàn)的矛盾問題如下:

(1) 產(chǎn)能過剩. 每道工序都會過量生產(chǎn)，導(dǎo)致有大量在制品只能運(yùn)輸?shù)骄彌_庫中，造成了庫存浪費(fèi). (2) 工序6設(shè)計成“孤島”. 在整個生產(chǎn)過程中工序6作為一個“孤島”游離于生產(chǎn)線之外的，員工需要不斷地從上道工序搬運(yùn)在制品至工序6；同時每道工序多余的在制品不斷地搬運(yùn)至緩沖庫，這就造成了運(yùn)輸浪費(fèi)[18]. (3) 員工作業(yè)不平衡. 在對6名員工作業(yè)進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)員工生產(chǎn)節(jié)奏不平衡，有的員工幾乎沒有休息，而有的員工卻有大量時間等待，這就造成了員工浪費(fèi). (4) 工序作業(yè)時間不合理. 在對B產(chǎn)品半年需求量以及計劃作業(yè)時間分析之后，可以計算出該產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍. 生產(chǎn)節(jié)拍=有效工作時間/訂單量=460 800/28 800=16 s，取寬放系數(shù)為5%，則生產(chǎn)節(jié)拍為15.2～16.8 s，但是發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的6道工序時間與生產(chǎn)節(jié)拍時間相差較大，這就導(dǎo)致過多的庫存以及人力浪費(fèi).

2.2 可拓創(chuàng)新變換

現(xiàn)有的B產(chǎn)品生產(chǎn)過程中存在諸多不合理的問題，造成了大量浪費(fèi). 從客戶需求以及企業(yè)自身出發(fā)，對 B生產(chǎn)線有了新的要求，列出前后參數(shù)對照數(shù)據(jù)，如表2所示. 設(shè)原有生產(chǎn)線為 N0，目標(biāo)生產(chǎn)線為N1，其目標(biāo)生產(chǎn)線是基于制定目標(biāo)數(shù)據(jù)的管理者要求的進(jìn)行優(yōu)化改善后的生產(chǎn)線. 根據(jù)可拓創(chuàng)新的步驟分析，B產(chǎn)品生產(chǎn)線核問題非常明確，直接建立核問題的可拓模型為 P=G?L.

圖2 現(xiàn)狀價值流分析圖Fig.2 Current value flow analysis diagram

表2 參數(shù)對照表Tab.2 Parameter table

該核問題模型是用軟硬共軛方法建立的. 其條件L=L1∧L2，其中 L1是硬部條件，即生產(chǎn)線系統(tǒng)中各個工序； L2是軟部條件，即各個工序之間的在制品運(yùn)輸聯(lián)系.

(1) 建立矛盾問題的簡單相容度函數(shù).

① 對于節(jié)拍時間. 以最大值點 x1=16，正域X1=[15.2，16.8]建立簡單相容度函數(shù)為

② 對于在制品件數(shù). 以最大值點 x2=10，正域X2=[0，10]建立簡單相容度函數(shù)為

③ 對于工人數(shù). 以最大值點 x3=5，正域X3=[2，5]建立簡單相容度函數(shù)為

則由實際問題的綜合相容度函數(shù)為：K(P)=k1(x1)∧k2(x2)∧k3(x3). 將觀測數(shù)據(jù)代入到相容度函數(shù)中可以得到，

則實際問題的綜合相容度函數(shù)K(P)=k1(x1)∧k2(x2)∧k3(x3)=-7.125，即問題 P=G?L是不相容問題.

(2) 對問題進(jìn)行拓展分析變換.

由上述分析可知，現(xiàn)有的生產(chǎn)線中，由于員工動作不標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致各工序的作業(yè)時間與預(yù)期節(jié)拍差距較大；上下工序勞動強(qiáng)度相差較大，在忙碌的生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)員工閑置，這非常不合理；而庫存則是由于該生產(chǎn)過程中工序作業(yè)時間與節(jié)拍不同和生產(chǎn)線布局不合理產(chǎn)生的，也就是工序作業(yè)時間和在制品運(yùn)輸是庫存產(chǎn)生的主要原因. 當(dāng)未來生產(chǎn)計劃確定時，則可拓模型中的目標(biāo)不能改變. 因此必須利用條件l0的變換來解決矛盾問題.

① 為了實現(xiàn)目標(biāo)G，首先實施對硬部物元的變化. 例如，以 L11為例實施主動變換：

在對工序1進(jìn)行動作分析后，發(fā)現(xiàn)工人的操作熟練度不高，并且有些動作多余. 針對這些問題對工人進(jìn)行熟練度培訓(xùn)并減少操作人員的目視檢查產(chǎn)品動作，由此工序1的工序時間減少到8 s. 依次對其他工序進(jìn)行類似的主動變換，則有主動變換φ1=φ11∧φ12∧φ13∧φ14∧φ15∧φ16使得

由上可見，可以實施主動變換 φ1，對生產(chǎn)線6道工序?qū)嵤?biāo)準(zhǔn)化作業(yè)分析，將現(xiàn)行作業(yè)的操作和動作進(jìn)行分解，然后對作業(yè)過程進(jìn)行改善，可以將員工操作周期減少.

在對工序6的位置進(jìn)行調(diào)整后，則導(dǎo)致生產(chǎn)線的軟部 L25、 L26中連接關(guān)系發(fā)生改變，發(fā)生共軛變換，即有：φ2=φ2T1，使得

③ 在對工序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)分析后發(fā)現(xiàn)工序作業(yè)時間遠(yuǎn)小于節(jié)拍時間，因此可以將相鄰工序整合成一個系統(tǒng). 記硬部條件：

則根據(jù)可積分析原理[17]，將工序1和工序2整合成新的工序1，將原工序4和工序5整合成新工序3. 即

在硬部條件進(jìn)行可積變換進(jìn)行調(diào)整后，則導(dǎo)致生產(chǎn)線的軟部變化，即必存在共軛變換，即有φ3=φ3T2，使得

④ 根據(jù)相關(guān)分析和傳導(dǎo)變換可知，工序作業(yè)時間變換、工序位置變換和工序的整合變換都會改變庫存. 舊生產(chǎn)線 N0通過主動變換φ =φ1∧φ2∧φ3，則必有如下傳導(dǎo)變換φ =φT1?1T2?2T3?3T4. 則形成新的生產(chǎn)線 N1，其硬部條件為

其軟部條件為

對原有生產(chǎn)線進(jìn)行拓展變換后的具體數(shù)據(jù)如表3所示.

表3 改善后生產(chǎn)線數(shù)據(jù)Tab.3 Production line data after improvement

⑤對問題進(jìn)行拓展變換，并判斷其相容性. 生產(chǎn)線 N0需要同時滿足上述變換整合成新生產(chǎn)線 N1，單一的變換并不能解決矛盾問題，因此需要將上述拓展變換綜合運(yùn)用才能使綜合相容度滿足要求. 計算優(yōu)化后的綜合相容度為：K (P′)=0.1＞ 0. 說明實施變換之后不相容問題 P轉(zhuǎn)化為相容問題. 本文只生成了一個策略方案，若在其他問題中得到多個方案，則可用優(yōu)度評價選出最優(yōu)方案，具體評選過程見文獻(xiàn)[19].

(3) 形成設(shè)計方案，并繪制未來價值流圖，如圖3所示.

在對B產(chǎn)品生產(chǎn)線進(jìn)行可拓創(chuàng)新后可以看出，該產(chǎn)品制造周期大大縮短，員工數(shù)降至4人，在在制品庫存方面，各個工序都較之前有了很大的減少，線上庫存總數(shù)降至19件，增值比增至54.04%[20]，生產(chǎn)線得到了大幅度優(yōu)化.

圖3 未來價值流分析圖Fig.3 Future value stream analysis diagram

3 結(jié)論

精益生產(chǎn)是以消除浪費(fèi)、消滅庫存為核心的一種生產(chǎn)方式，它追求整個價值流都要實現(xiàn)精益. 可拓創(chuàng)新方法是對創(chuàng)新過程中遇到矛盾問題進(jìn)行拓展變換，最終生成解決矛盾問題的創(chuàng)新方法. 本文基于共軛對分析方法對精益生產(chǎn)中出現(xiàn)的矛盾問題提出了特定的邏輯架構(gòu)，為精益生產(chǎn)提供了一套邏輯體系和解決方法. 通過價值流圖找出矛盾問題，把目標(biāo)與條件形式化、定量化，將矛盾問題建立可拓模型，再利用可拓創(chuàng)新方法解決矛盾問題，可以讓管理者更好地調(diào)配生產(chǎn)中的人、財、物.