郭洪飛，陳德強，屈 挺+，李從東，黃國全,何智慧，陳敏詩,曾云輝

(1.暨南大學 物聯網與物流工程研究院，廣東 珠海 519070；2.暨南大學 物聯網工程學院，廣東 珠海 519070；3.內蒙古工業(yè)大學 機械學院，內蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

通過降低生產過程中的浪費來降低成本是精益生產的精髓[1]，價值流思想由此應運而生，產生了體現價值流思想的價值流圖優(yōu)化方法[2-4]。價值流圖貫穿生產制造的整個過程，并對其中各個參數信息進行統(tǒng)計，從而直觀地展現物流和信息流。通過價值流分析可以發(fā)現目前生產系統(tǒng)中存在的浪費，有利于生產流程的分析和改進[5]。以價值流圖為基礎，企業(yè)確定產品的價值后，可以通過改善價值流消除不創(chuàng)造價值的動作或工序來實現顧客價值[6]。

近年來，在企業(yè)進行精益生產的過程中，價值流優(yōu)化方法因其能夠有效縮短交貨期、降低生產成本[7]，而被用于對整個產品進行分析，為后續(xù)精益改善提供依據和方向[8]。學者們將價值流技術應用到多個領域，針對不同對象改善精益生產[9]，是精益生產強有力的工具[10]。在國內，周健等[11]設計了基于價值流圖析的客戶定制產品拉動系統(tǒng)，能夠提高產出并控制庫存，以快速響應客戶需求；常艷茹等[12]利用價值流圖析技術優(yōu)化減速器的裝配流程，建立裝配線連續(xù)流，提高裝配平衡率，以實現生產過程精益化；高留艷等[13]運用精益生產思想，借助價值流圖工具對膠輪生產線進行優(yōu)化和改善，以提高流程增值比、縮短生產周期。在國外，Torres等[14]開發(fā)了一種用于酒精和糖制造業(yè)的環(huán)保工具“環(huán)境價值流圖”(Environmental Value Stream Mapping，EVSM)；Busert等[15]提出擴展價值流映射方法，通過協(xié)調信息流來控制生產過程；Vilventhan[16]利用價值流圖系統(tǒng)地評估作業(yè)中產生廢物的原因，并提出解決廢物最小化的方法。無論國內外，價值流在生產線上的使用越來越頻繁，但整體而言，將價值流與“水蜘蛛”配送方式、5S(seiri，seiton，seiso，seiketsu，shitsuke)管理、流線化和優(yōu)化布局結合的研究還比較少。

本文以X公司的S生產線為研究對象，通過了解其生產線現狀繪制價值流現狀圖，提出改善的方法和策略來消除生產過程中的瓶頸及非增值部分，從而提高生產效率[17-18]。改善分為兩個階段，第一階段分析原始的現有價值流圖，發(fā)現其在生產過程中的配料送料階段存在現場混亂、物料堆積、效率低下的問題，針對該問題提出“水蜘蛛”配送方案，并取得了良好的效果。在“水蜘蛛”改善生產耗時的基礎上持續(xù)開展第二次系列化改善研究，再次繪制價值流現狀圖，發(fā)現其在生產計劃、生產管理等方面也存在一定的問題，針對這些問題提出5S管理、流線化、優(yōu)化布局等改善措施，效果良好。

1 X公司S生產線第一次改善的價值流現狀分析

以X公司S生產線為例進行精益改善研究。針對生產過程中出現的問題，試制中心通過分析產品數量(Products Quantity，PQ)來選擇產品族，使用秒表多次測量S 生產線的各工序時間后取其平均值作為各工序的實際操作時間。根據測量得到的數據，試制中心進一步對生產線的收發(fā)貨信息、信息流和物料流進行分析[19-21]，并繪制價值流圖，然后通過分析價值流圖找出其浪費根源，制定改善措施，最后繪制未來價值流圖。

繪制價值流圖首先要選擇產品族。產品數量柏拉圖分析如圖1所示，通過對圖1各產品加工的數量進行數據分析，選定A產品為分析對象。

1.1 繪制S生產線第一次改善的價值流圖

第一次改善的價值流現狀圖是S生產線在未開展改善工作前的生產線工作狀態(tài)。X公司S生產線的作業(yè)內容包括材料準備、領取工藝圖紙、領取箱體、焊接、分線、扎線、裝配、自檢、交驗等工序，如圖2所示。分析圖2可以得出:

現有的作業(yè)(裝配時間)時間利用率為(430-30)÷430×100%=93%；加工1臺設備用時為25.5 h，加工完6套產品的生產周期為33.4 d。

1.2 第一次改善的價值流現狀圖分析

分析圖2可知，目前S生產線存在的主要問題是接送料效率低下、配送作業(yè)內容不規(guī)范。

S生產線的標準作業(yè)(增值活動)與非標準作業(yè)(非增值活動)的工序由同一個作業(yè)員完成,包括產品領取、搬運、圖紙領取、材料領取、輔料準備、工具準備、加工、自檢、交檢驗等工作。操作者在接到電氣控制箱體的生產任務后，需要從庫房領取生產中應用的所有材料。其中一盤導線多人共用，在生產過程中作業(yè)者必須跨過幾個工位拿取導線，如果缺少一只墊片，則需要去庫房尋找，加大了作業(yè)者的勞動強度，也增加了每個箱體部件的生產周期，甚至給整個生產計劃帶來較大壓力。這些缺乏標準作業(yè)規(guī)范的配送方式直接影響了接送料效率，降低了生產效率。傳統(tǒng)的作業(yè)員從接到箱體的電裝生產任務到加工出成品，所采用的傳統(tǒng)生產方式流程圖如圖3所示。

2 以“水蜘蛛”配送方式為核心的改善方案

“水蜘蛛”物料配送方式是豐田公司提出的一個先進的物流精益生產改進方法，為準時制生產(Just-In-Time，JIT)下的特色搬運作業(yè)。在JIT模式下，作業(yè)員的主要精力在操作機器上，對于不定期取送物料、半成品、成品及其他一些非標準作業(yè)的內容，則由“水蜘蛛”專職作業(yè)員完成。與傳統(tǒng)物料運輸方式相比，“水蜘蛛”專職作業(yè)員從事的工作是剔除其他作業(yè)人員不增加價值的作業(yè)(即浪費)，即剝離生產崗位上的非標準作業(yè)內容作為“水蜘蛛”的標準作業(yè)內容，通過每次供給一套均衡物料來保證生產線上作業(yè)的持續(xù)性?！八┲搿辈恢皇前徇\的角色，還肩負著管理與調度的責任，因此其在多品種小批量的生產線上具有獨特的應用價值?！八┲搿笔箘趧用芗彤a業(yè)上的大量工人擺脫了非標作業(yè)，提高了作業(yè)效率并降低了人員成本，使整個生產線更加高效。

2.1 改善內容

本文利用精益工具分析作業(yè)方式來改善標準作業(yè)，縮短加工耗時。為使作業(yè)人員工作安定、分工精細、生產穩(wěn)定并提高效率，首先要分離出標準作業(yè)和非標準作業(yè)。將生產崗位的非標準作業(yè)內容(如材料的領取、輔料的準備、套裝配料的發(fā)放等工序)抽取出來作為標準作業(yè)內容，以每次供應一套均衡物料的方式來保證生產線連續(xù)作業(yè)。文中“水蜘蛛”生產方式如圖4所示。配料區(qū)由專職配料員管理，不再由作業(yè)員自取。

2.2 水蜘蛛配送與傳統(tǒng)生產方式的優(yōu)化對比

以某項目系統(tǒng)主配電01號箱體為例，操作者到達相同地點(物料倉庫)領取相同數量的物料，測算5個工位的單人平均生產時間，對比兩種物料配送方式。

表1所示為采用傳統(tǒng)物料配送方式的生產耗時統(tǒng)計表。從表1可知采用傳統(tǒng)物料配送方式，每個工位派出一名操作者到物料倉庫領取物料，統(tǒng)計5名操作者花費的物料配送時間和生產加工時間，最終得出單人平均生產時間為23 h47 min。

表2所示為采用“水蜘蛛”物料配送方式的物料配送耗時統(tǒng)計表，表3所示為采用“水蜘蛛”物料配送方式的生產耗時統(tǒng)計表。從表2和表3可得：采用 “水蜘蛛”物料配送方式的單人平均生產時間=物料配送時間+單人平均箱體加工時間，即52 min55 s+19 h13 min=20 h5 min55 s。

表1 采用傳統(tǒng)方式生產的耗時

續(xù)表1

表2 采用“水蜘蛛”方式進行生產的物料配送時間

續(xù)表2

表3 采用“水蜘蛛”方式進行生產的單人平均箱體加工時間

2.3 實施效果

通過分析表1和表2可見，“水蜘蛛”物料配送方式提高了生產動作質量，改善了成套供應，避免了錯裝漏裝并有效提高了生產效率。具體如下：

(1)明顯提高作業(yè)人員的動作質量

傳統(tǒng)模式(電氣控制箱體)生產中，由于箱體需要多個不同的生產用料，很難一次配送齊全，作業(yè)工人缺料時需要自取，從而產生“動作浪費”，包括從作業(yè)工位到庫房的行走時間、庫房內的尋找時間和回到作業(yè)工位的行走時間，例如生產一臺300根導線的電氣箱體要往返20次左右，給作業(yè)者帶來了很大不便。開展“水蜘蛛”活動后，箱體的生產用料需提前專人按照標準作業(yè)時間節(jié)拍和配送計劃備料齊全后才允許配送。“水蜘蛛”物料配送方式的成套供應可以一次配齊箱體的生產用料，使作業(yè)人員操作時方便順手，削減了無效動作，提高了生產動作質量。

(2)成套供應避免錯裝漏裝

庫房給箱體電裝的作業(yè)者提供了整套加工材料，如電子器件類。這些材料數量準確，作業(yè)者在加工過程中逐一拿取，不會出現拿錯的情況。當有剩余元器件時應進行查找，將所有元器件安裝到位，避免遺漏。因此，“水蜘蛛”方式的作業(yè)過程持續(xù)穩(wěn)定，能夠保證所需零部件的生產計劃逐漸趨穩(wěn)，甚至形成定值，生產計劃部門可以根據情況編排生產計劃。

(3)提高生產效率

由表4可知，相比于傳統(tǒng)生產模式，采用“水蜘蛛”生產模式使生產效率提高了{(23 h47 min-20 h5 min55 s)÷23 h47 min}×100%=15.5%。

表4 “水蜘蛛”模式與傳統(tǒng)模式對比

3 X公司S生產線第二次改進的價值流現狀分析

為進一步改進S生產線的效率，根據二八原則和持續(xù)改善原則，結合現有生產線的生產規(guī)模，在應用“水蜘蛛”物料配送方式改善加工耗時后再次采用5S管理、流線化和優(yōu)化布局等系列改進措施，然后研究已識別出的改進點，以迭代和固化改進效果，持續(xù)提升整個生產線的效率。

3.1 繪制第二次改進的價值流

基于“水蜘蛛”的價值流圖繼續(xù)繪制S生產線第二次改進的價值流圖，其中作業(yè)內容包括領取箱體、焊接、分線、扎線、裝配、自檢、交驗等工序，如圖5所示。

3.2 第二次改進的價值流現狀圖分析

從第二次改進的價值流現狀圖可以看出， S生產線存在以下問題：

(1)現場5S環(huán)境差，每個人尋找工具的平均時間為54 s，且定置率不到10%。生產操作時，每個人取放工具的位置不固定，作業(yè)臺上的工具擺放凌亂。作業(yè)人員翻找所需工具耗時較多，給生產工作帶來一定影響。

(2)生產周期較長，生產效率較低，產品的齊套性差。目前的生產是單人作業(yè)，各自獨立，一名作業(yè)人員完成一整個產品的加工，包括領取產品、搬運、領取圖紙、打印線號、領取材料、準備輔料、準備工具、加工、自檢、交檢驗等工序。

(3)庫房區(qū)和工作區(qū)不規(guī)范。庫房區(qū)的材料庫、周轉庫、辦公區(qū)混合在一起，標識不明確，庫房管理不規(guī)范，搬運距離較大；工作區(qū)的檢驗區(qū)距離生產工位太遠，作業(yè)人員搬運距離較長，最長達60.1 m，幾乎是整個車間的長度，平均每天每位作業(yè)人員搬運的距離累計高達240 m，造成搬運浪費。改進前的車間布局及搬運路線如圖6所示。

4 基于“水蜘蛛”方案的S生產線的二次持續(xù)改善方案

4.1 5S管理

為了方便使用和節(jié)約空間，將工具定置擺放，并按使用頻率的高低從里向外排列。實施效果如下：

(1)現場5S環(huán)境有了很大改進，節(jié)約了工作臺面空間。工具定置率由10%提升到97%，取用工具時靈活方便。

(2)縮短了生產工具取用的時間。隨機抽取10人，分別進行壓線鉗(大件)、螺絲刀(中件)和手鉆鉆頭(小件)的取用時間測試。經統(tǒng)計，平均每人取用工具時間由54 s縮短至30 s，作業(yè)效率提高了45%。

(3)得到工具定置擺放的作業(yè)標準，如圖7所示。

4.2 流線化優(yōu)化

電氣加工裝配部為純手工制造業(yè)，其批量小、品種多，部分產品適合流水作業(yè)。本文結合精益生產思想，分析總結各個項目箱體的特點，選出一部分相對適合流水作業(yè)的箱體進行流線試點。前期工作為模擬運作，主要有生產線設計、輔助器具制作、劃分工序、記錄數據，與水蜘蛛作業(yè)(物料員)密切配合，分析并找出適合流水作業(yè)的箱體。

另外，充分考慮產線平衡(瓶頸工序)問題，導入60 s時換模(Single Minute Exchange of Die, SMED)概念，即快速換模法；開展標準化作業(yè)，使生產線可以快速靈活地調整在制品；降低作業(yè)的勞動強度，每個作業(yè)人員只從事一道工序的作業(yè)，以提高生產效率。通過改進，現場布局減少了不必要的走動，通過開展全面生產維護(Total Productive Maintenance, TPM)和SMED活動，使生產線進一步穩(wěn)定并實現了流水作業(yè)，從而提高了生產中的增值活動，減少了非增值活動。實施效果如下：

(1)縮短了生產周期，給下一道工序(電調)爭取了調試時間，從而減少了輔助作業(yè)時間。

(2)減少了在制品的存放數量，節(jié)約了存儲空間，有利于生產的持續(xù)進行。

(3)改進了產品齊套性差的問題。流線化改善后，縮短了生產線SMED時間中的內換模時間，由月組裝5臺箱體增加到月組裝6臺箱體，生產效率提高了20%。

4.3 優(yōu)化布局

通過優(yōu)化布局，完成了物品定置、目視化管理、合理改善車間布局、改進搬運路徑和搬運工具等工作，達到了合理調配生產線作業(yè)人員和現場檢驗人員、保證整個生產線按照節(jié)拍持續(xù)生產、減少搬運浪費的目的。表5所示為優(yōu)化布局改進前后的對比數據，改善后的車間布局及搬運路線如圖8所示。

表5 改善前后對比

實施效果如下：

(1)物流路線得到改進,搬運路線更加合理,縮短了作業(yè)人員的搬運的距離，減小了勞動強度。

(2)每一個物料有一個固定的存儲點,以便物流管理。

(3)由表5可以得出，優(yōu)化布局前的平均搬運時間是(1+5)/2=3 (min)，優(yōu)化布局后的平均搬運時間是(0+2)/2=1(min)，搬運效率提高了(3-1)/3=66.7%。

5 經兩次改善后S生產線的未來價值流圖

上述改進方案匯總后，X公司S生產線的未來價值流圖如圖9所示。

對比改善前后的價值流圖，如表6所示。

表6 價值流改善前后對比

由表6可知，經過兩次系統(tǒng)性地持續(xù)改善，X公司S生產線的生產效率有了很大提高，增值比達到5.21%。

6 結束語

本文應用價值流思想繪制價值流現狀圖，提出改善加工耗時的方法和策略來消除生產過程中的瓶頸及非增值部分，并通過對X公司S生產線進行兩次系統(tǒng)性持續(xù)改善來提高生產效率。實踐證明，改善后的S生產線的生產效率得到大幅度提高，而且已經開始向其他車間推廣。其中，“水蜘蛛”備料、送料工作提高了15.5%的生產效率；5S管理提高了45%的作業(yè)效率；流線化改善提高了11.7%的生產效率；優(yōu)化布局提高了33.3%的物流效率。同時，經過第一次改善工作，S生產線的增值比提高到3.70%，經過第二次改進工作，S生產線的增值比提高到5.21%，明顯改善了X公司的效益，該方法對企業(yè)今后的現場改善活動和精益思想的具體運用也具有指導意義。