孔令江、韓冬梅、趙飛、郭葉 /西安航天發(fā)動機有限公司

精益思想指通過消除非增值（浪費）活動來縮短生產(chǎn)流程，以較小的投入獲得最大的產(chǎn)出。實施精益制造就是找出真正創(chuàng)造價值的活動以及浪費現(xiàn)象，從而在生產(chǎn)、物流和存貨、組織結構、決策等過程中不斷地消除浪費。生產(chǎn)現(xiàn)場一般分為7 種浪費，分別是過度生產(chǎn)、庫存、返工、不必要的搬運、不必要的動作、等待和過多流程。精益思想源于豐田生產(chǎn)方式，而豐田生產(chǎn)方式的形成是受到福特汽車公司流水線大規(guī)模生產(chǎn)和超市補貨方式的啟發(fā)，并充分應用工業(yè)工程和全面質量控制等理論中的工作方法研究、設施規(guī)劃與物流分析、人機工程、質量控制等進行持續(xù)改善的最佳實踐，現(xiàn)今仍在不斷完善。目前，精益的思想和工具方法已被全世界眾多企業(yè)廣泛應用，有很多成功范例。

隨著航天型號生產(chǎn)任務的不斷增加，對工廠生產(chǎn)能力的要求越來越高，工廠目前基本沿用了以往的科研生產(chǎn)模式，設備集群式布局、批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，通過大量的檢驗人員來控制產(chǎn)品制造中的不合格。為了解決這些問題，工廠迫切需要摸索建立起一個新的生產(chǎn)和質量管控模式。筆者通過多年學習精益思想并結合工廠正在實施的精益生產(chǎn)線建設工作，詳細闡述了單元式柔性生產(chǎn)布局相對于傳統(tǒng)生產(chǎn)布局的優(yōu)勢以及如何實施的步驟和方法。

一、工廠現(xiàn)有的生產(chǎn)布局

工廠現(xiàn)有的建設布局是按工藝式布局將設備按照功能分車間進行的，如熱處理車間、機加車間、焊接車間、裝配車間等；各車間將同類設備按集群式布局在一片區(qū)域，如機加車間設立的普車區(qū)、數(shù)控車區(qū)、銑工區(qū)、鉗工區(qū)等，產(chǎn)品在各車間和各工序間批量加工和批量流轉，流轉方式如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品在各車間或各種設備間的流轉方式示意圖

這種布局的優(yōu)點是生產(chǎn)組織形式靈活，可以根據(jù)需要隨時調整班組的生產(chǎn)安排，在生產(chǎn)過程中利用同類設備進行不同型號產(chǎn)品的換型、轉產(chǎn)。

這種布局的缺點是在產(chǎn)品批量流轉過程中，各工位上待加工和在制品大量積壓，各工序間等待時間過長，交付周期延長；人員及物料移動距離過長，在運輸中易造成產(chǎn)品磕碰傷、搬運人員勞動強度加大，頻繁搬運設備時易存在安全隱患；因為是各型號產(chǎn)品制造的共用設備，生產(chǎn)安排容易被各種因素打擾，流程中的各類問題被掩蓋，致使總體生產(chǎn)效率偏低。

二、單元式柔性生產(chǎn)布局

單元式柔性生產(chǎn)布局（見圖2）是按照產(chǎn)品原則來布置廠房和設備，將原材料直至成品的全部生產(chǎn)過程以工藝的先后順序安排，將人員、物料及設備等做最有效的組合，一人多機多工序，工序間不停留、同步進行、單件流生產(chǎn)，材料和零件能夠以最小的搬運或延誤完成流程，從而獲得安全、高效、經(jīng)濟的操作。它是日本以及歐美企業(yè)廣泛采用的生產(chǎn)線布局，這種方式很適合多品種、小批量、短交期、定制化、更新快的市場需求形態(tài)，被譽為“看不見的傳送帶”。

圖2 U型單元布局示意圖

單元布局最大的優(yōu)點是上下工序連續(xù)、作業(yè)專業(yè)化、在制品少、占用空間少、物流通暢、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)計劃簡單，并可按照需求量隨時調整；該布局大大減少了生產(chǎn)過程中的搬運和等待，產(chǎn)品切換時間短，交貨迅速，可以快速對應“緊急訂單”；在制品非常少、消除了大批量生產(chǎn)而出現(xiàn)空間、設備及人員的浪費，從而大大降低成本；單件流、下工序檢查上工序的產(chǎn)品質量，快速發(fā)現(xiàn)質量問題，有利于從源頭快速解決問題。一人多機多工序如圖3 所示。

圖3 一人多機多工序示意圖

單元布局的缺點是流程必須非常穩(wěn)定，如果出現(xiàn)人員技能水平和出勤率不高，設備、工裝出現(xiàn)故障，材料供應不及時，沒有標準作業(yè)，換型時間長，質量波動大，沒有問題快速處理機制等任何問題都會使生產(chǎn)中斷。

三、實施單元布局優(yōu)化的步驟和方法

1.轉變管理思維

單元布局是基于精益思想中的需求拉動生產(chǎn)方式產(chǎn)生的，它相對于傳統(tǒng)的工藝集群式布局是管理及生產(chǎn)模式的一次重大變革，因此要實施改進，必須先轉變思想，找出真正創(chuàng)造價值的活動以及浪費現(xiàn)象，從而在過程中不斷消除浪費。這需要領導層轉變管理思維，對全體員工進行精益思想的培訓，通過組織專題學習、討論等形式將精益思想傳達和灌輸給每位員工，在生產(chǎn)現(xiàn)場廣泛開展實踐，學習如何利用精益工具和方法來消除浪費、進行持續(xù)改進。

2.改造傳統(tǒng)布局需一定投入

如果建設一個全新的企業(yè)或其他設施，規(guī)劃設計人員可以用科學的方法進行布局策劃，但現(xiàn)狀更多的是對原有設備設施的再布置，由于受原有場地面積和形狀或者建筑物墻柱、門窗、基礎、管線的限制，中、大型設備移動的難度和投入都較大。例如美國普惠航空發(fā)動機公司，在20 世紀90 年代應用精益思想進行價值流優(yōu)化的過程中，共移動了7000 多臺設備，改造成了80 多個作業(yè)單元，形成了8 類產(chǎn)品中心。

3.運用工業(yè)工程和生產(chǎn)準備流程（3P）等方法設計單元布局

首先要進行現(xiàn)狀與需求分析、明確目標狀態(tài)，包括產(chǎn)品制造周期、在制品數(shù)量，人員、設備、物流情況，產(chǎn)品族、產(chǎn)品共線及產(chǎn)能分析，節(jié)拍時間等；其次應對單元布局的區(qū)域大小、設備設施、人員數(shù)量、產(chǎn)品物流方式運用設施規(guī)劃與物流分析、信息流、人機工程、工作方法研究等方法做進一步分析、設計，盡量選擇簡單的小型專用設備進行紙上或桌面平面推演，縮尺或全尺寸模型模擬，暴露和發(fā)現(xiàn)問題并解決，最終確定布局方案；布局實施后，還要進行投產(chǎn)前試運行，以消除最后的障礙。

4.流程穩(wěn)定是前提和保證

現(xiàn)場整潔有序，工人技術水平和出勤率良好，人員均為“多能工”，設備、工裝始終處于良好狀態(tài)，材料、毛坯供應準時，按照作業(yè)標準操作，換型調整時間短，良好的產(chǎn)品質量，問題的快速處理等都是單元布局平穩(wěn)運行的前提和保證。在缺乏穩(wěn)定性的情況下，實現(xiàn)連續(xù)流和拉動生產(chǎn)無疑是非常困難的，為此需要學習應用一線主管技能培訓（TWI）、全面生產(chǎn)維護（TPM）、標準作業(yè)指導書（SOP）、快速換模（SMED）、“內建質量”等精益工具和方法來創(chuàng)建穩(wěn)定的流程。

5.均衡生產(chǎn)、按節(jié)拍拉動

流程穩(wěn)定后，即可通過標準作業(yè)指導書中各工序實測的周期時間繪制山積圖、進行產(chǎn)線平衡設計，將產(chǎn)品品種、數(shù)量、周期時間、設備負荷進行全部均衡，對全年計劃需求進行穩(wěn)定排產(chǎn)到每月/周/日，簡化計劃和控制，每天的計劃基本相同，讓操作員更好理解每天需要做什么，以及怎么做才能實現(xiàn)目標，同時也方便上游工序建立穩(wěn)定的生產(chǎn)計劃。產(chǎn)品生產(chǎn)以最終用戶的需求為生產(chǎn)起點，根據(jù)節(jié)拍時間和作業(yè)內容確定單元內人數(shù)，再進行工序分割均衡作業(yè)，各工位按節(jié)拍實施單件或小批連續(xù)流作業(yè)，后道工序作為前道工序的用戶順序拉動生產(chǎn)作業(yè)計劃，在暫時無法單件流動的位置設置小型貨架，用于放置緩沖庫存。

6.仍需持續(xù)改善

精益思想的根本思路是改善，改善是一種實現(xiàn)持續(xù)改進策略的常識性、低成本方法，改善的重點是發(fā)現(xiàn)浪費的根源并消除，其本質是通過培養(yǎng)員工成為問題解決者而贏得競爭的策略?，F(xiàn)場實施單元布局優(yōu)化，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)均衡流動后，還有一個關鍵就是需要全員參與和團隊合作進行持續(xù)改善。工人嚴格按照標準作業(yè)指導書操作，對上工位和自己的操作結果進行檢查，以確保產(chǎn)品質量，對標準作業(yè)指導書中的工位工作內容進行改進以提升效率。班組長負責檢查操作人員操作過程與標準作業(yè)指導書的一致性，確保產(chǎn)品生產(chǎn)過程質量，日常主要解決現(xiàn)場各生產(chǎn)單元的異常和問題，這一過程還需要其它相關管理人員予以協(xié)助，對流程中產(chǎn)生異常和問題的根本原因進行分析并改善，最終能夠保質保量地按照日計劃進行生產(chǎn)；班組長的另一項主要工作是發(fā)現(xiàn)改善點并為操作工人的改善提供幫助。車間管理層或產(chǎn)品價值流領導將工廠質量、成本、交付期、效率等方面的關鍵績效指標（KPI）進一步分解為各班組、團隊或加工單元欲達成的、具有挑戰(zhàn)性的工作目標，并輔導和幫助他們完成目標。

三、成功實施后會取得的效果

生產(chǎn)布局優(yōu)化最直接的結果首先是減少了搬運所需的大量人力、物力和時間；其次是設備排布緊湊，不留產(chǎn)品庫存位置，大大減少了在制品庫存，降低了成本；接著從批量轉為單件生產(chǎn)，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期時間，例如美國普惠航空發(fā)動機公司，在20 世紀90 年代應用精益思想進行價值流優(yōu)化的過程中，成功地將裝配周期從30 天縮短為3天；各工序嚴格按照標準作業(yè)指導書操作，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，下工序依次逐件檢查上工序及自己的產(chǎn)品質量，能夠快速發(fā)現(xiàn)質量問題；一個工序出現(xiàn)任何問題，致使整個單元全部停工，倒逼管理團隊必須從源頭快速解決；各個加工單元通過日常解決流程中的異常和問題及持續(xù)改善提升質量、成本、交付周期等關鍵績效指標，從而與車間及工廠目標達成一致，工廠的戰(zhàn)略決策在各層級同步貫徹并實現(xiàn)。

工廠結合航天發(fā)展面臨的新形勢、新任務、新挑戰(zhàn)，現(xiàn)正以精益生產(chǎn)線、脈動式裝配線建設為基礎，結合信息化建立智能裝配車間等方式組織實施“質量強企”行動計劃，后續(xù)在試點成功的基礎上，將會推廣應用到其它組合件生產(chǎn)和裝配過程，以加快生產(chǎn)和質量管控模式的轉型升級。