賈祿冰，梅清晨，2，王 璽

（1．清華大學(xué)天津高端裝備研究院洛陽先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)研發(fā)基地，河南 洛陽 471003；2．河南工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

0 引言

隨著中國制造裝備行業(yè)的快速發(fā)展，很多制造型企業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級，精益生產(chǎn)成為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要核心組成部分。在精益生產(chǎn)的推進(jìn)過程中，精益價(jià)值流分析技術(shù)成為很多企業(yè)精益生產(chǎn)高效推行的秘密武器。1996年，詹姆斯·沃麥克和丹尼爾·瓊斯對“豐田”生產(chǎn)方式做了最好的總結(jié)，在《精益思想》中提煉出精益管理“五原則”（確定價(jià)值、識別價(jià)值流、價(jià)值流動、拉動、盡善盡美），隨著精益思想及精益價(jià)值流技術(shù)推向全球，越來越多的人開始研究價(jià)值及精益價(jià)值流圖[1]。近年來，精益價(jià)值流的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到機(jī)械制造、電子裝配等領(lǐng)域，并取得了不錯(cuò)的效果。但是，大多數(shù)企業(yè)對精益價(jià)值流的應(yīng)用局限于生產(chǎn)現(xiàn)場“現(xiàn)狀”的改善，那么精益價(jià)值流是否可在生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)前對問題進(jìn)行“預(yù)知性”改善呢？在制造行業(yè)，生產(chǎn)線是企業(yè)的重要組成部分，也是直接創(chuàng)造價(jià)值的重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)線設(shè)計(jì)是否精益直接影響企業(yè)的作業(yè)效率、產(chǎn)品生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本，如何提高裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)水平一直是制造型企業(yè)的重點(diǎn)研究方向。

價(jià)值流理論研究對象是企業(yè)的經(jīng)營活動，通過對經(jīng)營各環(huán)節(jié)活動分析，識別增值與非增值活動，并能夠找出非增值環(huán)節(jié)的浪費(fèi)現(xiàn)象，幫助企業(yè)對各種非增值活動進(jìn)行改善，價(jià)值流側(cè)重于分析產(chǎn)品價(jià)值的增值活動，剔除不創(chuàng)造價(jià)值的活動[2]。本文以航空工業(yè)集團(tuán)H公司連接器裝配過程為研究對象，利用精益價(jià)值流技術(shù)，分析從物料接收到成品產(chǎn)出的整個(gè)過程，通過對制造環(huán)節(jié)非增值活動的分析、改善，設(shè)計(jì)新的連接器裝配生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)狀問題的解決，打造精益生產(chǎn)作業(yè)模式。

1 航空工業(yè)集團(tuán)H公司連接器裝配生產(chǎn)線現(xiàn)狀

航空工業(yè)集團(tuán)H公司連接器裝配車間是以連接器裝配制造為主，主要產(chǎn)品系列包括JI、JH、J2等，并且每種產(chǎn)品系列批次型號較多。企業(yè)產(chǎn)品訂單以多品種、小批量為主，平均一個(gè)批次13件。此外，該連接器裝配車間實(shí)行單工位獨(dú)立式作業(yè)，無產(chǎn)線概念，主要存在產(chǎn)品裝配效率低、訂單準(zhǔn)時(shí)交付率低、生產(chǎn)周期長等問題。

企業(yè)產(chǎn)品是按照客戶需求訂單式拉動生產(chǎn)，這就要求企業(yè)不斷縮短產(chǎn)品裝配周期、提升裝配效率，并準(zhǔn)時(shí)且持續(xù)供貨。因此，航空工業(yè)集團(tuán)H公司急需對連接器裝配作業(yè)模式進(jìn)行精益改進(jìn)。

2 基于價(jià)值流分析的裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)流程

基于價(jià)值流分析的裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，主要是通過繪制現(xiàn)狀價(jià)值流圖，對生產(chǎn)過程中的各個(gè)生產(chǎn)要素進(jìn)行系統(tǒng)分析，識別出裝配過程中的浪費(fèi)現(xiàn)象和問題點(diǎn)，并有針對性地制定解決問題的方法和措施，然后設(shè)計(jì)未來價(jià)值流圖，并規(guī)劃設(shè)計(jì)生產(chǎn)線及作業(yè)模式，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低成本、準(zhǔn)時(shí)交付的目的?；趦r(jià)值流分析的裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)共分為5個(gè)步驟，分別是產(chǎn)品系列選擇、現(xiàn)狀價(jià)值流圖繪制、現(xiàn)狀問題分析、未來價(jià)值流圖設(shè)計(jì)、精益化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)（如圖1所示）。

圖1 基于價(jià)值流分析的裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)流程

3 基于價(jià)值流分析的裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)詳解

3.1 生產(chǎn)線產(chǎn)品系列選擇

航空工業(yè)集團(tuán)H公司連接器裝配車間產(chǎn)品系列包括JI壓接、JHT壓接、J2壓接、J1焊接、JHT焊接、J2焊接。由于產(chǎn)品系列較多，因此需先識別出企業(yè)的主要盈利點(diǎn)及產(chǎn)品型號市場需求量較大的產(chǎn)品做主要分析。運(yùn)用P/Q分析法對車間產(chǎn)品類別進(jìn)行分析，選擇主打產(chǎn)品作為重點(diǎn)設(shè)計(jì)對象。分析該公司連接器裝配車間2019年日平均產(chǎn)量及利潤發(fā)現(xiàn)，J2壓接的產(chǎn)品系列計(jì)劃量最高為2 658件，約占裝配車間日平均總產(chǎn)量的40%且利潤高達(dá)61%（如圖2所示）。通過P/Q分析表，選擇J2壓接產(chǎn)品作為本次生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的研究對象。

3.2 生產(chǎn)線現(xiàn)狀價(jià)值流圖繪制

航空工業(yè)集團(tuán)H公司連接器裝配車間以J2壓接裝配流程為調(diào)研對象，根據(jù)現(xiàn)狀產(chǎn)品裝配工藝路線和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，繪制連接器裝配車間的現(xiàn)狀價(jià)值流圖（前端物料配送因素暫不做分析）。裝配工藝流程共12個(gè)作業(yè)工序，目前是1人作業(yè)。

圖2 P/Q分析表

表1是J2壓接產(chǎn)品的裝配流程及相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)工藝流程及相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制J2壓接產(chǎn)品系列的現(xiàn)狀價(jià)值流圖如圖3所示[3]。

表1 裝配車間工序及相關(guān)數(shù)據(jù)信息

圖3 J2產(chǎn)品系列現(xiàn)狀價(jià)值流圖

分析企業(yè)現(xiàn)狀價(jià)值流圖，流程中為產(chǎn)品帶來增值時(shí)間（AT）和非增值時(shí)間（UT）分別如下：AT=180+60+180+60+180=660 min， UT=70+130+70+240=510 min。增值比=AT/（AT+UT）=660/（660+510）=56．4%（員工按一個(gè)批次60件裝配）。從計(jì)算結(jié)果和價(jià)值流圖可知，流程中不增加價(jià)值部分占43．6%，并且整個(gè)生產(chǎn)周期長達(dá)1 170 min，過程在制品數(shù)量WIP=60+120+180+240=600件。

從現(xiàn)狀價(jià)值流圖可以看出，產(chǎn)品增值比低、生產(chǎn)周期長、在制品數(shù)量高等因素造成產(chǎn)品制造過程裝配效率低、訂單準(zhǔn)時(shí)交付率低、生產(chǎn)周期長，這是目前存在的主要問題。面對企業(yè)存在的問題，必須對企業(yè)生產(chǎn)流程改善。

3.3 現(xiàn)狀問題分析

3.3.1 J2產(chǎn)品裝配工藝流程分析

航空工業(yè)集團(tuán)H公司連接器裝配車間從物料接收到產(chǎn)品下線經(jīng)過12道工序，工藝流程分析如圖4所示。

圖4 工藝流程分析圖

基于連接器裝配的工藝流程，整個(gè)產(chǎn)品的裝配過程中有兩個(gè)斷點(diǎn)，需要離線轉(zhuǎn)運(yùn)到烘干區(qū)，一般裝配式生產(chǎn)線會采用流水作業(yè)模式，但由于存在兩個(gè)斷點(diǎn)，無法做到真正意義上的流水作業(yè)，那么以烘干斷點(diǎn)作為分割點(diǎn)，將裝配工藝流程分為3個(gè)單元考慮。一單元：絕緣體下殼體；二單元：裝膠圈、裝連帽組件、半成品試驗(yàn)、粘封線體；三單元：灌封、裝接觸件、分接觸件、固定性測試、成品測試。下一步我們對工藝流程中的3個(gè)單元做分析。首先看第一個(gè)單元絕緣體下殼體裝配流程：殼體酒精清潔、下黑膠、刮膠、絕緣體涂膠、下絕緣體、壓絕緣體、刮膠、擦膠，第一個(gè)單元裝配過程連續(xù)性較強(qiáng)且工藝文件中對黑膠的時(shí)效性有特殊的標(biāo)準(zhǔn)要求（涂膠有效期在1 min之內(nèi)需完成裝配），因此整個(gè)下殼體的裝配過程無法做到拆分。然后我們分析第二個(gè)單元的裝配工步：裝膠圈、裝連帽組件、半成品試驗(yàn)、粘封線體，從裝配工步上分析，可以采取流水裝配的作業(yè)模式，每個(gè)裝配工步相對獨(dú)立；裝膠圈需專業(yè)工具、工裝，裝連帽組件需專用的工裝、工具，半成品測試需要專用測試設(shè)備，粘封線體需要專用粘接設(shè)備。

第三單元的作業(yè)工步為灌封、裝接觸件、分接觸件、固定性測試、成品測試、下線。灌封需要特殊工裝，屬于獨(dú)立作業(yè)工步；裝接觸件和分接觸件同樣是兩個(gè)獨(dú)立的作業(yè)工步；固定性測試和半成品測試需要獨(dú)立的專用檢測設(shè)備。

3.3.2 J2產(chǎn)品裝配線平衡分析（基于現(xiàn)狀數(shù)據(jù)）

完成對裝配工藝流程分析之后，下一步我們要對裝配工藝流程中的3個(gè)單元的作業(yè)工步的時(shí)間進(jìn)行觀測，要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的準(zhǔn)時(shí)化作業(yè)，要先解決作業(yè)工位間節(jié)拍的不平衡問題，否則會嚴(yán)重影響生產(chǎn)線的效率。由于我們要重新設(shè)計(jì)生產(chǎn)線，所以需對連接器裝配工步節(jié)拍的作業(yè)時(shí)間進(jìn)行分析，并運(yùn)用ECRS法，以工步節(jié)拍平衡為原則，優(yōu)化合并作業(yè)工步，形成新的作業(yè)工序，保證裝配線各工序節(jié)拍趨于一致。

工藝流程分析完成后，下一步要對各單元各工步的作業(yè)時(shí)間做現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，表2為現(xiàn)場作業(yè)時(shí)間數(shù)據(jù)結(jié)果。

表2 時(shí)間觀測表

依據(jù)各工步作業(yè)時(shí)間的觀測結(jié)果，采取“ECRS”中的“合并”方式對作業(yè)單元進(jìn)行優(yōu)化，保證各環(huán)節(jié)的作業(yè)時(shí)間接近或相同，各工步的作業(yè)時(shí)間都在60 s左右，我們初步暫以60 s為生產(chǎn)節(jié)拍，優(yōu)化后的線平衡分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 線平衡分析圖

一單元，單工序作業(yè)時(shí)間為174 s，理論上平均174 s可裝配完成一件，根據(jù)工藝流程的分析結(jié)果，作業(yè)內(nèi)容不易拆分，可采取3個(gè)并行工位的方式，平均作業(yè)時(shí)間為58 s；二單元實(shí)行流水作業(yè)，通過將裝膠圈和裝連帽組件合并，作業(yè)時(shí)間為60 s，半成品試驗(yàn)作業(yè)為53 s、粘封線體作業(yè)時(shí)間為58 s，作業(yè)時(shí)間均為60 s左右，可采用流水作業(yè)方式作業(yè)；三單元實(shí)行流水作業(yè)，灌封作業(yè)時(shí)間為57 s，裝接觸件、分接觸件合并后作業(yè)時(shí)間為54 s，固定性測試、成品測試合并后作業(yè)時(shí)間為53 s。綜上所述，第一個(gè)單元要設(shè)計(jì)成3個(gè)并行工位作業(yè)，第二個(gè)單元、第三個(gè)單元可設(shè)計(jì)成流水作業(yè)。

3.3.3 J2產(chǎn)品過程在制數(shù)量分析

J2連接器的裝配過程有兩個(gè)烘干斷點(diǎn)，為保證產(chǎn)品裝配過程的連續(xù)性，二單元、三單元裝配前需要緩存一定的緩存在制品量且緩存在制品量不易太多。由于連接器裝配的連續(xù)性較強(qiáng)，所以我們選擇過程在制品準(zhǔn)備進(jìn)入烘干爐這個(gè)時(shí)間點(diǎn)做分析。以下是分析結(jié)果。

一單元在制品數(shù)量分析：采取集中烘干方式，烘干時(shí)間為60 min，為保證二單元正常作業(yè)，也就意味著烘干前有60件待烘干在制品；一單元有3個(gè)作業(yè)工位，為保證裝配連續(xù)性，每個(gè)工位緩存20件在制品。

二單元在制品數(shù)量分析：由于烘干的時(shí)間為60 min，二單元必須緩存60 min在制數(shù)量才能保證二單元裝配連續(xù)，生產(chǎn)節(jié)拍為60 s，烘干爐1（一單元與二單元之間的烘干爐）與二單元第一個(gè)工序之間的在制緩存量為60件（烘干時(shí)間/節(jié)拍=3 600/60=60件），為保證裝配連續(xù)性，二單元的各工位需要緩存，每個(gè)工位緩存20件在制品。

三單元在制品數(shù)量分析：同理，烘干爐2（二單元與三單元之間的烘干爐）與三單元第一個(gè)工序之間的在制緩存量為60件（烘干時(shí)間/節(jié)拍=3 600/60=60件），為保證裝配連續(xù)性，三單元的各工位需要緩存，每個(gè)工位緩存20件在制品。

3.4 生產(chǎn)線未來價(jià)值流圖設(shè)計(jì)

根據(jù)改善方案，繪制未來價(jià)值流圖，如圖6所示[3]。

圖6 J2產(chǎn)品系列未來價(jià)值流圖

通過對連接器裝配過程分析及整個(gè)生產(chǎn)流程和作業(yè)模式優(yōu)化，我們又繪制了未來價(jià)值流圖，對價(jià)值流程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品帶來增值時(shí)間（AT）和非增值時(shí)間（UT）分別如下：AT=60+60+20+20+20+60+20+20+20=300 min，非增值時(shí)間UT=10+60+10+60=140 min（非增值時(shí)間主要存在于烘干前后，烘干前物料搬運(yùn)入烘干爐時(shí)間為10 min，烘干后在制品等待消耗時(shí)間為60 min），那么產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)周期為440 min。

增值比=AT/（AT+UT）=300/（300+140）=68．2%；過程在制品數(shù)量為360件。

通過優(yōu)化后，增值比由56．4%提高到68．2%；生產(chǎn)周期由1 170 min縮短到440 min；過程在制品數(shù)量為600件（每個(gè)人），優(yōu)化前一班組9個(gè)人，那么優(yōu)化前一個(gè)班組在制品的數(shù)量為5 400件，減少到優(yōu)化后的360件。

從未來價(jià)值流分析數(shù)據(jù)來看，初步達(dá)到產(chǎn)線設(shè)計(jì)的目標(biāo)，為后續(xù)產(chǎn)線設(shè)計(jì)提供了核心技術(shù)數(shù)據(jù)。

3.5 精益化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

（1）生產(chǎn)作業(yè)模式設(shè)計(jì)。裝配流水線生產(chǎn)模式是建立在工藝流程穩(wěn)定基礎(chǔ)上的一種生產(chǎn)模式，由于產(chǎn)品批次較多，批量較小，所以作業(yè)過程屬于手工裝配作業(yè)模式，為保證批次不混亂，實(shí)際作業(yè)時(shí)，實(shí)行單件流水作業(yè)模式方案不可行，所以實(shí)行批次流作業(yè)模式。

（2）生產(chǎn)線作業(yè)工位設(shè)計(jì)。通過對工藝流程的分析，設(shè)計(jì)具體工位數(shù)量（見表3）。

表3 生產(chǎn)線工位

（3）生產(chǎn)線傳輸方式設(shè)計(jì)。在未來價(jià)值流圖中，非增值時(shí)間為140 min，部分是由于人工搬運(yùn)造成的，為保證產(chǎn)品裝配過程的連續(xù)，解決過程在制品轉(zhuǎn)運(yùn)烘箱的問題，烘箱設(shè)計(jì)小型化，不再采用集中烘干模式。那么，一條生產(chǎn)線需要設(shè)置兩個(gè)小型雙開門烘干爐，分別是一單元與二單元之間，二單元與三單元之間。小型烘干爐選型之后，下一步設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程在制品自動傳輸，設(shè)計(jì)自動滾筒式傳輸線，實(shí)現(xiàn)過程各單元在制下線自動傳輸?shù)胶嫦?，烘干后自動傳輸?shù)较乱粋€(gè)單元（如圖7所示）。

圖7 生產(chǎn)線模型示意圖

（4）產(chǎn)品產(chǎn)能規(guī)劃分析。航空工業(yè)集團(tuán)H公司連接器裝配車間2019年平均日產(chǎn)量為2 658件，根據(jù)2020年的產(chǎn)能規(guī)劃需求J2壓接產(chǎn)品訂單提高30%，那么日需求量達(dá)到3 456件。規(guī)劃后每條生產(chǎn)線按兩個(gè)班次進(jìn)行生產(chǎn)，每天工作8 h，生產(chǎn)節(jié)拍初定為60 s，那么每條生產(chǎn)線的最大產(chǎn)能 =（8×3 600×2）/60=960件。

根據(jù)計(jì)算，規(guī)劃產(chǎn)能：一條生產(chǎn)線最大產(chǎn)能=3 456/960=3．6≈4條，J2壓接產(chǎn)品只需要建立4條生產(chǎn)線，就可以滿足規(guī)劃產(chǎn)能需求。

4 結(jié)語

通過基于價(jià)值流分析的裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了流水式裝配作業(yè)，構(gòu)建了新的精益生產(chǎn)作業(yè)模式，解決了產(chǎn)品裝配效率低、訂單準(zhǔn)時(shí)交付率低、生產(chǎn)周期長等問題，對提升企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營水平具有良好的促進(jìn)作用。該項(xiàng)研究成果具有普遍適用性，可應(yīng)用于電子裝配、機(jī)械裝配等行業(yè)的裝配生產(chǎn)線改善設(shè)計(jì)。