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        基于作業(yè)工序不穩(wěn)定的價值流圖技術(shù)研究

        2015-05-26 08:16:18牛占文
        關(guān)鍵詞:精益工序標準化

        葉 君,牛占文

        (天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟學(xué)部,天津300072)

        精益生產(chǎn)(lean production)是源于豐田生產(chǎn)方式的一種管理哲學(xué)[1],其優(yōu)越性不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)制造系統(tǒng),也涉及到產(chǎn)品研發(fā)等整個產(chǎn)品生命周期的各方面,是當前工業(yè)界公認的一種最佳生產(chǎn)組織體系和方式。精益生產(chǎn)的目的是通過運用一整套工具和方法來消除浪費,降低成本,實現(xiàn)價值最大化。其中,價值流圖技術(shù)是企業(yè)實施精益制造的有力工具[2],是一種關(guān)鍵的識別改善機遇的精益工具[3],其他的精益工具都需要與價值流圖技術(shù)結(jié)合使用[4]。

        目前國內(nèi)外關(guān)于價值流圖技術(shù)的研究主要分為兩類。一類是將價值流圖作為精益工具應(yīng)用于具體實踐中。如張東漢等[5]將價值流圖技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)業(yè)務(wù)流程重組中;FAWAZ 等[6]認為價值流圖技術(shù)可以被應(yīng)用到連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)中,并通過煉鐵企業(yè)的實際案例證明了這一觀點;王忠杰等[7]在服務(wù)行業(yè)的建模中應(yīng)用了價值流圖的思想。另一類是對傳統(tǒng)價值流圖的完善。如ROTHER 等[8]認為價值流圖分析技術(shù)需要不斷發(fā)展,最終達到鑒別出所有類型的浪費的目的;SULLIVAN[9]將設(shè)備更新的信息引入到價值流圖技術(shù)中,使價值流圖分析更加貼近實際;SIMONS等[10]將環(huán)境污染指標加入到價值流圖分析當中,提出可持續(xù)價值流圖的概念。可以看出,價值流圖技術(shù)被廣泛應(yīng)用的重要原因是價值流圖技術(shù)的可拓展性。

        現(xiàn)有的研究成果對精益生產(chǎn)中價值流圖技術(shù)的發(fā)展起到了一定的促進作用,但大多數(shù)研究都沒有考慮到實際生產(chǎn)過程中各工序生產(chǎn)周期時間的不穩(wěn)定性。因此筆者在傳統(tǒng)價值流圖技術(shù)的基礎(chǔ)上,基于各工序生產(chǎn)周期時間不穩(wěn)定對其他工序的影響,提出工序協(xié)同能力的概念,并給出工序協(xié)同能力指數(shù)的求解方法和評價標準。

        1 作業(yè)工序不穩(wěn)定性分析

        在實際生產(chǎn)活動中,生產(chǎn)系統(tǒng)受到人、機、料、法、環(huán)等因素的影響[11],導(dǎo)致各工序的生產(chǎn)周期時間不穩(wěn)定,形成在制品庫存。筆者構(gòu)建最基本的單線生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖,生產(chǎn)系統(tǒng)中有m道工序,如圖1 所示。筆者利用數(shù)學(xué)方法證明工序生產(chǎn)周期時間不穩(wěn)定會導(dǎo)致在制品庫存,證明中所用到的部分數(shù)學(xué)符號及其意義如表1 所示。

        圖1 單線生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖

        筆者確定研究目標工序為第i工序,針對第i工序,若CTi>CTi-1,則第i-1 工序與第i工序之間必然存在在制品庫存;現(xiàn)只需證明當CTi<CTi-1時,第i-1 工序與第i 工序之間存在在制品庫存。提出了以下3 個假設(shè):

        假設(shè)1 半成品到達目標工序的時間間隔服從參數(shù)為λ=1/CTi-1的泊松過程{N(t),t≥0}。

        假設(shè)2 每個半成品在目標工序操作的時間為一般分布,分布函數(shù)為Bi(t),其期望、方差分別為E=1/μ=CTi;D=σ2i。

        假設(shè)3 目標工序單個操作平臺,半成品先到先加工。

        證明過程如下所示:

        (2)由基本假設(shè)可知:

        (3)對任意非負整數(shù)ki有:

        表1 數(shù)學(xué)符號及其意義

        由式(4)可得:工序i的在制品數(shù)量只與該工序前一狀態(tài)有關(guān),對于目標工序i,根據(jù)嵌入式馬爾科夫的性質(zhì),可以證明{Q(n,i),n≥1}為一個嵌入式馬爾可夫鏈[12]。結(jié)合式(2)可得:

        結(jié)合式(3),對式(5)兩邊取極限可得:

        結(jié)合式(7),對式(2)先平方再取期望,當n→∞,可得:

        整理可得:

        (5)因為:

        由式(9)和式(10)可得:

        (6)k階愛爾蘭分布是隨k而變化的一族分布,是介于純隨機與完全確定之間的中間型分布,能對現(xiàn)實世界提供更加廣泛的適應(yīng)性,故令目標工序i的加工時間服從k階愛爾蘭分布,則σ2=CTi2/k。結(jié)合式(10)和式(11)可得:

        由于CTi<CTi-1,因此CTi-1-CTi>0,因而推斷出第i工序的在制品庫存大于零,證畢。

        2 工序協(xié)同能力分析

        從上述分析可知,傳統(tǒng)的價值流圖技術(shù)將整個價值流作為一個穩(wěn)定的過程進行分析是有缺陷的,這種缺陷不僅僅體現(xiàn)在在制品庫存方面,還體現(xiàn)在生產(chǎn)工序標準化程度、產(chǎn)品過程質(zhì)量等阻礙價值流正常流動的各方面。為此,筆者引入一個新的概念,即工序協(xié)同能力(process collaborative capability,PCC)。工序協(xié)同能力是指在價值流圖分析中,用來描述某工序作業(yè)時間不穩(wěn)定對整個價值流流暢運行的影響程度,其大小用工序協(xié)同能力指數(shù)(process collaborative capability index,PCCI)來評價。工序協(xié)同能力指數(shù)的計算方法如表2 所示。

        根據(jù)表2步驟(4)中工序協(xié)同能力指數(shù)φi的計算公式可以得出φi的取值范圍為[-1,0)∪(0,1],其大小由各工序生產(chǎn)周期時間CTi與生產(chǎn)線目標周期時間M(M由生產(chǎn)線平衡率與寬放率確定)的接近程度和各工序生產(chǎn)周期時間的穩(wěn)定程度(即各工序生產(chǎn)周期時間的標準差σi)這兩個因素決定。根據(jù)工序協(xié)同能力指數(shù)φi的計算公式可知,當φi為正時,其值越大,說明該工序?qū)r值流的順暢流轉(zhuǎn)的貢獻率越高;當φi為負時,說明該工序阻礙該產(chǎn)品價值流的正常運行。因此,工序協(xié)同能力指數(shù)能夠客觀且定量地反映各工序的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

        針對表2 中工序協(xié)同能力指數(shù)的計算方法需要說明兩點:①步驟(2)確定寬放率η 的大小時要考慮企業(yè)的實際情況,確保制定的目標值經(jīng)過努力能夠?qū)崿F(xiàn);②步驟(4)中θ 值代表企業(yè)對未來作業(yè)標準化程度期望的高低,θ 值越大說明企業(yè)對未來作業(yè)標準化程度的期望越高。通過對我國34 家不同類型企業(yè)共計48 條生產(chǎn)線的作業(yè)標準化程度的統(tǒng)計分析,得出θ 值的設(shè)定標準,如表3 所示。企業(yè)對未來標準化程度的期望值越高,計算得出的工序協(xié)同能力指數(shù)越小,需要企業(yè)進行改善的地方越多。

        表2 工序協(xié)同能力指數(shù)計算方法

        表3 θ 值設(shè)定標準

        評價價值流中各工序的工序協(xié)同能力時,首先綜合考慮生產(chǎn)線的運行狀態(tài)和企業(yè)對生產(chǎn)線未來標準化程度的目標來確定θ 值,然后再計算價值流中各工序的工序協(xié)同能力指數(shù),最后再根據(jù)計算結(jié)果與工序協(xié)同能力指數(shù)評價標準進行對比,確定各工序的能力等級及相應(yīng)的改善方案。通過對我國34 家不同類型企業(yè)的工序協(xié)同能力指數(shù)及生產(chǎn)現(xiàn)場力[13]進行對比研究,得出各工序能力等級的確定標準,如表4 所示。

        表4 工序協(xié)同能力指數(shù)評價標準

        3 實例驗證

        Y 公司是國內(nèi)一家生產(chǎn)鼠標的企業(yè),生產(chǎn)7 種型號的鼠標。Y 公司根據(jù)銷售提供的數(shù)據(jù)制定生產(chǎn)計劃。近年來,Y 公司的生產(chǎn)裝配線經(jīng)常出現(xiàn)延遲甚至停滯的現(xiàn)象,對經(jīng)濟效益有很大的影響。為此,公司高層決定引入精益生產(chǎn)。

        研究挑選銷量最高的鼠標進行分析驗證,根據(jù)Y 公司7 種型號鼠標的銷售情況,如圖2 所示,選取L 4 產(chǎn)品作為研究對象。L 4 是公司為大客戶定制開發(fā)的產(chǎn)品,因此,在工藝設(shè)計、工序設(shè)計、材料選取、作業(yè)標準制作和人員訓(xùn)練方面做了大量工作,根據(jù)作業(yè)流程的失效模式分析制定作業(yè)標準,保證標準作業(yè)達到較高水平,筆者選取30組生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行驗證。

        根據(jù)所選數(shù)據(jù)計算出各工序的平均作業(yè)時間和方差如表5 所示。再根據(jù)表2 給出的工序協(xié)同能力指數(shù)的計算方法計算各工序協(xié)同能力指數(shù),如表6 所示。

        由表6 可以看出,對于穩(wěn)定性很好的工序如工序1 和工序2,無論其θ 值如何改變,工序協(xié)同能力指數(shù)改變很小;而對于穩(wěn)定性較差的工序,工序協(xié)同能力指數(shù)則隨著θ 值的變化而發(fā)生很大的改變。這反映了現(xiàn)實的標準化程度與期望標準化程度之間的矛盾,當現(xiàn)實標準化程度低且期望標準化程度高時,計算所得工序協(xié)同能力指數(shù)會比較小,則達到期望的標準化程度所付出的改善成本較高;反之,當現(xiàn)實標準化程度較高且期望標準化程度也較高時,所付出的改善成本則相對較低。

        根據(jù)L 4 產(chǎn)品生產(chǎn)線的重要程度,確定該生產(chǎn)線未來標準化程度要達到中級階段,因此將θ值設(shè)定為4。結(jié)合表4 和表6 可知,工序1 和工序2 的工序協(xié)同能力很強(A 等級),無需進行改善便可保證生產(chǎn)線穩(wěn)定運行;工序3、工序4 和工序9 的工序協(xié)同能力一般(C 等級),需要生產(chǎn)班組內(nèi)部對該工序進行改善,以保證生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行;工序10 的工序協(xié)同能力不足(D 等級),需要各部門進行配合對該工序進行完善,才能保證生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行;工序5 ~工序8 的工序協(xié)同能力都小于0(等級E),應(yīng)該從生產(chǎn)工藝等方面對其進行改善。L 4 產(chǎn)品在實際生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)停線的情況,其大多數(shù)都是因為工序5、工序6、工序7 或工序8 出現(xiàn)問題,這與工序協(xié)同能力指數(shù)的計算結(jié)果相吻合,說明筆者給出的工序協(xié)同能力指數(shù)計算方法有效且可行。

        圖2 Y 公司各類型鼠標銷量

        表5 各工序平均作業(yè)時間與方差

        表6 各工序協(xié)同能力指數(shù)

        4 結(jié)論

        基于實際生產(chǎn)中各工序的生產(chǎn)周期時間無法做到恒定不變的狀態(tài),筆者通過實例驗證了各工序作業(yè)時間波動對其他工序正常作業(yè)的影響,提出了工序協(xié)同能力的概念和工序協(xié)同能力指數(shù)的計算與評判方法,可以方便高效地找出存在問題的工序,從而為有針對性的精益改善提供指導(dǎo)。

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