郭洪飛，陳德強(qiáng)，屈 挺+，李從東，黃國全,何智慧，陳敏詩,曾云輝

(1.暨南大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)與物流工程研究院，廣東 珠海 519070；2.暨南大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，廣東 珠海 519070；3.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

通過降低生產(chǎn)過程中的浪費來降低成本是精益生產(chǎn)的精髓[1]，價值流思想由此應(yīng)運而生，產(chǎn)生了體現(xiàn)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(chǎn)制造的整個過程，并對其中各個參數(shù)信息進(jìn)行統(tǒng)計，從而直觀地展現(xiàn)物流和信息流。通過價值流分析可以發(fā)現(xiàn)目前生產(chǎn)系統(tǒng)中存在的浪費，有利于生產(chǎn)流程的分析和改進(jìn)[5]。以價值流圖為基礎(chǔ)，企業(yè)確定產(chǎn)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(xiàn)顧客價值[6]。

近年來，在企業(yè)進(jìn)行精益生產(chǎn)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(chǎn)成本[7]，而被用于對整個產(chǎn)品進(jìn)行分析，為后續(xù)精益改善提供依據(jù)和方向[8]。學(xué)者們將價值流技術(shù)應(yīng)用到多個領(lǐng)域，針對不同對象改善精益生產(chǎn)[9]，是精益生產(chǎn)強(qiáng)有力的工具[10]。在國內(nèi)，周健等[11]設(shè)計了基于價值流圖析的客戶定制產(chǎn)品拉動系統(tǒng)，能夠提高產(chǎn)出并控制庫存，以快速響應(yīng)客戶需求；常艷茹等[12]利用價值流圖析技術(shù)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(xiàn)生產(chǎn)過程精益化；高留艷等[13]運用精益生產(chǎn)思想，借助價值流圖工具對膠輪生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化和改善，以提高流程增值比、縮短生產(chǎn)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(kuò)展價值流映射方法，通過協(xié)調(diào)信息流來控制生產(chǎn)過程；Vilventhan[16]利用價值流圖系統(tǒng)地評估作業(yè)中產(chǎn)生廢物的原因，并提出解決廢物最小化的方法。無論國內(nèi)外，價值流在生產(chǎn)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(jié)合的研究還比較少。

本文以X公司的S生產(chǎn)線為研究對象，通過了解其生產(chǎn)線現(xiàn)狀繪制價值流現(xiàn)狀圖，提出改善的方法和策略來消除生產(chǎn)過程中的瓶頸及非增值部分，從而提高生產(chǎn)效率[17-18]。改善分為兩個階段，第一階段分析原始的現(xiàn)有價值流圖，發(fā)現(xiàn)其在生產(chǎn)過程中的配料送料階段存在現(xiàn)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(chǎn)耗時的基礎(chǔ)上持續(xù)開展第二次系列化改善研究，再次繪制價值流現(xiàn)狀圖，發(fā)現(xiàn)其在生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)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(chǎn)線第一次改善的價值流現(xiàn)狀分析

以X公司S生產(chǎn)線為例進(jìn)行精益改善研究。針對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，試制中心通過分析產(chǎn)品數(shù)量(Products Quantity，PQ)來選擇產(chǎn)品族，使用秒表多次測量S 生產(chǎn)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(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，試制中心進(jìn)一步對生產(chǎn)線的收發(fā)貨信息、信息流和物料流進(jìn)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(chǎn)品族。產(chǎn)品數(shù)量柏拉圖分析如圖1所示，通過對圖1各產(chǎn)品加工的數(shù)量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，選定A產(chǎn)品為分析對象。

1.1 繪制S生產(chǎn)線第一次改善的價值流圖

第一次改善的價值流現(xiàn)狀圖是S生產(chǎn)線在未開展改善工作前的生產(chǎn)線工作狀態(tài)。X公司S生產(chǎn)線的作業(yè)內(nèi)容包括材料準(zhǔn)備、領(lǐng)取工藝圖紙、領(lǐng)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(xiàn)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(shè)備用時為25.5 h，加工完6套產(chǎn)品的生產(chǎn)周期為33.4 d。

1.2 第一次改善的價值流現(xiàn)狀圖分析

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

S生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)(增值活動)與非標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)(非增值活動)的工序由同一個作業(yè)員完成,包括產(chǎn)品領(lǐng)取、搬運、圖紙領(lǐng)取、材料領(lǐng)取、輔料準(zhǔn)備、工具準(zhǔn)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(chǎn)任務(wù)后，需要從庫房領(lǐng)取生產(chǎn)中應(yīng)用的所有材料。其中一盤導(dǎo)線多人共用，在生產(chǎn)過程中作業(yè)者必須跨過幾個工位拿取導(dǎo)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(qiáng)度，也增加了每個箱體部件的生產(chǎn)周期，甚至給整個生產(chǎn)計劃帶來較大壓力。這些缺乏標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)效率。傳統(tǒng)的作業(yè)員從接到箱體的電裝生產(chǎn)任務(wù)到加工出成品，所采用的傳統(tǒng)生產(chǎn)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(jìn)的物流精益生產(chǎn)改進(jìn)方法，為準(zhǔn)時制生產(chǎn)(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(jī)器上，對于不定期取送物料、半成品、成品及其他一些非標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)的內(nèi)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(chǎn)崗位上的非標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)內(nèi)容作為“水蜘蛛”的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)內(nèi)容，通過每次供給一套均衡物料來保證生產(chǎn)線上作業(yè)的持續(xù)性。“水蜘蛛”不只是搬運的角色，還肩負(fù)著管理與調(diào)度的責(zé)任，因此其在多品種小批量的生產(chǎn)線上具有獨特的應(yīng)用價值?！八┲搿笔箘趧用芗彤a(chǎn)業(yè)上的大量工人擺脫了非標(biāo)作業(yè)，提高了作業(yè)效率并降低了人員成本，使整個生產(chǎn)線更加高效。

2.1 改善內(nèi)容

本文利用精益工具分析作業(yè)方式來改善標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，縮短加工耗時。為使作業(yè)人員工作安定、分工精細(xì)、生產(chǎn)穩(wěn)定并提高效率，首先要分離出標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)和非標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。將生產(chǎn)崗位的非標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)內(nèi)容(如材料的領(lǐng)取、輔料的準(zhǔn)備、套裝配料的發(fā)放等工序)抽取出來作為標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)內(nèi)容，以每次供應(yīng)一套均衡物料的方式來保證生產(chǎn)線連續(xù)作業(yè)。文中“水蜘蛛”生產(chǎn)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(chǎn)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(dá)相同地點(物料倉庫)領(lǐng)取相同數(shù)量的物料，測算5個工位的單人平均生產(chǎn)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(chǎn)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(lǐng)取物料，統(tǒng)計5名操作者花費的物料配送時間和生產(chǎn)加工時間，最終得出單人平均生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)的耗時

續(xù)表1

表2 采用“水蜘蛛”方式進(jìn)行生產(chǎn)的物料配送時間

續(xù)表2

表3 采用“水蜘蛛”方式進(jìn)行生產(chǎn)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(chǎn)動作質(zhì)量，改善了成套供應(yīng)，避免了錯裝漏裝并有效提高了生產(chǎn)效率。具體如下：

(1)明顯提高作業(yè)人員的動作質(zhì)量

傳統(tǒng)模式(電氣控制箱體)生產(chǎn)中，由于箱體需要多個不同的生產(chǎn)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(chǎn)生“動作浪費”，包括從作業(yè)工位到庫房的行走時間、庫房內(nèi)的尋找時間和回到作業(yè)工位的行走時間，例如生產(chǎn)一臺300根導(dǎo)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(chǎn)用料需提前專人按照標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)可以一次配齊箱體的生產(chǎn)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(chǎn)動作質(zhì)量。

(2)成套供應(yīng)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(shù)量準(zhǔn)確，作業(yè)者在加工過程中逐一拿取，不會出現(xiàn)拿錯的情況。當(dāng)有剩余元器件時應(yīng)進(jìn)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(chǎn)計劃逐漸趨穩(wěn)，甚至形成定值，生產(chǎn)計劃部門可以根據(jù)情況編排生產(chǎn)計劃。

(3)提高生產(chǎn)效率

由表4可知，相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，采用“水蜘蛛”生產(chǎn)模式使生產(chǎn)效率提高了{(lán)(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(chǎn)線第二次改進(jìn)的價值流現(xiàn)狀分析

為進(jìn)一步改進(jìn)S生產(chǎn)線的效率，根據(jù)二八原則和持續(xù)改善原則，結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)模，在應(yīng)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(jìn)措施，然后研究已識別出的改進(jìn)點，以迭代和固化改進(jìn)效果，持續(xù)提升整個生產(chǎn)線的效率。

3.1 繪制第二次改進(jìn)的價值流

基于“水蜘蛛”的價值流圖繼續(xù)繪制S生產(chǎn)線第二次改進(jìn)的價值流圖，其中作業(yè)內(nèi)容包括領(lǐng)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(jìn)的價值流現(xiàn)狀圖分析

從第二次改進(jìn)的價值流現(xiàn)狀圖可以看出， S生產(chǎn)線存在以下問題：

(1)現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)工作帶來一定影響。

(2)生產(chǎn)周期較長，生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)品的齊套性差。目前的生產(chǎn)是單人作業(yè)，各自獨立，一名作業(yè)人員完成一整個產(chǎn)品的加工，包括領(lǐng)取產(chǎn)品、搬運、領(lǐng)取圖紙、打印線號、領(lǐng)取材料、準(zhǔn)備輔料、準(zhǔn)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(zhuǎn)庫、辦公區(qū)混合在一起，標(biāo)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(chǎn)工位太遠(yuǎn)，作業(yè)人員搬運距離較長，最長達(dá)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(dá)240 m，造成搬運浪費。改進(jìn)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(chǎn)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(xiàn)場5S環(huán)境有了很大改進(jìn)，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(chǎn)工具取用的時間。隨機(jī)抽取10人，分別進(jìn)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(jīng)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(biāo)準(zhǔn)，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(chǎn)品適合流水作業(yè)。本文結(jié)合精益生產(chǎn)思想，分析總結(jié)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(jìn)行流線試點。前期工作為模擬運作，主要有生產(chǎn)線設(shè)計、輔助器具制作、劃分工序、記錄數(shù)據(jù)，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(chǎn)線平衡(瓶頸工序)問題，導(dǎo)入60 s時換模(Single Minute Exchange of Die, SMED)概念，即快速換模法；開展標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，使生產(chǎn)線可以快速靈活地調(diào)整在制品；降低作業(yè)的勞動強(qiáng)度，每個作業(yè)人員只從事一道工序的作業(yè)，以提高生產(chǎn)效率。通過改進(jìn)，現(xiàn)場布局減少了不必要的走動，通過開展全面生產(chǎn)維護(hù)(Total Productive Maintenance, TPM)和SMED活動，使生產(chǎn)線進(jìn)一步穩(wěn)定并實現(xiàn)了流水作業(yè)，從而提高了生產(chǎn)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(chǎn)周期，給下一道工序(電調(diào))爭取了調(diào)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(shù)量，節(jié)約了存儲空間，有利于生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行。

(3)改進(jìn)了產(chǎn)品齊套性差的問題。流線化改善后，縮短了生產(chǎn)線SMED時間中的內(nèi)換模時間，由月組裝5臺箱體增加到月組裝6臺箱體，生產(chǎn)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(jìn)搬運路徑和搬運工具等工作，達(dá)到了合理調(diào)配生產(chǎn)線作業(yè)人員和現(xiàn)場檢驗人員、保證整個生產(chǎn)線按照節(jié)拍持續(xù)生產(chǎn)、減少搬運浪費的目的。表5所示為優(yōu)化布局改進(jìn)前后的對比數(shù)據(jù)，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(jìn),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(qiáng)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(jīng)兩次改善后S生產(chǎn)線的未來價值流圖

上述改進(jìn)方案匯總后，X公司S生產(chǎn)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(jīng)過兩次系統(tǒng)性地持續(xù)改善，X公司S生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率有了很大提高，增值比達(dá)到5.21%。

6 結(jié)束語

本文應(yīng)用價值流思想繪制價值流現(xiàn)狀圖，提出改善加工耗時的方法和策略來消除生產(chǎn)過程中的瓶頸及非增值部分，并通過對X公司S生產(chǎn)線進(jìn)行兩次系統(tǒng)性持續(xù)改善來提高生產(chǎn)效率。實踐證明，改善后的S生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率得到大幅度提高，而且已經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)效率；優(yōu)化布局提高了33.3%的物流效率。同時，經(jīng)過第一次改善工作，S生產(chǎn)線的增值比提高到3.70%，經(jīng)過第二次改進(jìn)工作，S生產(chǎn)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(xiàn)場改善活動和精益思想的具體運用也具有指導(dǎo)意義。