劉 旭 孔羽姝 王 雷 賈偉男 岳彩月 羅添元 王 迪

(中車長春軌道客車股份有限公司高速動車組制造中心，130062，長春∥第一作者，工程師)

隨著國內(nèi)高鐵市場和城市軌道交通市場的逐漸飽和，軌道交通車輛制造企業(yè)的生存壓力逐步增加。龐巴迪公司、阿爾斯通公司等老牌企業(yè)在全球軌道交通領(lǐng)域依舊有著不可撼動的地位。國內(nèi)企業(yè)若要在海外市場中獲得一席之地，在提升自身競爭力的同時，亦需在生產(chǎn)制造過程中不斷壓降單車成本，以謀求更大的盈利空間；同時，通過推動軌道交通領(lǐng)域更先進的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以獲得更大的資源及市場。

現(xiàn)階段軌道交通車輛的生產(chǎn)訂單普遍呈現(xiàn)為多品種、小批量形式，客戶需求多樣化[1]，生產(chǎn)線建設(shè)過程中需要投入更多的資金去采購新的特有工裝、工具及設(shè)備，盈利空間被逐步壓縮。因此，需要企業(yè)從管理和生產(chǎn)等方面不斷創(chuàng)新，以壓降單車成本、提升生產(chǎn)線效能。本文利用TRIZ(發(fā)明問題的解決理論)，對現(xiàn)階段管理和生產(chǎn)上存在的問題進行剖析，提出合理的管理手段[2]，以有效解決生產(chǎn)線效能較低的問題。

1 TRIZ在軌道交通車輛制造企業(yè)生產(chǎn)線中的應(yīng)用

1.1 國內(nèi)軌道交通車輛制造企業(yè)存在的差距

在生產(chǎn)管理方面，與國外老牌企業(yè)相比，我國軌道交通車輛制造企業(yè)主要存在以下差距：

1) 管理模式落后。目前，國外眾多軌道交通車輛制造企業(yè)紛紛采用了先進的管理模式，如：眾所周知的TPS (豐田生產(chǎn)模式)，“流水線生產(chǎn)”“無庫存生產(chǎn)”“5S”管理等。國內(nèi)大部分軌道交通車輛制造企業(yè)雖已經(jīng)開始步入工位制節(jié)拍化生產(chǎn)線的建設(shè)中，但卻無法構(gòu)造實施上述管理模式的環(huán)境，導(dǎo)致國內(nèi)眾多軌道交通車輛制造企業(yè)仍然延續(xù)以往的生產(chǎn)管理模式，在管理模式上遠遠落后于發(fā)達國家。

2) 浪費現(xiàn)象嚴(yán)重。目前，我國軌道交通車輛制造企業(yè)存在多種浪費現(xiàn)象，包括：傳統(tǒng)原材料的浪費，風(fēng)、水、電、氣浪費，以及“工人閑置浪費”和“機器停運浪費”等。因此，減少浪費、降低軌道交通車輛的生產(chǎn)成本，也成為當(dāng)今企業(yè)面臨的重要問題。

3) 供應(yīng)鏈不健全。國外核心技術(shù)的壟斷使得軌道交通車輛制造企業(yè)在供應(yīng)上仍受制于國外企業(yè)，外加中美貿(mào)易戰(zhàn)、新型冠狀病毒疫情等因素的影響，導(dǎo)致供應(yīng)鏈存在嚴(yán)重隱患?，F(xiàn)階段軌道交通車輛制造企業(yè)生產(chǎn)線上的異常停線問題有80%以上是由采購短線造成的。因此，如何搭建完整的供應(yīng)鏈，以實現(xiàn)實物流、信息流、資金流的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，需要在管理手段上加以提升。同時，需加速核心技術(shù)的國產(chǎn)化，以逐步打破核心技術(shù)壁壘。

1.2 軌道交通車輛制造企業(yè)存在差距的原因分析

要提高軌道交通車輛制造企業(yè)生產(chǎn)線生產(chǎn)效能，就必須實現(xiàn)流水作業(yè)。通過構(gòu)建工位制節(jié)拍化生產(chǎn)模式，實現(xiàn)生產(chǎn)模式搭建的標(biāo)準(zhǔn)化、資源配置管理的標(biāo)準(zhǔn)化和異常響應(yīng)和處置的標(biāo)準(zhǔn)化。要保證流水線順暢，確保工位制生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和柔性化，必須具備5個條件：①現(xiàn)場沒有多余的物料；②不存在閑置工位無人工作的情況；③現(xiàn)場沒有等待的人員和流動的人員；④各工位間沒有多余的在制品；⑤各類異常問題能夠及時被發(fā)現(xiàn)，并在有效分類的基礎(chǔ)上，做出快速的處理和解決。

在進行工位制改革，構(gòu)建全鏈條的工位制節(jié)拍化生產(chǎn)線過程中，利用魚骨圖對生產(chǎn)線問題進行分析，共發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)、人力成本、工位制實施、物流及其他方面17項問題，如圖1所示。在實際生產(chǎn)過程中，一旦出現(xiàn)相關(guān)問題，就極易造成流水線停線、生產(chǎn)線物料積壓、人力損耗和資源浪費，最終在成本上集中體現(xiàn)為生產(chǎn)效能的急劇下降，導(dǎo)致單車成本上升。

注：BOM為物料清單。圖1 工位制節(jié)拍化生產(chǎn)線魚骨圖Fig.1 Fishbone diagram of station rhythm production line

通過現(xiàn)場調(diào)研某軌道客車制造企業(yè)生產(chǎn)線的運行狀況，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致生產(chǎn)線效能低下的主要原因如下：

1) 將管理最小單元劃分至工位，管理顆粒度聚焦節(jié)拍，管理細化導(dǎo)致管理成本以及管理人員需求增加。管理模式由原來的工序單元轉(zhuǎn)變?yōu)楣の粏卧?，工位?nèi)全能工人員需求增加，現(xiàn)階段人員難以滿足生產(chǎn)需求，生產(chǎn)效能難以提升。

2) 以高鐵列車為例，其生產(chǎn)工序約500多道，涉及物料數(shù)十萬種，因此工位制節(jié)拍化生產(chǎn)線要求流水作業(yè)，多環(huán)節(jié)、多專業(yè)相互配合至關(guān)重要。生產(chǎn)供應(yīng)鏈異常情況時有發(fā)生，其中約有80%影響生產(chǎn)的問題均源于采購物料，因無法搭建完整的物料監(jiān)控平臺，嚴(yán)重制約工位制節(jié)拍化生產(chǎn)線效能提升。

3) 公司頂層設(shè)計系統(tǒng)與基層生產(chǎn)制造系統(tǒng)聯(lián)系不緊密，生產(chǎn)線管理鏈無法由頂層設(shè)計直接應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，因其解決流程繁瑣，難以提升工作效率。

4) 現(xiàn)階段信息化平臺搭建完整度較低，因工位制模式運行速度低下，暫未打通各信息化平臺的數(shù)據(jù)鏈，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化。

1.3 工位功能模型的建立

工位制節(jié)拍化生產(chǎn)線的最小管理單元為工位，保證生產(chǎn)線順暢的必然條件就是保證工位運行正常。利用TRIZ對工位建立功能模型，如圖2所示。

利用沖突區(qū)域確定如下3個問題關(guān)鍵點：

問題關(guān)鍵點1：管理單元細化導(dǎo)致管理人員增加，以及全能工人員需求和培訓(xùn)需求增加，故人員和資金需要進行壓降。

問題關(guān)鍵點2：按工位物料包進行物料管控，導(dǎo)致配送單元、配送資源需求及配送時間增加。

問題關(guān)鍵點3：搭建工位制節(jié)拍化生產(chǎn)線需要配套完整的信息化平臺和手段，目前采用的信息化平臺與工位制發(fā)展程度不均衡。

圖2 工位功能模型Fig.2 Station function model

1.4 求解過程

1.4.1 利用技術(shù)沖突解決過程求解

以問題關(guān)鍵點1入手，得到的沖突描述是：為了提高高速列車產(chǎn)品線的生產(chǎn)效能，需要提升工位內(nèi)全能工人員配置，但會導(dǎo)致人員管理成本增加。通過查找沖突矩陣及40個發(fā)明原理，確定利用“6多用型原理”進行求解，共得出兩個解：

1) 由于工位內(nèi)工序錯綜復(fù)雜，當(dāng)人員出現(xiàn)變動或工位內(nèi)某個操作者整體技術(shù)水平較低時，就會造成工位生產(chǎn)的停擺。從該方面考慮，可以得出：將工位內(nèi)適用于單一工序的普通工種培養(yǎng)為全能工種。

2) 因現(xiàn)階段設(shè)計人員及工藝人員遠離生產(chǎn)現(xiàn)場，無實操經(jīng)驗，導(dǎo)致由于設(shè)計產(chǎn)品開發(fā)和工藝現(xiàn)場服務(wù)的異常問題時有發(fā)生，因處理異常問題時間過長，嚴(yán)重影響工位制節(jié)拍化生產(chǎn)線流水。從該方面考慮，可以得出：以國外工程師為模板，打造具有現(xiàn)場動手能力及問題解決能力的工程師團隊。

具體管理的實施思路為：

1) 通過推進“領(lǐng)軍人才定制式培養(yǎng)、技能人才模型化培育”培養(yǎng)策略，充分發(fā)揮青年夜校、大師工作站等平臺的作用；

2) 建立“類別化多邊式”人才培養(yǎng)模式，明確具體培養(yǎng)途徑和手段，建立人才培養(yǎng)途徑矩陣圖，實現(xiàn)人才的高效培養(yǎng)；

3) 建立多層級、多維度的人才評價管理體系，建立個人業(yè)績評價檔案，健全人才晉升和職業(yè)發(fā)展通道；

4) 要求入廠新員工學(xué)習(xí)現(xiàn)場實操課程，嚴(yán)格考核，奠定實操基礎(chǔ)；

5) 推進設(shè)計工藝融合化辦公，通過雙向培養(yǎng)，塑造適用性強的高端人才；

6) 職稱晉升不再以論文、專利等作為單一評價標(biāo)準(zhǔn)，融合實操、異常問題處理能力進行評價，打造現(xiàn)場工程師技術(shù)服務(wù)團隊。

以問題關(guān)鍵點2入手，得到的沖突描述是：為了提高高速列車產(chǎn)品線的生產(chǎn)效能，需要按工位進行物料管控及物料配送，但這樣會導(dǎo)致物料占用空間及配送時間增加。通過查找沖突矩陣及40個發(fā)明原理，確定利用“17空間維數(shù)變化原理、28機械系統(tǒng)替代原理”進行求解，共得出兩個解：

1) 將物料存儲方式由散式庫房變?yōu)榧袀}儲。建立多層倉儲庫房并按照工位需求存儲物料，減少備料時間，取消生產(chǎn)單位的物料存儲庫房。可按照項目進行物料存儲、備料，不斷提升物料倉儲水平。

2) 打造全面的物料信息化平臺，通過物料采購—物料倉儲—物料檢查—物料配送—物料接收的全階段物料管控，形成“物料超市”管理模式。

1.4.2 利用物理沖突解決過程求解

以問題關(guān)鍵點1入手，得到的沖突描述是：為了使得“工位內(nèi)工序的作業(yè)時間短”，需要“增加人員”，但又為了“壓降人員管理成本”，需要“減少”人員，即人員既要“增加”又要“減少”?？紤]到“人員”在不同的“時間”上具有不同的特性，因此該沖突可以從“時間”上進行分離。通過查找分離原理及40個發(fā)明原理，確定利用“15動態(tài)特性原理”進行求解：

引入的機械化設(shè)備可以實現(xiàn)移動運輸、吊裝定位、輔助安裝等功能，這樣可以縮短人員搬運、劃線組對等所需時間。設(shè)備機械化程度的提高可在一定程度上提升人員的利用率和工作效率。因此，可以得出解：引入機械化設(shè)備輔助操作人員工作。

例如，軌道交通客車的底架附件包含少則100余個、多則200余個部件，每臺車都需要劃線，可以研發(fā)一種可移動高舉架投影車，僅在系統(tǒng)內(nèi)輸入一次尺寸，直接通過投影即可定位小件尺寸。

1.4.3 利用物質(zhì)-場分析及76個標(biāo)準(zhǔn)解求解

以問題關(guān)鍵點3入手，得出如圖3所示的物質(zhì)-場模型。

a) 改進前

根據(jù)所建問題的物質(zhì)-場模型，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解解決流程，得到標(biāo)準(zhǔn)解——增加物質(zhì)的分割程度，由此可以得出：依托“建設(shè)智能化企業(yè)”的原則，各系統(tǒng)按照工作需求及生產(chǎn)線建設(shè)要求，自主提報信息化開發(fā)需求，保證各業(yè)務(wù)部門對生產(chǎn)線的“同心化”支撐，打通信息化平臺的數(shù)據(jù)鏈，以及基礎(chǔ)、研發(fā)、制造、運維全壽命數(shù)據(jù)鏈，體現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的價值，實現(xiàn)全壽命周期服務(wù)的數(shù)據(jù)驅(qū)動。各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)動見圖4。

注：PDM為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；QMS為質(zhì)量管理系統(tǒng)；MOM為制造運營管理系統(tǒng)；ERP為企業(yè)資源計劃系統(tǒng)；APS為高級計劃與排程軟件系統(tǒng)；EBOM為設(shè)計物料清單；MBOM為制造物料清單。圖4 信息化平臺各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)動Fig.4 Information platform for data linkage of each system

2 創(chuàng)新成果應(yīng)用

通過以上創(chuàng)新成果應(yīng)用于生產(chǎn)線建設(shè)的具體思路，緊密圍繞“十四五規(guī)劃”中數(shù)字化轉(zhuǎn)型的具體要求，打造數(shù)字化工位制節(jié)拍化生產(chǎn)線，并以某條軌道交通車輛制造企業(yè)生產(chǎn)線為例，從如下方面獲得了生產(chǎn)效能的穩(wěn)固提升：

1) 為滿足柔性化、多元化的生產(chǎn)需求，充分發(fā)揮人才工作站功能，明確了工區(qū)全能工、工種全能工、工位全能工、跨工種操作工及外包人員技能覆蓋等5項培育目標(biāo)。相較于2020年，工區(qū)全能工占比由30%達到60%，工種全能工占比由2020年的36%達到53%，工位全能工占比達到54%，跨工種占比由2020年的40%達到46%。

2) 通過實現(xiàn)APS、SRM(供應(yīng)商關(guān)系管理系統(tǒng))、MOM、QMS、PDM等信息化平臺的數(shù)據(jù)貫通，構(gòu)建物料全過程狀態(tài)監(jiān)控體系，初步實現(xiàn)采購件物料可用性檢查與齊套率檢查，確保物料按照生產(chǎn)節(jié)拍直送工位、裸送工位。從工藝策劃準(zhǔn)備、生產(chǎn)節(jié)拍劃分、節(jié)拍化BOM搭建、配送模式優(yōu)化等關(guān)鍵要素入手，以“工位制節(jié)拍化物料配送”為管理目標(biāo)，從公司倉儲物流、一次集配、工位二次配送等全業(yè)務(wù)鏈條，實現(xiàn)“一體化點對點物流配送”，解決“物料配送最后一公里”問題，改善了物流系統(tǒng)的管理盲區(qū)。目前，該生產(chǎn)線已實現(xiàn)“物流一體化”與“精益工位制”融合統(tǒng)一的管控模式，相較2020年，物資“配送相符率”由96%提升至99.5%。

3) 深度開展APS、SRM、MOM、QMS、PDM等信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)貫通的驗證工作，且數(shù)據(jù)貫通率已達92%。形成以MOM為生產(chǎn)制造管理核心的信息化管理平臺。利用MOM中的管理模塊進行現(xiàn)場監(jiān)控，總體生產(chǎn)效能相較2020年由60%提升至95%，同時單工位產(chǎn)出率提升16%。

3 結(jié)語

本文著眼于軌道交通車輛制造企業(yè)的生產(chǎn)管理改善及生產(chǎn)線建設(shè)，利用TRIZ，從企業(yè)的實際需求出發(fā)，對可用于生產(chǎn)現(xiàn)場管理、提升生產(chǎn)線能效的手段進行了分析，以達到降低成本、提高效率的目的。企業(yè)的生存和發(fā)展依賴于產(chǎn)品創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，依靠TRIZ將其與生產(chǎn)管理相結(jié)合能夠有效解決許多實際生產(chǎn)中的問題，逐步實現(xiàn)企業(yè)利潤的最大化。