精益生產在中小型高新技術企業中的應用

［摘 要］應用精益生產的理念，論述了A公司的新品生產線進行生產流程再造的過程。通過價值流圖描述生產線的狀態，根據精益生產的基本分析方法，結合工業工程理論和產品工程化設計理念，提出改善原則。

［關鍵詞］精益生產 生產流程再造 生產線平衡 價值流圖

一、引言

精益生產是繼單件小批量生產和福特公司的少品種大批量生產方式之后出現的、面向低速經濟增長時代適應于多品種小批量的新型生產方式。精益生產的關鍵出發點是關注顧客價值，最大程度滿足顧客對產品的需求，其基本理念是通過尋找和消除生產過程中的各種浪費現象達到徹底降低成本的目的。精益生產方式極大推動了美日工業的飛速發展，在國內的大型企業也得到成功應用。對于國內眾多的中小型企業特別是中小科研生產型企業，精益生產方式的應用仍處于探索階段。這些企業面臨的共性問題是將新技術研究、新產品樣機快速轉化到工業化多品種小批量生產，滿足市場需求，實現由技術領先到市場領先的目標轉化。

A公司是國內某重點科研所和某重點大學強強聯合的合資企業，主營某型傳感器的研發和生產，是集設計開發、生產和銷售服務于一體的中小型高新技術企業。依托產品性能的的優勢，近年來公司的市場份額迅速擴大，產品供不應求，但同時市場競爭加劇，用戶要求降低產品價格的呼聲越來越高，導致單件產品的利潤逐漸降低。公司重組僅一年時間，產品品種較多，生產線現場沿用樣機研發時的生產模式，缺少工藝流程再設計環節，產品生產周期長，成本居高不下，嚴重影響了公司的市場開拓和經濟效益。

為了提高生產率，降低生產成本，縮短生產周期，公司引入了精益生產方式。運用工業工程分析技術，研究公司整個生產系統的價值流程，對制約生產過程中的各個生產要素進行了系統地分析；同時結合產品的工程化改進設計，幫助管理者準確地制定解決瓶頸的方法，更有效地利用人力、設備、場地等資源，達到提升公司經濟效益的目的。

二、原生產狀態分析

1.生產線價值流圖

價值流程圖分析技術是幫助分析整個價值流的一個強有力的工具，它可以使整個紛亂復雜的價值流變為一張可視的價值流現狀圖，使得價值流中的問題顯現出來，這樣就可以應用各種優化技術進行生產流程的重組和優化。

公司傳感器是在多工序連續作業生產線上生產制造的。該條生產線是根據產品樣機研發時的工作經驗進行組建，缺少對生產流程仔細的研究，導致流程復雜繁瑣、布局混亂、工序銜接不暢，物流線路交叉迂回等情況普遍存在，大大影響了企業的生產效率。

根據精益理論，按照如下步驟對生產線進行分析: ①現場調研; ②收集數據和分析數據，對每一道工序進行了時間測量，并且對其搬運次數，搬運距離和搬運時間進行了統計；③繪制生產價值流圖，確定生產瓶頸因素。根據調研和測試，以公司典型的B產品為例繪制其價值流圖。

2.生產線分析

從價值流程圖可以計算出生產線的運營數據：

增值時間：AT=∑(所有實際加工周期)=18934min

非增值時間（UT）：等待、運輸和堵塞時間等除加工時間以外的所有時間

UT=∑(加工時間以外的所有時間)=1920-15960min

增值比=增值時間/（增值時間+非增值時間）=18934/(18934+15960)= 54.3%

生產線平衡率=[各工位作業時間總和/(最長作業時間×工位數)]×100%= [8230/(1410 ×17)]×100%=34.3%

平衡損失率=1-34.3%=65.7%

按每天7.5小時工作計算，產品的最短生產周期為20.4天，最長生產周期為52.2天，平均生產周期為36.3天。

由以上計算可以看出，該生產線嚴重不平衡，平衡損失率高達69.1%。對價值流圖分析可以看出，原有生產線存在如下問題：

(1) 繞環工序為生產線第一“瓶頸”，工序內部設置不合理，加工周期長；

(2) 老化測試工序為每批次4個產品的生產方式， 生產設備少，周期長，緩沖庫存為4個產品，大部分時間處于等待狀態；

(3) 振動溫度篩選工序、溫補工序和全溫零偏工序都只有一臺設備，每次只能進行一個產品的測試，周期長，生產效率低，產品大部分時間處于等待狀態。

(4)多個工序內部沿用了研發時期的不成熟產品的生產流程，中間設置了較多用于研發目的的檢驗測試環節，形成了不必要的等待時間浪費；

(5)工藝路線布局設置不合理，存在迂回交叉等現象，導致搬運次數過多和等待時間的浪費；

導致生產線平衡率低的主要原因是瓶頸工位的作業時間與其他工位的作業時間相差較大，同時有些工位的生產能力存在過剩現象。瓶頸不僅限制了一個流程的產出速度，而且影響了其它環節生產能力的發揮。為了實現精益生產必須把握各工序的作業時間，進行生產流程的再造，將瓶頸工位的作業時間降下來，同時將過剩的生產能力降低，從而生產提高效率。

三、生產流程再造

目前國內中小企業的大多數新品在研發階段更多追求的是產品的性能指標，對于產品的制造工藝性往往考慮不足，為了實現產品性能穩定和生產流暢，在轉化批生產之前需要一個產品的工程化再設計和生產流程的再設計過程，這必須由設計、工藝和生產流程各個方面協調共同完成。因此，對生產流程的改進應以點到面、從局部改進到整體生產線優化逐步展開，反復迭代。

1.局部“瓶頸”工序改進

提高設備和作業的生產效率：從價值流圖可以看出，老化篩選、振動溫度篩選和溫補工序是生產“瓶頸”，只能進行單件生產，造成大量等待時間浪費。通過改進設備接口、測試電纜和工裝后，每臺設備的測試產品數量由1個增加到4個，實現多產品同時進行測試，使得單工序生產效率提高3倍，并且降低成本，節約大量經費。

改善工序內部的作業流程，減少周轉等待時間：繞環工序內的預處理工序原來穿越了繞環、裝配和篩選工序，周轉等待時間較長，生產周期為12.5小時。將測試設備調整到繞環工序，且將一個繞環工培訓成為多面手，整個制造過程封閉在繞環工序內，由一人完成，消除了工序間的等待，繞環工序內生產周期減少10小時。

提升產品的制造性:通過優化產品的工程化設計，簡化生產流程；優化產品測試條件，簡化全溫零偏測試工序為24h；改進并統一各工序在制產品的軟件版本，刪除溫補前的軟件下載工步，并簡化溫補工序為13h；

2.整個生產流程改造

整體生產線流程的設計水平直接影響生產能力。一些生產線常常因為某些工位的作業分配不均衡影響了生產線整體生產能力。所以，通過生產線流程系統再造，有效分配資源，實現生產線平衡，提高生產效率。

從精益生產的觀點來看，一個工位的總工時可分成三部分，一是有價值工作時間(直接生產操作)，二是無價值工作時間(檢查，搬運)，三是等待時間(瓶頸工位的工作時間)。因此，等待、搬運和過量的檢驗等都是不創造價值的活動，應予以消除。

(1)剔除多余的檢驗環節：測試檢驗環節設置過多是新品生產流程中的通病，導致整個工藝路線交叉迂回，造成大量等待時間。通過設計和制造技術改進、以及員工技能培訓，提高了各工序的合格率，在此基礎上對各工序合格率進行統計分析，刪除了合格率≥97%、且產品質量由后工序檢驗能夠確保的檢驗環節。依據此項研究結果，剔除測試Ⅰ工序、中轉庫測試和各工序內部的9項檢驗測試環節，簡化測試Ⅱ環節，并將裝配Ⅰ工序和裝配Ⅱ工序合并。合計縮短生產周期時間49小時，同時減少3名工人。

(2) 采用單件流生產方式：改進老化篩選工序的批處理生產方式，成為單件流方式，將中轉緩沖庫存降到零庫存。老化篩選、溫度篩選和溫補工序的一個完整生產周期太長，與上下游工序的節拍不匹配，造成等待時間很長。為此將完整測試周期分成6組，可以在完成一個測試周期后加入新一個產品，借助上述的多產品測試改進技術，其單件流生產間隔周期縮短為6小時。

(3) 生產線平衡設計：

研究原來生產線平衡分析圖發現，在生產過程中，有65.7%的時間由于生產線配置不平衡而損失。生產線平衡的目的是使生產線的各工序作業時間的差別達到最小。在各個瓶頸局部工序的改善基礎上，對各工序的作業時間進行平均化調整，進而取得生產線的平衡。

生產線平衡改善按照工業工程的原則進行，主要是分割長周期工序，合并短周期工序：

#8226;繞環2工序為長周期工序，拆分為繞環2-1和后處理2-2工序；合并準備1工序和 2-2工序兩個短工序為1個人；

#8226;老化測試3工序拆分為3-1、3-2和3-3三個短周期工序；3-3與全溫4工序具有相似性，兩工序合并后由一個人完成；

#8226;振動溫度工序中的振動工步后移，將溫度工步與前合面的測試工序合并；

四、效益分析對比

1.生產線技術指標

(1)生產線年生產能力

單件生產節拍按照最長的生產工序計算，原來產品生產工序最長的工序是繞環1410min。這樣按照一月22天，每天7.5個小時的生產時間計算， 則一年的產量為:

(一年生產時間-等待時間)/單件生產節拍=(22×7.5×60-15960)/1410 =72.9(臺/ 年)

改進后單件生產節拍由測試Ⅱ工序時間580min決定，一年的產量為：

(一年生產時間-等待時間)/單件生產節拍=(22×7.5×60-830)/580 =203.4(臺/年)

改進后生產線的年生產能力提高2倍多。

(2)生產周期：由原來的平均36.2縮短為15.1天，提高了市場快速反應能力。

(3)產值增加顯著：改進后每條生產線一年可增加產品130臺，每臺產品按10萬元計算，這樣每年就增加的產值約1300多萬元。與改善的投入相比，投入產出比為1:130。

(4) 改進投資費用總計少于10萬元。

2.持續改善

改進后一條生產線的產能仍然無法滿足公司的銷售要求，為此公司組建了第二條生產線，并根據生產線平衡原理進一步優化了生產流程。兩條生產線的生產人數僅比一條生產線增加10%，生產設備僅增加一臺繞環機。

生產線平衡率=6116/[(580×16)]×100%=65.9%

平衡損失率=1-65.9%=34.1%

較原來生產平衡率提高31.6%，兩條生產線年產能達到407臺。

重新設計后的整個工藝路線清晰、順暢，解決了平衡生產節拍的問題，降低生產成本，縮短生產周期，大幅提高了年生產能力，滿足了公司新產品多品種小批量生產、快速拓展市場的需求。

五、結束語

對于新興的中小型高新技術企業而言，由新技術研究、新產品樣機試制到工程化多品種小批量快速生產，中間需要一個面向生產的再設計過程，其中包括產品、工藝及生產流程的再設計。本文應用精益生產中的價值流圖技術尋找生產線中的瓶頸問題，用工業工程的方法結合產品工程化再設計提出生產線作業改善、設備改善和流程改善方案，平衡生產線全流程，實現了生產流程再造，解決了企業所面臨的困境，證明了精益思想和工業工程科學的作用，在中小型高新技術企業中具有借鑒意義。

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