基于價值流程圖技術的離散型制造企業生產系統優化*

郭信文，謝慶紅，葛紅玉

(南京工業大學 經濟與管理學院，南京 211816)

0 引言

隨著中國經濟的不斷發展以及市場化進程的逐漸推進，中國制造業面臨著前所未有的競爭壓力:原材料和勞動力的價格的持續上漲逐漸侵蝕著企業的利潤，市場的多樣化以及個性化的需求也使得客戶對企業質量價格以及交貨期的要求也日益嚴苛。而精益生產方式被無數企業證明對于多品種小批量制造型企業的成本降低有著顯著的效果，從而精益生產方式也成為了全球制造型企業競相學習的對象［1］。

制造型企業按照其產品制造工藝過程和現場布局的特點可分為連續型制造和離散型制造企業。相對于連續制造，離散制造型企業的產品往往由多個零件經過一系列并不連續的工序加工或裝配而成，其生產組織特征表現為:制造過程不是連續的，各階段、各工序間存在明顯的停頓和等待時間［2］。

在大多數推行精益生產企業的現場中，為了縮減搬運距離而讓前后各工序緊密銜接，從而有利于減少不必要的搬運和在制品庫存，實現流線化生產［3］。然而對于因為某些工藝流程等客觀原因需要將某些工序分割開實施離散式布局的企業，在現場推行精益管理以及降低在制品庫存等方面存在著天然的難度。本文主要以G 公司的加工車間作為研究對象，針對該離散型布局企業的實際情況，運用價值流程圖技術和精益生產手法等對于現場的產能和交貨期進行優化，以期達到降低庫存與交貨期的效果［4］。

1 基于工廠現狀的價值流程圖分析

價值流是指從原材料采購到加工為成品并交與顧客手中，在這過程中使產品增值的一系列活動。價值流程圖(Value Stream Mapping，VSM)是一種用來生動描述從原料采購到產成品交貨這個過程中所發生的物流與信息流的有效工具。可見，使用價值流程圖分析的目的就是為了明確記錄生產過程中的浪費，分析其中不增值之處，從而對生產流程加以改進［5］。

價值流圖示法(value stream mapping，VSM)起源于日本豐田公司，是豐田生產系統框架下的一種用來描述物流和信息流的形象化工具。豐田公司稱之為“物料與信息流圖”(Material and Information Flow diagram)。美國學者Womack 和Jones 將價值流圖示法總結為“反映物資和信息流動的圖表”，并且闡明其作用在于“指出物資和信息無阻礙流通的途徑”［6］。而Peter Hines 與Nick Rich 指出，VSM 存在的意義在于體現生產過程中存在的浪費，并提出了價值流管理(value stream management)，將VSM 上升為一種指導企業推行精益生產的管理工具［7］。

G 公司是一家主要從事于鋁合金自行車生產及研發的企業，成立于2011 年。公司每天正常工作時間為8h，目前平均到每個工作日的訂單量約為4000 臺，其生產車間主要分為加工、涂裝、裝配三個車間，而加工車間由于工藝的原因，整體布局被分割為準加、皂化、加工、焊接前處理、焊接、皮膜處理、校正、T6 爐這8 個工段，屬于典型的離散式布局，工廠價值流程圖如圖1 所示。

根據價值流程圖的觀察和對工廠現場數據采集，發現該生產車間主要存在的問題有:

(1)各工段的產能不均，存在瓶頸工序，導致8 小時產能不能滿足訂單的要求。

(2)生產周期過長且交貨期不穩定:雖然推行了看板式生產方式，但由于存在過多在制品庫存，導致生產周期偏長。一方面，從零部件采購到最終出貨往往需要17 個工作日才能完成;另一方面，由于生產異常頻發，即使17 個工作日的交貨期也不十分穩定，致使客戶下訂單時往往會考慮工廠的交貨周期的不穩定，常常會采用提前下單的方式訂貨。這樣，勢必引起渠道庫存的增加，最終導致企業物流成本的上升。

(3)現場主管為了減少產品換型時間以提高產量，常常擅自將同類別但不同順序的產品合并起來生產。這樣，提前加工的產品上裝配線時，由于與其配套的供應商的零部件尚未入庫，導致該產品的裝配工序無法進行;而本應該上裝配線的產品被推遲生產，即使該產品的供應商零部件已經入庫也無法上裝配線。其結果造成生產線停工待料，浪費極大。

圖1 G 公司的價值流程圖(改善前)

2 企業的未來價值流程圖設計

2.1 提高瓶頸工段的產能

從圖1 可以看出，整個工廠8h 產能低于每日平均4000 臺訂單的工段主要發生在加工線和鋁皮膜處理區。其中鋁皮膜處理設備由于產能不足，目前采取白班夜班兩班倒的作業方案來適應訂單需求，而出于工藝的要求同時也迫使后兩個相鄰工段(校正線與T6 爐)也必須同時進行兩班運轉。為了徹底解決皮膜處理的產能瓶頸，在公司重新引進同樣的一套皮膜處理設備后，皮膜處理區產能由原先的2194 臺/8h 提升為4388 臺/8h，徹底解決了此工序的產能瓶頸問題。

加工區問題經分析調查后發現是由于車架下管的瓶頸產能不足拖累致使加工段的8h 產能低于4000 臺。以銷量最大、最具代表性的ATX6 系列為例:其加工區上管、下管、上叉、下叉各有4 個U 型單元，每個加工單元的8h產能分別為:1610 臺、929 臺、1337 臺、1221 臺。可以看到，主要是下管產能的不足限制了加工段的產能釋放。其中下管加工單元作業工時布局如圖2 和圖3 所示。

圖2 下管加工單元布局圖(改善前)

圖3 下管加工單元山積表(改善前)

下管的作業單元由兩個作業員負責操作，裁剪和下管銑弧工序由一名作業員負責操作，而磨毛邊以及裁上管接口工序由另一位作業員負責。其中下管銑弧工序由全自動化設備進行操作，作業員只需將并管件放入規定位置并開啟設備即可。

從圖3 我們中可以發現下管銑弧這道工序是制約下管加工單元產能的瓶頸所在，而此道工序由于設備原因在工藝上沒有多大提升的空間，所以為了增加瓶頸的產能，現決定在下管的加工內再加入一臺銑弧機，并將單元經行了布局調整，改進后的布局見圖4、圖5 所示。

從圖4 可以看到改進后的加工單元依然是兩個員工在作業，A 作業員作業區域中增加了一臺銑弧機，管件經過銑弧機加工后，暫存在旋轉式周轉架上，接著由作業員B 從周轉架上取件進行加工。改進后的要素山積表如圖4 所示，由于銑弧機由一臺變為兩臺，所以該工序平均作業時間降為15.5s，整個下管單元的瓶頸工序由改善前的31s 降為15.5s，每個單元的理論產能實現翻倍。改善加工段的瓶頸后，整個加工段的理論產能從原先的3716 臺/8h 提高至4884 臺/8h 提升約31%。

經過上述兩瓶頸工段的產能提升，整個工廠的8h產能由改進前的2194 臺提升至4100 臺，提升了約86%，而各工段間的平衡率也由49.9%提升至87%。

圖4 下管加工單元布局圖(改善后)

圖5 下管加工單元山積表(改善后)

2.2 提高生產安定性，減少在制品庫存

工序間異常頻發，為保證上道工序因故停工時下道工序仍能繼續生產，需要加工車間保留足夠多的在制品庫存。解決在制品庫存問題，不能簡單粗暴的將庫存降下來［8］。事實上，庫存的存在會掩蓋一系列的生產問題，如果不對生產流程加以改進就簡單的把庫存降下來，則必然會將存在的生產問題同時暴露出來，使得生產狀況更加糟糕［9］。經過IE、品保、生管、設備部和現場部門的協作，發現以下幾個影響生產安定的主要因素，并作出了相應的對策:

(1)機器設備時常損壞:由設備部門與現場主管負責標準作業指導書和設備點檢表的制定，將標準書相應工位處，方便員工隨時閱讀，由現場主管督促員工按標準操作，同時設備保養標準細則由IE 和維修部門制定，將設備日常保養任務明確到由操作該設備的員工負責，每天開機前需點檢，如有異常情況及時向維修部門反映，真正做到早發現、早處理。

(2)在采集不良率數據時發現，新員工上崗數量也跟不良發生率存在正相關的關系。除了對新員工上崗之前進行必要的培訓和考核，對于關鍵崗位的新員工上崗時必須由老員工指導，直到其真正具備獨立操作的能力為止。

(3)現場車架的返工和報廢情況時有發生。針對生產過程中產生產品不良率較高的相關課題，由相關現場主管和IE 部門以及相關部門組成臨時專案組共同研究解決方案，定時向總經理和專案輔導小組匯報專案進展情況，以期降低車架的不良返工率與報廢率，提高整批達交率。

(4)供應商不能按時交貨或供應的配件質量不良。在供應商交貨日期的管理上，生管(PMC)第一時間將生產排程共享給供應商，要求供應商生產計劃制定的車架上線日期提前三天備料，公司采取提前一天收貨的制度，來保證物料的正常供應。而為了確保供應商的保質保量供應配件，公司建立了對供應商定期考核的制度體系，對不達標的供應商進行協助限期整改，整改后由采購和品保部進行考察，仍然不能達標的供應商，采取暫時取消供應商資格的決定。

在持續推行以上幾點的改進方案之后，生產的安定性逐漸得以保證的前提下，參考現場的實際情況將在制品的看板數量每個月逐步的減少，推行4 個月之后，現場在制品看板由16700 降低至10400，減少幅度約38%。

2.3 嚴格執行生產日程，杜絕跳批并批現象

加工線的現場主管為了減少產品的換型次數、提高產量，經常擅自將同類別但不同順序的產品合并起來做，致使提前做的產品上裝配線時由于過早生產導致供應商的零部件尚未入庫，而本應該上裝配線的產品被推遲生產，結果造成生產線停工。對此公司采取了兩個措施:第一，減少換模時間。現場跳批現象主要是因為換模時間過長引起的，因此縮短時間是解決問題的根本之策。通過設備部門和IE 負責現場換模區分內部和外部換模動作，針對實際情況制作模具高度定位塊和專門的換模臺車。將換模動作以及工具標準化，經過一系列的改進，成功的將加工線換模時間由30min 縮短至10min 左右。第二，適當授權，嚴格流程管理，由總經理授予權力對訂單執行情況以及現場主管的違規跳批操作進行稽核處理。將現場主管擅自跳批并批的次數納入個人KPI 考核指標，每天下班前舉行生產例行會議，進行一天生產問題的檢查與回顧。

2.4 與供應商實現信息共享、共同進步

如圖1 所示，準加管件部分從供應商的生產到供貨需要8 個工作日的時間，占整個從生產到交貨總時間的47%。如何減少這段時間是降低交貨周期、提高生產端響應速度的關鍵所在。采取將終端顧客的銷售以及訂單預測數據和供應商共享，讓供應商第一時間知道客戶端需求的變化，以便其及時提前采購備貨，供應商通過提前采購原材料，降低了原材料生產周期。改善后，準加區域的材料的訂購周期也從8 天降為3 天交貨。

對G 公司來說，與供應商不是利益博弈的關系，而是利益共享、風險公擔的合作伙伴。所以公司定期會和供應商之間開展針對質量交貨期的改善分享報告會，和供應商起到互相借鑒的作用，也會對部分不符合要求的供應商提供改善支持，在有些車種在更新版本時，對于新車不再需要的配件，公司會提前告知供應商，了解他們的庫存情況，將供應商那里產生的多余的庫存消化后，才徹底停止生產舊的車型，真正做到顧及供應商的利益，共同成長。

通過以上方案的實施，改進后的價值流程圖如圖6 所示。

圖6 G 公司的價值流程圖(改善后)

3 總結

本文使用價值流程圖方法并結合現場實際情況對分析出主要的產能瓶頸所在，結合精益生產相關理念與相關改善手法對工序瓶頸、生產的安定化、現場管控、供應商管理等方面進行了分析和改進設計，并通過持續的改進和優化，在減少了生產不安全因素的基礎上，將現場在制品庫存降低了約38% ，生產周期從原來的17 個工作日降低縮減到現在的9 個工作日，降低幅度約為47%，效果良好。任何企業推行的精益生產都不是一簇而就的，而實現精益與企業文化融合，并持續改進是企業推行精益生產的關鍵問題［10］。本文的意義在于為離散制造企業的生產管理、減少在制品庫存和降低交貨期方面提供有效借鑒。

［1］蔣美仙，林李安，張燁. 精益生產在我國企業的應用分析［J］. 統計與決策，2005，23(12):23 -26.

［2］葉雪云. 基于改進遺傳算法離散制造企業車間調度優化研究［D］.昆明:昆明理工大學，2008.

［3］魏鵬飛.精益生產實施關鍵因素及評價體系研究［J］.組合機床與自動化加工技術，2013 (3):4-9.

［4］安玉偉，嚴洪森.柔性作業車間生產計劃于調度集成優化求解策略［J］. 自動化學報，2013，39(9):1476 -1491.

［5］藺宇，郭潔.基于JIT 的流水線生產效率提升方法研究［J］.工業工程與管理，2012，17(3):124-128.

［6］Womack J，Jones D. Lean Thinking，Simon ＆ Schuster［M］New York:NY，1996.

［7］皮圣雷.質量價值流及其應用研究［J］. 技術經濟，2010(8):122 -130.

［8］謝慶紅，王小彬. 基于價值流圖析的復雜產品裝配優化研究——以G 公司DM3 生產裝配優化為例［J］.工業工程與管理，2013，18(4):117 -121.

［9］門田安弘. 新豐田生產方式(第三版)［M］. 河北大學出版社，2008.

［10］王占壯，藺宇.單元制造系統的精益設計研究［J］.組合機床與自動化加工技術，2012(10):32 -35.