基于精益理念的汽車門板生產線規劃

□ 陳仲愷 □ 周炳海

同濟大學 機械與能源工程學院 上海 200092

基于精益理念的汽車門板生產線規劃

□ 陳仲愷 □ 周炳海

同濟大學 機械與能源工程學院 上海 200092

提出了適合汽車行業普遍使用的生產線規劃和優化理念，特別強調了使用精益理念在進行新項目生產線規劃時所起的作用。結合實例，分析了精益理念在汽車門板生產線規劃中的實際運用與效果。結合汽車行業的特點，展望了運用精益生產的理念在汽車行業生產線規劃及優化中的推廣應用。

精益 價值流圖析 排序生產 MTM動作分析 生產線平衡

隨著汽車行業百年的發展，汽車行業已經由單一整車廠進行制造發展成全產業供應鏈進行共同協作的生產模式。實施供應鏈管理的目的是使物流在供應鏈上合理流動、優化配置，以縮短產品生產周期，降低成本，減少運營風險。如何在這一供應鏈中占據更重要的位置，成了每個汽車相關企業所面臨的重大挑戰。

而要做到縮短產品生產周期，降低成本，減少運營風險，必須依靠精益生產的相關理論，對整個生產過程進行分析。精益生產或稱精益生產法（Lean Manufacturing），有時也簡稱為精益，精益生產就是及時制造，消滅故障，消除一切浪費，向零缺陷、零庫存進軍。在消費者消費產品或服務的過程中，價值應該定義為消費者愿意為其買單的行為或流程。

1 理論背景

1.1 關于價值流的分析

價值流分析是通過繪制價值流圖，以精益生產角度來分析生產過程中材料和信息流動。作為有效實施精益生產的一個強有力的工具，它可以把精益思維的基本原則融于改進實施過程之中，幫助企業進行系統化、持續化的改進，而這種改進不僅能夠消除浪費，而且能夠消除產生浪費的根源，使其不至于卷土重來。在導入精益生產理念和方法之前，對整個產品的價值流進行圖析，為后續精益改善提供依據和方向。

AT為增值時間即實際作業時間，指所有工序的加工周期之和（并行工序以時間較長工序即瓶頸工位計算），單位為s；UT為非增值時間即除加工時間以外的所有時間，單位為min；制造周期為AT+UT，則：增值比率=增值時間/制造周期=AT/（AT+UT）。

價值流分析的作用有以下幾點。

（1）減少非增值時間，縮短產品生產周期。

（2）減少操作人員。

（3）減輕工人勞動強度。

（4）車間布局合理、緊湊，節約場地，并且物流路線清晰、順暢，生產安全、有序。

現有VSM（價值流圖析）研究并未涉及汽車行業同一生產線不同型號產品之間混流生產及JIS（排序生產）領域。

1.2 關于7種浪費的研究

精益生產的一個最重要目的就是幫助管理者發現和減少一般制造業所存在的7種浪費：①等待的浪費；②搬運的浪費；③不良品的浪費；④動作的浪費；⑤加工工序的浪費；⑥庫存的浪費；⑦過多制造的浪費。通常消除這7種浪費，會采用精益生產的相關工具對整個生產過程進行優化。

1.3 關于混流生產的研究

混流生產線可以忽略從一個產品的一種類型轉換到另一種類型所需的花費，是一種能夠進行多品種小批量生產的生產線。混流生產線能夠快速響應市場需求的變化，減少在制品數量，節約流動資金，提高產品的競爭力。混流生產線的一般形式如下。

（1）一個計劃期內，在同一條生產線上生產m種不同規格的產品。

（2）生產線上的產品通常是結構和工藝相似，但規格和型號不同。

（3）生產過程中，不同產品之間的轉換基本上不需調整生產線。

（4）生產線上m種產品是連續、混合 （非成批輪番）投入的。

1.4 關于動作分析的研究

動作分析又稱動作研究，是對人完成某項作業或操作進行細微的動作研究，尋求最經濟的操作方法，以刪除多余、重復、笨拙的無效動作，建立起減輕疲勞（省力、省時、安全和最經濟）的動作程序或組合，有系統地制定出最可取工作方法的一種分析技術。

動作經濟的原則就是采取措施盡量減少工人疲勞，增加有效工作量，達到合理使用人力資源的一種方法。上世紀初，美國人吉爾布雷斯夫婦發明了動作分析，他們將操作分成18個基本動作要素，并規定了這些動作要素的定義和符號。而動作經濟原則是吉爾布雷斯夫婦對人體動作的后續研究，創立的以最小勞動取得最佳效率的22條動作法則。后經多位學者研究改進，總結出4條動作經濟原則：減少動作數；雙手同時進行動作；縮短動作距離；輕快動作。包含3個方面改善內容，即人體的運用、工作地布置和工具設備。

1.5 關于生產線平衡的研究

生產線平衡（Line Balance）是對生產的全部工序進行平均化，調整作業負荷，以使各作業時間盡可能相近的技術手段與方法，其目的是消除作業間不平衡的效率損失以及生產過剩。 生產線平衡是一門很大的學問，其直接關系到生產線的正常使用，是對生產線的全部工序進行負荷分析，通過調整工序間的負荷分配，使各工序達到能力平衡（作業時間盡可能相近）的技術手段與方法，最終消除各種等待浪費現象，提高生產線的整體效率。這種改善工序之間生產能力并使之平衡的方法又稱為瓶頸改善。

2 應用實例

2.1 提出問題

博澤汽車作為一家有一百多年歷史的德國家族企業，給北京奔馳（BBAC）的梅賽德斯-奔馳C級、E級和GLK級車型供貨。北京奔馳汽車現有生產線為C級車、E級車以及GLK級車3種車型的混線生產，基于北京奔馳汽車對其生產現場的規劃以及汽車生產線物料流轉的需要，提出了對下游門板供應商的供貨要求為：得到訂單后4 h送抵奔馳生產線的要求。在生產中，博澤北京工廠需要采用及時排序的供貨方式，完全按照客戶的要求，根據客戶生產節拍和車型次序進行排列，及時供貨。

由于3種車型涉及的門板總成零件共有20種，且訂單組合沒有規律性，作為北京奔馳汽車的配套供應商，博澤汽車北京工廠面臨著巨大的交貨壓力。基于按時交貨的要求，現有生產模式為生產控制部門按照客戶產能預測對門板總成進行批次生產，即每次生產一定批量的門板成品后對生產線進行換型，繼續生產其它的型號。所有型號的門板總成集中在物流成品區，由專人根據客戶排序訂單進行翻箱和手動排序。

北京奔馳汽車方面在2014年對全部C級車、E級車以及GLK級車3種車型進行更新換代，門板型號將由20種增加到48種，而這就意味著，包含所有4個門的門板型號品種將由80種增加到192種，這就對現有的先批量生產，再由專人根據客戶排序訂單進行翻箱和手動排序的生產模式提出了嚴峻的挑戰。為此，如何在設計新生產線時，優化原來生產流程中不足的地方，在滿足客戶交貨要求的前提下，達到最優的生產過程成了擺在面前的一道難題。

隨著博澤北京工廠銷量的快速增長，生產管理中的問題也日益突出，其一是單件產品的利潤逐漸下降，企業經濟效益急需提高；其二在制品庫存較多，人員安排不合理等情況較為普遍；其三是產品如不能按時交付，將導致企業信譽逐漸下降且產生巨額的客戶停線索賠（每分鐘3 000元人民幣）。

博澤亞太技術中心為了實現真正的“排序生產，排序供貨”的模塊化供貨模式，專門成立了項目組，項目組成員除了亞太區相關部門的技術骨干外，還包括來自博澤德國總部的軟件專家們。在經過近一年的規劃設計后，現博澤北京工廠的新一代奔馳C級車、E級車以及GLK級車3種車型門板的生產和工藝以及內、外部物流均能達到“排序生產，排序供貨”的要求。

2.2 研究意義

本文主要探討的問題是門板生產線的規劃問題，生產線規劃作為生產的先決條件，對產品量產的制造效率是至關重要的。所以，在整個生產線規劃研發過程中，如何使用精益生產的相關知識與理論，幫助公司在滿足客戶需求的基礎上，提高門板生產線的生產效率，降低整個生產裝配期間的物料流轉時間，降低門板總成的生產成本是本次主要討論的內容。

2.3 項目定義

由圖1現有場地布置圖可以了解到，現有奔馳3種車型僅有20種門板型號即已占用如此巨大的成品緩沖及手工排序區，如更新換代的3種車型48種門板型號還是采用這種“批量生產，手工排序”的生產制造系統，不管是從場地布置上還是人員調配上，都是一種巨大的挑戰。

從產品設計、生產系統、產品質量、客戶期望等多個角度分析，如在更新換代的奔馳C級、E級及GLK級車型上采用現有制造系統將會遇到極大的困難，這些問題是：成倍增加的成品倉儲及手工排序區域、生產平衡率較低以及工人的大量無效操作。

對現狀價值流圖中數據進行分析，以實際測量值為依據，具體分析如下。

導軌預裝=48 s，門板總裝為瓶頸工位，8個工站數，則搖窗機裝配=60.6×8=484.5 s，所以增值時間AT= 48+484.8=532.8 s。

原材料放入安全庫存=7 200 min，導軌預裝與門板裝配間安全庫存=300 min，門板總成與手工排序之間的安全庫存=4 000 min，手工排序時間=0.5 min，等

待發運=256 min，所以 UT=7 200+300+4 000+0.5 +256=11 756.5 min。

增值比率=AT/（AT+UT）=532.8/（532.8+11 756.5 ×60）=0.075 5%。

以一天生產時間為20 h，門板總成裝配工序時間最長，計算日產能=20×3 600/60.6=1 188件。

▲圖1 現有場地布置圖

從以上計算和價值流圖分析來看，主要存在以下問題。

（1）增值比很低。即大部分時間是不增值的，時間主要消耗在等待和無效的搬運中，尤其是最后的手動翻箱和排序過程。

（2）門板裝配總成生產線產品換型時間較長。對于多品種小批量生產來說，由于存在著換型時間的問題，會采用批量生產后使用人工翻箱和排序工序的方法，這對于門板排序來說，顯然是一個瓶頸。

（3）門板裝配總成生產線雖然采用了單件流生產，但是由于門板裝配工藝的制約，單臺設備只能進行干面或濕面的裝配，從而造成了生產線的平衡率較低。

由表1可以得出，現有生產線平衡率=各工序時間總和/（工站數×瓶頸工位時間）×100%=387/（8×60.6）×100%=79.83%。

（4）堆放門板成品進行手動翻箱和排序，占用大量生產區域。

表1 現有生產線每工位裝配時間

2.4 問題解決

為了提高生產線的生產效率，滿足北京奔馳的供貨要求，必須在提高增值比、降低生產線換型時間、提高生產線平衡等方面進行規劃，從而得出新生產線的價值流分析。

對改善后價值流圖中的數據進行分析，數據以實際測量值為依據，具體分析如下。

導軌預裝=48 s，線束整理及裝箱工位為瓶頸工位，6個工站數，則搖窗機裝配=57×6=342 s，所以增值時間AT=48+342=390 s。

原材料放入安全庫存=7 200 min，導軌預裝與門

板裝配間安全庫存=300 min，等待發運=256 min，所以UT=7 200+300+256=7 756 min。

增值比率=AT/（AT+UT）=390/（390+7 756×60）=0.083 7%。

以一天生產時間為20 h，門板總成裝配工序時間最長，計算日產能=20×3 600/57=1 263件。

增值比率由0.075 5%提高到0.083 7%，整體提升了10.86%。

▲圖2 排序生產流程示意

對生產流程進行規劃如下。

（1）采用排序生產。為了達到改善后的價值流圖析所要求的取消操作工對門板成品進行翻箱和手工排序這一設想，引進JIS即排序生產這一生產方式。

檢測系統對進入噴涂車間的整車順序進行監控并自動發布生產信息，可以實時自動地創建門板總成生產指令，如圖2所示。根據生產指令和物料清單，生產系統及時打印出裝配目視單，以指導裝配操作工的操作。同時，生產指令通過內部網絡通訊，由生產線上的電腦傳送給生產線上的PLC，從而將奔馳方面生成的門板總成型號需求轉化為具體的生產信息，對生產線進行實時換型生產。在生產信息進入第一工位后，生產線將對生產信息與流水線上的隨行夾具進行匹配，系統自動創建針對每個隨行夾具的生產型號信息，并根據生產節拍依次進入物料消耗進程，這一過程使物料的消耗自動化，這是排序生產的基礎。在生產過程中，一些相應的零件通過掃描系統與隨行夾具上的生產信息進行匹配，建立一個完整的質量跟蹤數據庫。當門板總成裝配結束被送上終檢臺進行功能檢測時，檢測合格后才能掃描下線，系統自動完成總成的完工操作。

（2）采用MTM分析優化裝配動作。方法時間測量（Methods-Time Measurement，MTM），所謂方法時間是指執行某項特定工作所需要的時間依賴于選定的工作方法，而方法確定時間。 MTM時間分析首先在于消除多余動作，而后在此基礎上盡量優化操作動作。

通過MTM分析可知，在裝配動作相同的前提下，影響奔馳門板裝配時間的因素主要有以下幾點。

①手部或手指的動作距離范圍。零件取放的距離遠近直接影響著裝配時間的長短，在現場物料擺放情況允許的前提下，應盡量減少取料以及裝配時手部需要經過的距離。

②手部或手指對零件的控制等級。在進行取放動作時，控制等級是由物體擺放及其特性決定的，如時間最短的是接觸取放，即推門或抽屜這類動作，在手接觸到零件的那一剎那，就已經完成了整個動作。接下來依次是容易抓握、困難抓握和滿手成摞或混放抓握，其對應的標準時間依次升高。而在進行放置動作時，控制等級是由放置精度決定的，如時間最短的是放置到大約的位置或者將物體送到擋板上。接下來依次是松弛配合和緊密配合。

③手部或手指的執行情況。單手操作還是雙手同時操作，影響著動作的執行情況，使用雙手操作往往能達到更高的產出效率。

④對需要額外的手部或手指動作。如零件質量太重，超過1kg則要考慮重量附加值；如零件抓握在手上后要進行換手操作，則需要考慮后補抓握；如用力將零件壓入或拔出，則需要考慮對擠壓或分離動作進行補充。

⑤對需要額外的腳步或身體移動。在進行裝配操作時，轉身、下蹲、走步及彎腰都會造成額外的裝配時間。

（3）優化生產流水線，達到新品生產線平衡。

表2 新生產線每工位裝配時間

由表2可以得出新生產線平衡率=各工序時間總

和/（工站數×瓶頸工位時間）×100%=314.4/（6×57）×100%=91.93%。

由平衡率可以看出，新生產線的平衡性很好，其根本原因在于每一個單獨工位上都可以實現干或濕兩面的裝配，這對生產線的線平衡提供了有利條件。線平衡率由79.83%提高到了91.93%，提高了12.1個百分點。

3 結束語

在汽車零部件中，汽車門板項目由于零件型號的多樣性，在生產線規劃初期就需要使用精益生產的理念進行合理的規劃。本文在基于精益理念的汽車門板生產線規劃的實例運用，對精益生產的理念在汽車行業生產線規劃及優化中的推廣應用，將起到參考與借鑒的作用。

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（編輯 小 前）

TH162

A

1000-4998（2015）06-0053-05

2014年12月