節拍生產在軌道交通制造業中的實踐

劉夏陽 居國林

(1.新譽集團有限公司,213166,常州; 2.江蘇常牽龐巴迪牽引系統有限公司,213166,常州∥第一作者,副總經理)

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節拍生產在軌道交通制造業中的實踐

劉夏陽1居國林2

(1.新譽集團有限公司,213166,常州; 2.江蘇常牽龐巴迪牽引系統有限公司,213166,常州∥第一作者,副總經理)

通過軌道交通制造業導入節拍生產的實踐,對節拍生產從定義到生產線設置方法進行了闡述,并通過舉例對傳統生產線和節拍生產線在生產效率、設備投資、物流設置、質量管理和人員管理等方面做了深入的分析。說明了節拍生產在成本改善方面的優勢、相關應用和注意事項。

節拍生產; 軌道交通; 生產線; 成本

First-author′s address New United Group,213166,Changzhou,China

近年來,隨著房地產經濟的降溫,宏觀經濟發展也持續放緩,相對而言,軌道交通產業在國家擴大基礎設施投資的拉動下,迎來了更多的機會。國內高鐵里程已經突破2萬km,全國已經有40多個城市批復了軌道交通建設規劃,各大主機廠與配套廠家都在積極奪取訂單,搶占市場。雖然從宏觀來說,軌道交通產業還處于欣欣向榮的局面,但是不同的主機廠和配套廠家還是存在很大的差異。由于普通機車的需求大大下降,一些機車制造的主機廠出現停工與歇業的情況。由于中國鐵路總公司每年的動車、高鐵招標數量和招標時間的不確定,有些主機廠在完成上個訂單后,沒有后續的訂單能及時銜接,產能出現過剩。所以各大廠家在動車、機車和地鐵業務產生波動的時候,還是會或多或少受到一些沖擊,生產運營會或多或少帶來一些困難,一些固定成本的存在勢必會提高成本攤銷比例,從而影響全年的盈利能力。所以對于軌道交通企業來講,降低成本和提高企業的經營柔性,在市場波動時期顯得尤為重要。

本文闡述的節拍生產,在效率改善、設備投資、物流設置、質量管理和人員管理等方面都可以起到很好的成本改善作用,對軌道交通制造企業在降低成本方面有著良好的參考意義。

1 節拍生產

所謂節拍生產是指整條生產線按照某個統一節拍時間從第一個工位將產品向最后一個工位推進生產的過程。節拍生產線也稱為TAKT生產線(TAKT是一個德語詞,原意為脈搏、韻律、格律、節奏以及節拍等,后被引用為生產節拍)。節拍時間的長短由需求量決定。比如，1個月需要交貨20列列車,那么按照工作日計算,1列列車的產出節拍時間就大約是1 d。如果1列列車包含更多數量的某個特定產品,則節拍時間即是有效時間與需求數量的比值。

為了便于更清晰地闡述節拍生產,下面專門列舉兩條生產線:圖1為傳統生產線,圖2為節拍生產線。假設各配置5個工位,都生產A產品,并且A產品包含50道工序。從圖1、2可以看出:傳統生產線的每個工位都承擔一樣的工序,負責完成A產品的所有工序,工位之間沒有聯系;而節拍生產線的每個工位都承擔不一樣的工序,5個工位共同完成該產品,產品從工位1按序流向工位5。

圖1 傳統生產線

圖2 節拍生產線

2 TAKT生產線

2.1 TAKT生產線的設置

為了將TAKT生產線設置方法表述更清楚,根據圖2的信息,假設完成A產品的總工時是5 h,每道工序的時間見表1。

表1 節拍生產的工序時間分配

假設市場需求為每天10臺,那么如果按照每天工作10 h計,節拍時間就是1 h/臺。由于工位數等于生產線總工時除以節拍時間，那么工位數就是5。根據表1的信息,需要將50道工序拆分給5個工位,每個工位的用時需要在60 min左右,如表2所示。

表2 節拍生產的工位工序分配1

有時在實際工位安排中會出現不同的結果,如表3所示。

表3 節拍生產的工位工序分配2

因為TAKT生產線也是某種意義上的流水線,即產品在各個工位的流轉時間應該是一樣的。如果不一樣,那么用時短的工位就會需要等待用時長的工位結束以后才能將產品流動,整條生產線的TAKT時間就由最長工時的那個工位決定。那么，表2的TAKT時間為63 min,表3的TAKT時間為66 min。如果按照表2來設置生產線,每隔63 min可以生產出1臺產品,而按照表3來設置生產線,每隔66 min才生產出1臺產品,明顯表2的設置要優于表3。

但表2最快的工位5和最慢的工位2之間有7 min的差異,除工位2之外,其他4個工位都存在等待浪費,總浪費時間為3 min+1 min+4 min+7 min=15 min,而15 min/300 min=5%,即整條生產線在設置上就已經損失5%的工時。由此可以看出,要得到生產線最優就要實現浪費最少,即所有工位用時相等的時候,整條生產線的效率才是最優的。

2.2 生產線的優化

在生產實踐中,很難實現所有工位用時一致,但通過持續努力或改善,可以趨于一致。在實踐中可以考慮以下幾種方法:

方法一,將部分工序剝離到預裝工位進行生產;

方法二,將部分工序拆分到上下道工位中;

方法三,將存在等待工位的人員在結束本工位工作后分配到用時較長的工位上協助該工位直至所有工序結束。

在上述辦法都無法做到的情況下,也可以安排等待工位做一些其他的工作,比如預裝的工作,以降低等待損失工時。

2.3 生產線的效率提升

評估1條生產線的效率不僅要看工位間的均衡性,還要看這條生產線的總用時。在工位數量不變的情況下,TAKT時間的縮短就意味著整條生產線用時的縮短。1條生產線隨著生產量的增加,員工熟練度的增加,產品質量的日趨穩定,TAKT時間是可以實現不斷縮短的。雖然TAKT時間是由需求決定的,但TAKT時間的縮短意味著總工時的減少,也即意味著資源投入的減少,成本的不斷降低。具體方法與步驟如下:

(1) 視頻分析：對每個工位拍攝視頻,分析工人的每一個動作與每一個步驟,這個工作是工時改善最主要的基礎工作,很多動作浪費是在不經意間產生的,工人也是無意識的。

(2) 信息匯總：將視頻中不合理動作和不增值動作進行識別與記錄,并進行歸類與匯總。

(3) 制定措施：根據不同類別的不合理動作或不增值動作制定不同的改善措施,如走動浪費則要重新規劃工位布局,提供工具和物料獲得的便利性。如檢驗等待工時,則可以考慮導入扭力記錄工具之類的實時檢驗工具。

(4) TAKT時間再設置：通過相關措施,相應的不合理動作或不增值動作會大大降低,因此原有的工序分配及工時配置等都會發生改變,這就需要根據TAKT設置方法與優化方法進行再設置,從而實現效率優化的TAKT生產線。

2.4 設備投資

TAKT生產線的每個工位都是不同的,而所有工位加起來剛好可以生產某個產品,因此TAKT生產線的每個工位配置的設備是不同的,而所有工位配置的設備加起來剛好可以生產某個產品。而相反,在傳統生產線中,每個工位都是相同的,每個工位都需要配備生產某個產品的全套設備。假如表1的工序25需要使用價值10萬元的設備,那么圖1的傳統生產線就要配置5臺設備,總投資需要50萬元；但圖2的TAKT生產線僅工位3需要配備該設備,總投資僅10萬元,考慮該設備的利用率要大大提高,可能故障率會上升,因此從設備維護角度考慮,再額外投資一套備件是必要的,那么總投資也僅是20萬元。因此可以得出結論,TAKT生產線的設備投資是比傳統生產線更優的。

2.5 物流設置

無論是傳統生產線還是TAKT生產線,都需要根據工位的需求來配料,而且每天的配料總量是相同的,但某個時刻的配料量是不同的。如圖1傳統生產線,一共5個工位,但各個工位之間沒有聯系,單個工位工作的快慢對其他工位不產生影響,因此每個工位的實際生產進度可能是不一致的。這種情況導致的配料往往是5個工位都需要進行整套配料,以保證每個工位都有充足的物料。而TAKT生產線工位之間是相互關聯的,進度協調一致,因此某個時間點只需要配送不同工位不同工序的用料,加起來剛好是1個產品的整套配料。因此TAKT生產線的線邊物料庫存較少,而且工位線邊需要留有的物料存放空間也較小。因此在物流設置上,TAKT生產線可以比傳統生產線取得更好的成本改善。

2.6 質量管理

在傳統生產線上,1個工人負責1個產品(見圖1),1個工人要操作50道工序,重復時間是5 h。而在TAKT生產線(見圖2)上,1個工人只要操作10道工序,重復時間是1 h,所以TAKT生產線的優勢是單個工位的工序較少,重復時間縮短,因此工人的錯誤概率大大降低。

另外以圖2為例,1個產品由5個工人按流水線完成,后道的工人可以對前道工人的工序進行檢查,整個產品的制造過程,TAKT生產線可以比傳統生產線多出4個人來檢驗。而且由于不是同一個人檢驗,能夠檢出錯誤的幾率更高,也就是將錯誤往后傳遞的概率越低。所以說TAKT生產線的質量管理比傳統生產線更有優勢。

2.7 人員管理

在傳統生產線中,每個工位的工作是相互獨立的,互不影響。而在TAKT生產線中,每個工位的工人都必須按照一定的節拍時間完成自己的工作,而且相互之間是關聯的,如果某個工人不能滿足這個節拍的話,其他工人的工作就會受到影響,因此就要想辦法改進,并達到既定的節拍時間。所以相對傳統生產線來講,TAKT生產線的工作時間更加透明,更利于工時管理,工時改善與成本改善也更容易實現。

另外在培訓上,TAKT生產線的優勢更加明顯。傳統生產線培訓1個工人完成1個產品需要很長的時間。而在TAKT生產線上,1個工人只是操作部分工序,而非所有工序,學會1個工位的技能只需要較短的時間,因此TAKT生產線的培訓時間和培訓成本大大降低。

2.8 應用

雖然TAKT生產線在生產效率、設備投資、物流管理、質量管理和人員管理等方面存在諸多優勢,但不是所有制造類型都適合導入TAKT生產線,具體如下:

(1) TAKT生產線主要可應用于裝配型企業,或者是裝配工作占比居多的某個車間、班組,因為相對于裝配來說的機械加工、鑄造等生產都比較受設備的制約,而設備的剛性比較強,在工序流動、工序優化等方面靈活性比較差。

(2) TAKT生產線區別于流水線,在于所生產產品的單位時間產量有限,基本在個位數或兩位數,而不是成千上萬的大批量重復制造。

(3) 對于產品體積較大、工作臺位投資較大的企業,也可以導入TAKT生產線的理念,考慮產品不流動而人員流動。如圖3所示,共有4個工位,每個工位都需要組裝A產品,從工序1—40,另外分4個班組,但這4組人不固定屬于某個工位,但固定從事某些工序,同一組人在某個臺位完成一定工序后,可以到另一個臺位接著操作同樣的工序,而其他班組的人可以在這組人完成后在這個工位繼續操作后面的工序,一個產品在同一個工位由不同班組的人接力完成,但這個過程都是按照固定的節拍時間來完成的,這種模式跟前文所講述的邏輯非常類似。

圖3 產品固定人員流動的TAKT生產線示意圖

人們所熟知的車體組裝就可以按照這種模式來設置。比如一組人是做電氣安裝的,一組人是做窗戶安裝的,一組是做地板安裝的,一組是做椅子安裝的。這4組人就可以按照一定的工藝順序在不同的車體間實現流水線作業,而無需經常性地移動車體,降低搬運、吊運成本。

軌道交通制造業由于其產量有限,各個單位每天的產量僅在幾臺至幾十臺,很難引入汽車行業的流水線,但比較適合導入TAKT生產線。車輛上的很多大部件都屬于裝配類型,比如車體裝配、轉向架裝配、齒輪箱裝配、變流器裝配以及空調裝配等。這些裝配型產品由于其組裝工序的限制較少,比較容易拆分與組合,所以非常適合應用于TAKT生產線。

2.9 局限性與注意點

TAKT生產線除了在應用的時候存在一定的適用性外,在導入過程中還是存在一定的局限性與困難,所以需要采取一些額外的措施來保障導入的成功。

2.9.1 多技能員工

在生產實踐中,工人都會存在請事假或病假的情況,對于傳統生產線來講,一個工人不出勤不會影響其他工人的產出;而對于TAKT生產線來講,一個工人不出勤,整條生產線就無法運作,因此TAKT生產線一定要在原有人員配置的基礎上考慮一部分備用人員。這部分人員平時可以是其他生產線上的,但是具備TAKT生產線的技能,當TAKT生產線人員配置不充足的情況下,這部分人員就可以進行頂崗,保證既定的產出。這就要求班組一級或車間一級需要提高工人的多技能水平,提高生產調配的柔性。

2.9.2 提高員工參與度

推進從傳統生產線往TAKT生產線轉變的一般都是生產管理人員與工藝人員,班組的工人往往是被動接受這一新的模式,因此班組的積極性較低。所以在推進TAKT生產線的過程中,需要將一線員工邀請到改善小組中來,讓一線員工了解與理解TAKT生產線的實施意義,與一線員工一起分析動作分解,一起討論效率提升,讓一線員工分享改善的獎勵,這樣可以大大提高工人的積極性與參與度。

2.9.3 根據需求及時調整

TAKT生產線的設置主要是根據客戶的需求設定的。在生產實踐中,TAKT生產線1個月的產出往往會略微大于客戶的需求,以應對突發情況所導致的交付延誤。而客戶的月度總需求不可能每個月都一樣,所以往往TAKT生產線的設置是考慮幾個月客戶總需求的平均值,或者略高于平均值,但是當客戶總需求月度降低較多的話,TAKT生產線就會存在庫存的問題。當庫存高于一定水平,并持續幾個月,原有的TAKT生產線就需要進行調整,需要相應減少工位,增加節拍時間,降低單位時間產出;同樣當客戶總需求月度增加較多的話,TAKT生產線就會存在不能及時交付的情況,如果持續幾個月,TAKT生產線就需要及時進行調整,增加工位,降低節拍時間,增加單位時間產出。所以，對于1條TAKT生產線的設立,需要了解客戶的長期需求,一般3～6個月需要重新評估,從而進行及時調整。

3 結語

中國軌道交通制造業經歷了十幾年的發展,現在正進入穩定成長期,面對國內外地鐵與高鐵的眾多機會,許多業內企業都在積極搶占市場,在競爭日益激烈的市場背景下,大家都需要練好內功、降低成本、提高效率和競爭力。本文闡述的節拍生產在眾多方面可以為企業帶來成本的降低、效率的提升和質量的提高,對于組裝類型的軌道交通制造業企業有著良好的實踐推廣意義。

本文在討論節拍生產的時候是以單種產品來闡述的,這只是為了讓大家更容易理解節拍生產的概念與設置方法,并不是只有單種產品才能應用于節拍生產,多種產品在滿足相關條件后也可以在同一條生產線實現節拍生產，即混線生產。由于篇幅所限,本文不再展開討論。

[1] 中國南車集團公司.中國南車工位制節拍化生產指南[G].北京：中國南車集團公司,2013.

[2] 彭頻,鄧亞偉.如何確定生產節拍[J].企業管理,2007(11):83-84.

Practice of TAKT Production in Railway Manufacturing Industry

LIU Xiayang, JU Guolin

Based on the practice of TAKT production in rail transit manufacturing industry, the definition of TAKT production and TAKT line setup are explained.Through comparison between the traditional production line and TAKT production line, their productivity,equipment investment,logistics setup,quality management and personal management are deeply analyzed, the advantages of TAKT production in cost improvement, its application in related fields and the important tips during implementation are exponded.

TAKT production; rail transit; production line; cost

F 406.2∶U 270.8

10.16037/j.1007-869x.2017.05.005

2016-10-12)