基于VSM的預制構件生產(chǎn)優(yōu)化

傅青青

(上海隧道工程有限公司，上海 200137)

J基地作為某國有預制構件生產(chǎn)企業(yè)下屬的一個主要生產(chǎn)基地，占地約160畝，年產(chǎn)能200 000 m3。基地主要為上海各市政類工程提供預制構件產(chǎn)品，其生產(chǎn)的大直徑預制管片占據(jù)上海市場份額的90%以上。但隨著其他同行業(yè)企業(yè)進入上海市場，行業(yè)內(nèi)的價格及份額的激烈競爭使企業(yè)利潤空間越來越小，J基地亟需對生產(chǎn)模式和管理方法進行改進優(yōu)化，實現(xiàn)提升產(chǎn)量的同時降低成本。

1 基地生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)狀信息收集

為使用VSM價值流圖對生產(chǎn)狀況進行分析，從基地的生產(chǎn)記錄及生產(chǎn)信息系統(tǒng)中采集了相關數(shù)據(jù)，獲取到如下信息作為價值流現(xiàn)狀圖的繪制依據(jù)。

1)客戶需求：根據(jù)每臺盾構推進40 mm/min、管片現(xiàn)場拼裝5 min/塊計算，工程配置盾構2臺，管片環(huán)寬2 m，8分塊/環(huán)，盾構現(xiàn)場管片需求量為10環(huán)/日。

2)供應商信息：鋼筋原材料的平均交貨期為5天。

3)工作時間：平均工作日為26天/月；班次為2班/天；每班工作10.5 h。

4)生產(chǎn)物料計劃信息如下。

預測客戶訂單頻率：1月/次；接收客戶訂單頻率：1天/次；預測采購訂單頻率：1月/次；發(fā)送采購訂單頻率：1周/次。生產(chǎn)計劃按周計劃發(fā)送。

5)生產(chǎn)信息：生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集是從出庫發(fā)貨開始，從下游工序返回到上游工序，并持續(xù)到供應商[1-2]。用秒表記錄產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，觀測員工數(shù)量，記錄設備的等待時間等(見表1)。

表1 生產(chǎn)信息統(tǒng)計表

1.2 價值流現(xiàn)狀圖

選定管片作為分析的產(chǎn)品族并收集生產(chǎn)線各道工序的相關數(shù)據(jù)后，繪制出預制管片的現(xiàn)狀流程圖(見圖1)。

圖1 預制管片價值流現(xiàn)狀圖

1.3 價值流現(xiàn)狀圖分析

根據(jù)繪制的價值流現(xiàn)狀圖計算出增值時間(AT)、非增值時間(UT)和增值時間比率(i)。根據(jù)增值時間比率判斷生產(chǎn)過程中浪費的程度[3]。

增值時間：

(1)

非增值時間：

(2)

增值時間比率：

(3)

通過分析價值流現(xiàn)狀圖發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)車間主要存在如下浪費現(xiàn)象。

1)過度生產(chǎn)產(chǎn)生的浪費：J基地目前的堆場配置可容納約500環(huán)管片；為滿足生產(chǎn)現(xiàn)狀，需外借約40 000 m2的堆場，大大增加了庫存成本。

2)庫存產(chǎn)生的浪費：在生產(chǎn)過程中主要在鋼筋半成品積壓、鋼筋骨架積壓和蒸汽養(yǎng)護工序中存在在制品庫存積壓的現(xiàn)象。

3)等待產(chǎn)生的浪費：根據(jù)當前價值流程圖中秒表法測出的各工序生產(chǎn)時間，計算J基地的流水線生產(chǎn)平衡率為：

(4)

該平衡率屬于較低的數(shù)值，繼續(xù)分析可發(fā)現(xiàn)人機配合程度低是造成等待生產(chǎn)浪費的主要原因。

4)搬運產(chǎn)生的浪費：鋼筋骨架的運輸路徑會臨時占用流水線部分生產(chǎn)區(qū)域，造成車間“亂流”情況，降低了運輸和生產(chǎn)效率。

5)生產(chǎn)中產(chǎn)生的浪費：工人根據(jù)每周生產(chǎn)計劃，按產(chǎn)品型號進行鋼筋加工。管片按環(huán)生產(chǎn)，造成400塊不成環(huán)管片的鋼筋半成品堆積；工序布置浪費。價值流中反應在混凝土澆搗工位存在1個待澆搗在制品庫存。

2 基于精益思想的改善設計

為改善上述問題減少浪費，有針對性地從如下3個方面著手考慮設計改善方案。

1)確定生產(chǎn)節(jié)拍。按照客戶需求，管片的每日計劃產(chǎn)量(Op)為80塊，按照原生產(chǎn)線的狀況工人需要2班作業(yè)，每班工作時間10 h，即每日工作時間(Tp)為20 h，即

(5)

考慮到現(xiàn)有節(jié)拍存在蒸養(yǎng)浪費及工人作業(yè)時間過長等問題，因此考慮根據(jù)節(jié)拍計算表來設計未來生產(chǎn)節(jié)拍。

2)確定一件流的生產(chǎn)過程。建立看板管理來協(xié)助生產(chǎn)方式由推動式生產(chǎn)轉變?yōu)槔瓌邮缴a(chǎn)模式，每日的生產(chǎn)計劃送達到工藝流程的末端，最后一道來拉動前道工序的生產(chǎn)。加強在制品庫存的管理，設計超市及安全庫存進行有計劃的提取材料，重點關注鋼筋半成品加工及鋼筋骨架的庫存。

3)生產(chǎn)均衡化。調(diào)整流水線工序，縮短生產(chǎn)周期，重點調(diào)整混凝土澆搗時間、蒸汽養(yǎng)護時間，使生產(chǎn)線更平衡；同時通過優(yōu)化生產(chǎn)車間布局，使車間物流線路更合理暢通，以縮短搬運距離，減少搬運次數(shù)。

3 基于精益工具的改善優(yōu)化

3.1 基地布局優(yōu)化

通過現(xiàn)場調(diào)研及價值流分析，擬通過基地布局優(yōu)化解決存在的鋼筋運輸路徑不暢通、在制品及成本堆積過多等問題。

1)調(diào)整鋼筋加工區(qū)的位置，移至三號車間，使其更靠近前后工序以減少搬運時間。

2)一號車間增設一個面積為2 000 m2的養(yǎng)護池，可以容納560塊管片，解決夜間管片堆放在流水線車間的問題，并減少二次搬運浪費。

3.2 生產(chǎn)平衡性優(yōu)化

通過識別出如下工序存在的等待浪費，根據(jù)深入分析造成等待浪費的原因，針對性制定各工序等待浪費的改進方法。

1)混凝土澆筑振搗工序的等待浪費。考慮將混凝土澆搗工序拆分成布料及振搗2個工序，即在布料工序中混凝土先兩端后中間均勻布料，并分層布料，等兩端布料完成后移至再振搗工位。同時將混凝土料斗容量由1.8 m3擴展為2.5 m3。

2)收水工序的等待浪費。將混凝土振搗及收水時間分別調(diào)整為布料時間7 min，振搗時間5 min，一次收水時間12 min，二次收水時間12 min，三次收水時間10 min；并結合下道工序蒸養(yǎng)要求，可將生產(chǎn)節(jié)拍調(diào)整為12 min。

3)蒸養(yǎng)工序的等待浪費。蒸養(yǎng)工序時間超過標準要求，不僅造成生產(chǎn)浪費，也增加了能耗，調(diào)整生產(chǎn)節(jié)拍后的蒸養(yǎng)曲線符合管片蒸養(yǎng)工藝的技術標準。

在進行工序及工作時間的調(diào)整時，需同步考慮作業(yè)人員人數(shù)的配置[4]。同時部分工位上存在多人進行多項作業(yè)，分工不明確，導致工作效率低下，也應對工序進行細分，明確工作內(nèi)容要求并交底。原流水線上的一線工作人員為22人，調(diào)整后減少至18人，調(diào)整后的各道工序人員配置見表2。

表2 各道生產(chǎn)工序人員分配表

通過一系列生產(chǎn)工序優(yōu)化，重新調(diào)整了各工序的作業(yè)人員數(shù)量，并重新測試工序操作時間，將瓶頸時間減少為12 min，根據(jù)生產(chǎn)線平衡率計算式可得：

(6)

較優(yōu)化前的平衡率提高了22.5%，達到了設定的目標。

3.3 建立安全庫存

為防止施工方由于施工過程中的各種臨時調(diào)整(如臨時大量訂貨或停工造成的延期交貨)對生產(chǎn)計劃的影響，需要在生產(chǎn)規(guī)劃中設置安全庫存。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，結合盾構推進的經(jīng)驗，單臺大盾構推進時管片的安全庫存周期最佳為40天，單日最高需求量為10環(huán)。綜合考慮施工單位的進度要求及流水線生產(chǎn)實際，設置安全庫存為320環(huán)，雙線同時推進為640環(huán)。

4 優(yōu)化結果分析

在經(jīng)過為期半年的現(xiàn)場調(diào)查分析、對車間生產(chǎn)現(xiàn)狀采用VSM進行分析，找出存在的問題，結合精益思想設計優(yōu)化思路，運用精益工具落實具體方案，通過改善優(yōu)化不僅簡化了車間生產(chǎn)流程，降低了生產(chǎn)提前期，流水線的作業(yè)時間、人員人數(shù)、庫存量等生產(chǎn)因素都有明顯的改善，改善前后指標對比見表3。

表3 改善前后對比

5 結語

本文通過現(xiàn)場調(diào)研和數(shù)據(jù)采集，繪制了預制構件車間的價值流現(xiàn)狀圖，深入分析了生產(chǎn)中存在的問題。通過精益思想設計改善方案并繪制出價值流未來圖，最后采用生產(chǎn)布局優(yōu)化、JIT庫存管理、生產(chǎn)線平衡等精益工具實現(xiàn)浪費的消除與改善，有效提高了預制構件生產(chǎn)車間的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。研究表明，對于預制構件生產(chǎn)企業(yè)，利用價值流圖結合精益工具來改善優(yōu)化生產(chǎn)車間的工作非常有效，具有較大的指導價值和參考意義。