精益管理在船舶产品开发中的应用研究

2011-08-15甘水来

船舶与海洋工程 2011年3期

甘水来

（上海外高桥造船有限公司，上海 201204）

1 精益生产方式内涵

1990年，由詹姆斯·沃麦克博士等3人合著的《改变世界的机器》一书中，首次把日本丰田汽车公司的生产方式称之为“精益生产方式（Lean Production）”[1]。此后，詹姆斯·沃麦克博士等人又在合著的《精益思维》一书中，对精益生产方式进行了更深的研究，对其内涵归纳为：以最小的资源和投入，包括人力、设备、资金、材料、时间与空间，创造出尽可能多的价值，为顾客提供满意的产品与及时服务。中国科学院路甬祥院士认为：精益生产是以准时生产（JIT）、成组技术（GT）和全面质量管理（TQM）为支柱，并引入并行工程和整体优化概念，在空间和时间上合理配置和利用生产要求，发挥以人为核心的整体制造系统效益[2]。张明华博士在《精益造船模式研究》一书中提出，精益生产模式是为了满足市场和客户要求而获取更高利润的方法和途径。它旨在通过全员的激励和努力，优化生产组织结构，去掉一切无效（不增值）的生产过程和环节，通过减少生产过程中的一切浪费来缩短生产周期，降低生产成本，保证生产质量，提高产品利润。

总之，精益生产方式的出发点是为顾客提供满意的产品和及时服务；手段是通过优化企业组织结构；途径是消除生产过程中一切不增值的劳动和资源；表现形式是看板管理；核心是准时生产；目的是为获取更大的产品利润。

2 精益生产方式在造船业中的应用

上世纪80年代，我国开始有组织地推广从日、韩引入的称之为“现代造船模式”的造船生产设计技术。1986～1987年，广船国际全盘引进日本石川岛播磨重工生产设计和生产管理模式。新的造船模式在广船国际的成功实施，更加坚定了造船界全面推行现代造船模式的决心。

1995年5月，中国船舶工业总公司第二次缩短造船周期会议对现代造船模式的内涵做了如下定义[3]：“以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产，壳、舾、涂作业在空间上分道、时间上有序，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船”。2004年，国防科工委在《关于加快建立现代造船模式的指导意见》中也进一步明确指出：现代造船模式是由统筹优化的造船理念，面向生产的设计技术，均衡连续的作业流程，严密精细的工程管理，高效合理的生产组织等基本要素构成。造船总装化、管理精细化、信息集成化是建立现代造船模式的主要形式，体现建立现代造船模式的基本方向。可见现代造船模式充分体现了精益生产的思想，是精益生产方式在造船业中的实际运用。

作为我国造船工业的龙头企业的两大集团公司，自成立后就加大了在集团内部企业中推进现代造船模式的步伐。“十五”期间推进工作总体思路是：围绕1个导向（以中间产品为导向）；抓好2个重点（深化生产设计、强化工程管理）；坚持 3个创新（设计创新、制造创新、管理创新）；推进4个“化”（编码化、标准化、托盘化、信息化）；实现 5个可控（计划可控、质量可控、成本可控、效率可控、安全可控）。达到的目标和要求为：骨干船厂初步建立以中间产品为导向的区域造船模式，部分骨干船厂主力船型建造周期处于国内领先，接近国际先进水平，生产效率达到25～30工时/修正总吨。 “十一五”期间，要基本建立以中间产品为导向的两个“一体化”区域造船模式，5大造船基地的主力船型的建造周期处于国内领先，接近国际先进水平，生产效率达到 16～25工时/修正总吨。“十二五”期间，要全面建立以中间产品为导向的两个“一体化”区域造船模式，5大造船基地的主力船型的建造周期达到国际先进水平，生产效率达到 10～16工时/修正总吨[4]。

目前，我国骨干造船企业，尤其是新建造船基地生产设计深度进一步提高；作业流程朝着以中间产品为导向的方向发展；工程管理注重精细；生产组织基本实现了按作业区域的工位管理；员工素质一专多能；信息集成化越来越受到重视，引进或开发了一大批设计、管理软件，企业内部信息实现了资源共享；标准化工作走向制度化。

3 精益管理思想在船舶产品开发中的应用研究

进入 21世纪，我国船舶工业步入了高速发展时期，到 2015年力争成为世界第一造船大国，达到“五个世界领先”，即经济规模世界领先，科技水平世界领先，管理水平世界领先，人才队伍世界领先，盈利能力世界领先。

为了适应我国造船形势发展需要，必须改进创新机制，提升我国船舶产品的自主研发能力，同时，更加注重过程的科学管理，以管理求生存、靠管理要效率、向管理争效益。由于船舶产品的成本70%～80%[5]是在产品设计过程中决定的。因此，企业在产品开发中应开展精益管理，实现精益产品开发。

3.1 船舶产品开发的基本流程

船舶产品开发一般要经历5个阶段[6]，即：

1)产品规划。新产品的开发计划，是企业中长期规划和年度经营方针目标的重要组成部分；

2)概念开发。设计要素输入（技术设计），是对产品主要技术参数、功能、特性等限制条件的描述；

3)要素验证。是对产品目标规格的模拟实验，以验证将要开发的产品各项指标能否达到目标要求，或要进行如何修正；

4)产品设计。以规范、规则为依据，以目标规格为限制条件，对现有产品进行改进或进行创新设计；

5)投产制造。

3.2 精益产品开发规划

产品开发是企业生存发展的重要支柱，对企业未来的经营状况和前景有重大影响。

精益产品开发规划是利用精益理论和机会漏斗对各种产品开发机会进行认真筛选，最终形成既能真正满足顾客要求，又符合企业发展方向的产品开发项目和市场推介时机。精益产品开发规划要求企业做到以下两点：

1)市场调研的最终结果应能真正反映市场发展趋势和体现客户需要的真实意图。市场调研提供了对市场规模的估计，产品的成长前景、分销路线和市场定价；

2)市场调研时，应明确调研目标，设定调研对象，划分信息范围，设计调研方案，做出调研计划，分析竞争标杆，对比现有产品。

3.3 精益产品概念开发

概念开发是产品开发工作中重要一环，它将为后续的开发工作提供依据或作出限制条件。根据用户需求、用户意愿、用户偏好等初期要素给出各种选择方案。

对于船舶这样的综合性商品，要解决的问题很多，有些问题处理还相当复杂，许多问题相互依赖、相互制约。在概念开发阶段，可将复杂问题按区域、功能、专业划分成子问题，提出解决问题的概念。概念可通过研究小组内部获取，也可通过外部资源获取。研究小组内部获取的方式有：小组成员利用个人掌握的知识提出思路，通过讨论共同形成概念。外部获取概念的方式有：通过产品最终用户提出建议或意见；查找已出版的文字资料、专利文献；咨询有关专家学者；对竞争标杆的分析研究；或通过设备厂商协作等多途径多渠道获取概念。

对于一个问题的处理可能会产生很多概念，例如：为满足船舶航速的要求，主机有多种方案；降低船体结构自重可以采取多种型号的构件，或尽可能地采用高强度钢等。对于每个概念，要进行综合分析比较，好中选优，精益求精。

精益产品概念开发就是要求研发人员对各种概念进行全面的综合分析比较，尽量做到在满足用户需要的前提下，选择合适产品概念，以降低产品成本，增加产品利润。要做到精益产品概念开发，需要企业的营销、设计、生产等相关职能部门的通力合作，因为许多相关的概念必须得到相应部门认可后才能成为产品开发的目标。

3.4 精益要素验证

要素是产品技术和特征的总称。对船舶产品而言，船型、主尺度、载重量、舱室布置、主机型号、航速及产品质量、制造成本等都是重要的技术要素。要素验证是在市场上进行的，验证的主体对象是用户，即船东。从概率学上来说，选择的用户越多越好，越能反映市场的真正意愿。但是，这对于开发一个新产品来讲是不现实的，也是不经济的。要素验证精益化，其一就是在产品概念验证时，并不是海选潜在的用户，而是按产品的目标市场选择那些在技术和理念上都具有前瞻性和引领行业发展的大船东，他们站在航运市场的最前沿，对市场的判断有独到之处，从而对提供验证的产品要素提出的要求和看法基本上可以代表整个行业需求；其二就是和现有产品进行比较，选定的比较标杆应是当前同一目标市场上最具代表性的、船东最为偏爱的产品。将二者进行细致比较后可得出将要开发的产品是否具备新颖性、先进性，是否性能最优、成本最低；其三是利用科学方法进行模拟测试，通过测试来证明将要开发的产品能够实现设定的目标。

3.5 精益产品设计

精益设计就是在最短的时间内设计出刚好满足用户要求，成本最低的产品。要做到精益设计，必须做到以下几点：

1)刚好满足技术规格书的要求。对于用户来说，总是期望以最低的价格购买到最优质的产品和服务；而就企业而言，总是期望在利润最大化的基础上向用户提供高质量的产品。产品质量高出技术规格书的要求就会增加企业的成本，降低企业的利润。优秀的设计就是要综合考虑产品质量又要考虑产品成本，在两者中找到一个相对合理的平衡点。例如：在结构设计中，船体各部分的载荷是不同的，结构尺寸也不相同，但如果据此设计结构，将会导致船体材料规格和构件尺寸过多，给采购和制造带来麻烦和不便，增加生产过程中的成本，因此，在实际选取构件尺寸时既要考虑合理用料，又要考虑减少材料规格的数量。

2)缩短设计周期。对于大型散货船，最活跃需求期一般只有3～5年。作为船舶制造企业，总是希望缩短设计周期，加快新产品推向市场的速度，以尽早抢占市场先机，争取更大的效益。要进一步缩短设计周期，应做好以下几方面的工作：

(1)改进设计手段。上世纪70年代，计算机技术开始应用于船舶放样和数控切割，促进了造船技术的发展，提高了产品质量和生产效率。进入 21世纪，伴随着计算机技术的飞速发展，各种性能优异的专业软件层出不穷，并得到了广泛应用和深化，如：总体性能计算软件（NAPA）在各设计院所已得到广泛应用；结构造型软件（NAPA STEEL）也越来越受到人们重视并得到了推广；三维实体建模软件（TRIBON）已成为造船企业生产设计第一工具，有限元分析软件和结构规范计算软件等性能优秀软件已成为详细设计中不可或缺的工具。如今的造船业已离不开计算机，因此，要进一步缩短设计周期、提高设计质量，必须加快软硬件性能升级，改进设计手段。

(2)建立信息共享平台，提高信息共享水平，减少重复劳动。在生产设计中，由于使用TRIBON软件建立了三维立体模型，各专业之间达到了信息共享，而在详细设计中，由于使用的是二维图形，各专业表达构件或实物采用不同的方法，专业之间信息共享水平很低，产生了大量重复劳动。如：总体专业为计算船舶性能需要建立船舶模型，而在结构设计时，结构专业不能利用这个模型，只得重新建模。其他专业在利用结构图作背景时，由于不了解结构中构件表达方法往往造成专业之间的矛盾，这些矛盾有些到生产设计时才能发现。如果在详细设计时能使用三维软件建模，这样各专业之间的信息交换就非常直观，可减少大量因信息交换不畅引起的重复劳动或错误。

(3)加强标准化工作。标准的建立和使用不仅规范了设计人员的设计行为，而且还可以提高设计效率，降低设计成本。标准化工作是一项长期细致的工作，既要保证标准的连续性又要使标准不致落后于技术的发展。因此，标准也要与时俱进，及时更新。做好标准化工作，不仅要重视标准的建立、更新，还要加强标准的宣贯、实施、监督和管理。

3)提高设计质量，减少设计差错。追求卓越是企业精细化的奋斗目标。卓越的品质将给企业带来良好的效益；相反，质量问题不仅会损坏企业形象，而且会增加产品成本，降低产品利润。追求卓越需要企业全体员工的投入和努力，从细节做起，细节体现功夫，细节创造品味，细节决定成败。应做好以下几方面的工作：

(1)提高开发小组成员整体素质。个人素质包括：对规范、规则的掌握程度、基础专业知识应用能力、外语熟练程度、软件使用能力、对本专业发展趋势和水平的了解及设计工作经验以及人际之间的协作能力等，这些素质决定了设计者个人能力。事实证明，只有高素质的团队才能开发出高品质的产品。要提高整体开发水平，除了加强个人学习外，还要加强继续教育，先进技术的掌握和项目的实践等。

(2)积极应用新技术、新工艺。当今社会科学技术日新月异，传统的造船管理逐渐被新的造船模式所取代，精益造船、精细化管理逐渐深入人心，新技术、新工艺、新能源、新设备不断涌现，进一步解放船舶设计人员的思想，催生许多新的设计理念，带来许多新的变化。如：散货船（JBP）和双壳油轮（JTP）共同规范的实施，给船舶设计带来了全新的变化；随着人们对环境保护和能源危机认识的不断提高，环保技术乃至环保船型，节能技术乃至节能船型将成为主流发展方向，在现阶段的船舶设计中已越来越广泛地应用了这些技术，如：压载水交换处理、涂层性能标准（PSPC）、主机NOx排放等。

(3)严格把好图面质量关。图纸是用工程语言表达产品有关信息和要求的载体，它包含了产品所有细节和信息，涵盖了工作原理、性能数据、结构构造、尺寸大小等主要要素，还包括了图面线型、文字大小和整体布局等次要要素。提高图面质量，不仅要加强设计人员良好工作作风的培养，更重要的是，要加强规章制度的建设和监督力度，落实好各级人员的岗位职责，强化各级检查、会签、审核的责任。

(4)加强经验交流，提高协作水平。任何一项设计工作，不可能完美无缺，总会有这样或那样的问题和不足。这些问题和不足就是实践中的宝贵经验和教训。要加强这些经验的交流和共享，不犯或少犯同样的错误。另外，还要加强资料和档案管理工作，为以后开发同类型船提供参考。