面向订单生产和市场预测型的工厂产能评估与改进策略研究

梁冬青，董良遇，刘　进

(1.常州东风农机集团 收获机械事业部，江苏 常州 213000；2.工业和信息化部 电子科学技术情报研究所，北京 100040；3.机械工业第六设计研究院有限公司，河南 郑州 450007)



面向订单生产和市场预测型的工厂产能评估与改进策略研究

梁冬青1，董良遇2，刘进3

(1.常州东风农机集团 收获机械事业部，江苏 常州 213000；2.工业和信息化部 电子科学技术情报研究所，北京 100040；3.机械工业第六设计研究院有限公司，河南 郑州 450007)

针对面向订单生产和市场预测型的工厂，从生产实践中提炼出按5年内多种产品共线生产的平均产能，逐个机型、逐台设备、逐个工位进行负荷调整，满足生产直线率；制定并执行改进策略,弥补企业在产能评估方面存在的不足.

工业工程；瓶颈能力；产能评估；持续改进

目前,国内外关于生产能力的研究，主要集中在产能评估、产能优化、产能调整、产能管理和产能柔性化等方面，提出的解决办法主要有仿真建模、建立产能评估系统、生产系统建模与算法研究、工业工程应用等方法，但还存在如下不足:①产能研究文献大多还停留在静态层面, 产能的管理研究还集中在制造车间的产能管理上, 忽略了供应链的产能，未将供应商产能与物流运输能力纳入产能系统；②现有研究对产能概念的界定模糊，没有将产能与市场需求有效结合起来，甚至误将该年的产品过剩认为是该行业产能过剩，造成产能的盲目调整；③相关文献虽然对制造过程的产能进行了详细论述，但这些研究主要以理论研究为主,实际应用性不强,建立的模型不适合在企业推广[1].为此，本研究根据生产实践提炼出一套产能评估、改进策略，用来解决当前企业在产能评估方面存在的不足.

1　产能计算方法

目前在计算多品种、小批量生产情况的粗略产能时,大多采用代表产品法.这种方法的主要特点是在生产线所生产的产品中选取代表产品.所谓代表产品就是反映企业专业方向, 并且产量、利润均较大的产品；或者产量比较大，结构、工艺上具有代表性的产品.如果企业的产品方向或品种构成发生重大改变,则应按正式改变后产品或品种的构成重新度量.代表性产品选定后，可按4个步骤计算生产能力[2].

第一步计算代表产品的生产能力：

(1)

其中：M0为以代表产品为计算单位的生产能力；F为单元设备全年有效工作时间(考虑换线和设备故障的时间)；S为某工序设备数量；t0为单位代表产品的标准工时.

第二步计算产品换算系数：

(2)

其中：Ki为第i种产品换算系数；ti为第i种产品的单位产品标准工时；n为产品种数.

第三步将各种产品计划产量换算成代表产品的产量：

Qdi= Qi×Ki

(3)

其中：Qdi为第i种产品计划产量转换成代表产品的产量；Qi为第i种产品的计划产量；Ki为第i种产品换算系数.

第四步计算各具体产品的生产能力：

(4)

(5)

其中：Mi为第i种产品的生产能力；di为第i种产品占全部产品产量的比重.这样就可以计算每天、每周、每月、每年的产能.另外，采用这种核算方法可以建立一个EXCEL固定模板，以便在每次下达生产计划时重复使用.

由于生产资源配置问题具有深度和广度的复杂性，市场需求大于企业所能提供的产能,即存在瓶颈资源.负荷计划的目的是在必要的时候采取调整对策，使负荷与产能一致，趋于平衡.产能长期不足，需要分析产能的瓶颈环节，对应提出改善方案，而不能盲目扩充人员和设备.

2　案例分析

某农业机械工厂为主机生产厂家，工厂车间生产工序有钣金、焊接、机加、油漆、装配.经过市场调研、优势和风险分析，确定A、B、C 3种机型为主打产品，单班制生产，每班工作8 h，全年250 d.每天工作延误时间(用于收拾工作场地、交接班、工作单联系等)占6%(29 min).换夹时间为每班1 h(从经济批量考虑，设备工作时间要占总工作班时间的80%以上).

2.1明确主要产品

协助单位为市场部、销售部、生产部、公司管理层.

(1)由市场部提供过去两年各产品、机型、月份、地区的销售数据，制定图表，以便清楚地了解产品销售的季节性(表1、表2).

表1　2009年实际销售数据　台

表2　2010年实际销售数据　台

(2)市场部对未来两年的销售进行理性预测，制定当年及未来两年中各产品、机型、月份、地区的销售数据，以图表体现产品的季节性(表3、表4和表5).

表3　2011年跟踪及滚动预测数据　台

表4　2012年预测数据　台

表5　2013年预测数据　台

(3)分析现有产品，剔除将要淘汰的机型，研究未来市场新产品的产量(若数据不完善，则可以采用类似机型或估算).

(4)将以上数据按照机型、月份加权平均，拟定主要产品的生产计划表，既要考虑产品的季节性又能兼顾均衡生产，使峰期不高、谷期不低.产能是设计和建立生产线的基础，确定的产能要适应市场当年及未来两年的产能增长需求，可考虑20%的产能提升空间.表6数据由市场部完成，并由公司管理层批准.

表6　2009～2013年产能设定(5年平均考虑20%提升空间)　台

2.2完善全部工艺文件、工艺装备及基础数据

协助单位为工艺部、工业工程部或精益生产部、采购部.

(1)拟定自制件和采购件分类原则，并报经公司领导的批准(由工艺部、采购部提供).

(2)根据主要产品图纸、物料清单BOM，确定零件、部件的自制件、采购件类型.

(3)根据二八原则，确定零部件的A、B、C分类，并重点关注关键的A、B类.

(4)制定自制件工艺路线、工艺文件、设备选择、标准工时等.

(5)考虑工装快换、防错设计、快速装夹、一人多机、一机多件，设计工装夹具、工位器具，培训合格的操作人员.

(6)对于有关键特性要求、经常出现质量问题、三包问题的零件加工、装配岗位，设置质量控制点，重点防范.

(7)试车、检测(如检漏)等工位应附带随机检验记录，以保证产品过程控制的可追溯性；实行三检制(首检、中检、终检)，遵守三不原则(不接受不合格品，不制造不合格品，不流出不合格品).

2.3现有自制能力分析及现场改进

在考虑混线生产时，以时间为单位，而不是以“件”、“台”为单位.

(1)确定有效工作天数、工作班次、每班有效工作时间.

(2)由工艺部完成表7所示的当量值计算.

表7　各机型的当量值

这里假定各机型自制工时对比计算当量结果为：A∶B∶C=1∶1.44∶2.2(具体计算时按照某设备或生产线任务工时对比执行).

(3)按A机型(基准)合计所有月份的产能需求(先测定自制件工时).

假设A机型每台工时为56 h(机加为8 h，钣金为6 h，焊接为25 h，装配为17 h)，计算出的5年产能设定(A当量需求)如表8所示.

表8　2009～2013年产能设定(A当量需求)　台

(4)将产量转化成任务工时(表9).

表9　2009～2013年产能设定(A任务工时)　h

注：能力工时数据来自各专业、各设备、各生产线汇总.

(5)对于人工负荷型，确定装配线现有能力，在测定装配工时后，做装配线平衡，分解部装和总装的台位数.

(6)对于机器负荷型，确定钣金、机加、焊接、油漆等现有能力.以机加为例，对设备进行平衡的结果如表10所示.

表10　机加设备能力平衡基本方法(机器负荷型)　h

(7)确定单件生产的经济批量，逐步减小单件生产量，以便降低库存对资金的占用(按经济批量确定方法).

(8)确定全部零件制造提前期.

(9)确定每班实际生产能力Da.

(10)以市场为导向，确定每班产能需求Dc.

(11)持续改进，提升现场标准化管理能力：工件不落地，提高零件采购的灵活性，先进先出，物有其位，物在其位，定置定量，定时定向，过目知数，配套上线(套餐盒)，工装快换，安东灯使用，可视化看板等.

2.4生产能力平衡及生产运行跟踪

(1)考虑季节性波动对生产设备负荷的影响，分析工厂季节性能力和任务工时的匹配性，通过调节各产品机型相关月份的投放量来平衡设备的负荷.图1所示，如果不调整各产品机型的相关月份投放量，则5月、8月设备需要加班，5月～8月需要增加人力资源.

图1　工厂季节性能力和任务工时对比

(2)生产能力平衡既要保证产品产量，又要保证品种齐全.

(3)如果Dc

(4)如果Dc>Da，说明产能不足，根据设备能力和产量需求的工时数据对比，找出瓶颈工序，制定解决办法(延点、加班、外协、采购设备等)并进行效益分析，直至实际产能满足市场需求.

(5)为了保证生产稳定，满足市场需要，确定日产量；为了保证生产效率，考虑客户的承受能力，可以确定为日批量混线(即生产线设计时要兼容3种产品，减少占用面积).

(6)逐个机型、逐台设备、逐个工位进行负荷调整，满足生产直线率要求.

(7)记录每条线、每台设备的停线原因(待料、故障等)、停线时间，并在每个月汇总各种原因造成的停线时间，针对不同的原因进行责任考核、整改，直至生产直线率(按照节拍入库的数量与上线数量的比值)达到100%，首次合格品通过率(没有经过任何返修的下线台数与上线总台数的比值)达到100%.

(8)持续改进生产运行效率，通过抽样调查表格的方式找出设备运行效率不高的主要原因，并将其作为一项长期的改进工作，解决待料、等人、故障、返修等问题.

2.5仓储、配送及采购能力分析

在采购部、物资部和供应商的协助下，通过供应链管理系统(SCM)和运输管理系统(TMS)[3]，对仓储、配送及采购能力进行分析.

(1)确定关键件、关键供应商，划分供应商等级并进行分级管理.

(2)实地考察供应商，调查其质量保证和供货能力，并进行能力认证.

(3)各种零件采购提前期、采购员、存储位置，建立公司设施地址系统.

(4)形成配套服务半径和采购提前期的分布图.

(5)根据SCM查询生产运行记录，对经常供货不及时、质量问题多的供应商进行重点分析、改进、帮助或替换.缩小配套服务半径，降低运输成本，减小提前期，提高供方资金周转率，从而达到共赢.

(6)通过SCM和TMS，对每一个供应商所供零件进行能力分析，解决瓶颈(按照自制件能力平衡的方法)问题，并考虑运输、检验、入库所需要的时间，确定订单、发运时间.

(7)对于C类件进行供应商库存管理并逐步扩大供方管理比例，实施物料反冲计划，以减少接收、入库、投料的人工成本和物资采购资金积压.

(8)进行运输、仓储经济分析，确定合理的库存当量和仓储空间，与供应商约定仓储面积和最大存量空间，达到仓库空间的合理配置，避免峰期存不下、谷期空间剩余多而造成的仓库管理问题.

2.6培训及岗位柔性化提升

协助单位为人力资源部、工艺部、生产部.

(1)开展现有员工岗位技能及应知、应会培训以及关键岗位持证上岗培训.

(2)建立“三培训制度”，即新员工入厂、重新上岗、淡季培训制度.

(3)建立下道工序即是用户的意识，减少因为返工、漏装等造成的停线、等待等浪费.

(4)根据不同的工种明确有效工作时间、工作延误、疲劳宽限及标准工时.

2.7具有激励机制的薪资系统建立

协助单位为人力资源部、工业工程部或精益生产部.

(1)开展岗位技能等级评定，并按照车间或工段的出勤小时合计情况，建立考勤系统.

(2)基于企业资源管理(ERP)的车间生产计划调度、排产与标准工时的实时统计和跟踪，建立准确的产出工时系统.

(3)基于一段时间(至少3个月)，按工段的产出与投入比计算，测定生产率基准.

(4)科学进行生产效率考核.假设某工种基本工资=100元/d，团队效率=团队产出/团队出勤=基准×120%.那么，某人绩效工资=100元/d×实际出勤天数×1.2，即每天都有20%的奖励.其优点：鼓励整体效率、相互监督，个别效率低下者被淘汰出局；其缺点：标准工时要得到公司上下一致认知，需要较长的时间.

(5)鼓励员工持续改进(或长期开展合理化建议活动)，不断提升生产效率、改善产品质量，在降低单位产品人工成本的同时，提高员工单位时间的薪资，保证薪酬体系的市场竞争力，以稳定高素质员工队伍.

2.8资产回报率考虑

在人力资源部、资产部、质量部和财务部协助下，考虑到资产的回报率，尽可能减少设备投入，最大限度地提高设备利用率，导入全面生产力管理(TPM)理念，计算综合设备效率OEE[4].

对影响综合设备效率OEE的因素进行分析改进；通过设备效率抽样调查找到影响设备效率发挥的根本原因，体现设备维护、保养、维修计划和实施的重要性.

2.9公司指标确定

根据工厂现状和市场竞争力要求，确定公司指标.其中包括资产回报率、资金周转率.其相关基础指标为：物料清单BOM准确率、质量PPM值、首次合格品通过率FPY、生产直线率、生产效率、设备总体效率、员工柔性化比率及一线劳动力百分比提升(或直接产出人员的增加)等.

2.10财务论证

按照上文2.2～2.8部分确定的生产班次、班产量、年销售产品总量、工作天数、人员数量、工艺流程、设备数量、能源消耗等，核定是否满足公司资产回报率及资金周转率的指标要求.按照戴明环的PDCA管理理念[4]，如不能达到效益指标，则重新改变生产策略(调整生产运行班次、产量、工作天数等)，直到实现公司指标为止.

2.11生产策略小结

(1)减少淡季库存，做好峰期外协(考虑到库存资金占用、库存积压返修与外协成本增加的对比).

(2)峰期加班加点(考虑到库存费用减少与人工加班费增加的对比).

(3)对于低于60%产能的季节，工厂停产，旺季集中生产(减少产能浪费)，同时要考虑到停产期工人停产工资发放情况与节约的工厂运营基本能源、二线人工等成本对比.

(4)通过供应商管理系统(SCM)和运输管理系统(TMS)，建立供应商库存.付款约定装配入库N个月后结算，以减少流动资金占用.

(5)做好市场调查和预测，面向订单生产，提前利用客户资金，减少经营风险.

3　结束语

(1)在季节性波动的订单生产企业中，开展生产线和设备产能的评估和改进，实施生产策略调整，系统地解决工厂生产产能平衡问题，坚持持续改进，才能与客户、员工及供应商实现共赢.

(2)由于市场不可预知的情况很多，如国家政策的引导和补贴、供货配套件和原材料的采购周期、用户订单变更和产品的改进，市场预测的准确性高度依赖销售人员和经销商，因此加强客户与生产部门的实时联系变得非常重要.在这方面，海尔的互联网透明工厂和用户大数据分析值得借鉴.

(3)在工厂建设规划时，车间布局、物流设施、瓶颈工序需要优先采用自动化设备，车间生产现场需要采用MES系统.(4)本研究对订单生产和市场预测型工厂的有限产能分析进行了剖析，对于同类季节性波动的订单型生产具有一定的参考意义.

[1]董鹏，蔡中为，杜振华，等.制造业产能分析系统研究[J].北京交通大学学报(社会科学版)，2013，12(3)：52-59.

[2]陈荣秋，马士华.生产运作管理[M].北京：机械工业出版社，2015.

[3]陈启申.ERP-从内部集成起步[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4]JohnB，MatthiasH.精益工具箱[M].北京：机械工业出版社，2016.

StudyontheProductionCapacityEvaluationandImprovementStrategyofMaketoOrderandMarketForecast

LIANGDong-qing1,DONGLiang-yu2,LIU-Jin3

(1.BusinessDivisionofHarvestMachinery,ChangzhouDongfengAgriculturalMachineryGroupCo.,Ltd,Changzhou213000,China; 2.ElectronicTechnologyInformationReseachInstitute,MIIT,Beijing10040,China;3.SIPPREngineeringGroupCo.,Ltd,Zhengzhou450007,China)

Basedontheorderorientedproductionandmarketforecasting,thispaperadjuststheloadofeachmachinetype,eachequipmentandeachworkingstationaccordingtotheaverageproductivityofvariousproductsproducedbythecollineationof5yearstomeetproductionrateofastraightlineandtakescorrespondingimprovementstrategytosolvetheexistingproblemsofcapacityevaluationofcurrentcompanies.

industrialengineering;bottleneckcapacity;capacityevaluation;continuousimprovement

2016-06-13

梁冬青(1965-)，女，江苏常州人，高级工程师，研究方向为企业精细化生产.

1006-3269(2016)03-0044-06

F270.7

A

10.3969/j.issn.1006-3269.2016.03.009