精益生产在小批量生产企业中的应用——以ZD公司为例思创

中国电子科技集团公司第十研究所 陈维波

随着网络信息技术成为当今社会的主流，国内外经济全球化在科学技术的推动下得到了前所未有的发展。与此同时，科技制造企业的管理和生产方法的创新也成为决定现代企业跟上时代发展的关键。目前，国内大中型企业正处于全面变革的重要阶段。对于国内的传统企业来说，要完成计划经济到市场经济的成功转型，不仅要抓住时代发展的巨大机遇，更要做好迎接困难与挑战的准备，从而实现企业健康、快速、可持续地发展。应用适合企业自身情况的管理方法和生产技术是保障企业良性发展的必要选择。本文以ZD公司为例，研究精益生产在多品种、小批量生产企业中的应用情况。

一、精益生产的内涵

精益生产是20世纪80年代末由麻省理工学院国际汽车项目的研究团队提出的概念，用来描述丰田汽车公司的生产方式。研究者通过对日本企业大量调查，对比后发现，日本丰田汽车公司的生产组织、管理方式是最适用于现代制造的一种生产方式[1]。精，即精炼，不浪费生产要素，不提前囤积库存，只生产市场需要数量的合格产品；益，即所有的生产和经营活动都具有有效性和高效性，以生产客户需要的产品为中心，摒弃冗杂的生产流程。这种生产方式的目标是减少生产中的不必要流程和时间，提高生产过程中各部门的协同性，降低生产成本，消除企业生产过程中的浪费现象，从而提高生产效率。

精益生产的核心是不断地减少浪费，其不仅包括生产材料上的浪费，还包括改善企业的生产方式，优化生产流程，减少生产过程中不必要的人力、时间、空间、资金浪费等[2]。精益生产是企业管理创新的一种方式。最初，精益生产的概念只被运用在优化制造业的生产线上。随着研究者和企业对于精益生产概念和实施方面的拓展，“精益”已经不只是一种战术或降低成本的计划，而是被延伸为整个组织的一种思考和行动方式，它不仅仅只适用于制造业，更能够应用于各产业的每一项业务和每一个流程，涉及从设计过程到制造、分销、产品支持等每一个阶段[3]。

与传统的业务系统相比，精益生产的过程强调的并不是从各个孤立的点消除浪费，而是将整个价值流视为一个整体，消除整体的浪费。为了实现这一点，精益思维改变了管理的焦点，即从优化单独的技术、资产和垂直部门，到优化整个价值流的产品和服务。例如，精益生产考虑了由于不均匀的工作负荷所产生的材料浪费。若生产线的工作不均衡，则各工站工作时间便会产生差异，使得生产线上出现闲置或中断，从而出现人力或生产机器的浪费[4]。

二、小批量生产

（一）实施小批量生产的必要性

小批量生产模式是企业为了迎合市场的变化做出的积极应对，与传统的大批量生产模式存在较大的不同。在过去，企业的降本增效主要是通过标准化的流水线作业实现的，即通过增加产品的生产数量来实现平均成本降低。大批量生产方式适用于过去产品种类较少、需求量大、更新换代周期长的生产背景[5]。在这种背景下，企业能够实现大规模的生产，不必担心库存和销量问题。而随着经济社会文化的不断发展，人们已经不再满足于传统的标准化、统一化的产品市场，转而注重个性化、差异化、定制化生活方式[6]。这就使得企业的产品也必须紧跟市场变化，高效快速地提供市场所需的定制化产品即小批量产品。于是，企业和市场就进入了以差异化为主要特征的小批量生产时代。

（二）小批量生产的特点和困境

1.生产管理复杂

产品规格批次多、数量少是小批量生产最主要的特点[7]。为了满足不同批次产品的生产，生产部门需要不断调整生产计划，生产场地中的设备和生产人员也需要匹配产品批次的变化。这对生产现场的管理要求极高，现场的人员管理以及设备管理需要及时高效地调动，否则就会延误生产进程。

2.生产成本高

相对大批量生产模式，小批量的产品一般生产成本都比较高，这与所用的原材料和设备等不断变换不无关系。同时，产品结构、参数等方面的差异使得企业为了能够按时交货，可能会增大生产计划产量，以解决产品缺陷引起的产能不足问题，这也给企业增加了生产成本。

3.生产效率较低

小批量生产不同于采用流水线式的标准化生产的大批量生产，其产品工艺不固定，且使用的设备工具和人员不统一，在不断变换的生产的过程中容易拉低生产效率。因此，当前大部分小批量生产企业的生产效率低于同类的大批量生产企业。

4.质量不稳定

小批量生产模式难以应用现代化的标准化、专业化的生产设备，多采用通用性的加工制造手段，甚至是通过手工半自动化方式进行加工制造，给产品的质量增加了不确定性因素。同时，产品不断变换和调整的要求也增加了产品缺陷的出现频率[8]。多品种小批量的订单模式使得对生产过程和质量控制进行科学化管理变得十分困难，无法有效地保证产品的质量，更谈不上质量体系的持续改进。小批量生产的这些特点使得企业在实施这种生产模式时，面对的内部和外部的不确定性因素较多，而企业为了尽可能地保证交货质量和交货日期，在生产过程中就不可避免地会出现浪费和重复生产的情况，进而造成企业运行成本增加、竞争力下降等问题[9]。此外，这种生产模式使得企业的生产变得较为分散，管理难度较大，这就意味着继续使用过去的生产管理方法必然使得企业陷入低效益、高成本的困境当中[10]。因此，为了能够更好地适应未来市场的定制化、个性化产品需求，精益生产这一新的生产管理模式是小批量生产企业的必然选择。

三、精益生产管理体系的构建思路

在构建企业进行由传统生产模式向精益生产转型思路前，有必要对生产系统中的一些管理原理共性进行归纳总结分析。首先是相似性原理，企业在进行产品的开发、设计和制造中，存在着许多功能和工艺制造的相似性，企业需要对这些制造生产中的相似性进行挖掘，并进行归类处理。其次是重用性原理，许多产品的制造是分为多个不同的制造单元来进行的，细分之后的具体制造单元往往在不同的产品上具有通用性和可重复使用性。充分分析生产过程中的重用性现象，能够减少生产管理的复杂性，提高生产管理效率。第三是全局性原理，生产是一项系统工程，局部的变化须尽可能地不影响整体。虽然目前市场逐渐向个性化和差异化转变，但客户对产品质量的高要求从未改变，这一点也几乎是所有客户对所有产品需求中最统一的需求。质量的保证是企业开展小批量生产模式的理论基础，也是构建精益生产体系的前提[11]。企业的生产管理部门，要从所有产品需求的共同点—质量开始入手，进行精益生产，对企业生产管理模式进行改善优化。在保证质量的前提下，进行定制化、差异化产品生产，以适应市场和客户的产品需求。小批量生产尽管生产批次较多，产量较少，但是在生产过程中依然可以借鉴标准化、规模化生产的管理经验[12]。在相似性、重用性和全局性原理的帮助下，充分了解产品生产过程中的特性，通过将产品制造细分为具有通用性的模块化制造单元，这些制造单元能够在多个产品的生产中进行较为自由的转换，从而提高小批量生产模式下的生产效率，降低生产成本，缩短制造周期。在小批量生产企业中构建精益生产体系，需要将理论基础与企业自身特点相结合，分析比较传统大规模生产和精益生产的优缺点，取长补短，进行有特点、有针对性的改造，创立适合本企业的精益生产管理体系。

四、案例分析

（一）生产现状

ZD公司是在某综合性电子技术研究所基础上组建而成的，其产品范围涉及多种型号和图号，是典型的多品种、小批量的生产方式。随着生产技术的不断革新和生产任务的增加，该公司现有的生产模式暴露出了诸多不足之处。（1）产线不合理。数字产线的工作站之间穿插了二次装配工序，由于二次装配的工期时间变化较大，实际上难以实现流动化调试。虽然公司前期对作为整机生产线的前端工序的模块生产线进行了成线整流，但还是未能解决同一时间内，不同工期的模块在任务交叉的情况下进度和资源的问题，也未能建立起需求与工序能力相互匹配的固定生产模型。（2）生产不均衡。生产现场依然存在生产不均衡的情况。由于前端的待调模块供给不足和资源不足，产线在生产高峰时间段经常出现停工待料和模块排队等待调测的问题。（3）生产布局不利于就近生产原则。模块生产涉及到调试、电装（钳装）整理、三防、粘固、温度筛选、振动试验、二次装配等工序，作业地点分散在多处。然而当前部分工序采取统一物流配送的方式，模块流转存在等待、搬运等浪费情况，且生产布局不符合接近化生产原则。（4）异常频发，导致模块生产过程时间被拉长。在模块生产过程中约有近50%的概率会发生各类异常，其中故障异常占异常总数的70%左右，单件产品平均故障周期为模块调试14—17个工作日。异常闭环处理时间显著拉长了模块的实际生产工期时间。

（二）精益生产对策实施

1.工艺优化

模块调试要先后经过板级（单元）调试、三防、二次装配、模块调试、整理、自测、验收等很多环节，其中二次装配、三防等外工序由于工期时间长、环节多，调试工序被多个外工序穿插，实物与信息也在多个工序间往复流动，导致二期改善整流后无法形成流动化生产模式。（1）装配工艺优化。通过分析模块的故障率和物理结构，将穿插在调试工序中的三防、粘固和二次装配等工序从原来的调试工序中前置到调试工序前，减少调试工序被穿插打断的问题，同时取消了故障率小于2%的模块的板级或单元级调试，缩短了模块调试工期（如图1所示）。（2）调试工艺优化。调试中的部分指标可以通过测试其他指标项来确保这其是否合格，但测试细则和调试工艺要求对这部分指标进行直接测试。这种重复测试的指标不仅占用了测试资源，还拉长了生产工期。经过理论分析、技术和质量管理评审，删减掉常温测试阶段部分，可以通过测试其他指标确保测试合格的指标项，缩短常温测试时间，删减常温阶段多余测试项后优化最多的模块，常温测试时间可以减少约40%（如图2）。

图1 装配工艺优化

图2 调试工艺优化

2.产线重组与工作站划分

（1）产线重组。成组制造可以根据不同事物之间客观上存在的相似性（相关性），按照一定的目的，对事物的特征进行归类分组，把原来多样化无序的事物有序化，总结出其存在的内在规律。基于可循环、流动化均衡生产的划分目的，模块成组分线选择生产套量大、可将分批循环生产交付的模块进行成组，选择模块调试中仪器复用相关性强、生产工期大致相等、工艺路线（顺序）基本一致的模块进行成组分线。（2）工作站划分。产线优化重组的目的就是要提升工序能力，缩短工期，实现客户需求与产出能力的匹配。因此，产线的工作站划分应根据客户的需求节拍定制产线的生产节拍。由于现有的测试所需的仪器工装大多体积小、可搬动，当多个任务同时进行时，仪器通常被四处挪用，导致出现多条任务出现争抢资源、相互干扰问题。基于减少搬运、简化调度的原则，仪器被固定在工作站内，以此来尽量减少搬运带来的浪费。

3.优化排产

模块在常温调测时通常按单件流动，但是在进入温度、振动、老化等试验时出于节约成本考虑一般采用按批生产。为了实现按时保量地交付生产产品，管理人员对模块的投料顺序、生产组合、站间凑批等待等进行了整体性预排，发展出有稳定生产节拍、可循环使用的生产模式。

4.制定标准作业组合票

为了降低管理难度，减少现场人员调度，管理人员依照循环排产模式，在分配人员时依据两个原则，一是单条产线所需人数尽量每日一致；二是将人员尽可能固定到指定工作站。这有利于减少线内站间人员的流动，提高工作质量，进而绘制出标准作业组合票。在此基础上，管理人员可将多条产线人员的标准作业组合票排布在一起，利用同一时间人机分离时等待看守进行工作合并，减少人力投入。

5.利用目视化手段管控异常

该公司制作安装了计划、进度、返修、异常管理板和安东系统等目视化道具来暴露生产过程中的异常，通过早会、日常点检和工作群组等方法推进异常处理。当产线有异常或者其他需求时，现场人员按下对应的按钮，通过闪烁的指示灯和现场语音播报来反馈异常信息。异常处理人员根据接收的信息前往相应位置处理异常并复位系统，由此快速高效地解决异常。

（三）改善效果

通过调整三防和装配工序顺序、取消板级调试、优化排产、加强异常管控以及开展现场改善等手段，A工程和B工程的改善效果如图3所示。数据显示，两个工程的生产工期在实施了精益生产改善措施后均显著缩短，超额完成了既定的改善目标，证明了精益生产方式实施的有效性。

图3 精益生产在ZD公司的实施效果

五、结语

本文归纳总结了精益生产的内涵和特点，进一步分析了我国小批量生产企业的现状和困境，并以ZD公司为案例，探究了精益生产在小批量生产企业中的具体实施情况。案例研究结果表明，精益生产的实施优化了生产工艺，简化了生产流程，显著缩短了目标工程的生产工期。这为小批量生产企业的管理优化提供了新的方向和途径。