如何利用精益思想实施生产布局优化

孔令江、韩冬梅、赵飞、郭叶 /西安航天发动机有限公司

精益思想指通过消除非增值（浪费）活动来缩短生产流程，以较小的投入获得最大的产出。实施精益制造就是找出真正创造价值的活动以及浪费现象，从而在生产、物流和存货、组织结构、决策等过程中不断地消除浪费。生产现场一般分为7 种浪费，分别是过度生产、库存、返工、不必要的搬运、不必要的动作、等待和过多流程。精益思想源于丰田生产方式，而丰田生产方式的形成是受到福特汽车公司流水线大规模生产和超市补货方式的启发，并充分应用工业工程和全面质量控制等理论中的工作方法研究、设施规划与物流分析、人机工程、质量控制等进行持续改善的最佳实践，现今仍在不断完善。目前，精益的思想和工具方法已被全世界众多企业广泛应用，有很多成功范例。

随着航天型号生产任务的不断增加，对工厂生产能力的要求越来越高，工厂目前基本沿用了以往的科研生产模式，设备集群式布局、批量生产，生产效率低，通过大量的检验人员来控制产品制造中的不合格。为了解决这些问题，工厂迫切需要摸索建立起一个新的生产和质量管控模式。笔者通过多年学习精益思想并结合工厂正在实施的精益生产线建设工作，详细阐述了单元式柔性生产布局相对于传统生产布局的优势以及如何实施的步骤和方法。

一、工厂现有的生产布局

工厂现有的建设布局是按工艺式布局将设备按照功能分车间进行的，如热处理车间、机加车间、焊接车间、装配车间等；各车间将同类设备按集群式布局在一片区域，如机加车间设立的普车区、数控车区、铣工区、钳工区等，产品在各车间和各工序间批量加工和批量流转，流转方式如图1所示。

图1 产品在各车间或各种设备间的流转方式示意图

这种布局的优点是生产组织形式灵活，可以根据需要随时调整班组的生产安排，在生产过程中利用同类设备进行不同型号产品的换型、转产。

这种布局的缺点是在产品批量流转过程中，各工位上待加工和在制品大量积压，各工序间等待时间过长，交付周期延长；人员及物料移动距离过长，在运输中易造成产品磕碰伤、搬运人员劳动强度加大，频繁搬运设备时易存在安全隐患；因为是各型号产品制造的共用设备，生产安排容易被各种因素打扰，流程中的各类问题被掩盖，致使总体生产效率偏低。

二、单元式柔性生产布局

单元式柔性生产布局（见图2）是按照产品原则来布置厂房和设备，将原材料直至成品的全部生产过程以工艺的先后顺序安排，将人员、物料及设备等做最有效的组合，一人多机多工序，工序间不停留、同步进行、单件流生产，材料和零件能够以最小的搬运或延误完成流程，从而获得安全、高效、经济的操作。它是日本以及欧美企业广泛采用的生产线布局，这种方式很适合多品种、小批量、短交期、定制化、更新快的市场需求形态，被誉为“看不见的传送带”。

图2 U型单元布局示意图

单元布局最大的优点是上下工序连续、作业专业化、在制品少、占用空间少、物流通畅、生产周期短、生产计划简单，并可按照需求量随时调整；该布局大大减少了生产过程中的搬运和等待，产品切换时间短，交货迅速，可以快速对应“紧急订单”；在制品非常少、消除了大批量生产而出现空间、设备及人员的浪费，从而大大降低成本；单件流、下工序检查上工序的产品质量，快速发现质量问题，有利于从源头快速解决问题。一人多机多工序如图3 所示。

图3 一人多机多工序示意图

单元布局的缺点是流程必须非常稳定，如果出现人员技能水平和出勤率不高，设备、工装出现故障，材料供应不及时，没有标准作业，换型时间长，质量波动大，没有问题快速处理机制等任何问题都会使生产中断。

三、实施单元布局优化的步骤和方法

1.转变管理思维

单元布局是基于精益思想中的需求拉动生产方式产生的，它相对于传统的工艺集群式布局是管理及生产模式的一次重大变革，因此要实施改进，必须先转变思想，找出真正创造价值的活动以及浪费现象，从而在过程中不断消除浪费。这需要领导层转变管理思维，对全体员工进行精益思想的培训，通过组织专题学习、讨论等形式将精益思想传达和灌输给每位员工，在生产现场广泛开展实践，学习如何利用精益工具和方法来消除浪费、进行持续改进。

2.改造传统布局需一定投入

如果建设一个全新的企业或其他设施，规划设计人员可以用科学的方法进行布局策划，但现状更多的是对原有设备设施的再布置，由于受原有场地面积和形状或者建筑物墙柱、门窗、基础、管线的限制，中、大型设备移动的难度和投入都较大。例如美国普惠航空发动机公司，在20 世纪90 年代应用精益思想进行价值流优化的过程中，共移动了7000 多台设备，改造成了80 多个作业单元，形成了8 类产品中心。

3.运用工业工程和生产准备流程（3P）等方法设计单元布局

首先要进行现状与需求分析、明确目标状态，包括产品制造周期、在制品数量，人员、设备、物流情况，产品族、产品共线及产能分析，节拍时间等；其次应对单元布局的区域大小、设备设施、人员数量、产品物流方式运用设施规划与物流分析、信息流、人机工程、工作方法研究等方法做进一步分析、设计，尽量选择简单的小型专用设备进行纸上或桌面平面推演，缩尺或全尺寸模型模拟，暴露和发现问题并解决，最终确定布局方案；布局实施后，还要进行投产前试运行，以消除最后的障碍。

4.流程稳定是前提和保证

现场整洁有序，工人技术水平和出勤率良好，人员均为“多能工”，设备、工装始终处于良好状态，材料、毛坯供应准时，按照作业标准操作，换型调整时间短，良好的产品质量，问题的快速处理等都是单元布局平稳运行的前提和保证。在缺乏稳定性的情况下，实现连续流和拉动生产无疑是非常困难的，为此需要学习应用一线主管技能培训（TWI）、全面生产维护（TPM）、标准作业指导书（SOP）、快速换模（SMED）、“内建质量”等精益工具和方法来创建稳定的流程。

5.均衡生产、按节拍拉动

流程稳定后，即可通过标准作业指导书中各工序实测的周期时间绘制山积图、进行产线平衡设计，将产品品种、数量、周期时间、设备负荷进行全部均衡，对全年计划需求进行稳定排产到每月/周/日，简化计划和控制，每天的计划基本相同，让操作员更好理解每天需要做什么，以及怎么做才能实现目标，同时也方便上游工序建立稳定的生产计划。产品生产以最终用户的需求为生产起点，根据节拍时间和作业内容确定单元内人数，再进行工序分割均衡作业，各工位按节拍实施单件或小批连续流作业，后道工序作为前道工序的用户顺序拉动生产作业计划，在暂时无法单件流动的位置设置小型货架，用于放置缓冲库存。

6.仍需持续改善

精益思想的根本思路是改善，改善是一种实现持续改进策略的常识性、低成本方法，改善的重点是发现浪费的根源并消除，其本质是通过培养员工成为问题解决者而赢得竞争的策略。现场实施单元布局优化，实现产品生产均衡流动后，还有一个关键就是需要全员参与和团队合作进行持续改善。工人严格按照标准作业指导书操作，对上工位和自己的操作结果进行检查，以确保产品质量，对标准作业指导书中的工位工作内容进行改进以提升效率。班组长负责检查操作人员操作过程与标准作业指导书的一致性，确保产品生产过程质量，日常主要解决现场各生产单元的异常和问题，这一过程还需要其它相关管理人员予以协助，对流程中产生异常和问题的根本原因进行分析并改善，最终能够保质保量地按照日计划进行生产；班组长的另一项主要工作是发现改善点并为操作工人的改善提供帮助。车间管理层或产品价值流领导将工厂质量、成本、交付期、效率等方面的关键绩效指标（KPI）进一步分解为各班组、团队或加工单元欲达成的、具有挑战性的工作目标，并辅导和帮助他们完成目标。

三、成功实施后会取得的效果

生产布局优化最直接的结果首先是减少了搬运所需的大量人力、物力和时间；其次是设备排布紧凑，不留产品库存位置，大大减少了在制品库存，降低了成本；接着从批量转为单件生产，缩短了产品的生产周期时间，例如美国普惠航空发动机公司，在20 世纪90 年代应用精益思想进行价值流优化的过程中，成功地将装配周期从30 天缩短为3天；各工序严格按照标准作业指导书操作，产品质量稳定，下工序依次逐件检查上工序及自己的产品质量，能够快速发现质量问题；一个工序出现任何问题，致使整个单元全部停工，倒逼管理团队必须从源头快速解决；各个加工单元通过日常解决流程中的异常和问题及持续改善提升质量、成本、交付周期等关键绩效指标，从而与车间及工厂目标达成一致，工厂的战略决策在各层级同步贯彻并实现。

工厂结合航天发展面临的新形势、新任务、新挑战，现正以精益生产线、脉动式装配线建设为基础，结合信息化建立智能装配车间等方式组织实施“质量强企”行动计划，后续在试点成功的基础上，将会推广应用到其它组合件生产和装配过程，以加快生产和质量管控模式的转型升级。