陳鈺豪

(上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院，上海200240)

0 引 言

精益生產(chǎn)是一種經(jīng)營理念，是為制造和商業(yè)運作服務(wù)的，他的最終目標(biāo)是用最少的資源為客戶創(chuàng)造和傳遞最大價值［1］.實行精益生產(chǎn)活動，能幫助企業(yè)實現(xiàn)零缺陷，單件流，準(zhǔn)時交貨等目標(biāo)，但更重要的意義是消除價值流中的各種浪費，從而獲得更高的利潤.

本文從企業(yè)需求出發(fā)，通過目前裝配線的產(chǎn)能分析，線平衡分析，效率損失分析等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)找出可改善的突破口，結(jié)合線平衡工具，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，快速換線法SMED，PFMEA 等精益生產(chǎn)工具，旨在探索一套適合本企業(yè)的全面實現(xiàn)精益生產(chǎn)模式，提高效率，減少浪費的綜合方法，并期待對其它制造型企業(yè)提供借鑒.

1 裝配線現(xiàn)狀

伴隨著國內(nèi)高端乘用車市場井噴式的發(fā)展，一款中高端車橋的年需求量也從原先的每年18 萬套套提高到29 萬套，產(chǎn)能需求增長61%.公司目前擁有的裝配線一年產(chǎn)能只有20 萬套/年，不能滿足客戶峰值產(chǎn)能的需求.同時，客戶也提出產(chǎn)品降價的要求，進一步限制了投資的規(guī)模.因此，在不能增加投資的前提下，運用精益生產(chǎn)的方式分析現(xiàn)有問題和問題產(chǎn)生的原因，是最終完成目標(biāo)的先決條件.

2 用精益生產(chǎn)的方法分析產(chǎn)能瓶頸

2.1 TAKT TIME，CYCLETIME

(1)Takt Time 是客戶要求的節(jié)拍時間，反映了生產(chǎn)線或生產(chǎn)設(shè)備相應(yīng)客戶需求生產(chǎn)所耗費的時間.Takt Time 取決于多個方面，如客戶訂單量，用什么設(shè)備，開機時間，班次等，但不被員工技能，操作速率，設(shè)備停機，原材料短缺等因素影響［2］.

TAKT TIME 客戶節(jié)拍T

其中:

H 為一個班次的全部生產(chǎn)時間，單位為秒.一個8 小時工作制的班次全部生產(chǎn)時間為28880 秒.

h0為一個班次內(nèi)的正常停線時間，單位為秒.正常停線的范圍包含午餐時間和上下午的間隔休息.常熟美橋午餐時間為半小時，上下午各有一次10 分鐘的短休，所以共有3000 秒.

Vmax為年最大需求量，達到297，958 件.

D 為一年的工作天數(shù)，考慮到中國國情，一年平均工作天數(shù)為300 天.

所以通過計算，客戶節(jié)拍T 等于78 秒.

(2)Cycle time 主要是用來確定機器的的生產(chǎn)能力，某產(chǎn)品從放入機器到加工完成所需要機器的加工時間.我們考量Cycle Time 能否滿足產(chǎn)能，就是看理論上Cycle time 是否小于等于客戶要求Takt Time.如果cycle Time 大于Takt Time，就要通過增加設(shè)備，改進工藝等滿足客戶產(chǎn)能需求.要了解每一站的Cycle Time，就要先統(tǒng)計分析，經(jīng)過討論項目小組制定了以下的統(tǒng)計流程.

1)制作動作元素分解表.將該站每一個動作細分，如取料，安裝，機器自動運行，搬運等一一區(qū)分開來.

2)按照每一個動作元素，分別計算10 組數(shù)據(jù).

3)取得原始數(shù)據(jù)后，有兩種方法得出該動作的最終節(jié)拍.第一種是取10 組數(shù)據(jù)的平均值，第二種是取10 組數(shù)據(jù)中重復(fù)次數(shù)最多的數(shù)值為最終的結(jié)果.經(jīng)過對比分析，選用重復(fù)次數(shù)較多的為最終節(jié)拍.

4)將所有手工動作和機器動作節(jié)拍相加，就是最終該站的節(jié)拍(Cycle Time)

2.2 線平衡分析

生產(chǎn)線的最終產(chǎn)能是由較長節(jié)拍時間決定的，而那些完成較快的工位的產(chǎn)能都是多余的，也是一種浪費“過生產(chǎn)”.只有改善這些長節(jié)拍的站位，才能最終提高一條生產(chǎn)的產(chǎn)能.通常又稱這些工位為“瓶頸工位”.

這里，就有用到線平衡分析這一工具.裝配線平衡與設(shè)施規(guī)劃有關(guān).裝配線平衡問題就是將所有基本工作單元分派到各個工作站，以使每個工作站在節(jié)拍(即相鄰兩產(chǎn)品通過裝配線尾端的間隔時間)內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的操作量，從而使各工作站的未工作時間(閑置時間)最少.裝配線的平衡是使人員之間或機器之間盡量平衡，這樣裝配線的產(chǎn)出才能達到要求的水平.裝配線的平衡與否直接影響到制造系統(tǒng)的生產(chǎn)率［3］.

通過引入生產(chǎn)線負荷系數(shù)的概念，觀察每個工位的節(jié)拍設(shè)計與總條線相比是否“平衡”.理想的生產(chǎn)線負荷系數(shù)達到100%時，這個工位的設(shè)計節(jié)拍是最優(yōu)的，當(dāng)系數(shù)越小說明該工位越“不平衡”.

其中:W 為生產(chǎn)線負荷系數(shù);tn為第n 個工位的節(jié)拍;sn為第n 個工位的操作人數(shù)或者設(shè)備數(shù)量;Tn為第n 個工位的實際單純操作時間;t0為生產(chǎn)線計劃節(jié)拍;s0為生產(chǎn)線計劃定員

由之前統(tǒng)計的每站節(jié)拍，放入到線平衡圖中，如圖1 所示，就可以清晰地了解到每個站位的綜合利用率和整體線平衡水平.

圖1 裝配線線平衡圖

Utilization(W)代表每一個站位的有效利用情況.通過計算現(xiàn)在的W 值只有69%，還有很大的改善空間.

紅線代表客戶需求的Takt Time =78 秒.

綠線代表對內(nèi)實際需求的單位節(jié)拍Cycle Time.這里就要引入綜合設(shè)備效率OEE(Overall Equipment Effectiveness)這個概念.在下文將會繼續(xù)介紹OEE 這一統(tǒng)計重要工具.在這張線平衡表內(nèi)，先放上85%的OEE 效率，即假設(shè)有15%效率損失.，那么對內(nèi)部考核的節(jié)拍Cycle Time =Takt Time* 85% =67 秒.

藍色柱體代表每一站位的人工操作時間.黃色柱體代表每一站位的等待時間.每一站的實際節(jié)拍就是藍色柱體加上黃色柱體時間.

考慮到可接受的的效率損失，那小于綠色安全線的工位都能滿足新項目的產(chǎn)能需求，反之就不能，因此我們只要著重解決這些超出綠色警戒線的工位，就能滿足產(chǎn)能需求.這些工位又稱之為瓶頸工位.

綜上所示，這條裝配線共有九個站位不能滿足產(chǎn)能需求.

3 用OEE 分析效率損失

3.1 OEE 的定義

OEE=時間開動率×性能開動率×合格品率×100%

在OEE(設(shè)備綜合效率)的計算公式中，時間開動率反映了設(shè)備的時間利用情況;性能開動率反映了設(shè)備的性能發(fā)揮情況，如轉(zhuǎn)速，節(jié)拍等，是一個效率指標(biāo);而合格品率則反映了該設(shè)備或者該工藝的有效輸出情況，只一個質(zhì)量指標(biāo).也就是說:一條生產(chǎn)線的可用時間只占運行時間的一部分，在期間可能只發(fā)揮部分的性能，而且可能只有部分產(chǎn)品是合格品.一般世界級的OEE 水平是最少85%.要達成85%的目標(biāo)，就必須保證90%設(shè)備利用率，95%性能開動率和99%的質(zhì)量合格率［4］.

從OEE 的公式中，可以看出，OEE 指數(shù)將原來看似孤立的設(shè)備，質(zhì)量和效率綜合在一起，為管理者提出一種可持續(xù)的綜合改善方案提供了幫助，并能有助于發(fā)現(xiàn)并減少一般制造過程中的六大損失:即停機損失，換裝調(diào)試損失，等待損失，減速損失，次品損失和啟動試運行損失.

3.2 OEE 統(tǒng)計方法

為更方便地統(tǒng)計數(shù)據(jù)，能通過簡單的計算就能準(zhǔn)確反映出裝配線的效率水平，可以將工廠裝配線的OEE 計算公式變形為以下的格式:

* 所謂合格的件就是一個班次內(nèi)所生產(chǎn)的所有產(chǎn)品的數(shù)量減去報廢件的數(shù)量，再減去返工件的數(shù)量.

* 報廢件包含每天開班試生產(chǎn)調(diào)試需要的損耗和裝配過程中由于各種原因造成的損耗.

* 返工件包含線末統(tǒng)一收集的不合格件以及線內(nèi)被定義可在線返工的不合格件.

* 毛生產(chǎn)節(jié)拍一般是采購該設(shè)備時，由供應(yīng)商承諾并接過驗收的機器單純節(jié)拍.考慮到工人對設(shè)備掌握的熟練度不斷提高，工藝不斷改善，毛生產(chǎn)節(jié)拍也會每年相應(yīng)地做調(diào)整.

* 可用時間是生產(chǎn)總時間減去停線時間.

通過上述的統(tǒng)計，經(jīng)過一年的數(shù)據(jù)積累，該條裝配線目前的OEE 水平為82%.接下針對不同時間損失的分類，不難發(fā)現(xiàn)，損失的原因非常符合意大利經(jīng)濟學(xué)家帕累托的“二八”定律，即一年中80%的時間損失來自于20%的原因.因此，只要我們能消除解決這20%的主要浪費因素，就能極大提高時間開動率.而這主要原因就來自于計劃外的停機，包括換線和產(chǎn)品不合格.

3.3 OEE 分析換線損失

首先，幾乎占一半時間損失的就是裝配線換線，而且換線是不產(chǎn)生任何價值的動作行為.什么是換線呢，換線是指在這條裝配線上，當(dāng)不同型號種類的產(chǎn)品切換生產(chǎn)時，會發(fā)生的內(nèi)部和外部的動作和準(zhǔn)備.而換線時間就包括兩部分時間即外部時間和內(nèi)部時間.內(nèi)部時間是指停機過程中作業(yè)仍應(yīng)該繼續(xù)(如取放工具)，而外部時間是指機器仍在運轉(zhuǎn)過程中或是剛剛重啟動之后可以進行的作業(yè)(如第一次檢測).從時間分配上講，換線慢的原因一是外部時間與內(nèi)部時間劃分不清，二是內(nèi)部換線時間過長［5］.

目前裝配線有幾個型號需要共線生產(chǎn).當(dāng)切換到不同產(chǎn)品生產(chǎn)前，需要做到的換線動作有調(diào)換工裝，重新標(biāo)定設(shè)備，清料等準(zhǔn)備.

換線通常發(fā)生在白班和晚班切換時，或者有計劃停機為工程樣機試生產(chǎn)等，所以一般平均一天有兩次以上的換線發(fā)生.每次換線時，所有操作工先要更換所有托盤的定位塊，并且清理上一班次的余料.然后再更換自己負責(zé)工位的工裝夾具等，按瓶頸工位的最大時間算，一次至少要用35 分鐘左右.按100 秒的單位節(jié)拍來算，35 分鐘就意味著每次換線將會少做21 件，簡單換算成一年300 個正常工作日的話，一年將會損失12600 件的產(chǎn)量.這對一年20 幾萬的年需求來講，是一個很大的損失.如果能減少換線時間或者次數(shù)，就能極大的提高生產(chǎn)效率.

圖2 不合格統(tǒng)計

3.4 OEE 分析不合格損失

從圖2 中可以看出，39% 的不合格是由于OP80 預(yù)緊力調(diào)試過程中失敗造成的，而接下來的貢獻率達到30%的不合格因素是OP135 的總成扭矩測超規(guī)范.而OP135 需要測試的總成扭矩也來自于OP80 的主齒預(yù)緊力設(shè)置.總而言之，OP80 預(yù)緊力是這條生產(chǎn)線合格率的瓶頸，我們只要針對這一只主要質(zhì)量問題分析解決，就能很大限度的改善裝配線合格產(chǎn)出.

因此，一個在汽車行業(yè)普遍使用的失效管理工具PFMEA(制造過程失效模型和效果分析)應(yīng)用到這個問題的解決［6］.從PFMEA 分析中看出，正是由于扭矩超過的發(fā)生頻度高(5 分)，但問題探測也只能在本工位的事后探測(5 分)，所以整體的RPN值高達175，超過行業(yè)普遍認同的最高風(fēng)險值100.因此，如果能從問題提前預(yù)判著手，換言之就是將有問題的軸承在裝配前分選出來，就能降低PRN值，提高扭矩設(shè)定的一次性通過率.

4 結(jié) 論

本文通過客戶需求得出裝配線客戶需要的目標(biāo)節(jié)拍，并通過統(tǒng)計的方法得出各個站位的實際節(jié)拍和線平衡水平，找出瓶頸工位.隨后引入設(shè)備綜合效率OEE 的概念，分析出目前生產(chǎn)線產(chǎn)能瓶頸是來自于換線時間長和不合格率高等兩個主要問題點，為后續(xù)重新規(guī)劃產(chǎn)能，提高效率，減少不合格率提供依據(jù).也為同行能運用相同手法分析產(chǎn)能問題提供參考.

［1］ 譚海洋.2013 年全球制造業(yè)競爭力指數(shù)［J］.電子世界，2014，06:171－173.

［2］ 顏炳祥.中國汽車產(chǎn)業(yè)集群理論及實證的研究［D］.上海:上海交通大學(xué)，2008.

［3］ 萬長松.豐田生產(chǎn)方式的產(chǎn)業(yè)哲學(xué)基礎(chǔ)［J］.自然辯證法研究，2006，12:69－72.

［4］ (美)杰弗里·萊克(JeffreyK，Liker)著，李芳齡譯，豐田汽車案例［M］.北京:中國財政經(jīng)濟出版社，2004.

［5］ (美)詹姆斯·P，沃麥克(JamesP，Womack)等著，沈希瑾等譯，改變世界的機器［M］.北京:商務(wù)印書館，1999.

［6］ 高舉紅，白馬鵬，齊二石.填料生產(chǎn)線精益生產(chǎn)的整合方案研究［J］.工業(yè)工程，2004(04).