精益生产在生产线改善中的应用研究

精益生产在生产线改善中的应用研究

董鹏¹，丁文捷²，庞晓琛³，吴焕岭⁴，胡凡强⁵，饶坤⁶，张磊⁷

（1.卡莱(梅州)橡胶制品有限公司计划部，广东梅州 514759；2.宁夏大学机械工程学院，银川75002；3.江阴职业技术学院机电工程系，江苏江阴 214433；4.盐城纺织职业技术学院，江苏盐城22400；5.北京白象新技术有限公司技术部，北京 101200；6.昆山热映光电有限公司IE部，江苏苏州，215300；7.焦作市卓立烫印材料有限公司财务部，河南省焦作 454001）

摘要：通过选取卡莱轮胎公司生产车间QC区域为改善现场，开展生产线物流、工时测量和生产线平衡的分析研究，以精益生产理论为管理基础，综合运用5W2H、ECRS及动作经济分析方法，找出制约产能和设备利用率的原因，并重新优化作业内容和生产流程，使得生产线实现平衡优化，将优化前和优化后的生产数据进行对比分析，证实了精益生产理论在生产线实际应用中的可操作性及有效性。研究表明精益生产能够优化生产流程、减少浪费，有效地提升生产效率，实现5M1E的良好受控，它是一种先进有效地管理理念。

关键词：精益生产；生产线平衡；IE改善工具；作业测定

中图分类号：F273             文献标识码：A                文章编号：

Study on the Application of Lean Production in the Production Line Improvement.

DONG Peng¹,DING Wen-jie²,PANG Xiao-chen³, WU Huan-ling⁴, HU Qiang-fan⁵, RAO Kun⁶, ZhANG Lei⁷

(1.Carlisle (Meizhou) Rubber Manufacturing Co., Ltd, Meizhou, 514759, Guangdong,China; 2.Institute of Mechanical Engineering，Ningxia University，Yinchuan 750021,Ningxia,Chin;3.Department of Mechanic&Electronic Engineering，Jiangyin Polytechnic College，Jiangyin，214433，Jiangsu,China;4.Yancheng College of Textile Technology，Yancheng 224005,Jiangsu China;5. Technology Department,Beijing Baixiang New Technology Co., Ltd., 101200,Beijing,China;6.IE Dept,Kunshan Reying photoelectric Co. Ltd.,Suzhou, 215300,Jiangsu,China;7. Financial department ,Jiaozuo Zhuoli stamping Material Co., Ltd.,Jiaozuo, 454001,Henan,China)

Abstract:By choosing, a Carlisle tire company production workshop QC area to improve the site, production line logistics, time measurement and analysis and study of line balancing, based on the management of the lean production theory, the integrated use of 5 w2h, ECRS, and economic analysis method, find out the reason of restricting the production capacity and utilization rate of equipment, and to optimize the operation content and production process, and makes the production line balance optimization, the optimization of production data before and after optimization were compared analysis, confirmed the theory of lean production in production line in the practical application feasibility and effectiveness. Studies have shown that lean production to optimize the production process, reduce waste, effectively improve the production efficiency, to achieve 5 m1e well contained, it is a kind of advanced management ideas effectively.

Keywords: lean production; production line balance; IE tools; work measurement

引言

随着市场需求不断向多样化、个性化的方向发展，产品的生命周期越来越短、成本随之也越来越高。这就要求制造型企业运用精益生产来提升企业的竞争力。精益生产是丰田根据实际生产要求而被创造、总结出来的一种革命性生产方式，被称为“改变世界的生产方式”，是继泰勒生产方式和福特生产方式之后诞生的又一里程碑式的生产方式。精益生产方式的形成过程可以划分为三个阶段：形成阶段、系统化阶段（即精益生产方式的提出）、革新阶段。

1990年，James P．Womack和Daniel T．Jones用《改变世界的机器》，预示了生产模式“精益革命”的到来^[1]。1996年，在他们的《精益思想》一书中总结了“精益思想”的五个原则，提出了实用的行动计划^[2]，并在《从精益生产到精益企业》一书中指出了如何行之有效地把精益生产的思想、技术和组织方法贯彻到生产、服务等实践活动中去，最终实现准时生产（JIT，Just In Time）模式，以期更加精准地服务客户，赢得更大的市场和竞争力^[3]。2005年，《精益解决方案》^[4]的问世，更进一步拓展了精益思想的应用范围。精益思想发展到今天，已不仅仅是一种方法、一种生产方式，更是一种哲学管理理念。精益生产满足了顾客以低成本获得高质量、准交期的期望，以及企业以人力、设备、时间、场地最小化的投入获得收益最大化为目的。它涵盖了资源或原材料转变为产品或服务，并到达客户手中所经历的全部活动。

纵观有关精益生产的研究与实践，多数企业仍停留在初步建立精益生产的流程及标准化阶段^[5]，缺少系统化的推进研究^[6-7]，对于如何将精益生产管理的理论转换为实践，应用于生产车间的操作管理，尚有待深入研究。鉴于此，本文首先通过简述精益生产的内涵，从理论基础探讨精益生产的实现途径，然后通过分析卡莱轮胎公司生产现场，结合实际情况，具体探讨如何将精益生产理论运用到实际生产中，以获得企业在管理上的重大突破。

1  精益生产理论的内涵及实现途径

1.1  精益生产的内涵

精益生产是指运用多种现代管理方法和手段，以顾客需求为导向，重新定义价值，识别价值流；重新制定企业活动，使价值流动起来，充分发挥人的积极性，有效配置和使用企业资源，以消除一切浪费为目标，最大限度地为企业谋取经济效益的生产方式^[8-9]。它将浪费归结为八种，即：过剩生产浪费、过多库存浪费、不必要的运输浪费、不必要的动作浪费、等待浪费、过度加工浪费、产品缺陷浪费、管理的浪费等。有些浪费是显性的，而更多的浪费是隐性的，如库存带来的库存管理、超期报废、搬运损伤、场地货架增加、利息损失等^[10]。具体来说如下：

（1）精益生产是一种富有弹性和创新性的高效生产方式。精益生产的方式，能生产出高品质、低成本和交货快速稳定的产品，而且生产方法富有弹性和创新。精益生产的五项基本原则是定义价值、识别价值流、价值流动、需求拉动、尽善尽美。精益方式要求“消除浪费、精简流程”、“尊重员工”和“持续改进”，分析“价值流”、“物流”、“信息流”和“工序流”，及时发现在生产流程中存在的问题，杜绝一切浪费，采用下一道工序去“拉动”上一道工序的拉动式生产方式，使“价值流”连续流动起来。

（2）精益生产的核心理念是只做有价值的工作，即用最小投资、最短时间、最少人员、最小场地生产出高质量、多品种、合适数量的产品，从而实现零库存、零浪费、零缺陷、零故障、零误期、零污染的“六个零”目标为最佳生产过程。精益生产使得外部物流与厂内其它物流连在一起，而且与其关联的所有部门之间也达到整个工厂在技术过程上的和谐统一。

1.2  精益生产的实现途径

在生产线改善分析中，企业活动被分为三类：（1）能创造价值的步骤，如产品的加工过程；（2）不创造价值，但在现有技术下是不可避免的活动，如搬运、装卸等；（3）不创造价值，可以立即取消的步骤。可以通过消除第3类活动、减少第2类活动、增加与扩大第1类活动，以达到改善生产线的目的。在生产线分析与改善中，可利用价值分析（VA）找出必要功能（Faction）和不必要功能，结合对这些功能的实现投入的成本(Cost)，然后利用价值分析规则(V=F/C)对其进行价值的提升改善。

1.2.1  生产现场的改善指导原则

在精益生产中实现均衡生产的关键技术就是一个流（OPF，One Piece Flow）生产方式。它是按产品类别布置的多制程生产方式，它让产品在生产过程中实现单件流动，运用JIT对制造相关的设备配置进行重新规划，是解决在制品(WIP，Work In Process)积压和消除浪费的最好方法。一个流生产是指从原材料投入到成品产出的整个制造加工过程，零件始终处于不停滞、不堆积、不超越的流动状态，按生产节拍逐个流动的生产方法。需要做到低成本、高品质、高服务、高产出，消除各个环节的浪费；改善工作环境，提高工作效率，达到生产线平衡，力争做到4个满意（业主满意、客户满意、雇员满意、社会满意）。精益生产方式的一个重要特征是实践性高于理论性。它源于生产现场，践行于生产现场。它是边实践、边思考、边完善的产物^[11]。

在生产现场改善前，应该对生产现场进行评估和作业测量，其中包括现场布局、资源配置与生产状况、工序能力核查、现场物流走向与信息流等的5M1E（人、机、料、法、环、测）的评估。只有对生产现场进行实事求是的评估和测定，全面掌握和认识现况，才能对生产现场进行有目的、有方向的改善。在平衡流水线时，采用5W2H“What(什么)、Who(谁)、When(何时)、Where(在哪里)、Why(为何)、How to do(如何做)与How much(花费成本)”提问技术和ECRS“取消（Eliminate）、合并（Combine）、调整顺序（Rearrange）、简化（Simplify）”分析原则相结合的方法，并且应用动作经济分析及生产线平衡的相关理论，进行瓶颈分析和工作改善，追求工序平衡以提高整体效率；对不合理的动作要素进行优化，减少作业时间，消除瓶颈，可采取的措施主要有：①瓶颈工序进行工作改善，如增加或改善工装、改善设备性能等；②进行操作分析和动作研究，剔除不必要的操作，提高瓶颈工序工作人员效率或机能；③增加瓶颈工序工作人员；④将瓶颈工序的工作内容分担给其它工序；⑤合并相关工序，重新进行工序排布；⑥拆分工作时间较短的工序并入其它工序。

1.2.2  生产线的具体改善方法

在生产线上，不论采取何种改善方法或设备布局形式，都必须遵循下列基本原则^[12-13]：①有利于实现少人化；②有利于操作者的作业；③有利于物流与信息传递的控制；④有利于质量保证；⑤有利于全员生产维修（TPM，Total Productive Maintenance）开展；⑥有利于实现标准作业；⑦有利于保障安全。具体改善思路如下：

（1）平衡生产线。生产线平衡是对生产线上的全部工位进行平均化、量化，调整作业负荷，以使各作业时间尽可能使用相近的技术手段与方法。在经过对大量生产线平衡资料的查阅，对各种平衡方式的比较，最后结合本企业的生产现状，对整个作业内容进行重新组合，按照目标节拍进行调整，每一次作业内容的调整需与技术、生产等相关部门进行沟通协调，以增强改善活动的可操作性。

（2）优化工序。制件的运动不间断、不堆积、不超越、不落地；创造无中断、无绕道、无交叉、无回流、无等待、无废品的增值活动流，制定创造价值流的行动方案。优化工序流程的目的是通过对现场的宏观分析，减少和消除不合理、不增值的工艺内容、方法和程序，设计出最优化、经济、合理的工艺程序，缩短制造周期。

（3）工作分析。动作分析是研究分析人在进行各种工作操作时的动作要素，删除无效动作，使操作简便有效、轻松经济，以提高工作效率。其内容为：发现操作人员的无效动作、浪费现象或不安全因素；简化操作，减少工人疲劳，提高操作安全性，在此基础上制定出标准作业程序（SOP，Standard Operation Procedure）。对生产流程的安排，应遵守流程路线经济原则：①路线越短越好；②减少停滞和消除重叠；③禁止逆行，消除交叉路线；④禁止孤岛加工；⑤减少动作的数量；⑥双手同时进行动作。其生产过程中，采集的数据要真实，要及时利用、分析、判断，对出现的问题要及时解决，并跟踪反馈。

（4）实行“三现”机制。建立以现场为中心，处理事情以现场、现事、现物（三现）为主体，以车间主管为首的“三现”全员参与机制。“三现”机制涉及到部门管理方式的改革和思想观念的转变，各部门的做法不完全相同。“三现”要求快速、有效地处理现场的异常状况，实现高效服务。总地来说，生产现场改善的五条黄金法则：①如果发生问题，首先去现场；②检查问题发生的现物；③立刻采取暂时性措施；④查找问题发生的真正原因，拟定永久行动对策；⑤验证永久行动对策的有效性，使其标准化，以避免类似问题的再次发生。

2  企业现状及改善目标

    卡莱轮胎公司是一家美资企业，主要生产橡胶轮胎。随着国外对轮胎反垄断及贸易壁垒的出台、原材料价格的飙升及人工成本的增加，生产效率低、员工士气低落、质量较差等问题的出现，企业面临着严重的生存危机。迫切地需要通过精益生方式来优化企业的流程，提升企业效益，降低成本。本文选取生产车间QC区域，从2012年6月29日－9月29日对现场进行改善。

2.1  该公司生产线存在的主要问题

针对卡莱公司存在的问题，先从QC区域入手，经过对具体问题和数据的分析与梳理后，发现了以下几方面：

（1）生产车间QC区域存在的问题

①捡轮胎、搬轮胎的频率高、强度大、距离长；②打包机设备自动化程度低，影响员工打包效率及工作士气；③打包后成品轮胎重，搬运入框存放困难；④工序不平衡造成的人员等待和工时浪费；⑤错包、混包现象严重。产品规格多，现场环境脏乱差，没有进行3定（定位、定容、定量）管理；⑥成品堆放混乱需要重新分类而产生的时间浪费和寻找混乱；工具摆放不合理导致工人换岗时到处寻找、拿取不方便；物料摆放随意，没有标准作业程序，常常存在乱流等现象；⑦没有按照标准作业，无SOP。

（2）安全问题

①剪发机属开放式结构，无遮蔽罩导致操作时毛发四处乱飞，极易造成对眼睛的损伤；

②QC区无效搬运次数多，堆放不合理，导致过多弯腰，从而会增加员工腰肌损伤或碰伤的情况。

（3）区域布局不合理（见图2a）

①QC区域容器存放区域过小，容器摆放位置混乱，工位布置松散，现场成品过多，物流不畅；

②生产线设计不合理，导致很难实现并行工程。这样会导致资源浪费，而且难以适应目前市场需求多样化产品的要求；

③布局不合理引起的工人不必要的移动而带来的时间浪费和物流浪费；

④设备之间的距离较大，导致操作人员移动距离较大，不利于操作人员工作效率的提高。

（4）生产不均衡

工序之间不平衡，主要表现在生产过程中有时会出现人等机器，或者机器等人的现象，中间WIP多。

2.2  改善范围、目标及对存在问题的量化

（1）改善范围：106车间品检区。

（2）确认改善目标：

①重大风险从13项减少至6项；

②通过优化布局使现场劳动强度减少20％，降低WIP50%，搬运距离缩短45％，生产场地面积减少50％，各工序平衡率达到70％；

③通过工序ECRS，使单件加工用时缩短1小时以上；

④现场目视化看板管理，按照SOP进行作业；

⑤建立防错（Poka Yoke）机制。

（3）了解现状、寻找问题并进行量化

①员工数量：10人/班；

②WIP数量：760条；

③事故发生次数：1次/月（绊倒扭伤）；

④3S：40分（满分100分）。

3 生产线精益生产改善实践案例

3.1生产线管理指标计算

目前各工位及人员情况如下：

①生产线平衡表现方式，通常采用柱状图直观的显示出来（见图1）。生产线平衡率的计算公式如下：

式中：表示生产线平衡率；表示各工位的时间，单位：秒；表示员工数；表示瓶颈工位时间或节拍时间，单位：, 秒；=(3.5+9+14+10+3)/(14*5)×100％=56.4%；

②节拍时间（Takt Time ，TT）的计算，TT＝净操作时间(s)／客户总需求(条)，21900/2833=7.7s/条；

③人员的计算，人员=工序时间之和/TT，(3.5+9+14+10+3)/(7.7)≈5人/班。

图1 改善前QC区域工序图

由图1分析可知，生产线各工序工时不平衡，剪发、QC、打包3道工序的周期时间高于节拍时间。其中工序3(QC)是生产现场的瓶颈，这是本次生产线平衡改善的突破点。

3.2 QC区域布局改善方案

  基于工序3(QC)存在的问题，提出以下生产布局改善方案（见图2b）。

（a）改善前                             (b)改善后

图2  平衡改善前后示意图

改善前流程步骤：①从硫化区拉轮胎到品检区→②剪毛发→③剪完毛发之后放在地上→④QC在地上捡起轮胎并检验→⑤检验完之后把轮胎放在地上→⑥在地上捡轮胎并整理打包→⑦装框。

改善后流程步骤：①从硫化区拉轮胎到品检区→②剪毛发→③剪完毛发之后放在转盘上→④QC检验→⑤分类整理放在转盘上→⑥打包→⑦装框。

根据新的模拟，除了拉胎工序之外，其余工序时间均可以得到改善。为此制定具体行动计划见表1。

表1 改善行动计划

3.3  卡莱公司精益培训与人员培养方案的实施培训计划

    针对本次改善，为了使改善成功更加巩固，使每个人接受精益生产理念，且便于在全厂推行，现对改全程的人员做如下培训计划（见表2）。

表2  培训计划

序号	月份	时间	培训内容
1	7月份	7月	工序改善“材料、工具、产品的工艺流程状态和人动作的数值化、图示化，发现浪费，进行改善”；
2		7月11日	开学典礼、现场确认；动作经济原则培训；
3		7月16日	搬运分析；
4		7月19日	QC打包自动化实践（根据生产计划实施日程待定）；
5		7月23日	生产周期理论、生产线平衡、节拍时间；
6		7月26日	汇报会；
7	8月份	8月	作业员作业分析，效率改善
8		8月10日	现场确认、生产线平衡分析、时间分析；
9		8月14日	标准工时、作业速度；
10		8月17日	线暂停、定位置定作业、节拍推进；
11		8月21日	QC工位的分析和改善实施；
12		8月24日	TPM；
13		8月28日	汇报会
14	9月份	9月	物流改善和基础知识；
15		9月4日	5S；
16		9月7日	物流的改善和推进方法，现状分析和配送标准化；
17		9月14日	柔性化（平准化）生产、初期流动管理；
18		9月18日	自动化的推进方法，柔性线的导入和改善方法；
29		9月21日	工厂诊断方法；
20		9月28日	毕业报告会，各学员汇报改善成果；

3.4 QC区域布局改善之后对比分析及行动计划

  通过改善前后对比（见表3），生产效率得到明显提升、生产线的平衡率68.3%、各工序之间的时间相对平衡（见图3）。

图3 改善后QC区域工序图

表3  改善前后对比

项目	改善前	改善目标	改善后	改善率/%
作业量（次/班）	180	60	60	67
错误率（月）	2	0	0	100
搬运距离（m）	11.2	6	5.4	52
人员	7	3	3	57
目视化管理（%）	30	70	70	133
WIP（Pcs）	760	350	300	61
安全隐患（项）	13	5	6	54
流程时间（s）	45	40	35	22
产品框（个）	100	55	50	50
占用空间（m2）	105	32	31	70
3S（分）	40	90	95	138
QC人员捡胎、搬胎的搬运动作频率高，劳动强度大	增加滚动斜坡	自动化	剪发后的轮胎直接到QC人员身边，速度快，到位准确	减少动作浪费，提高员工士气
打包人员捡胎、搬胎的搬运动作频率高，劳动强度大、产品规格多，容易混包	增加旋转传送平台，QC人员同种规格五条一叠传送	自动化	QC检查后的轮胎直接到打包人员身边，并且打包人员不需进行产品规格分类	避免了混包的现象产生
打包后成品轮胎重，搬运入框存放劳动强度大	增加传送平台	自动化	装胎人员直接放入成品框	容易操作，提高效率

主要结论：效益分析：106品检区改善后，可减少0.5X2*3=3人，年度收益为$24192，生产线的平衡率68%。虽然改善方案需支出费用，但经过提高生产效率，减少了人员，实现了良好的收益，具体参见表4。

表4  改善方案—收益

4  结束语

精益生产理论是解决现代制造业人员、物料、设备、操作方法、能源等有效合理设计和配置的先进理论，通过对工艺流程、设备布局、物流系统、成本控制、人员、质量和现场管理进行一系列有效地设计规划，在不增加厂房、设备、人员的情况下，使生产效率提高，产品质量提升，生产成本降低。通过对卡莱公司的生产现状研究表明：

（1）成功推行精益生产的先决条件是：基于现状，根据企业自身条件设计规划企业生产模式。

（2）实践中，精益生产的有效方法是，浪费源的辨识、5S、目视管理等的落实，员工精益生产思想的植入。

（3）IE改善工具是精益生产措施的有效工具。IE改善工具分析可解决过程设计中的生产模式问题，尤其是成品库存、WIP、无效搬运等一系列问题。最终达到PDCA到SDCA，即“标准化、执行、检查、总结（调整）”模式，再到PDCA的循环模式是对持续改善企业管理有效的手段。

总之，企业通过精益生产满足顾客以低成本获得高质量、快速交付的期望，使得企业以人力、设备、时间、场地的最小化投入获得最大化的收益。企业要提高竞争力，精益生产的实施是一个良好的开端。精益生产可以使企业生产线不断走向柔性化和敏捷化，从而更好地适应市场需求，取得竞争优势。

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