精益生产在中小型高新技术企业中的应用

［摘 要］应用精益生产的理念，论述了A公司的新品生产线进行生产流程再造的过程。通过价值流图描述生产线的状态，根据精益生产的基本分析方法，结合工业工程理论和产品工程化设计理念，提出改善原则。

［关键词］精益生产 生产流程再造 生产线平衡 价值流图

一、引言

精益生产是继单件小批量生产和福特公司的少品种大批量生产方式之后出现的、面向低速经济增长时代适应于多品种小批量的新型生产方式。精益生产的关键出发点是关注顾客价值，最大程度满足顾客对产品的需求，其基本理念是通过寻找和消除生产过程中的各种浪费现象达到彻底降低成本的目的。精益生产方式极大推动了美日工业的飞速发展，在国内的大型企业也得到成功应用。对于国内众多的中小型企业特别是中小科研生产型企业，精益生产方式的应用仍处于探索阶段。这些企业面临的共性问题是将新技术研究、新产品样机快速转化到工业化多品种小批量生产，满足市场需求，实现由技术领先到市场领先的目标转化。

A公司是国内某重点科研所和某重点大学强强联合的合资企业，主营某型传感器的研发和生产，是集设计开发、生产和销售服务于一体的中小型高新技术企业。依托产品性能的的优势，近年来公司的市场份额迅速扩大，产品供不应求，但同时市场竞争加剧，用户要求降低产品价格的呼声越来越高，导致单件产品的利润逐渐降低。公司重组仅一年时间，产品品种较多，生产线现场沿用样机研发时的生产模式，缺少工艺流程再设计环节，产品生产周期长，成本居高不下，严重影响了公司的市场开拓和经济效益。

为了提高生产率，降低生产成本，缩短生产周期，公司引入了精益生产方式。运用工业工程分析技术，研究公司整个生产系统的价值流程，对制约生产过程中的各个生产要素进行了系统地分析；同时结合产品的工程化改进设计，帮助管理者准确地制定解决瓶颈的方法，更有效地利用人力、设备、场地等资源，达到提升公司经济效益的目的。

二、原生产状态分析

1.生产线价值流图

价值流程图分析技术是帮助分析整个价值流的一个强有力的工具，它可以使整个纷乱复杂的价值流变为一张可视的价值流现状图，使得价值流中的问题显现出来，这样就可以应用各种优化技术进行生产流程的重组和优化。

公司传感器是在多工序连续作业生产线上生产制造的。该条生产线是根据产品样机研发时的工作经验进行组建，缺少对生产流程仔细的研究，导致流程复杂繁琐、布局混乱、工序衔接不畅，物流线路交叉迂回等情况普遍存在，大大影响了企业的生产效率。

根据精益理论，按照如下步骤对生产线进行分析: ①现场调研; ②收集数据和分析数据，对每一道工序进行了时间测量，并且对其搬运次数，搬运距离和搬运时间进行了统计；③绘制生产价值流图，确定生产瓶颈因素。根据调研和测试，以公司典型的B产品为例绘制其价值流图。

2.生产线分析

从价值流程图可以计算出生产线的运营数据：

增值时间：AT=∑(所有实际加工周期)=18934min

非增值时间（UT）：等待、运输和堵塞时间等除加工时间以外的所有时间

UT=∑(加工时间以外的所有时间)=1920-15960min

增值比=增值时间/（增值时间+非增值时间）=18934/(18934+15960)= 54.3%

生产线平衡率=[各工位作业时间总和/(最长作业时间×工位数)]×100%= [8230/(1410 ×17)]×100%=34.3%

平衡损失率=1-34.3%=65.7%

按每天7.5小时工作计算，产品的最短生产周期为20.4天，最长生产周期为52.2天，平均生产周期为36.3天。

由以上计算可以看出，该生产线严重不平衡，平衡损失率高达69.1%。对价值流图分析可以看出，原有生产线存在如下问题：

(1) 绕环工序为生产线第一“瓶颈”，工序内部设置不合理,加工周期长；

(2) 老化测试工序为每批次4个产品的生产方式, 生产设备少，周期长，缓冲库存为4个产品，大部分时间处于等待状态；

(3) 振动温度筛选工序、温补工序和全温零偏工序都只有一台设备，每次只能进行一个产品的测试，周期长，生产效率低，产品大部分时间处于等待状态。

(4) 多个工序内部沿用了研发时期的不成熟产品的生产流程，中间设置了较多用于研发目的的检验测试环节，形成了不必要的等待时间浪费；

(5) 工艺路线布局设置不合理，存在迂回交叉等现象，导致搬运次数过多和等待时间的浪费；

导致生产线平衡率低的主要原因是瓶颈工位的作业时间与其他工位的作业时间相差较大，同时有些工位的生产能力存在过剩现象。瓶颈不仅限制了一个流程的产出速度，而且影响了其它环节生产能力的发挥。为了实现精益生产必须把握各工序的作业时间，进行生产流程的再造，将瓶颈工位的作业时间降下来，同时将过剩的生产能力降低，从而生产提高效率。

三、生产流程再造

目前国内中小企业的大多数新品在研发阶段更多追求的是产品的性能指标,对于产品的制造工艺性往往考虑不足,为了实现产品性能稳定和生产流畅，在转化批生产之前需要一个产品的工程化再设计和生产流程的再设计过程，这必须由设计、工艺和生产流程各个方面协调共同完成。因此，对生产流程的改进应以点到面、从局部改进到整体生产线优化逐步展开，反复迭代。

1.局部“瓶颈”工序改进

提高设备和作业的生产效率：从价值流图可以看出，老化筛选、振动温度筛选和温补工序是生产“瓶颈”，只能进行单件生产，造成大量等待时间浪费。通过改进设备接口、测试电缆和工装后，每台设备的测试产品数量由1个增加到4个，实现多产品同时进行测试，使得单工序生产效率提高3倍，并且降低成本，节约大量经费。

改善工序内部的作业流程，减少周转等待时间：绕环工序内的预处理工序原来穿越了绕环、装配和筛选工序，周转等待时间较长，生产周期为12.5小时。将测试设备调整到绕环工序，且将一个绕环工培训成为多面手，整个制造过程封闭在绕环工序内，由一人完成，消除了工序间的等待，绕环工序内生产周期减少10小时。

提升产品的制造性:通过优化产品的工程化设计,简化生产流程；优化产品测试条件，简化全温零偏测试工序为24h；改进并统一各工序在制产品的软件版本，删除温补前的软件下载工步，并简化温补工序为13h；

2.整个生产流程改造

整体生产线流程的设计水平直接影响生产能力。一些生产线常常因为某些工位的作业分配不均衡影响了生产线整体生产能力。所以，通过生产线流程系统再造，有效分配资源，实现生产线平衡，提高生产效率。

从精益生产的观点来看，一个工位的总工时可分成三部分，一是有价值工作时间(直接生产操作)，二是无价值工作时间(检查，搬运)，三是等待时间(瓶颈工位的工作时间)。因此，等待、搬运和过量的检验等都是不创造价值的活动，应予以消除。

(1)剔除多余的检验环节：测试检验环节设置过多是新品生产流程中的通病，导致整个工艺路线交叉迂回，造成大量等待时间。通过设计和制造技术改进、以及员工技能培训，提高了各工序的合格率，在此基础上对各工序合格率进行统计分析，删除了合格率≥97%、且产品质量由后工序检验能够确保的检验环节。依据此项研究结果，剔除测试Ⅰ工序、中转库测试和各工序内部的9项检验测试环节，简化测试Ⅱ环节，并将装配Ⅰ工序和装配Ⅱ工序合并。合计缩短生产周期时间49小时，同时减少3名工人。

(2) 采用单件流生产方式：改进老化筛选工序的批处理生产方式，成为单件流方式，将中转缓冲库存降到零库存。老化筛选、温度筛选和温补工序的一个完整生产周期太长，与上下游工序的节拍不匹配，造成等待时间很长。为此将完整测试周期分成6组，可以在完成一个测试周期后加入新一个产品，借助上述的多产品测试改进技术，其单件流生产间隔周期缩短为6小时。

(3) 生产线平衡设计：

研究原来生产线平衡分析图发现，在生产过程中，有65.7%的时间由于生产线配置不平衡而损失。生产线平衡的目的是使生产线的各工序作业时间的差别达到最小。在各个瓶颈局部工序的改善基础上，对各工序的作业时间进行平均化调整，进而取得生产线的平衡。

生产线平衡改善按照工业工程的原则进行，主要是分割长周期工序，合并短周期工序：

•绕环2工序为长周期工序，拆分为绕环2-1和后处理2-2工序；合并准备1工序和 2-2工序两个短工序为1个人；

•老化测试3工序拆分为3-1、3-2和3-3三个短周期工序；3-3与全温4工序具有相似性，两工序合并后由一个人完成；

•振动温度工序中的振动工步后移，将温度工步与前合面的测试工序合并；

四、效益分析对比

1.生产线技术指标

(1) 生产线年生产能力

单件生产节拍按照最长的生产工序计算，原来产品生产工序最长的工序是绕环1410min。这样按照一月22天，每天7.5个小时的生产时间计算, 则一年的产量为:

(一年生产时间-等待时间)/单件生产节拍=(22×7.5×60-15960)/1410 =72.9(台/ 年)

改进后单件生产节拍由测试Ⅱ工序时间580min决定，一年的产量为：

(一年生产时间-等待时间)/单件生产节拍=(22×7.5×60-830)/580 =203.4(台/年)

改进后生产线的年生产能力提高2倍多。

(2) 生产周期：由原来的平均36.2缩短为15.1天，提高了市场快速反应能力。

(3) 产值增加显著：改进后每条生产线一年可增加产品130台,每台产品按10万元计算,这样每年就增加的产值约1300多万元。与改善的投入相比,投入产出比为1:130。

(4) 改进投资费用总计少于10万元。

2.持续改善

改进后一条生产线的产能仍然无法满足公司的销售要求，为此公司组建了第二条生产线，并根据生产线平衡原理进一步优化了生产流程。两条生产线的生产人数仅比一条生产线增加10%，生产设备仅增加一台绕环机。

生产线平衡率=6116/[(580×16)]×100%=65.9%

平衡损失率=1-65.9%=34.1%

较原来生产平衡率提高31.6%，两条生产线年产能达到407台。

重新设计后的整个工艺路线清晰、顺畅，解决了平衡生产节拍的问题，降低生产成本，缩短生产周期，大幅提高了年生产能力，满足了公司新产品多品种小批量生产、快速拓展市场的需求。

五、结束语

对于新兴的中小型高新技术企业而言，由新技术研究、新产品样机试制到工程化多品种小批量快速生产，中间需要一个面向生产的再设计过程，其中包括产品、工艺及生产流程的再设计。本文应用精益生产中的价值流图技术寻找生产线中的瓶颈问题,用工业工程的方法结合产品工程化再设计提出生产线作业改善、设备改善和流程改善方案，平衡生产线全流程，实现了生产流程再造，解决了企业所面临的困境，证明了精益思想和工业工程科学的作用，在中小型高新技术企业中具有借鉴意义。

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