價值流分析和價值工程在制造加工中的應(yīng)用實例

唐穩(wěn)生，安源

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266555）

價值流分析和價值工程在制造加工中的應(yīng)用實例

Application examples of value stream analysis and value engineering in the manufacturing process

唐穩(wěn)生，安源

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266555）

本文以某機(jī)械加工生產(chǎn)線運用價值流圖分析進(jìn)行優(yōu)化為例，描述了運用價值流圖分析基本使用方法以及運用價值工程理念對生產(chǎn)線優(yōu)化，提出了價值流工具不僅能被動的發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的浪費，也能主動的優(yōu)化生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，降低制造成本，提高產(chǎn)品價值（利潤）。在制造過程中，保證產(chǎn)品要求下持續(xù)降低制造成本才是制造工程的中心；緊緊圍繞降企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)或生產(chǎn)策略下，廣泛、靈活應(yīng)用價值流分析和價值工程等新方法、新工具對于實現(xiàn)企業(yè) “高價值、低成本”具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。

價值；制造過程價值；價值流分析；精益生產(chǎn)；生產(chǎn)線；曲軸；工藝；刀具

1984年國家經(jīng)委向全國推廣包括價值工程在內(nèi)的18種現(xiàn)代化管理方法之一，今天，各個企業(yè)已經(jīng)自主追求各種先進(jìn)的管理方法來推動企業(yè)的進(jìn)步。

價值，對于制造過程中的產(chǎn)品而言，降低制造成本就是靈魂。從圖1成本利潤價格圖來理解，傳統(tǒng)的思想中成本+利潤=價格［1］。而現(xiàn)在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，一個產(chǎn)品的價格（價值）常常已經(jīng)被市場定義，也就是價格不隨制造成本的升高而升高。所以對于制造過程而言，如何降低成本就是企業(yè)增加利潤的關(guān)鍵。可以說，對于制造過程來說，降低產(chǎn)品制造成本就是增加產(chǎn)品的價值，降低成本就是制造過程價值提升的靈魂。

圖1 成本利潤價格圖

價值流圖分析是實施精益系統(tǒng)、消除過程浪費的基礎(chǔ)與關(guān)鍵點［1］。在精益生產(chǎn)中最基本的一條成本降低過程就是消滅浪費，概括來說存在八種浪費：過度生產(chǎn)浪費，過度庫存浪費，過度物料移動浪費，多余動作浪費，等待浪費，過度加工浪費，糾錯返修浪費管理浪費。

價值流圖分析來發(fā)現(xiàn)并消滅浪費、并不斷地減少非增值活動，以使成本不斷下降，贏取最高的利潤。

當(dāng)前很多技術(shù)管理人員將價值流看成物流運作優(yōu)化的一種工具，實際上價值流更應(yīng)該是整個制造環(huán)節(jié)的優(yōu)化工具，是價值工程在生產(chǎn)中運用的一種有效工具。它不僅能被動的發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的浪費，也能主動的優(yōu)化生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，降低制造成本，提高產(chǎn)品價值（利潤）。

1 價值、制造過程價值、價值流分析

價值，產(chǎn)品所具有的的功能與獲得該功能所發(fā)生費用之比，這里的產(chǎn)品可以是客戶需求的產(chǎn)品，也可以是加工產(chǎn)品的過程，或它們的組成部分。價值公式V=F/C ， V=價值；F=功能；C=成本［2］在制造車間，功能也就是客戶需求的產(chǎn)品要求已經(jīng)被后續(xù)車間或銷售部門（內(nèi)部客戶）所定義，所以成本在制造車間便是關(guān)注重點。如何減低成本就成為提高價值的方向?；蛘哒f對制造車間，產(chǎn)品價值的提升，就在于成本是否下降。

制造過程提高價值的基本途徑：功能不變，成本降低，價值提高。

制造過程價值的主要特點是：以降低成本為目的，要求以最低的加工成本實現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能；以成本分析為核心；以有組織、有領(lǐng)導(dǎo)的活動為基礎(chǔ)；以精益生產(chǎn)為工具。

價值流分析也叫價值流程圖分析，是精益生產(chǎn)中的關(guān)鍵分析工具，它是以過程為基礎(chǔ)的質(zhì)量管理，以客戶滿意為出發(fā)點，以流動追蹤過程中工具材料流和管理信息流在輸入和輸出中的狀態(tài)，從而消除非增值活動。運用價值流分析意味著在整體上工作，不僅僅是個別的生產(chǎn)過程；不只是優(yōu)化局部而是提高全部［3］。

價值流圖分析可以：

（1）明確公司現(xiàn)狀（客戶需求，生產(chǎn)過程，物流，供應(yīng)商，設(shè)備狀態(tài)，輸出時間等）；

（2）明確各個環(huán)節(jié)中的浪費；

（3）根據(jù)以上確認(rèn)關(guān)鍵改進(jìn)的地方；

（4）統(tǒng)一各部門對現(xiàn)狀、浪費、改進(jìn)目標(biāo)的認(rèn)識。

2 機(jī)械加工生產(chǎn)線（示例）簡介

生產(chǎn)線簡介，生產(chǎn)1.5 L/1.2 L的4缸直列鑄鐵曲軸，3班生產(chǎn)，年產(chǎn)能23.3萬，后續(xù)可以僅增加3個工位3臺設(shè)備擴(kuò)能為35萬。同時預(yù)留工位，后續(xù)對應(yīng)工位增加設(shè)備即可生產(chǎn)增壓1.5 L直列鑄鋼曲軸。鑒于生產(chǎn)的實際，我們對1.5 L曲軸生產(chǎn)過程為例進(jìn)行價值流圖分析。

3 生產(chǎn)線價值流現(xiàn)狀分析

價值流我們將其分為廣義價值流和狹義價值流兩類，廣義價值流是指當(dāng)前產(chǎn)品從顧客需求開始到設(shè)計開發(fā)、計劃編制、配件采購、生產(chǎn)制造一直到產(chǎn)品交付的全部活動（包括增值的和不增值的），狹義價值流是指當(dāng)前產(chǎn)品通過其基本生產(chǎn)過程所要求的全部活動。本文以狹義價值流分析，同時也表明說明價值流分析可以應(yīng)用在制造過程中的任何區(qū)域。

生產(chǎn)計劃發(fā)出后，物流工段根據(jù)曲軸工段看板拉動，運送曲軸毛坯到曲軸線上料點。毛坯經(jīng)過加工成曲軸成品后，根據(jù)裝配車間物料拉動，運送至裝配線曲軸上料點。見圖2生產(chǎn)線地理局部圖。

繪制生產(chǎn)線價值流圖，見圖3 價值流現(xiàn)狀圖。

從價值流圖看，整線節(jié)拍不均衡，雖然因為建造策略是導(dǎo)致3 個工位節(jié)拍與其它設(shè)備節(jié)拍不平衡的原因。節(jié)拍不平衡就會導(dǎo)致等待浪費。

4 平衡生產(chǎn)線節(jié)拍-工藝優(yōu)化

先對設(shè)備的加工節(jié)拍進(jìn)行統(tǒng)計，見圖4曲軸線節(jié)拍分析圖。共有3 個工位的設(shè)備需要對節(jié)拍進(jìn)行均衡，分別為OP20工位，OP60工位，OP80工位。

4.1 優(yōu)化工藝，均衡節(jié)拍

在生產(chǎn)線進(jìn)行均衡節(jié)拍時，首先考慮以下三點：第一點，工件特征相似嗎？工件宏觀形狀要求還是材料微觀要求？第二點：工件定位加工原理相同嗎，工件主運動還是刀具主運動？第三點，前工序加工的特征工藝上是否允許可以在其它工位加工，也就是變化前特征是否是用到的加工基準(zhǔn)。

圖4 曲軸線節(jié)拍分析圖

OP20和OP70屬于車床加工原理，可以進(jìn)行加工內(nèi)容，其內(nèi)容不是加工基準(zhǔn)；OP60和OP100屬于數(shù)控加工中心機(jī)床，可以進(jìn)行加工內(nèi)容均衡，并且加工特征不屬于加工基準(zhǔn)；OP80和OP90為磨削加工，可以進(jìn)行加工內(nèi)容均衡，加工特征不屬于加工基準(zhǔn)。

進(jìn)一步結(jié)合當(dāng)前設(shè)備結(jié)構(gòu)，OP20和OP70之間的內(nèi)容均衡無法達(dá)到減少OP20設(shè)備，但按照生產(chǎn)線預(yù)留增壓曲軸工藝內(nèi)容，OP20可以后續(xù)加入前道粗銑平衡塊和軸頸工位。OP80和OP90之間均衡同樣無法在現(xiàn)有設(shè)備條件下完成，需要增加新的設(shè)備。對于生產(chǎn)線來講，設(shè)計23.3 萬產(chǎn)能并預(yù)留35 萬產(chǎn)能，目前3 個平衡工位通過優(yōu)化減少1 個，對當(dāng)前生產(chǎn)線的運行同樣具有積極的意義。

圖2 生產(chǎn)線地理局部圖

4.2 OP60和OP100間加工內(nèi)容均衡

加工均衡內(nèi)容：

（1）將OP60上完成的芯軸中心孔底孔和攻絲工步分開，OP60進(jìn)行底孔加工，OP100進(jìn)行攻絲孔加工，通常這不符合加工工藝設(shè)計，但將攻絲刀具從剛性刀具更改為浮動刀具后，消除了定位誤差對影響加緊定位。

（2）對法蘭段臺階中心孔加工中的兩工步加工更改為復(fù)合刀具單工步加工，采用復(fù)合成型刀具設(shè)計理念，將原兩步加工內(nèi)容更改為單步加工減少加工時間和換刀時間。

通過以上優(yōu)化，OP60節(jié)拍見圖4中優(yōu)化狀態(tài)條顯示的時間節(jié)拍。

從基本的加工原理上分析，這兩種改進(jìn)均有悖于加工工藝設(shè)計原理，但它滿足曲軸對于加工特征的尺寸要求，同時大大減少了設(shè)備投資和生產(chǎn)線均衡原則。

在生產(chǎn)線設(shè)計和建造中，常常存在很多經(jīng)驗的方法，隨著設(shè)備、刀具等工程技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)線的工藝也需要進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。在這個過程中，價值工程提供了一套科學(xué)的工作實施程序，這套程序圍繞以下7個問題：第一，這是什么？第二，這是干什么用的？第三，它的成本多少？第四，它的價值多少？第五有其他方法能實現(xiàn)這個功能嗎？第六，新的方案成本多少？功能如何？第七，新的方案能滿足要求嗎？

在運用價值流圖分析進(jìn)行生產(chǎn)線消滅浪費，提升價值的過程中，提供了科學(xué)的方法。

制造工程和精益生產(chǎn)追求“合適”的理念，它不僅僅是“只在需要的時候，按需要的量生產(chǎn)所需的產(chǎn)品”。它同樣體現(xiàn)在加工工藝，設(shè)備選型中，只以最少的設(shè)備，最簡的工藝加工必需零件公差要求的產(chǎn)品保證必需產(chǎn)品要求下降低生產(chǎn)的投資-最低成本-就是制造工程的精髓和追求。

5 平衡生產(chǎn)線節(jié)拍-現(xiàn)場操作優(yōu)化

圖3 價值流現(xiàn)狀圖

5.1 價值流圖中基本數(shù)據(jù)

價值流圖分析要求從整體來考慮目前狀態(tài)和未來狀態(tài)，也就是任何的某個局部環(huán)節(jié)的改進(jìn)都放在整體中評估。整體考慮是一種理念，它要求制定未來計劃中匯總各環(huán)節(jié)或各個現(xiàn)場，它的數(shù)據(jù)必須是現(xiàn)場真實的、全部的數(shù)據(jù)。

把工藝優(yōu)化效果重新放入價值圖中進(jìn)行評估，我們發(fā)現(xiàn)以上現(xiàn)場運行的參數(shù)是不全面的，而價值流分析的特別關(guān)鍵的一點是現(xiàn)場詳細(xì)數(shù)據(jù)采集。

以下9個內(nèi)容對生產(chǎn)的實際加工運行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)：第一，產(chǎn)品種類，我們暫定為一種產(chǎn)品；第二，換型（秒），首先暫定沒有；第三，周期時間，即節(jié)拍（秒）；第四，設(shè)備數(shù)量；第五，有效加工時間（分鐘/班）；第六，設(shè)置時間（分鐘），即準(zhǔn)備時間；第七，測量時間（分鐘）；第八，班次；第九，操作者數(shù)量。

5.2 設(shè)置時間和測量時間的影響

對于生產(chǎn)現(xiàn)場，首先列出員工的所有工作內(nèi)容，見圖5操作者工作內(nèi)容示例表，圖5中，標(biāo)注顏色項目為設(shè)置時間（準(zhǔn)備時間），我們認(rèn)為這部分時間必須在設(shè)備停止加工時進(jìn)行。測量項目有較大柔性，但一般情況下，首件需要進(jìn)行停機(jī)測量，基于過程控制中描述的設(shè)備能力如果合格，那么中間或者末件抽檢均不要停止加工，只需要根據(jù)測量結(jié)果對尺寸向中值進(jìn)行調(diào)整即可，所以我們將測量時間單獨進(jìn)行統(tǒng)計。

圖6操作者準(zhǔn)備內(nèi)容示例表，顯示影響設(shè)備加工時間的操作項目。

因為測量時間和設(shè)置時間的不同，導(dǎo)致設(shè)備加工時間不同，所以價值流圖分析的是一定時間下工位的實際產(chǎn)出能力，也就是單班次產(chǎn)量。

在這里為了便于說明問題，我們假設(shè)一個條件：首先采用產(chǎn)能擴(kuò)能后35萬的數(shù)據(jù)分析單班次產(chǎn)量，說明測量時間和設(shè)置時間對單班次測量的影響，然后再按擴(kuò)能前進(jìn)行最終價值流圖分析。

如果不考慮測量時間，加工時間為每班8 h減去設(shè)置時間。設(shè)置時間為操作準(zhǔn)備時間，這部分內(nèi)容無法在工件自動加工時完成，所以計算設(shè)備加工時間時需要將這部分時間去除。我們得到了圖7理論單班次產(chǎn)量圖。因為測量是為了確認(rèn)設(shè)備加工狀態(tài)，設(shè)備開機(jī)首件常常需要停機(jī)測量。我們將這種必須的停機(jī)測量時間考慮到設(shè)備加工時間統(tǒng)計中，發(fā)現(xiàn)單班次產(chǎn)量圖是不同的，見圖8現(xiàn)場單班次產(chǎn)量（優(yōu)化前）圖。

圖5 操作者工作內(nèi)容示例

兩幅數(shù)據(jù)的不同，客戶最終的要求是一定數(shù)量的合格品，所以設(shè)備的節(jié)拍不僅僅考慮設(shè)備加工一個工件的時間，而是需要考慮設(shè)備在一個班次內(nèi)加工的成品數(shù)量。如果設(shè)備節(jié)拍無法進(jìn)行降低時，是否可以優(yōu)化測量時間？是否可以優(yōu)化設(shè)置時間？

圖7 理論單班次產(chǎn)量圖

圖8 現(xiàn)場單班次產(chǎn)量（優(yōu)化前）圖

我們通過優(yōu)化測量方式，對測量時間進(jìn)行優(yōu)化，盡可能縮短需要停機(jī)的測量時間（見圖5中示例），重新計算單班次產(chǎn)量，見圖9現(xiàn)場單班次產(chǎn)量（優(yōu)化后）圖。

圖9 現(xiàn)場單班次產(chǎn)量（優(yōu)化后）圖

5.3 庫存和拉動

在精益生產(chǎn)中，工廠的庫存管理是供應(yīng)鏈的一環(huán)，加強(qiáng)庫存管理，可縮短并逐步消除原材料、半成品、成品的滯留時間，減少搬運作業(yè)和等待時間。特別的，精益生產(chǎn)通過拉動生產(chǎn)來追求零庫存。

所謂拉動生產(chǎn)是以看板管理為手段，采用“取料制”即后道工序根據(jù)“市場”需要進(jìn)行生產(chǎn)，對本工序在制品短缺的量從前道工序取相同的在制品量，從而形成全過程的拉動控制系統(tǒng)，絕不多生產(chǎn)一件產(chǎn)品。

在這里，拉動生產(chǎn)是一種工具，它的使用更多的是無條件的，而零庫存實際是一種結(jié)果或狀態(tài)。實際上庫存管理-是否真的需要零庫存-需要從價值工程的角度進(jìn)行考慮。

在本文所述生產(chǎn)線，根據(jù)價值流圖的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線有兩個工位是其它設(shè)備產(chǎn)能的2/3。在每天3 班情況下，這種不平衡的狀態(tài)恰好給了我們利用庫存減低成本的可能。

整線兩班運行，OP20，OP80設(shè)定3 班生產(chǎn)及庫存，這樣生產(chǎn)線可以在第3班僅運行OP20，OP80共4 臺設(shè)備，減少了人員安排并設(shè)備運行成本。

經(jīng)過以上改進(jìn)后，我們再來繪制價值流圖。

6 優(yōu)化后的價值流圖分析

優(yōu)化后的價值流程圖見圖10。對于生產(chǎn)線設(shè)計中要求的預(yù)留產(chǎn)能和節(jié)約長期投資的分析我們在本文不做討論，僅從生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析。最初的生產(chǎn)線設(shè)計按3 班生產(chǎn)，OP20、OP80成為瓶頸，雖然生產(chǎn)線滿足需求，但是其它工位會有很多等待時間，這部分設(shè)備運行成本實際上是浪費的。

同樣整體的產(chǎn)能需求是每天1 050工件，我們在OP10，OP20后設(shè)置在制品，OP70和OP80后設(shè)置在制品庫存，保持350件的在制品，在第1和2班滿足后續(xù)工位的同時，OP10，OP70利用緩存區(qū)進(jìn)行350件物料的在制品存儲。在第3班時， OP20，OP80進(jìn)行加工運行，將在制品加工到OP20，OP80后。

增加適度在制品庫存后，首先，提高設(shè)備開動時的利用率，17 個工位減少單班的運行成本；其次，減少人員，第3 班人員只需要2 名操作工即可完成加工，這樣相同產(chǎn)能下，減少了加工成本，增加了制造工程價值。

7 總結(jié)

價值流圖分析因為其包含現(xiàn)場所有實際運行數(shù)據(jù)，并強(qiáng)調(diào)從產(chǎn)品整個過程進(jìn)行分析，本文說明了價值流圖分析是一種有效的工具，它不是僅僅存在于某個系統(tǒng)當(dāng)中，因為對現(xiàn)場詳細(xì)的整體的描述和分析，使我們能夠更有效更全面的了解現(xiàn)場。

本文以一次價值流圖分析為例，通過價值流圖發(fā)現(xiàn)問題后，描述了從工藝設(shè)計、加工節(jié)拍、操作準(zhǔn)備時間、庫存設(shè)定進(jìn)行優(yōu)化從而降低生產(chǎn)線人員和設(shè)備開動時間來降低制造成本。

價值流工具不僅能被動的發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的浪費，也能主動的優(yōu)化生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，降低制造成本，提高產(chǎn)品價值（利潤）。

在制造過程中，保證產(chǎn)品要求下持續(xù)降低制造成本才是制造工程的中心；緊緊圍繞企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)或生產(chǎn)策略，廣泛、靈活應(yīng)用價值流分析和價值工程等新方法、新工具，對于實現(xiàn)企業(yè)高價值低成本具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。

［1］ （美）詹姆斯.P.沃麥科，（英）丹尼爾.T.瓊斯，沈希，張文杰李京升. 精益思想. 機(jī)械工業(yè)出版社，2011. 5.

［2］ GB/T 8223.1-2009中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 價值工程. 2009，05～06.

［3］ 邁克.魯斯，約翰.舒克，杜宏生，單金秀. 中英精益企業(yè)示范中心 譯 . 人民交通出版社：價值流圖分析.

F426

1009-797X （2015） 18-0087-07

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.034

唐穩(wěn)生（1981-），男，總監(jiān)、黨委書記，研究方向為企業(yè)管理與發(fā)展。

2015-08-17