科研與批產(chǎn)混合制造過程的精益改善

宗克誠　徐文杰

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

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科研與批產(chǎn)混合制造過程的精益改善

宗克誠徐文杰

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

主要應(yīng)用定定排產(chǎn)等技術(shù)對(duì)批產(chǎn)與科研產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化，保障兩種產(chǎn)品任務(wù)的順利完成。批產(chǎn)產(chǎn)品的換產(chǎn)時(shí)間縮減了50%，有利于多品種、小批量生產(chǎn)。同時(shí)，改善后大大減少了在制品堆積，批產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程周期縮短了48%以上。

精益生產(chǎn)；快速換產(chǎn)；定定排產(chǎn)；原單位

(No.38ResearchInstituteofCETC,Hefei230088,CHN)

目前，精益生產(chǎn)技術(shù)已在許多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，如汽車、消費(fèi)電子、服務(wù)業(yè)等行業(yè)。而在軍工電子行業(yè)，制造模式依然相對(duì)比較落后。隨著市場化改制的推進(jìn)，軍工電子行業(yè)面臨的競爭環(huán)境日益激烈，必須進(jìn)行管理變革，提升自身競爭力。精益生產(chǎn)是世界范圍內(nèi)比較成功適合制造業(yè)的生產(chǎn)組織管理方法[1]。精益生產(chǎn)能夠幫助企業(yè)減少浪費(fèi)，降低成本，縮短過程周期，降低在制品，提升資金周轉(zhuǎn)率和創(chuàng)造更多利潤[2-5]。

電子裝備研究所的生產(chǎn)特點(diǎn)是產(chǎn)品種類多樣化，批產(chǎn)和科研混合。科研產(chǎn)品批量小、生產(chǎn)過程的不確定性因素多。科研和批產(chǎn)共同競爭生產(chǎn)資源。批產(chǎn)產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定、生產(chǎn)批量較大、生產(chǎn)過程工藝參數(shù)明確，生產(chǎn)所需資源清晰，質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定?？蒲挟a(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)相對(duì)不穩(wěn)定，通常為首次生產(chǎn)的試制樣件，生產(chǎn)批量小，大多數(shù)為單件生產(chǎn)。且生產(chǎn)過程中不可預(yù)測的問題多，生產(chǎn)進(jìn)度難以精確控制。批產(chǎn)產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)的完成不但關(guān)系到經(jīng)營目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，更是關(guān)系到國防力量的有效保障。因此批產(chǎn)產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)是研究所必須完成的任務(wù)?？蒲挟a(chǎn)品關(guān)系到新技術(shù)的發(fā)展，具有戰(zhàn)略上的重要性，特別是面對(duì)當(dāng)今復(fù)雜多變的國際形勢(shì)，新技術(shù)的研發(fā)能夠有效提升我國國防力量。但是科研產(chǎn)品的研發(fā)和制造具有較多不確定性，生產(chǎn)任務(wù)的到達(dá)無規(guī)律。正是由于科研產(chǎn)品任務(wù)的隨機(jī)沖擊，經(jīng)常需要組織突擊而對(duì)批產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行停線，拉長了批產(chǎn)產(chǎn)品生產(chǎn)周期，增加了在制品。盡管如此，各項(xiàng)目延期情況依然嚴(yán)重，因此在有限資源約束下，如何保障兩類產(chǎn)品任務(wù)更高效完成顯得尤為重要。

1　生產(chǎn)現(xiàn)狀及問題分析

1.1生產(chǎn)現(xiàn)狀

以研究所某廠生產(chǎn)為例，批產(chǎn)產(chǎn)品有4種，分別是P1、P2、P3和P4。產(chǎn)品加工涉及的大工序有4道，分別是表貼、電裝、檢驗(yàn)和調(diào)試。表貼即表面貼裝(surfacemounttechnology，SMT)，使用表貼機(jī)將微小高密度電子元器件貼裝在印制板上[6]。電裝是人工操作，將表貼機(jī)無法貼裝以及其他一些需要人工焊接的器件進(jìn)行人工裝聯(lián)。檢驗(yàn)采用人工檢驗(yàn)，主要對(duì)電裝質(zhì)量進(jìn)行判斷。調(diào)試是用儀表檢測產(chǎn)品的性能參數(shù)，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整使其符合要求。

以產(chǎn)品P1為例，經(jīng)過現(xiàn)場寫實(shí)，繪制制造過程物與信息流動(dòng)圖如圖1所示。從表貼工序開始到交付給客戶，整個(gè)過程周期不穩(wěn)定，通常大于27天。傳統(tǒng)的對(duì)批產(chǎn)產(chǎn)品采取大批量加工模式，導(dǎo)致關(guān)鍵資源的競爭加劇，科研產(chǎn)品的可利用資源更加有限。大批量加工在每道工序都采用批量生產(chǎn)方式，完成一定批量轉(zhuǎn)下一工序加工。這種方式導(dǎo)致生產(chǎn)過程存在分歧合流，產(chǎn)品在加工過程的各個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)停滯和堆積[7]，由此導(dǎo)致生產(chǎn)周期長，計(jì)劃難以管控，投入的產(chǎn)品不知道什么時(shí)候產(chǎn)出[8]。

表貼工序兩周加工一次，一次生產(chǎn)兩周所需量，因此表貼完成后的在制品多。電裝和檢驗(yàn)后也都存在在制品，由于沒有轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)則，在制品停留時(shí)間通常大于1天。其他批產(chǎn)產(chǎn)品P2、P3和P4的生產(chǎn)過程與P1類似。

1.2問題分析

根據(jù)精益化思想，結(jié)合繪制的物與信息流動(dòng)圖進(jìn)行分析，歸納出目前制造過程存在的以下幾種主要問題：

(1)過程周期時(shí)間長，且不穩(wěn)定。整個(gè)過程周期27d以上，加工時(shí)間5d以上，過程中的等待時(shí)間長。這是因?yàn)楫a(chǎn)品在設(shè)備表貼、檢驗(yàn)、電裝和調(diào)試等環(huán)節(jié)隨處停滯堆積。而且表貼設(shè)備是共用設(shè)備，在這種情況下會(huì)出現(xiàn)分歧合流情況，導(dǎo)致了物料堆積，生產(chǎn)周期無法確定等情況。投入的產(chǎn)品不知道什么時(shí)候生產(chǎn)出來。

(2)表貼批量大。批量大的后果一是在制品增加，二是每次表貼占用設(shè)備時(shí)間長。以P1為例，一次加工需要2d時(shí)間，一周剩余時(shí)間能夠加工的其他品種就有限，導(dǎo)致其他項(xiàng)目延期。

(3)表貼換產(chǎn)時(shí)間長。根據(jù)表貼器件的多少換產(chǎn)時(shí)間有差異。經(jīng)過對(duì)一個(gè)月生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行換產(chǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)，平均換產(chǎn)時(shí)間為50min。換產(chǎn)時(shí)間長，導(dǎo)致作業(yè)人員更傾向于選擇大批量生產(chǎn)，減少換產(chǎn)次數(shù)，由此導(dǎo)致在制品增加、生產(chǎn)周期延長等一系列問題。

(4)檢驗(yàn)不及時(shí)。電裝完成的零件需要在檢驗(yàn)處停留，檢驗(yàn)完成的零件也不能及時(shí)送到調(diào)試工序，造成了過程周期時(shí)間的延長。

2　生產(chǎn)過程改善

根據(jù)整個(gè)制造過程存在的問題，從均衡化小批量生產(chǎn)的角度進(jìn)行精益化改善。均衡化小批量生產(chǎn)是消除過程積壓和價(jià)值流停滯的有效工具[2]。達(dá)到批產(chǎn)產(chǎn)品均衡產(chǎn)出，小批量轉(zhuǎn)運(yùn)，縮短過程周期的目的；科研產(chǎn)品則能及時(shí)排產(chǎn)，保障進(jìn)度。具體改善方案如下：

(1)快速換產(chǎn)。換產(chǎn)作業(yè)分為內(nèi)換產(chǎn)和外換產(chǎn)。內(nèi)換產(chǎn)是只有當(dāng)機(jī)器停下來才能進(jìn)行的操作，外換產(chǎn)是可以在機(jī)器運(yùn)行情況下進(jìn)行的操作[9]。為實(shí)現(xiàn)快速換產(chǎn)，要盡可能地變內(nèi)換產(chǎn)為外換產(chǎn)。

經(jīng)過寫實(shí)調(diào)研，目前換產(chǎn)時(shí)間為50min，其中影響換產(chǎn)時(shí)間的主要原因是拆料和裝料。換產(chǎn)時(shí)需要將前一種產(chǎn)品用的料盒卸下來，拆掉上面的料后再裝上下一種產(chǎn)品的物料。在料盒上裝料需要一定技能，耗時(shí)較多，拆料和裝料的時(shí)間為25min。拆料是將上一個(gè)產(chǎn)品的表貼用料從料盒中拆除，騰出料盒以供下一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)使用。裝料是將下一個(gè)產(chǎn)品的表貼用料安裝在空的料盒上以進(jìn)行表貼。拆料和裝料可以轉(zhuǎn)換為外換產(chǎn)，通過增加多余的料盒提前裝好下一個(gè)需要生產(chǎn)產(chǎn)品的物料。改善后，換產(chǎn)時(shí)間為25min左右，縮短了50%。后期，還可以通過作業(yè)改善對(duì)內(nèi)換產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，縮短內(nèi)換產(chǎn)時(shí)間。

(2)定定排產(chǎn)。定定排產(chǎn)是定時(shí)不定量和定量不定時(shí)排產(chǎn)的結(jié)合。針對(duì)批量大的批產(chǎn)產(chǎn)品，采用定時(shí)不定量排產(chǎn)，每周安排固定時(shí)間生產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)量根據(jù)上周消耗量進(jìn)行后補(bǔ)充生產(chǎn)，杜絕過多生產(chǎn)造成的在制品堆積。針對(duì)批量小、生產(chǎn)參數(shù)不穩(wěn)定的科研產(chǎn)品，采用定量不定時(shí)排產(chǎn)，每周安排剩余時(shí)間進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)量為該科研產(chǎn)品需要量，保障型號(hào)研制順利進(jìn)行。

表1每周排產(chǎn)參數(shù)

產(chǎn)品換產(chǎn)時(shí)間/min原單位數(shù)量時(shí)間/min占比例P1250.36502200.1048P2309454350.2072P3230.3210003430.1633P42510606250.2976其他///4770.2271

定定排產(chǎn)需要知道批產(chǎn)產(chǎn)品每個(gè)加工的原單位時(shí)間。原單位是精益生產(chǎn)中的概念，是指針對(duì)某項(xiàng)作業(yè)為目的，以定量值掌握的基本單位[1]。在表貼工序指的是每表貼一件產(chǎn)品所需要的時(shí)間。加工時(shí)間=換產(chǎn)時(shí)間+原單位×數(shù)量。目前四種批產(chǎn)產(chǎn)品按照每周表貼一次組織生產(chǎn)，計(jì)算所需要的加工時(shí)間，如表1所示。科研產(chǎn)品由于基本都是第一次生產(chǎn)，不知道原單位時(shí)間，但是生產(chǎn)一次后，需要記錄原單位時(shí)間，為下一次生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)。

每日可用工作時(shí)間為420min，批產(chǎn)產(chǎn)品累計(jì)占用可用工作時(shí)間為77.29%，剩余22.71%的表貼機(jī)時(shí)間用于科研產(chǎn)品的生產(chǎn)。每周批產(chǎn)產(chǎn)品P1、P2、P3和P4定時(shí)生產(chǎn)，剩余時(shí)間根據(jù)科研產(chǎn)品需求組織生產(chǎn)。各產(chǎn)品表貼每周排產(chǎn)時(shí)間及占此見圖3。

(3)每周生產(chǎn)計(jì)劃制定。依據(jù)定定排產(chǎn)制定每周生產(chǎn)計(jì)劃，批產(chǎn)產(chǎn)品定時(shí)生產(chǎn)，剩余時(shí)間安排為自由席，應(yīng)對(duì)不確定的科研產(chǎn)品。由于科研產(chǎn)品生產(chǎn)批量通常為單件，加工時(shí)間比較短，主要是換產(chǎn)時(shí)間。按照改善后的換產(chǎn)時(shí)間25min，加工一個(gè)零件需要5min，且每個(gè)科研產(chǎn)品只加工一件來測算，自由席時(shí)間可以加工的科研產(chǎn)品種類為477min/30(min/個(gè))=16個(gè)。完全滿足當(dāng)前的生產(chǎn)要求。由此制定每周各產(chǎn)品排產(chǎn)時(shí)間如圖4所示。

(4)后補(bǔ)充生產(chǎn)和定時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)。表貼根據(jù)后補(bǔ)充方式確定每周生產(chǎn)數(shù)量。其余工序采用后補(bǔ)充生產(chǎn)方式確定每日工作量。然后，規(guī)范轉(zhuǎn)運(yùn)容器，實(shí)施每天定時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)。轉(zhuǎn)運(yùn)容器的收容數(shù)量、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、工序名都要有可視化標(biāo)簽。下工序每天將用完空箱返還給上工序，并從上工序領(lǐng)取第二天需求量。返還空箱的數(shù)量又傳遞給上工序第二天的生產(chǎn)量。達(dá)到物流和信息流的同步傳遞，而且比傳統(tǒng)看板容易操作[10]，如圖5所示。在表貼和電裝工序之間，電裝與檢驗(yàn)工序之間設(shè)置店面，上工序讀取空箱數(shù)量組織生產(chǎn)，生產(chǎn)完成后將成品放入店面，店面按照先進(jìn)先出進(jìn)行存儲(chǔ)，并設(shè)置一天的安全庫存。

3　改善效果評(píng)價(jià)

改善后，表貼換產(chǎn)時(shí)間縮短了50%，以前兩周換產(chǎn)一次可以改善為一周換產(chǎn)一次，這樣有利于均衡化小批量生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。每周按照定定排產(chǎn)計(jì)劃組織生產(chǎn)。從周一開始優(yōu)先生產(chǎn)批產(chǎn)產(chǎn)品，按照后補(bǔ)充方式確定生產(chǎn)數(shù)量，不多生產(chǎn)。各個(gè)批產(chǎn)產(chǎn)品定時(shí)不定量生產(chǎn)，確保批產(chǎn)產(chǎn)品任務(wù)順利完成。利用每周自由席組織生產(chǎn)科研產(chǎn)品，由于科研產(chǎn)品需要耗費(fèi)的時(shí)間估計(jì)不準(zhǔn)確，所以按照定量不定時(shí)的方式完成科研生產(chǎn)任務(wù)。

通過精益改善，以批產(chǎn)產(chǎn)品P1為例，其過程周期時(shí)間從以前的27d減少為14d，如圖6所示。工序之間的在制品也得到控制，表貼后的在制品由之前的10天量降低為5天量，在制品減少50%。同時(shí)規(guī)范工序間的轉(zhuǎn)運(yùn)，采用空箱拉動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物與信息流的傳遞，不多生產(chǎn)。

4　結(jié)語

本文引入精益生產(chǎn)的均衡化小批量生產(chǎn)理念，對(duì)電子裝備研究所批產(chǎn)與科研混合的制造過程進(jìn)行改善。通過快速換產(chǎn)、定定排產(chǎn)、后補(bǔ)充生產(chǎn)和定時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)等技術(shù)的應(yīng)用，緩解了批產(chǎn)和科研產(chǎn)品對(duì)關(guān)鍵資源需求的壓力，同時(shí)保障了批產(chǎn)產(chǎn)品按時(shí)交付和科研產(chǎn)品及時(shí)生產(chǎn)。通過精益化改善，換產(chǎn)時(shí)間縮減了50%，生產(chǎn)過程周期縮短了48%以上，表貼后在制品庫存減少50%。傳統(tǒng)大批量生產(chǎn)模式不僅對(duì)于制造過程帶來壓力，同樣也不利于采購和質(zhì)量管理。分階段大批量加工模式對(duì)于零部件的需求波動(dòng)性大，給供應(yīng)商組織生產(chǎn)帶來困難。此外，這種模式下，產(chǎn)品到達(dá)調(diào)試環(huán)節(jié)的周期較長而且是批量到達(dá)，出現(xiàn)質(zhì)量問題不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)就會(huì)出現(xiàn)大量不良品。均衡化小批量生產(chǎn)能夠避免以上問題的產(chǎn)生，同時(shí)能夠消除制造過程存在的在制品堆積和價(jià)值流停滯。均衡化在企業(yè)的應(yīng)用一是體現(xiàn)了產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量上的均衡，通過定定排產(chǎn)，批量產(chǎn)品生產(chǎn)的每周均衡化。二是生產(chǎn)過程中設(shè)備負(fù)荷、工時(shí)的均衡，批產(chǎn)產(chǎn)品和科研產(chǎn)品對(duì)于資源的使用達(dá)到均衡狀態(tài)，互不影響。要實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)，需要其他技術(shù)的支撐，如快速換產(chǎn)、定定排產(chǎn)、后補(bǔ)充生產(chǎn)和定時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)等技術(shù)。當(dāng)然，除了一套完整的技術(shù)，更為重要的是，精益生產(chǎn)提供了一套改善思路，在不過多依賴場地、人員和設(shè)備等硬件的投入下，使生產(chǎn)效率提高，產(chǎn)品質(zhì)量提升，生產(chǎn)成本降低。通過縮短過程周期時(shí)間，提升資金周轉(zhuǎn)率，改善企業(yè)運(yùn)行效率，為企業(yè)管理提供新的思路。

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Hybrid manufacturing process improvement based on lean production ofresearchproductionandvolumeproduction

ZONG Kecheng, XU Wenjie

Patternproductionschedulingisusedtoarrangetheproductionofvolumeproductsandresearchproductstoensurethesmoothaccomplishmentoftheproductionplan.Timeaboutexchangeofdieisreduced50%fromoriginalsituation,whichisbenefitofsmallvolumeproduction.Atthesametime,workinprocessisreducedandthecycletimeofproductionisshortenedby48%.

leanproduction;SMED;patternproductionscheduling;primaryunits

TH16

A

(編輯譚弘穎)(2015-09-15)

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