優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)對降低整車工廠人工成本的影響研究

蔣立立

優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)對降低整車工廠人工成本的影響研究

蔣立立

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201201）

文章從整車工廠人工成本的定義和組成出發(fā)，論述了影響整車工廠人工成本的因素，并分析了目前的優(yōu)化方式，即傳統(tǒng)精益生產(chǎn)方式的優(yōu)點(diǎn)及不足之處。著重闡述早期產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化對提升整車工廠制造效率、降低人工成本的益處和優(yōu)化方法。

產(chǎn)品優(yōu)化；人工成本；增值操作時(shí)間

前言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)在中國的快速發(fā)展，汽車保有量近年來逐漸飽和，市場競爭日益激烈，汽車制造行業(yè)的利潤呈逐年下滑趨勢。汽車企業(yè)要在激烈的競爭中脫穎而出，需要在產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)格上建立優(yōu)勢，在質(zhì)量能夠滿足客戶要求的基礎(chǔ)上，不斷降低產(chǎn)品的成本。那么如何有效地控制生產(chǎn)過程中的成本，提升汽車企業(yè)的競爭力便是目前各個(gè)汽車企業(yè)急需考慮的問題。國民經(jīng)濟(jì)的飛速提升使人工成本在汽車制造成本中的比例逐年上升[1]。因此，研究降低人工成本的方法并促進(jìn)這種方法的應(yīng)用，對于汽車企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 整車工廠人員成本的定義

對于整車工廠的人工成本和人員效率，有較多的衡量指標(biāo)和方法。其中HPV 是一個(gè)比較常用的指標(biāo)。目前大多數(shù)車企在研究和對標(biāo)生產(chǎn)效率的時(shí)候，都已使用HPV作為指標(biāo)，HPV是指整車工廠在每輛車上所花費(fèi)的總?cè)斯すr(shí)，部分企業(yè)把HPV看作效率指標(biāo)，但是從HPV定義上我們可以看出，HPV表述的是時(shí)間成本，所以把HPV看作人工成本指標(biāo)更為準(zhǔn)確。HPV一般比較適合用來對比制造類似產(chǎn)品，自動(dòng)化程度相似的工廠。如果兩個(gè)工廠都制造緊湊型車、車身自動(dòng)化率接近、零件外包的程度也類似，則用比較HPV的方法能夠很直觀快速的得到工廠的人工成本和人員效率水平。在美國olive wyman公司發(fā)布的全球汽車制造企業(yè)競爭力報(bào)告Harbour Report中，也應(yīng)用了類似的指標(biāo)HPU（Hours per Unit），以衡量包括整車、沖壓、發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱四大工藝塊在某一周期內(nèi)的人工成本。HPV的計(jì)算公式為：

式（1）中：

HPV——Hours Per Vehicle 每臺(tái)車所需的總?cè)斯すr(shí)；

Working Hours——工廠人員的出勤時(shí)間總和；

Volume——工廠產(chǎn)量。

HPV代表平均每生產(chǎn)一臺(tái)車所需要的人工工時(shí)，單位是時(shí)間。假設(shè)一個(gè)工廠有三大車間：車身、油漆、總裝。三大車間均為兩班兩運(yùn)轉(zhuǎn)，工廠總編制數(shù)為1000人，年度計(jì)劃產(chǎn)量為24萬。則該工廠的年度HPV=1000人的總出勤時(shí)間/年度產(chǎn)量。若1000名員工均以年度預(yù)計(jì)工時(shí)2000小時(shí)出勤，則該工廠年度實(shí)際HPV=1000*2000/240000=8.33。這也表示，在該工廠三大車間的制造過程中，每臺(tái)車需要 8.33小時(shí)的人工工時(shí)。該公式適用于實(shí)際生產(chǎn)中HPV的狀態(tài)跟蹤。

在對工廠設(shè)定HPV指標(biāo)時(shí)，計(jì)算公式也可以簡化為：

推導(dǎo)過程如下：

式中：

HPV——Hours Per Vehicle 每臺(tái)車所需的總工時(shí)；

T1, T2, T3……Tn——n名員工每名員工的出勤工時(shí)；

T1+T2+T3+…+Tn——n名員工的總工時(shí)；

T0——員工平均規(guī)劃出勤工時(shí)，假設(shè)與總生產(chǎn)時(shí)間一致；

HC——Headcount工廠總?cè)藛T編制；

JPH——Jobs Per Hour 每小時(shí)產(chǎn)量；

Shift——班次數(shù)。

HPV的數(shù)值越低，則工廠的單車制造人工成本越低。從上述公式中可以看出，影響HPV的主要因素為工廠人員編制和JPH。其中工廠的JPH受到市場訂單和產(chǎn)能所影響，較難控制。那么人員編制的縮減則是降低HPV的最重要途徑。

2 傳統(tǒng)人員成本降本方法分析

制造企業(yè)傳統(tǒng)的人員編制縮減方法通常有兩個(gè)大方向：一是通過提高工廠自動(dòng)化率，增加設(shè)備或者機(jī)器人代替操作人員來完成焊接、涂膠、上料、安裝等工作；其次是提升工廠操作員工的生產(chǎn)效率，消除浪費(fèi)，不斷改進(jìn)。第二個(gè)方向?qū)儆趥鹘y(tǒng)精益生產(chǎn)的研究方向。

2.1 提升工廠自動(dòng)化率

提升工廠自動(dòng)化率能夠快速有效地縮減制造所需人員，同時(shí)也會(huì)帶來數(shù)額巨大的投資，且國內(nèi)包括合資品牌、自主品牌在內(nèi)的很多廠商都采取了多種車型混線生產(chǎn)的策略，所以依靠增加單一設(shè)備來提升所有車型的自動(dòng)化率在部分生產(chǎn)區(qū)域的實(shí)施難度較大。國內(nèi)比較先進(jìn)的整車工廠的車身車間焊點(diǎn)自動(dòng)化率基本都已達(dá)到了90%以上；油漆車間由于新技術(shù)的引入，如：內(nèi)表面噴涂機(jī)器人、LASD（Liquid Apply Sound Deadener：液態(tài)可噴涂型阻尼隔音材料）和3-WET工藝（三濕工藝）等，車間內(nèi)的操作員工數(shù)量也處于逐年遞減的狀態(tài)[2]。相對的，由于總裝車間的柔性生產(chǎn)方式，零件數(shù)量多，且車型之間的差異較大，大部分操作需要依靠員工手工裝配來完成，自動(dòng)化改進(jìn)的機(jī)會(huì)相對較少，所以引進(jìn)機(jī)器人所起到的人員縮編空間也相對有限。

2.2 提高工廠生產(chǎn)效率

而提高操作員工的生產(chǎn)效率，即傳統(tǒng)精益生產(chǎn)，在所有“有人的”車間都適用，且成本較提升自動(dòng)化率來說要低廉得多。目前主流的生產(chǎn)效率提升方式有：5S（篩選、整理、清潔、保持、自律）、線平衡優(yōu)化、TPM（Total Productive Maintenance全員生產(chǎn)性維修）、TIP（Throughput Improvement Process產(chǎn)能改進(jìn)）、工位診斷、VSM（Value Stream Mapping價(jià)值流程圖），包括國內(nèi)各合資車企所導(dǎo)入的外國車企成熟的精益制造體系，如通用的GMS、豐田的TPS、菲亞特克萊斯勒的WorldCLass等，都能夠快速地辨識(shí)現(xiàn)場浪費(fèi)，并加以改進(jìn)[3]。但是上述的所有精益生產(chǎn)工具、活動(dòng)等均離不開“標(biāo)準(zhǔn)化→優(yōu)化改進(jìn)→標(biāo)準(zhǔn)化”的經(jīng)典改善過程。也從側(cè)面說明了這些活動(dòng)必須在產(chǎn)品正式投產(chǎn)，工廠穩(wěn)定生產(chǎn)，把初步標(biāo)準(zhǔn)化工作完成之后才能進(jìn)行。雖然可以有效地發(fā)現(xiàn)浪費(fèi)、減少浪費(fèi)并進(jìn)行不斷改進(jìn)，但是這類改善的方式方法普遍都缺乏新項(xiàng)目早期的優(yōu)化手段，無法從源頭上驅(qū)動(dòng)精益設(shè)計(jì)。

3 通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化降低人員成本

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化對降低人員成本的益處

回到HPV，從人工工時(shí)的組成部分上分析，HPV可分為：增值操作時(shí)間（Value Added Time，一下簡稱VA），非增值操作時(shí)間、等待時(shí)間、鏈速影響（超速時(shí)間）、休息時(shí)間、質(zhì)量檢查時(shí)間、返修時(shí)間、設(shè)備維修維護(hù)時(shí)間、物料運(yùn)送時(shí)間、工程及管理時(shí)間。其中VA是HPV的基礎(chǔ)，指整車廠內(nèi)的、增加產(chǎn)品價(jià)值的、用于安裝緊固零件的時(shí)間，也指客戶愿意花錢購買的操作時(shí)間，以時(shí)間為計(jì)量單位。操作員工從工位旁的料架上拿取零件，走到車旁，將零件安裝到車身上，在這一系列操作中，只有將零件安裝到車身上才屬于VA時(shí)間。HPV的其他組成部分均須按照VA來進(jìn)行規(guī)劃和排布，在約束條件不變的情況下，HPV的其他組成部分與VA成正相關(guān)。因此降低VA在很大程度上是降低HPV最重要的工作，也是縮減人員成本最重要的一環(huán)。

圖1 整車工廠HPV組成

3.2 通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化降低人員成本的方法

VA的主要影響因素是整車的手工裝配零件的數(shù)量及特征點(diǎn)，目前降低VA的主要方向有：設(shè)計(jì)優(yōu)化、工藝優(yōu)化、提升自動(dòng)化率、零件總成外包。設(shè)計(jì)優(yōu)化是指在新項(xiàng)目車型前期，通過設(shè)計(jì)上的變更，減少零件數(shù)量、特征點(diǎn)，以此減少員工的操作時(shí)間；工藝優(yōu)化是指通過安裝環(huán)境、安裝工具（例如：工裝）的優(yōu)化，縮短員工安裝同一零件的時(shí)間；自動(dòng)化率的提升在上文已提到，需要花費(fèi)較高的投資；零件總成外包也類似，將廠內(nèi)零件自制委外至供應(yīng)商處加工，也會(huì)帶來一定的投資。從上述的四個(gè)方向中我們不難看出，在新車型項(xiàng)目前期針對基本工程工時(shí)做產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化，是最經(jīng)濟(jì)最有效的方式，能夠幫助汽車企業(yè)從源頭上驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品工程精益設(shè)計(jì)，減少產(chǎn)品投產(chǎn)后的“工作量”。

從降低產(chǎn)品VA的角度出發(fā)，汽車的產(chǎn)品優(yōu)化方向大致分為以下幾種：消除零件、合并零件、改變零件形式以及減少零件安裝特征。其中消除零件是指：在判斷某個(gè)零件在整車中已不產(chǎn)生作用后，取消該零件的整個(gè)制造過程。例如：近年各大汽車廠商的換代改型產(chǎn)品都配備了ETRS（Electron -ic Transmission Range Select），不再使用排擋拉索，在沿用上代車型的前圍鈑金上，則釋放悶頭用于遮擋，該悶頭和悶頭緊固點(diǎn)對整車沒有任何作用，可以進(jìn)行消除，而鈑金上孔的消除也只需移除模具上對應(yīng)的沖頭；合并零件主要是指汽車緊固點(diǎn)的合并、模塊與其承載支架的合并等；改變零件形式指連接形式變化：例如螺接改卡接、螺接改焊接等，使用VA更少的連接方式；減少零件安裝特征主要指從緊固點(diǎn)數(shù)量上、螺紋長度上進(jìn)行優(yōu)化。

對于上述四種降低VA的方法，均需要一個(gè)平臺(tái)或者活動(dòng)進(jìn)行實(shí)施。目前看來，以MR（Manufacturing Requirement制造需求）和VA Reduction Workshop（增值工時(shí)優(yōu)化研討會(huì)）這兩種形式進(jìn)行推進(jìn)將最為有效。

圖2 某車型消除零件的優(yōu)化案例

3.2.1通過MR和BP方案庫指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

MR是制造工程部門在新車型項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，向設(shè)計(jì)工程部門提供的制造需求。是使車輛能在工廠中生產(chǎn)制造的準(zhǔn)則，包含：制造裝配順序、操作內(nèi)容、尺寸策略、總成策略等。需要將適用于該新項(xiàng)目車型零件的精益設(shè)計(jì)BP（Best Practice），從“零件VA BP方案庫”中按照車型尺寸（Seg -ment）、車型種類（Sedan/SUV/MPV等）、車型豪華程度等篩選出來，作為制造需求輸入至設(shè)計(jì)工程。產(chǎn)品工程師需要按照MR的要求來設(shè)計(jì)零件，以保證該新項(xiàng)目車型的總體VA為同類車型中最優(yōu)的。以MR形式輸入VA最優(yōu)設(shè)計(jì)的方式，需要大量的車型設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)，以及對其他車企競品車型的零件數(shù)據(jù)的累積，才能形成完整的“零件VA BP方案庫”。

3.2.2通過VA Reduction Workshop優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)

圖3 VA Reduction Workshop開展流程

對于部分零件未涵蓋在現(xiàn)有方案庫中的情況，或者由于造型、功能性等要求，無法滿足VA相關(guān)的MR時(shí)，就需要聯(lián)合產(chǎn)品工程和制造工程共同開展VA Reduction Workshop，針對這部分零件進(jìn)行研究和探討，確定優(yōu)化方案并進(jìn)行推進(jìn)。該Workshop開展的時(shí)間節(jié)點(diǎn)的選擇，也是設(shè)計(jì)優(yōu)化方案推進(jìn)的關(guān)鍵。以國內(nèi)某合資車企的整車開發(fā)流程為例，在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期中，DSI（Document of Strategic Intent）和VPI（Vehicle Program Intiation）這兩個(gè)項(xiàng)目大節(jié)點(diǎn)前后，分別與底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和上車體造型設(shè)計(jì)的零件初步釋放時(shí)間段較為接近。若節(jié)點(diǎn)往前移，初版設(shè)計(jì)還未形成，可研究的零件數(shù)量較少；若workshop時(shí)間點(diǎn)往后移，則會(huì)錯(cuò)過最佳的零件設(shè)計(jì)修改時(shí)間，那么在這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)前后召開VA Reduction Workshop是較為合適的選擇。VA Reduction Workshop的開展流程詳見下方的流程圖。由于不同車企的組織機(jī)構(gòu)、職責(zé)分工略有不同，因此本文所闡述的流程僅以工作內(nèi)容為主，梳理了整個(gè)Workshop的工作方式。在整個(gè)工作流程中，除了進(jìn)行Workshop之外還有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是通過啟動(dòng)會(huì)議獲得領(lǐng)導(dǎo)層的支持，可以自上而下的推進(jìn)優(yōu)化措施；二是將優(yōu)化后的零件設(shè)計(jì)輸入至“零件VA BP方案庫”，由此不斷擴(kuò)充方案庫的內(nèi)容，從而更新和補(bǔ)充VA相關(guān)MR，形成閉環(huán)。以上是通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化降低人工成本的主要方式。

4 總結(jié)

傳統(tǒng)精益生產(chǎn)工具和方法能夠幫助工廠在穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，有效發(fā)現(xiàn)浪費(fèi)并進(jìn)行不斷改進(jìn)。參與前期產(chǎn)品同步工程，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化降低VA，則能夠幫助工廠從源頭上減少新項(xiàng)目車型導(dǎo)入之后的工作量，從而縮減操作員工的數(shù)量，達(dá)到降低人工成本的目的。兩種方法相結(jié)合，傳統(tǒng)精益生產(chǎn)中的改進(jìn)成果也可以指導(dǎo)后續(xù)改型車型或者下一代車型的優(yōu)化方向，形成循環(huán)，不斷降低工廠人工成本。

[1] 孫海鋒.汽車總裝車間HPV降低方法及應(yīng)用探討[J].北汽(廣州)汽車有限公司,2017,1(下),76-77.

[2] 朱開爾.基于增值操作工時(shí)的工廠人員規(guī)劃方法研究[D].上海:上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,2016.

[3] 張鐵斌.一汽-大眾總裝車間精益生產(chǎn)應(yīng)用研究[D].天津:天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部,2010.

The Impact of Product Design Improvement on Vehicle Plant Labor Cost

Jiang Lili

( SAIC General Motors Co., Ltd Vehicle Manufacturing Engineering, Shanghai 201201 )

Starting from the definition and composition of labor cost in vehicle plant, this paper discusses the factors that affect the labor cost of vehicle plant, and analyzes the advantages and disadvantages of the current optimization mode which is the traditional lean manufacturing method. This paper focuses on the benefits and optimization methods of early product design optimization to improve the manufacturing efficiency and reduce the labor cost of vehicle plant.

Product design; Labor cost; Value added time

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.058

F273

A

1671-7988(2021)07-186-04

F273

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蔣立立（1990-），男，就職于上汽通用汽車有限公司整車制造工程部，從事工業(yè)工程相關(guān)工作。