1、精益生產(chǎn)的延伸一精益設(shè)計發(fā)表時間：2010-12-22張洪亮牛占文來源：萬方數(shù)據(jù)關(guān)鍵字：精益生產(chǎn)精益設(shè)計仿真技術(shù)精益生產(chǎn)是已被實踐證明的科學(xué)管理理念。為提高競爭力，我國企業(yè)也搬起學(xué)習(xí)精益生產(chǎn)的高潮，但實踐 中卻存在著對精益生產(chǎn)理解上的誤區(qū)，不少人認為精益生產(chǎn)的應(yīng)用范圍僅僅局限于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，即應(yīng)用精益 理論解決生產(chǎn)環(huán)節(jié)中存在的問題或浪費。這種觀念影響了精益理念的應(yīng)用和推廣?；诖?，文章提出了精 益設(shè)計的概念，拓展了精益理論的應(yīng)用范圍，指出精益設(shè)計是今后科學(xué)地進行工廠設(shè)計的發(fā)展趨勢，最后 用示例驗證了精益設(shè)計在實踐中的應(yīng)用效果。引言精益生產(chǎn)源于日本豐田管理方式(Toyota Production S

2、ystem， TPS)，它的核心思想是 消除浪費、持續(xù)改善。它融合了單件生產(chǎn)方式及大規(guī)模生產(chǎn)方式各自的優(yōu)點，并同時避免了 前者高成本的不足及后者低柔性的缺點。豐田公司正是憑借這種獨特的管理方式取得了驕人 的業(yè)績。2007年，豐田的產(chǎn)量已超過通用，成為全球第一大汽車制造商，在全球170多個 國家的年汽車銷售量超過937萬輛；2007年度，豐田的利潤約合150億美元，而通用、福 特的利潤均為負值。精益生產(chǎn)是一種被實踐證明了的科學(xué)的管理理念，并逐漸被越來越多的 企業(yè)所學(xué)習(xí)和借鑒。為提升競爭力，我國部分企業(yè)于上世紀80年代末開始學(xué)習(xí)豐田生產(chǎn)方 式，一汽集團、上海大眾、東風(fēng)汽車等企業(yè)先后進行了精益生產(chǎn)的

3、應(yīng)用與推廣。在20多年 的摸索實踐中，部分企業(yè)取得了明顯的成績，但仍有不少企業(yè)未能取得滿意的效果，其主要 原因在于不少企業(yè)在應(yīng)用精益生產(chǎn)的實踐中存在著理解上的誤區(qū)，影響了精益理論在我國的 廣泛推廣。實踐中，部分企業(yè)僅僅將精益生產(chǎn)看作是企業(yè)改善的工具或手段，同時精益生產(chǎn)的應(yīng)用 也被局限在企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，即在強大的市場競爭壓力下，對已經(jīng)出現(xiàn)問題的生產(chǎn)系統(tǒng)、物流 系統(tǒng)、設(shè)備布置等進行改善。這種意識及應(yīng)用上的誤區(qū)，從根源上講是沒有把握精益生產(chǎn)的 內(nèi)涵，這嚴重影響了精益理念在企業(yè)改善方面的應(yīng)用。一、精益設(shè)計的提出精益生產(chǎn)從本質(zhì)上講是一種理念、一種精神，它的精髓是消除浪費、持續(xù)改善、追求卓 越，所以它的應(yīng)用

4、范圍不應(yīng)僅僅局限于企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)用精益生產(chǎn)進行改善 括動，雖然也可以取得一定的改善效果，但這種改善所帶來的效果提升有限。進一步說，這 種改善是在企業(yè)的生產(chǎn)過程中已經(jīng)出現(xiàn)浪費問題的情形下進行的，所以不能從根本上消除浪 費發(fā)生的根源，只能起到“亡羊補牢”的效果。若想從源頭消除企業(yè)浪費產(chǎn)生根源，應(yīng)將精 益思想擴展到企業(yè)的設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計環(huán)節(jié)不僅影響著企業(yè)固定資產(chǎn)的投資，也與企業(yè)在投產(chǎn) 運行后能否適應(yīng)環(huán)境變化及戰(zhàn)略調(diào)整具有密切關(guān)系。從工廠設(shè)計階段開始應(yīng)用精益理念，這 樣可以起到“根治”浪費的效果，所以本文提出精益設(shè)計的理念，希望企業(yè)在精益生產(chǎn)的應(yīng) 用中擺脫誤區(qū)的束縛，將精益設(shè)計的理念應(yīng)用到

5、企業(yè)管理的實踐中，進而為提升我國企業(yè)的 管理水平提供一個新的平臺。精益設(shè)計就是將精益理念應(yīng)用到工廠的設(shè)計階段，從工廠的設(shè)計階段或者工廠運行早期 就盡可能杜絕企業(yè)將來運作過程中可能發(fā)生浪費的根源，避免帶有明顯缺陷的工廠設(shè)計方案 被付諸實施。可以說實施精益設(shè)計是實現(xiàn)精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)，一個沒有進行精益設(shè)計的企業(yè)若 想在后期取得顯著精益改善效果是相當(dāng)困難的；另外，從工廠設(shè)計階段或前期進行消除浪費 的工作可以取得更加明顯的效果。即精益思想應(yīng)用的時間越早，實施改善活動的柔性就越大， 改善活動成功的概率越大，系統(tǒng)所能得到的期望改善效果越顯著。另一方面，早期導(dǎo)入精益設(shè)計的理念可以彌補設(shè)計院在工廠設(shè)計過程中的不足

6、。當(dāng)前設(shè) 計院對工廠的設(shè)計僅涉及到工廠布局、場地規(guī)劃、設(shè)備布置等粗線條的活動，而對于設(shè)備加 工能力匹配問題、物流成本問題、中間在制品問題及設(shè)備的人員布置等問題沒有給予足夠的 考慮，設(shè)計過程中存在的問題經(jīng)過實際運行逐漸顯現(xiàn)，有些問題會給企業(yè)造成巨額浪費，精 益設(shè)計的實施則可在相當(dāng)程度上彌補設(shè)計院對工廠設(shè)計工作的不足。二、精益設(shè)計的框架及特點2.1精益設(shè)計的概念架構(gòu)精益設(shè)計的核心理念就是將消除浪費、持續(xù)改善的觀念引入到工廠設(shè)計領(lǐng)域，打破人們 對精益生產(chǎn)應(yīng)用范圍存在的認識誤區(qū)。通過精益理念與工廠設(shè)計的融合，借助先進的管理理 念、信息技術(shù)及優(yōu)化工具，可實現(xiàn)企業(yè)消除浪費根源的目的，從而為企業(yè)實施精益生產(chǎn)

7、、提 升競爭力奠定基礎(chǔ)。精益設(shè)計的概念框架如圖1所示。圖1：精益設(shè)計概念構(gòu)架圖1中，精益理念包括所有以消除浪費、持續(xù)改善為目的的精益手法，如在確定企業(yè)規(guī) 模時，要使企業(yè)規(guī)模在滿足企業(yè)當(dāng)前需要的同時，適應(yīng)環(huán)境的變化及企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃的需要; 在布置生產(chǎn)線時，要體現(xiàn)物流流動的一個流及同期化，員工的多工程化及多能工化等特征， 充分考慮U型生產(chǎn)線及成組技術(shù);人員配備方面要由傳統(tǒng)的“定員制”生產(chǎn)向“少人化”方 向發(fā)展；同時，實現(xiàn)體現(xiàn)精益思想的物流系統(tǒng)，將物流服務(wù)過程中的浪費和延遲降至最低程 度，等等。工廠設(shè)計是指要充分利用傳統(tǒng)工廠設(shè)計人員的知識和經(jīng)驗，與之進行密切溝通與信息交 流，汲取當(dāng)前工廠設(shè)計中的精華。

8、實現(xiàn)精益思想與工廠設(shè)計的結(jié)合離不開先進的管理理念、 優(yōu)化工具及信息技術(shù)的輔助。設(shè)計開始階段要成立工廠設(shè)計聯(lián)合小組，成員包括具備精益思 想的知識人員、企業(yè)內(nèi)部管理人員、工廠設(shè)計人員等，聯(lián)合小組成員實行團隊式的合作，綜 合運用系統(tǒng)工程、并行工程的管理理念；設(shè)計方案評價過程中需要借助各種科學(xué)優(yōu)化工具實 現(xiàn)方案的調(diào)整優(yōu)化；設(shè)計過程中應(yīng)用仿真技術(shù)可實現(xiàn)設(shè)計過程的可視化，同時通過對設(shè)計參 數(shù)的調(diào)整可以較方便地實現(xiàn)設(shè)計方案的優(yōu)選。2.2工廠精益設(shè)計的特點工廠精益設(shè)計是激烈的市場競爭環(huán)境下，企業(yè)為更好、更快地響應(yīng)顧客多樣需求的必然 選擇，信息技術(shù)的發(fā)展、各種先進管理理念的出現(xiàn)等等都為工廠精益設(shè)計的實現(xiàn)奠定了基

9、礎(chǔ)。 作為先進的管理理念，工廠精益設(shè)計與傳統(tǒng)的設(shè)計方式相比具有明顯的優(yōu)勢，見圖2所示。作填設(shè)計.精益設(shè)計實現(xiàn)方式依靠博統(tǒng)設(shè)計人員.施措茸好登在 舞考工粗曖條需求正避行設(shè)什： 設(shè)計過程融俱少域注算凱技術(shù)坦成工廠設(shè)汁聯(lián)合工作系地.以團 隊的方式進行詵汁工作以精益跳 念為指律并酷含各神無進的修理理 意.使設(shè)計方案溫垣企業(yè)成峨發(fā)展 的需要f以汁算FL技術(shù)作為婆實 現(xiàn)王具柔性方面我汁方案的網(wǎng)性登.萬案的塊眉莎 致情況下經(jīng)過實際運商才能顯現(xiàn). 同時方蜜垂以壽頃化的外箱環(huán)境岫 出g 不能體現(xiàn)推業(yè)戰(zhàn)路發(fā)展的 要求站j同志虹 可?；奶丶?可在 敕域的蜀用.較貌的時新向堆行方 紫的圈幕.便方案其特適應(yīng)成略及 蝦

10、凰的能力咎與主票以皆境工廠設(shè)計曉人51為主圳成工廠設(shè)計職合小組，成員包括 翠腰精度理念的義成,企業(yè)野糞 工廠設(shè)汁工程師,必饕時還包括供應(yīng)商改容戶等敕果比牧設(shè)汁方案中的各種的通不髭顯筋被 幽斷，會肆加T廠煉期運普:成率 降低企收的反應(yīng)速度，影響企業(yè)競 爭力的曜升設(shè)計階段尋人精益.理念.可從源頭 消除誓群浪費產(chǎn)生於眼源，為實施 橢旅生產(chǎn)創(chuàng)直碰皓的皇海S圖2：精益設(shè)計的特點三、仿真工具在工廠精益設(shè)計中的應(yīng)用傳統(tǒng)上工廠設(shè)計的理論方法可以分為定性方法與定量方法兩類。其中定性方法主要有繆 賽提出的系統(tǒng)布置設(shè)計(SLP)方法、Reed的工廠布置方法；定量化方法主要有作業(yè)單位兩兩 交換法、CRAFT法、圖論法

11、、混合整數(shù)規(guī)劃(Mixed Integer Programming MIP)等。目前也 有學(xué)者將智能化算法，如模擬退火、遺傳算法應(yīng)用到工廠設(shè)計當(dāng)中。這些方法都從某種程度 上為決策者進行科學(xué)的工廠設(shè)計、快速地選擇設(shè)計方案起到了積極的作用，但這些方法也都 有一定的不足，如當(dāng)部門較多、部門形狀非矩陣形等情況下難以得到解決。實踐中，設(shè)計院在進行工廠方案設(shè)計時多采用專家意見法，設(shè)計過程中的主要依據(jù)是設(shè) 計人員的經(jīng)驗。這種方法主觀性強，且靜態(tài)的設(shè)計模式難以反映各部分之間的相互關(guān)系，同 時設(shè)計方案的實際運行情況難以顯示，不能適應(yīng)環(huán)境變化及企業(yè)戰(zhàn)略調(diào)整的需要。目前仿真 技術(shù)憑借其在智能化、可視化等方面的明顯優(yōu)

12、勢，應(yīng)用范圍越來越廣泛，將仿真技術(shù)應(yīng)用到 工廠的精益設(shè)計當(dāng)中，不僅可以解決部門多、工藝復(fù)雜的設(shè)計問題，同時它還可以使工廠設(shè) 計具有柔性，更好地在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)問題、消除浪費。具體講，仿真技術(shù)應(yīng)用在工廠設(shè)計中 具有以下優(yōu)勢：3.1直觀、可視。通過一個三維的、直觀的、可交互的仿真模型，使決策者清晰地了解各工廠設(shè)計方案的 運行情況，為科學(xué)決策提供信服的依據(jù)。3.2能處理復(fù)雜的設(shè)計方案。通過參數(shù)的調(diào)整、實體的改變，可以較理想地處理部門較多、工藝復(fù)雜的設(shè)計方案。3.3良好的柔性?？梢詫崿F(xiàn)對諸如產(chǎn)品調(diào)整、訂單變更、機器故障等各種動態(tài)的、難以預(yù)測的狀態(tài)進行仿 真，實現(xiàn)各種例外情況下對設(shè)計方案的分析與評價。3.

13、4較強的數(shù)理統(tǒng)計功能。仿真技術(shù)可以提供各關(guān)鍵指標(biāo)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、圖表，為設(shè)計者進一步分析原有企業(yè)或設(shè)計 模型存在的問題提供了便利。3.5合理的時間消耗。通過實體參數(shù)調(diào)整及仿真速度控制，可以在較短的時間內(nèi)模擬工廠一個季度、一年及更 長時間的運行情況，可以分析企業(yè)近期及中期的經(jīng)營狀況，為工廠設(shè)計者節(jié)約大量時間及資 本投入。四、應(yīng)用示例天津某汽車配件公司主要生產(chǎn)變速器，產(chǎn)品具有良好的市場銷路，現(xiàn)在制約公司發(fā)展的 主要問題是產(chǎn)能不足，故欲新建一車間以緩解該廠變速器核心部件一軸及齒輪產(chǎn)能不足的現(xiàn) 狀。公司在實施設(shè)計方案之前決定應(yīng)用精益設(shè)計的思想對現(xiàn)有設(shè)計進行評價，運用精益設(shè)計 理念分析各設(shè)備加工能力的匹配問

14、題，以合理安排各加工中心設(shè)備投資，找出浪費點，進行 改善。4.1確定工廠精益設(shè)計的主要任務(wù)在企業(yè)需求及任務(wù)目標(biāo)指導(dǎo)下，進行數(shù)據(jù)的收集與整理，包括新車間現(xiàn)有設(shè)計方案的工 藝流程、物流流程、各設(shè)備的加工能力、各工序的加工時間及主要產(chǎn)品的基本數(shù)據(jù)。圖2 為原始設(shè)計方案的車問布局及物流流程。圖3：設(shè)計方案的車間布局及流程4.2建立、運行及調(diào)試仿真模型根據(jù)收集的各種數(shù)據(jù)及各加工中心的相互關(guān)系，對原設(shè)計方案進行仿真，仿真模擬時間 為一年。通過分析模型仿真的結(jié)果發(fā)現(xiàn)原設(shè)計方案存在以下浪費點：4.2.1熱處理加工工序是加工能力提升的瓶頸僅有的一條熱處理生產(chǎn)線的利用率為94.5%，已無再提升的空間，是制約整體產(chǎn)

15、能提升 的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；而車加工中心六臺設(shè)備的平均利用率僅為40.14%，沒有得到充分利用，這嚴 重影響了一個流程的實現(xiàn)。4.2.2單件產(chǎn)品加工時間長，增值時間比例低分析仿真結(jié)果可知，在該方案中平均每件產(chǎn)品的生產(chǎn)時問約為19天，非增值時間長， 僅在熱處理存放區(qū)待加工產(chǎn)品就需等待5.3天。依據(jù)通過仿真分析得出的關(guān)于原有工廠設(shè)計中存在的問題，進行如下調(diào)整：增加一條熱 處理生產(chǎn)線，以緩解熱處理工序加工能力不足的問題；減少兩臺車加工設(shè)備，以解決車中心 設(shè)備利用率低的問題。4.3改善效果分析對改善后設(shè)計方案的仿真結(jié)果進行分析，可發(fā)現(xiàn)設(shè)備加工能力、產(chǎn)能等各項指標(biāo)都有了 明顯的改善，車間產(chǎn)能可由原來年產(chǎn)70000臺上升28%提高為89600臺，各設(shè)備利用率趨于 平衡，見圖4所示。-f.I 和工 惟 最* i*iit ft A 1; I IB /5J0* !)炬# 蟲&呻 4 狒 K.m Vi% 機 口廣 圖4：改善前后設(shè)備利用率變化加工能力“瓶頸”的有效解決使單件產(chǎn)品的生產(chǎn)周期由19天縮短為12天，縮短36.8%； 單件產(chǎn)品生產(chǎn)周期中增值時間的比例也有明顯提升，如圖5所示。圖5：改善前后增值時間比例變化經(jīng)過應(yīng)用仿真工具對原有車間設(shè)計方案進行精益設(shè)計，找出了原設(shè)