精益发动机生产线布局的评估方法

钟安飞 赵建平 黎沙

【摘 要】为了避免因生产线设计和布局原因而影响生产线的运行效率和成本，可以在生产线布局的设计期间引入精益生产指标。根据与其他生产线设定的目标进行对比，确定需要改进的项目，通过调整生产线布局、设备类型及优化工艺和人员配置，满足精益生产的要求，减少“七大浪费”。

【关键词】精益布局；浪费；产能项目；孤岛；设备利用率

【中图分类号】U468.23 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）11-0055-03

0 引言

我国汽车市场2015年销量增长已经明显放缓，步入成熟的新阶段。自主品牌的市场份额已经超过40%。在此新的阶段，汽车企业只能通过高的产品质量和合理的成本控制保持市场的竞争力。精益生产是以消除一切浪费和追求精益求精和不断改善为目标。去掉生产环节中一切无用的东西，每位员工及其岗位的安排必须是增值的，撤掉一切不增值的岗位。精简产品设计、生产、管理中一切不产生附加值的工作，以最优的品质、最低的成本及最高效率应对市场需求做出最迅速的响应。

现代主机厂的发动机产能项目生产线主要包含发动机装配线和缸体、缸盖、曲轴加工线。自主品牌的生产线的布局主要还是以传统的按功能组织排布，例如所有的冲压工序、焊接工序、油漆工序分门别类地布局，存在生产线不紧凑造成员工步行时间和响应长，整线设备利用率不均衡、生产效率低、人员利用率不足等浪费。精益生产主张按产品和产品族进行分组，结合产量分析， 确定是专线生产还是共线生产，以及确定选用的设备类型。而生产的布局和工作要素的分配，以及设备的选型，则要充分考虑顾客节拍时间（Takt Time），即顾客拉动产品的速度。为了指导项目期间生产线的布局设计，建立生产线布局精益指标的评估方法。查找生产线设计的瓶颈和优化项，通过生产优化生产线工艺、提高设备自动化程度和合理配置人员等，降低因生产线布局设计不合理造成的浪费。

1 孤岛

孤岛的评估是为了确保生产线运行后，如果生产线产生故障，班组长能够在要求的响应时间内到达需要帮助的工位。其目的如下：{1}保持根据需求重新平衡工作量的能力。{2}确保班长现场响应的时间，保持生产流畅性。孤岛是识别工厂单独操作的员工数量。孤岛仅统计周期性工作人员和团队相互分开的数量。

产生孤岛的原因：{1}成员之间被自动站隔离。{2}班组长响应任意工位暗灯的时间超过0.3个单件工时，任意2个工位之间的距离要小于0.46 m×ATT（实际单件工时），生产线布局原则上不允许有孤岛的存在。

针对以上原因，通过以下例子进一步说明：假设一般班组人员为4～6名。如果一个班组被分成4个和2个，班组人员在一定的距离内，不管之间的距离有多近都认为是孤立的。

例子1：假设团队成员数量为4人，实际单件工时=60 s，工位布局如图1所示。因此，班长最大步行距离=0.46 m×60 sec（ATT）=27.6 m；员工1（TM#1）和员工4（TM#4）的直接距离必须小于≤27.6 m。但图1中，员工1和员工4的距离57.5 m>27.6 m，则生产线产生孤島需要结合整个生产线通过工艺调整和设备选型，消除该孤岛。

例子2：假设团队成员数量为4人，实际单件工时=60 s，工位布局如图2所示。最大步行距离=0.46 m×60 sec（ATT）=27.6 m；员工1（TM#1）和员工4（TM#4）的直接距离=20.7 m；20.7 m<27.6 m，因此在这个例子中，班长的响应时间不是产生孤岛原因。但是，员工4（TM#4）陷在2个自动站之间。如果优化生产线的节拍或工作内容，班组的工作内容需要重新平衡，第四名员工无法重新分配工作，会降低人员利用率。因此，这个例子里面就产生了一个孤岛，原因为无法重新平衡工作。

2 设备利用率

设备利用率是部门内所有设备的节拍除以设备数量和实际单件工时。设备利用率指标反映设备使用时间和可用时间的比例。它的本质是设备的节拍与时间单件工时的对比。设备利用率，即设备的投资效率。结合各自工厂的实际情况并参考国际精益设计布局的经验，在项目前期设定设备利用率的指标。进行生产线布局的设计的时候，就要该指标确定设备数量和平衡各加工设备的工作内容。比如，上汽通用五菱汽车股份有限公司（简称SGMW）根据GM各工厂的经验，并结合自身的情况把机加工设备利用率设定为85%，装配的设备利用率为90%。公式如下：

设备利用率（%）=■

例子3：假设生产线由5个工位串联组成，节拍如图3所示。

总设备的节拍=45+50+30+32+50=207 sec；设备数量=5；ATT=60 sec；部门设备的利用率=（207sec/（5machines×60sec））×100=69%。

3 人力资源利用率

随着我国人力成本的持续增加，合理地分配和安排生产线员工的工作已经成为各公司的重要工作。人力资源利用率是计算和评估操作员的操作情况。它等于操作员的工作时间除以操作员的可用时间。周期性和非周期性的员工需要分别计算。通过计算人力资源利用率，可以指导生产线布局的优化，通过工艺整合和优化及提高生产线的自动化率等方法，提高人员的利用率，减少人力成本浪费。比如，SGMW针对于周期性员工的利用率设定的目标为87%，非周期性员工的人力利用率为90%。公式如下：

周期性人力利用率（%）=■

非周期性人力利用率（%）=■

变量定义：平均操作时间指操作员完成每个工作的平均总时间；这个时间是所有类型和模块的加权平均值。实际单件工时是调整每个主线和分装线的时间；这个时间与每个工位的节拍不一样。实际单件工时是主线和分装线的时间运行速度。计划工作时间指员工每班完成计划工作的平均时间。可用工作时间指每班可用的工作时间。

周期性工作一般包含装配线的大部分员工（发动机、缸盖、变速箱等）；给设备直接上料和下料；手动包装装配工作；在放到外部容器前，从设备上下料检查。此外，还包含一些附带性的工作如移动包装。

非周期性工作一般包含上料补充滚道物料和非定期包装工件；这些员工也可以完成其他的上、下料等工作。

4 工位利用率

工位利用率是计算主线和分装线工作工位的比例。通过评估工位的利用率来评估生产线的工位布局数量是否合理。减少生产线的占地面积，降低厂房的投资，减少班组长的响应时间和物流配送时间等，其计算方法是主线或分装线总的工作工位除以主线或分装线的总工位。每个主线和分装线分别计算这个值（主线Loop1、主线Loop2、缸盖分装线、阀体分装线等）。SGMW的工位利用率指标为28.8%。公式如下：

系统连接=系统缓存站+系统过程站

工位利用率（%）=■

5 增值工作

增值工作是计算周期性的工作中的增值时间比例。评估增值工作的比例的目的是为了辨识生产线的非增值时间。通过调整物流摆放布局、调整工艺和提高自动化水平等措施提高增值时间比例，减少过度动作浪费和去掉不必要的工位设置，减少生产人员数量。根据SGMW前期生产线的布局设计经验，对工作的增值时间比例要求为55%。计算的公式如下：

增值工作（%）=■

变量定义：增值时间（增值时间比例通过标准化操作单获得）；非增值时间（人工操作不增加产品价值，一般指步行、等待、获取零件、检查和工具维护等）。

6 其他

项目期间还评估每班直接操作员工的数量，所有辅助性员工的数量和工厂面积等。

7 总结

进行新的生产线的布局设计，通过精益布局的各项指标要求计算出项目的实际数值并与其他工厂进行比较。对低于现有工厂指标的，通过调整生产线的工艺、设备选型及提高自动化率等方法优化布局。从而提高设备利用率和工位利用率，减少初期的设备投入，通过孤岛的辨识提高生产线未来重新平衡的能力和班组长的故障响应速率。总之，在生产线的设计过程中，引入精益思想可以有效地减少“七大浪费”。

参 考 文 献

[1]陶雨.丰田汽车：精益模式的实践[J].中国投资，2007（1）.

[2]肖智军，党新民.精益生产方式JIT[M].广州：广东经济出版社，2004.

[3]刘胜军.精益生产方式——现场IE[M].深圳：海天出版社，2002.

[4]刘晶晶.精益生产理念在中国制造业的应用分析[J].中国轻工业教育，2007（4）.

[5]（美）Jeffrey K Liker.精益制造的14項管理原则[M].北京：中国财政经济出版社，2004.

[6]黄斌，周婉婷.精益生产技术在汽车制造业的应用[J].工业工程与管理，2004（5）.

[7]魏鹏飞.精益生产实施关键因素及评价体系研究[J].组合机床与自动化加工技术，2013（4）.

[责任编辑：陈泽琦]