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精益生產的本質

為了更好地理解這個方案，還需要從理論的部分說起。20世紀初產生的科學管理理論，通過對工廠內工人的操作過程進行研究，開始形成了標準化的生產作業管理?？茖W管理也伴隨著以福特為代表的大批量制造企業的崛起而迅速發展，這也是后來工業工程（Industrial Engineering 簡稱 IE）專業建立的基礎。

二戰結束后，IE 的工具和方法傳播到了日本，日本豐田汽車在吸收了 IE 工具的基礎上，結合超市里商品被消耗后才由售貨員補充的概念，創新性地提出了拉動式的生產方式，形成了豐田生產方式（Toyota Production System，簡稱 TPS）。

20世紀90年代，《改變世界的機器》這本書對豐田和通用合資的 NUMMI 工廠進行研究，首次提出了精益生產的概念，講述了精益生產的方式——「精益的本質即消除浪費」

精益生產的本質和核心是消除浪費，西門子通常把其中常見的浪費稱為：TIMWOOD——搬運（Transport）、庫存（Inventory）、動作（Motion）、等待（Wait）、過度生產（Over Production）、過度工藝（Over Process）、不良品（Defects）。

常見的七種浪費根據不同的類型，可以分為數量、質量和人員的浪費，但歸根結底是屬于時間的浪費。精益就是在通過不斷地消除非增值的時間，擴大增值時間占比的方式幫助企業提高效率。

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多品種小批量的特點

而多品種小批量的產品行業，往往存在著生產周期長、換型頻次多、緊急插單情況頻發、生產計劃變更頻繁、標準作業不易制定等問題，而要想解決這些問題，如果只是在生產現場推行精益生產的改善工具的話，并不能很好的消除生產管理過程中的全部浪費，無法從根本上解決多品種小批量企業的痛點。

對于多品種小批量的產品生產線而言，打造一條可同時生產多種產品的高柔性化生產線以應對多品種間的頻繁切換，才是打開多品種小批量生產線的正確方式。

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快速換型和均衡計劃的解決方案可幫助多品種小批量的生產線有效推進精益生產

以快速換型和均衡計劃為主要內容的精益解決方案，不只在生產現場進行改善，而是梳理客戶訂單開始至交付產品全過程的價值流，通過建立后補充式生產機制，優化換產改善過程，調整生產訂單的排產方式，最終實現柔性化的生產線，以滿足多品種小批量的產品需求，使之具備數字化的基礎。

以西門子北京數字化體驗中心和西門子成都數字化工廠為例，數字化的背后是一整套基于精益理念的生產管理優化體系。這里舉一個實際的改善案例，幫助大家理解如何在多品種小批量的產業實施快速換型和均衡計劃為主要內容的精益解決方案。

某電子研究企業 S，以射頻單元為主要產品，并負責生產眾多種類的小批量研發型創新電子產品。主要的射頻單元組件包括一個鋁合金殼體和內部多層電路板，生產流程根據產品層級分為，微組裝、板級和裝配三個工步。

微組裝生產出部分自制元器件，經過板級組的表貼、電裝和調試工作組成半成品，并最終在裝配線完成裝配工作。其中板級同時存在大量表貼作業（一種機加工自動加工操作）和手工電裝作業。

因除生產主要產品射頻單元外，同時需要負責大量研發創新產品所需小批量的半成品的生產，板級組存在生產計劃不均衡、前后工序銜接不順、表貼設備可動率低、量產產品批量大、表貼排產插單量大以及產品流動路徑混亂等問題，成為制約生產效率提升的瓶頸，亟待優化改善。

物與信息流動圖

通過以上物與信息流動圖分析板級線存在的主要問題包括：

表貼設備換產時間長，停機時間長。量產產品換產時間約 40′30″，研發創新產品項目需求量小，各項目差異較大，平均換產時間約 3h。

表貼設備排產批量大，拖單插單情況嚴重?，F有排產由調度人員根據各產品生產計劃的完成緊急程度憑經驗制定，所排計劃未充分考慮物料是否齊套等生產實際，出現了大量無法及時完工的產品造成延期拖單的情況。

物流路徑混亂復雜。各工序之間的物流關系復雜，量產產品與創新產品的物流路徑混亂不明確，無法判斷各項目的生產狀態是否正確。

在制品多，過程周期時間長。各工序間在制品拉長了過程周期時間，且創新的小批量產品生產過程周期波動性較大。

現場浪費情況普遍。各工序間均存在尋找元器件、作業人員步行過多、搬運距離過長、返修產品數量眾多等不同程度的浪費。

那如何以快速換型和均衡計劃為主要思路進行改善呢？

答案是先明確描繪出生產線理想化的應有狀態，將理想狀態與實際狀態進行對比，找出其中的差異點，差異點即為無法達到理想狀態的原因，后對理想和實際的差異點進行改善，使生產線逐漸達到理想化狀態。

板級線的理想狀態是，打造量產產品與創新產品各自形成整流化的加工單元，根據各種量產產品各自的每日需求量實現每日均衡化生產，換產時間縮短至分鐘級成為一觸式換產，消除員工作業中的浪費，努力實現一人工的同時減輕作業負擔。

結合板級線的生產現狀，分析確定改善重點為「生產方式」、「計劃排產」、「快速換產」及「作業改善」?？紤]從整流化和均衡化的角度進行生產線改善，達到生產線的準時化。

推行準時化的關鍵在于使工序內和工序間的物料、信息等能夠有效地快速流動，在制品數量降到最低，各工序的產品處于同時流動的狀態。

整流化是以生產過程中的物流路徑為出發點，按物流路徑和加工順序布置工序位置，以提高物流效率降低管理難度。結合板級線設備采購限制等約束條件，對板級線生產過程進行整流化，梳理明確物流路徑。

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改善步驟如下：

一、生產方式改善——建立后補充機制

為了達到在必要的時間只將必要物品的必要量供應給各工序的準時化狀態，需要轉變原有的計劃式生產，逆轉生產的指示信息流向。創新產品種類較多且需求量存在不確定性，而對于需求數量較多的量產產品建立生產后補充機制。后補充機制即后工序在必要時間去前工序領取必要量的必要物品，前工序只生產被領走的部分。

設立店面。通過建立質檢人員巡回檢驗的方式，縮短板級線工序間轉運時長，由原有1天縮短至 0.5 天，在工序間設立店面，各店面存量為下道工序 0.5 天的需求量。

確定轉運容器的規格和收容數。根據產量求出容器具需求量且為便于目視化管理，修改原有轉運容器大小，轉運容器數從原有 40 件修改為 20 件。

確定領取的方式、人員、時間和數量。板級線中各工序均指定一人負責物料的領取轉運，印有工位、規格、數量和編號的空盒在板級線的后補充機制中一定程度上起到了看板的作用。

二、快速換產改善——SMED

為了實現均衡化生產，必須針對大批量生產的表貼工序，減少其生產批量，提升靈活應對變化需求的能力，縮短過程周期時間，追求精細快速的流動?？焖贀Q產是追求小批量化的必要條件。

尤其是在混流生產下，頻繁切換生產品種的小批量生產對換產時間的要求更高。量產產品的增值工作時間比率尚且不足 70%，而對于研發創新產品，該數值甚至不足 30%。過長的換產時間阻礙了生產的小批量化，急需對表貼設備的換產作業進行改善。以混頻器為例，具體的換產作業改善如圖所示。

表貼換產改善順序圖

量產產品的換產時間從原有 40′30″ 減少至 20′，換產時間降低了 50%。對于創新產品換產時間的改善則通過建立研發創新產品的生產數據庫，記錄各產品核對圖紙的關注點及生產程序，為相似創新產品的生產提供依據，創新產品換產時間由原有 3h 下降至 1h，換產時間降低了66.7%。

三、計劃排產改善——定定排產

板級線的目標是在保證量產半成品生產的同時盡可能多的生產研發創新產品。生產小批量化后，為實現生產的均衡化，對現有排產方式進行優化，引入定時不定量與定量不定時相結合的定定排產方式進行板級線排產。

通過 PQ 分析找到生產時間較長的品種并繪制帕累托圖，并以此確定不同品種的每周生產計劃。量產產品的生產時間超過了總時間的 80% 時，采用定時不定量的方式，即每天安排固定的時間生產這兩種產品，生產數量由前一個周期內消耗的數量決定。

研發創新產品項目，其每周需求量較小，換產時間較長，所以達到一定的最小表貼批量后才進行生產，盡量保證每個工作日完成盡可能多的研發創新產品的生產，其生產方式為定量不定時。利用定定排產方式對兩臺表貼機的周計劃排產如圖所示。

表貼機定定排產計劃

四、作業改善——基礎 IE 動作研究

經過換產改善和排產優化，板級線中的表貼機能夠及時地完成分配的任務量，并有充分的自由時間處理緊急插單情況，但表貼工序不僅僅包括表貼機的設備運轉，還包括表貼工作的大量手工準備工作，通過秒表測時測定，員工作業中存在等待和動作浪費，因此對表貼工作進行作業改善。

表貼工作內容包括：扶正、方向檢驗、裝盒、裝料、換料、準備物料、刷焊膏及表貼等。改善前共有五人分工進行表貼工作，經過秒表測時，各作業人員的循環時間 CT 最短為 67 秒，最長為 309秒，各作業人員的作業時長并不匹配，存在空手等待現象。

另外，負責換料的員工 C 在一個循環內需要走動 9 米。改善前表貼機所用料盒擺放在工作臺上，不便于裝卸料盒。利用山積表將各員工的工作內容進行重新劃分，將原有 B 員工的方向檢驗工作劃分給 A 員工，裝盒工作劃分給 D 員工。將 B 員工節省出來做專職換產準備工作。

通過增設一套料盒小車，將料盒按順序擺放在料盒小車上，并放置在表貼機旁，減少裝卸料盒的走動距離及操作時間。整合原有整理備料臺與印刷臺，減少了換料人員的走動距離至 4 米，降低了員工的疲勞程度。改善前后的表貼作業對比圖如圖所示。

表貼作業改善對比圖

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最終取得的改善受益如下

「生產線整流化」

量產產品與創新產品在各工序的工作區分清晰，各產品的流動關系明確，生產現場的運行狀態一目了然，降低了不同工序間信息的反饋難度，減少了產品停滯時間、在降低人數的情況下提高了產能，下圖為改善后的物與信息流動圖。

改善后的板級線物與信息流動圖

「電裝效率提升」

對量產產品效率由原來的 300 秒/個提高到 280 秒/個。操作人員由現有 4 人減至 3 人，提升了電裝效率的同時實現了少人化。

「表貼的換產時間降低」

量產產品的換產時間從原有 40′30″ 降低至 20′，減少 50%，創新產品換產時間從 3h 下降至 1h，降低 66.7%。

「板級線排產批量降低」

量產產品的表貼批量從兩周需求量下降至每日需求量，排產批量降低 91.67%，減少了在制品庫存和管理難度。按照定定排產的方式制定板級線的生產計劃，保證每周生產任務完成的同時，留有一定的自由時間進行設備保全、員工培訓或處理緊急插單情況，拖單比率降至 0。

「后補充機制的建立」

后補充機制的建立后，混頻器的生產過程周期從原有的 17 天降低至 3 天，量產產品生產過程周期降低 82.4%。創新產品過程周期時間平均從 14 天降低至 7 天，降低 50%。

「操作人員數量減少」

對表貼工作進行時間測定，調整作業內容的分布，操作人員從 5 人減至 4 人，節省出的一人專職做換產工作。對電裝工作進行測時及作業內容調整，提高作業效率的同時，操作人員由 4 人減至 3 人。

總結一下，對于多品種小批量產品而言，推行精益的過程要基于改善的理念，從生產方式出發，轉變原有的計劃式生產，建立后補充生產方式，實現后工序按需拉動式生產。

通過將內換產作業轉化為外換產作業，縮短調整時間，減少設備停止時間，進而實現縮短換產時間為實現小批量打下基礎。通過量產產品定時不定量與創新產品定量不定時相結合的定定排產方式，最終實現生產的均衡化排產，解決了拖單和插單的問題。針對各工序作業進行相應的作業改善，進一步提高生產效率。

現如今，以精益為基礎，數字化為導向的制造企業變革大幕已經徐徐拉開。西門子在不斷實現工業4.0 的方向指引下，不斷提升工廠的精益化水平，力爭為客戶提供高品質、低成本的產品。

而對于工廠而言，無論產品批量和種類的數量如何變動，精益的初衷應是思考事物本身具有的樣子，通過持續地對比現實與理想狀態，采取根本性的改善措施以達到最終的目標。

隨著精益理念的不斷發展，精益與管理越發交匯融合，精益的概念也逐漸演變為精益管理的思想，成為了一種人們社會工作的行為模式。

通過一點一滴精益化的「行為方式」，我們開始影響大腦產生精益意識，最終實現人的精益化。而人作為企業的最核心資產，人的精益化才是企業持續改善和進步的最根本動力，才是能確保企業長盛久衰保持競爭力的根本。