9.1 实现精益的三个重要因素
实现精益生产的三个重要因素是精益运作系统、管理架构、观念和行为。
9.1.1 精益运作系统
精益运作系统应该按其目的来理解,而不只是把它看做一个执行系统。精益运作系统是一种为创造价值并使之流向顾客而对资产、资源及人员进行管理的方式,理想的配置可以优化这种流动,并使损失降到最低。以制造业而言,精益运作系统包括标准程序、生产控制法、流程布置、设备利用、库存与人员配置水平。
精益企业的核心在于精益运作系统,因为它是为顾客创造价值的工具,而组织中任何其他事物都是为了支持运营系统而存在的。精益运作系统是在价值流上采取端对端的观点,把价值流畅地传递给顾客,并使其中发生的损失降到最低。
因此,必须将作业流程看做是一个系统,它是从开始到结束的完整进程。消除每个浪费来源以清除障碍,让流动更为顺畅,并且减小不可预测性以便于管理。
在某些环境中,如装配线,创造流动本身就是主要目标,可以带来很大的改善。在其他环境中,特别是大宗化学品、日用消费品,以及其他高产量、资本密集的产业,流动已经很流畅,因此改善的目标是消除损失。
不应把运营流程当做是固定不变的。组织必须要能随时调整流程,以符合顾客不断变动的需求。
9.1.2 管理架构
管理流程和能力建立的机制与组织结构都要与精益运作系统紧密结合,这样精益运作系统才能变成标准的行事方式,而不需耗费过多力气或过度依靠团队合作。整套管理架构的设计要能补充并支持精益运作系统,以达到高绩效,并培养持续改善的工作理念。
正确的管理架构能巩固精益运作系统,并确保绩效目标的达成与维持。至于什么是“正确”的管理架构,必须由所要支持的精益运作系统而定,并没有放之四海而皆准的解决方案。
管理架构的每个要素,都要根据精益运作系统的需求来量身定做。以组织结构为例,其设计会牵涉团队规模、领导、层级及支持职能的分配。管理者的决策标准,必须视精益运作系统的性质而定。复杂的流程通常需要的是规模小、控制范围也小的一线小组。如果生产线经常发生意外停机,那么维修职能就必须纳入价值流中。另一方面,计划维修可能要由多个价值流共同承担,尤其是当维修需要的是稀缺的专业技能时更是如此。
同样地,绩效管理流程的设计,必须要确保员工有清楚且可衡量的目标,这些目标应与整体企业目标相一致。另外,在用目标来衡量绩效时,追踪方式必须透明化。
在精益转型中,应着重建立新的绩效管理系统,并重新界定角色和责任。设定小组绩效目标,以鼓励生产一线员工通力合作,无论是在各班之内,还是在各班之间。
精益运作系统要能结出果实,一线员工就需要有一些技能和工具,来追踪管理运作绩效。这些技能和工具要扎根成为组织惯例的一部分,这样一线活动才能与企业目标相互联结,从而推动促进绩效改善的学习循环。如在每次轮班之前,先围着一块绩效看板举行简短的小组会议,其效果绝非任何分析或书面报告能够比拟。
一旦组织通过精益而实现重大绩效改变,接下来就要进入持续改善的阶段,这时管理架构就更重要了。管理架构的性质会随着时间改变,刚开始的时候,需要在工厂层面有充分的支持,之后维持精益计划所需的技能将被传授给一线员工。这时要由一个较小的中央小组来充当精益方式的守护者和资源的开发者。
人们对自己行事的想法,对工作的态度、抱负与目标,以及这些因素对人员行为的影响等,都必须符合精益的原则,这样改善的努力才能长期维持。在变革过程中,必须使人们投入自己的热情与智慧:要确保组织中每个层级的员工都了解精益变革的理由、精益变革的方向,并且能致力于目标的达成。
9.1.3 观念和行为
在任何组织中,变革能否持久,都与参与其中的员工的感受有关。他们是信任管理者且干劲十足,还是担心会丢工作,怀疑管理者的目的只是要找员工的麻烦。很少有管理者会去考虑员工的观念,因为员工的观念是看不见的,因而难以捉摸。要能有效掌握员工的观念,可能需要一套不属于一般管理知识的技巧。
员工的心态与行为,亦即组织文化,会决定变革能否持久。确定未来的精益运作系统与管理架构必须花工夫,要界定和培养能支持这些系统与架构的行为状态,也需要一定的投入。
精益运作系统通常会规定开展某些工作的标准方式。这些标准可确保工作的开展是安全、一贯和富有成效的,而这些标准也是人力规划的基础。标准若要顺利实行,一线员工就必须尊重这些标准,并且有序地加以遵守。如果希望标准能长期发挥效用,那就需要员工运用自身经验来让标准更完善,以适应变化的环境。这对中层管理者来说是一项挑战。光是发工作指令是不够的,中层管理者要能扮演辅导者的角色,帮助团队转向新的工作方式。不过,许多一线主管会觉得辅导是个陌生的概念。但无论如何,最重要的是中层管理者必须学会欢迎大家发现问题,而不是惩罚指出问题的人。
这样的变革当然不可能一蹴而就。事实上,如果缺乏强大的领导力,根本就不会发生这样的变革。高层团队必须对员工的行为设定期望,从而促成文化的形成。在任何组织中,大部分人都会仿效有权力与影响力的人行事;如果他们看见高层团队以身作则地进行变革,他们也会调整自己的行为。要能做到这点,员工必须要能经常看到领导者;精益的挑战之一,就是高层管理者必须更贴近一线运作。
精益转型之所以成功的企业,有共同的关键因素,就是高层管理者大张旗鼓地参与和努力。运作总监定期巡视新流程,而总经理也积极参与流程的重新设计。他们的行为增强了转型工作的重要性,也为转型在组织内被更广泛地接受铺平了道路。
对任何精益之旅,管理者都必须帮助员工描绘出工作的前景。如果员工不认为承担这些额外负担会受到重视,那他们就不大可能创造良好的绩效。管理者如果希望员工积极参与变革,那他们首先必须愿意融入员工当中。这需要他们和员工对话,了解员工对变革的感受,包括任何挫折与怀疑。对话过程中提出任何问题,都不应被斥为挑刺找茬儿,而应该被转化为积极的行动,鼓励员工设法解决自己所提出的问题。
只要这三项要素,即精益运作系统、管理架构、观念和行为,能够紧密地结合成一个整体,那么变革平台就能坚固耐久。
9.2 定义实现精益的三个具体目标
9.2.1 高层管理对实施精益的目标
消除一切浪费,降低库存成本,达到库存周转天数小于15天;缩短交货周期,小于等于客户需要的交期;准时交货率达到99%,提高交货绩效、客户满意度;提高产品可靠性,质量达到六西格玛水平;工厂具有柔性,可以灵活地应对客户的需求和环境的变化。
9.2.2 确定工厂实施精益应实现的目标
客户的订单能及时地传递到生产线或最后工序,工厂据此进行生产,成品立刻出货,库存基本没有。能进行按订单的流动生产线的生产。
实现生产周期时间的缩短,目标是让生产周期时间等于产品加工时间,使生产周期时间比客户要求的交货期还要短。这样就能够进行平准化(均衡化)生产,生产就可以迅速对应数量的变化和品种的变化,也就形成了精益的生产,只在必要的时候,以必要的数量,生产必要的产品。
生产周期时间=搬运时间+产品加工时间+检查时间+滞留时间
建立流动生产线,使中间在制品的库存无限接近零(一小时以内的量)。多品种、少批量(限量)生产,就像同一品种大量生产一样能够自如顺畅地进行,建立混流生产线。
不断深入推进一个流。实施JIT和自动化,在整齐有序的流动中,强有力的生产现场管理有极高的生产效率和低成本能力、多余支出的防止能力,改善提案活动持续。
9.2.3 确定车间实施精益应实现的目标
目视管理使问题可视化做到位。结合企业实际建立起让人员明确各种运行机制和指令机制的目视管理道具,有异常发生时能迅速发现和处理,在实践中健全事先对策体系。
从省人化向少人转变,打破定员制思维,不断推进改善。能根据生产量的变动,高效率地调整人员配备,生产效率不减而人员能灵活调整。
日常生产按节拍生产,实现标准作业。标准作业的核心是产品以能销售的速度进行工作,工作饱和,保持稳定,平准化、均衡化,确立起生产无过多也无不足的管理体制,这涉及运行组织机制、指令机制、人员素养习惯、人员积极性行为等方面。标准作业的修订根据需要随时进行,原则上每月1次。
物料的传递方法以一个流为原则,各工序间实现同期化,没有多余的中间在制品,必要的标准持有量除外。在很难实现一个流的设备型生产线上,以最大限度的极小批量进行生产。
原则上,工序和工序之间运用看板连接。全部工序形成一个一气贯通的没有浪费的流动,防止过多生产,从计划生产转向拉式生产。
换产能力高,多次切换的换产时间不断缩短;在批量生产设备上达到顺序切换;在总装、加工等工序上实现一个循环顺次切换,特别是机械运转时间长的情况。
在总装、加工等工序上也实现自动化,品质、安全的确保,传送带无件停止或满件停止等。
对工序内品质不良、部件材料不良、设备故障、短暂停顿、小故障等建立对策和预防措施。对策能够彻底建立和应用,几乎不存在对策上的疏漏。建立品质保证的生产工序,工序内不良为零。
指导外包供应商、零部件供应商的信息传递手段看板化,提高QCD水平,提高持续改善的能力并有体制保证,达到部件材料无停滞地JIT供给。
9.2.4 确定员工实施精益应实现的目标
工序工位及其周边物料的放置方法、放置场地都有明确的规定(定位)。5S做得到位,设备备件地板等没有脏污,安全和工作环境没有问题,工作场所清爽利落。
作业标准化在各工序工位齐全,作业按标准作业进行,充满节奏感,人员动作中没有浪费,标准作业的修订也及时进行,加工时间缩短,不断改善。
能够较好地对作业人员进行培训和教育,实现多能工化。有能力水平极高的技能团队,管理人员能密切把握实际状况,进行公正公平的人事管理,及时评价,及时使用人才。
管理者的持续改善意识和愿望很高,不断向更高水平、新标准挑战,热心于对人员的教育培训,在职培训(OJT)做得扎实。
整个现场改善愿望强烈,员工的改善提案多,实现提案制度和小组活动。
9.3 实施精益的方法
精益的工作方法是:
(1)确定价值;
(2)识别价值流;
(3)流动起来;
(4)按需拉动;
(5)追求尽善尽美。
提供给客户真正需要的价值,要克服一种冲动,即不要只从现存的组织、资产和认识出发,去说服客户相信他们所需要的就是企业觉得易于提供的。
对每种产品定义价值流。即定义一项产品或服务从概念到投产,通过开发过程;从订单到交付客户手中,通过履约过程。质疑这些过程中的每个步骤,查看这些步骤是否真的为客户创造价值,并去除不能创造价值的步骤。
将保留下来的步骤按连续流动的形式加以排列。即要消除各步骤之间的等待和库存,以大幅度缩短开发时间和反应时间。
让客户拉动企业创造的价值。这与一些企业所用的推动方法完全相反。推动方法需要过长的反应时间,且试图使客户相信他们所需要的东西就是企业已经设计或生产的东西。一旦价值、价值流、流动、拉动等得以确立,则要再回到追求尽善尽美的无止境的循环的起点,从头开始。所谓尽善尽美,是以零浪费提供完美价值的理想状况。
实施精益生产的阶段划分和相关实施内容。
第一阶段是整顿期,主要是提高基础管理水平,提高现场管理水平。第二阶段是规划期,主要是建立组织机构,确定目标、方针、政策,制定工作计划,全面开展教育培训。第三阶段是展开期,主要是建立目标价值流,学习观察、纵观全局;局部改善——创建连续流;流动改善——让物流流动起来;系统改善——创建均衡拉动系统。第四阶段是完成期,主要是生产信息标准化、计算机化,巩固和推广实施范围,持续改善。第五阶段是成熟期,主要是系统集成ERP和精益等,避免新的孤岛,向供应链拓展,逐渐形成精益供应链。
9.3.1 建立价值流分析,学习观察、纵观全局
价值流对于一个产品来说,有两个流程至关重要:一是从原材料到产品交到顾客手中的生产流程;二是从概念到投产的设计流程。价值流就是一个产品通过其生产工序的全程活动,包括增加价值和不增加价值的活动。
从价值流的角度看问题,意味着对整体工序进行研究,而不是单个工序;意味着改进整体效益,而不仅仅是局部优化。但是要着眼于整体,就需要考虑如何从原材料变成顾客手中的产品,那么就需要画出一份完整的价值流图。现状图是开始绘制价值流图和实施精益生产的最好出发点。
在开始绘图之前,首先要弄清楚的是集中在哪个产品系列。你不必对流过车间的每个产品都进行绘图。价值流图意味着从大门到大门,跟踪一个产品系列的工序(物料流和信息流)。
应该以相同的下游工序和设备为基础,从价值流的最终顾客的角度来划分产品系列。不要从上游的生产工序区别产品系列,因为在上游,得到一个有用的结果比较难。清楚地记录下每个产品系列,哪个产品包括哪些零件,顾客需要多少,需要的频率如何。
如果贵公司的产品组合相当复杂,可以画出矩阵图,一边是组装步骤和设备,另一边是产品。
跟踪一个产品系列的价值流,需要跨越公司的几个部门,为了消除这种职能间的诸多个孤岛,需要一位了解整个产品系列价值流并能推动其改进、具有领导能力的人。我们称这个人为价值流经理,并建议他能向最高管理者负责,这样的话,他才能具有实现改进的权力。价值流经理的职责如下:
·向最高管理者汇报;
·具有能力实现跨职能部门进行改善的第一线管理人员,而非一般的参谋人员;
·绘制现状图和理想状态图,并负责实施计划;
·监督实施各个方面的改进;
·每周或每天都能到现场检查价值流;
·使实施改进具有最高的优先权;
·维护并定期更新实施计划;
·坚持做一个驱动生产效益的第一号人物。
价值流中典型的工序数据有:CT,周期时间;C/O,换模时间;开机时间(需要的机器工作时间);EPE(生产批量大小);操作工数量;产品种类;包装尺寸;工作时间(减掉中断);废品率;每道工序的生产周期(天)=库存量/每天的客户需求量或每道工序的生产周期(天)=库存量×Takt时间。
理想状态图是消除浪费、实现精益的蓝图,在开始时,重点应放在短时间内无需太大投资就可以立即改进的项目。我们的目标是建立一条连续的生产流,让每个单独的工序都能够连续地由拉动系统与下游工序相互连接,在顾客需要时启动生产。
价值流中的某些浪费可能来自产品设计或者现有的设备,或者由于某些工序必须在工厂外进行等不同的因素。在当前状态下,这些问题很难在短时间内进行改善。因此在绘制第一轮理想状态图时,可以暂时不考虑这些因素,而将重点放在找出与这些因素无关的浪费。在接下来的几轮改善中,再仔细考虑产品设计、生产工艺及厂址等问题。
绘制理想状态图最有效的方法是,按照顺序回答以下问题。然后根据你的答案,绘制一个理想状态图。
(1)什么是选定产品系列的节拍时间?
(2)应当按成品超市交付还是直接交付?
(3)可以在何处引入连续流程?
(4)应在何处使用库存超市拉动系统?
(5)应在生产工序中的哪一点上下达生产计划?
(6)如何在定拍工序均衡生产多个品种呢?
(7)在定拍工序中,生产计划和提取产品的时间增量是多少?
(8)为使公司价值流按照理想状态所设计的那样流动,在工艺上需要哪些改进?
需要创建一个年度价值流计划。这个计划包括:一步一步地详细列出计划完成的时间;可衡量的目标;明显的检查点,包括实施的期限,以及指定的检查人;在制定实施计划的过程中,第一个出现的问题就是:“我们应该按照什么样的顺序来实施?”或“我们应该从哪里开始?”建议从理想状态图中所有的环来考虑回答这个问题。为了选择起始点,你应该按照以下几点来查看各个环:你的员工对哪个工序理解得最好;哪里成功的可能性最大,容易建立里程碑;这个决策会在哪里产生最大的影响?
如果已经在理想状态图上标出了各个环,你可以根据实施计划排顺序(请使用铅笔,因为计划是会有所变动的),首先开始实施下游的定拍工序环,然后再逐步向上游发展,这是一种较为有效的策略。作为最接近顾客的一环,定拍工序起到内部顾客的作用,它控制着上游其他环的需求。可是,向上游移动的策略并不排除在价值流中其他环同时实施理想状态的可能性。例如,我们在开始时,经常着手于降低批量大小,在上游制造环中实施拉动系统;同时我们还可以调整连续流,并在下游的定拍环中引入均衡生产。
一旦你实施理想状态的顺序决定了,价值流经理就需要将它们纳入年度价值流计划。正如你想象的那样,年度价值流计划有效实施的关键是将其纳入到预算过程中。没有价值流计划,任何预算不能得到批准。当每个人都习惯使用这个工具时,价值流图就起了交流工具的作用,申请人和批准人都会发现沟通工作变得容易了。每个季度或每个月,你都可以使用年度价值流计划,作为关键绩效评价的方法评审工序的绩效:每三个月更新一份带有真实进展评价的理想状态价值流图。可以将季度价值流评价纳入个人的评估中去。一个良好的公司体系要使当前状态与理想状态能不断地循环改进,其关键在于确保以诚实及进取的精神去设定目标。
9.3.2 局部改善——创建连续流
建立单元生产线来实现连续流。当一种产品需求高时,可以用一个生产单元来专门生产一种产品。如果不同产品类型的需求量波动较大,而且换模时间又比较短的话,可以考虑在同一个生产单元里生产多种产品。多产品的生产单元可以迅速反应市场需求的变化,比较灵活,应变市场的能力较强。在一个产品系列里,某种产品的需求量可能发生变化,但是整个产品系列的需求量,却是相对稳定的。
在同一个生产单元里,尤其使用传送带的情况下,不同工序的工作步骤差距不应该超过30%。如果过大,就必须考虑分割单元,即再增加一个生产单元,或者把低产量的工序移出,放到生产单元以外生产。
在同一个生产单元里,如不同产品所需要的加工步骤差异太大,那么操作员为了生产不同的产品,必须改变夹具。这种频繁的切换可能降低生产率,而且容易产生质量问题。因此,我们应该把加工步骤差别太大的产品,移到其他的地方去生产。
节拍时间代表顾客多久需要一件成品。计算方法是,每班的可用生产时间除以顾客的需求量。一个常用的准则是,节拍时间不应该低于10秒,否则,操作员会因为不断的重复工作而感受到压力。当需求量很大时,与其用一个生产单元,不如增设几个相同的单元同时生产。这种做法在每个单元投资不大的情况最为可行。
相反,当节拍时间超过120秒的时候,每位操作员的动作太多,很难标准化。所以这种情况下,最好的方法是增加一些工序相近的产品,设法降低节拍时间。但往往因为产量需求不大,即使增加相近的产品,也很难将节拍时间降至120秒以下。一般来说,对节拍时间较长的产品,因为工序复杂,很难增加相近的产品,有时你可能需要拉长输送的时间间隔,减少输送的次数,或是按装配线的需求供货。就简单的手工重复性作业的工位来讲,每个人的节拍时间在30~90秒之间比较合适。
如果顾客的地理位置分布得太远,最好的办法就是将生产线分散,在顾客附近的地方生产。这尤其适用于在运输成本高、进口关税高、汇率不稳定及生产交付周期时间长的情况下。
顾客需求的速度就是节拍,节拍时间是多少秒生产一件产品,而不用分钟为单位,最好用“多少秒生产一件”,而不用“一小时生产多少件”,或用生产周期来描述生产的速度。关于节拍时间与生产周期,可以用两个简单但至关重要的问题来回答。第一个问题:顾客多长时间需要一件产品(Takt Time)?第二个问题:生产一件产品需要多长时间(Cycle Time)?
生产周期CT指的是生产一件产品需要的时间,通常周期时间应该要比节拍时间略短一点。当一个工厂为了达到设备的最大利用率,没有安排任何时间做设备的定期维护,那么一旦机器发生故障,产量指标就不可能达成。
如果生产周期远比节拍时间短,就会导致过量生产。更糟糕的是,这样将会掩盖许多生产线上的问题。尤其是在定拍工序,必须尽快地发现问题,相关人员应尽力支援解决问题。
当计算节拍时间时,应注意顾客的需求是经常变化的。建议不要仅凭顾客的订单,而要分析过去12个月里实际成品的发货量,算出一个平均值。同时,还要注意波动的范围,如果波动范围太大,那么就需要安排一个缓冲库存,或者用加班的方法来解决这个问题。理想的生产单元是按照一定节拍生产的,经常改变节拍时间会导致生产效率降低等问题。对有的产品很难做出精确的预测,因此,最明智的做法就是,等待需求量落实以后再研究增加产能,而不要一开始就按照最大需求量来设计节拍时间。
生产过程中不可避免地会发生许多问题,由于这个原因,许多丰田工厂在两班生产之间,安排1~4小时的间隔。这样,每班结束后可以有一段缓冲的时间来处理问题,或者利用这段时间加班,来弥补因为设备或其他问题所造成的产量不足。当通过计算来确定定拍工序的节拍时间时,还应该注意的一点就是,要根据顾客的需求和实际可用的生产时间,来对节拍时间进行调整。
开始生产一种新产品的时候,应该尽量利用已有的生产单元,这样可以节省投入的资金,同时因为增加产量,会缩短节拍时间。启用一个新的生产单元时,最好建立一个临时的安全库存,以保证对顾客的供货。同时生产周期时间应该比节拍时间略短,这样才能给予自己及生产班组压力,去不断地发现问题、解决问题。经过不断的经验积累,渐渐就能够掌握如何设定节拍时间。
在观察和记录工作步骤时,要注意识别出哪些是浪费。在工厂里,浪费是随处可见的,比如操作员要走相当远的距离去取工件,在机器运转的时候等待,或者离开工位去做计划外的工作。从顾客的角度来看,这些动作都不能增加产品的价值,都是浪费。在工序分析时,还有一件重要的事情要做,就是把显而易见的浪费找出来并消除掉,不要让浪费出现在工作步骤中。这种做法通常称为计划改善作业。因为理想的工序还没有建立,一切寻找浪费、消除浪费的工作都靠计划改善作业发现。当然,有些改进必须等新的生产单元建立之后才能进行,比如工件的供料摆放细节。但是,从计划改善作业中,我们已经可以看出很多浪费,应该立刻动手消除。
在生产单元中,原本存在很多的等待及物料搬动的浪费。这些浪费消除掉后,就可以准备开始测定工作步骤的工时了。要获得准确的工时,必须到现场,进行实际测量,而不能通过原始的资料或动作时间表来计算,因为这样并不能反映车间的真实情况,唯有现场搜集到的信息,才能暴露出隐藏的浪费。
在设计一个新工序时,无法观察实际的情况。这时,就只能根据过去的时间数据来推算出工时。一旦新的工序开始实施,就必须重新进行工时测量。测量工时应当选择经验丰富的熟练操作员作为被测量对象。最好是挑选一个不是最快的,也不是最慢的。要多次测量,从其中选出重复出现的最短时间,来作为这个工作步骤的工时。测量出工时后,就应该填入工序分析表,并要将操作员时间和机器运转时间分开。例如,操作员装料用5秒,启动机器用1秒,机器运转时间为10秒,这样操作员的工时为6秒,而不是16秒。对操作员测时结束后,也要对机器测时,再分别记录在工序分析表中。
根据节拍时间来核算每台设备能否满足要求,检查一下是否都可以在节拍时间内完成加工,只有每台机器的单件加工时间都小于节拍,才有可能形成连续流。否则,如果某台机器的加工时间太长,就会成为瓶颈,物料流会阻塞在此处,无法流动下去。
根据经验,在车间操作中,设备总会出现各种各样的问题,同时顾客的需求也经常变化,因此,每台设备的实际周期时间不能太长,通常要小于最高产量节拍时间的80%。这样,才能保证操作员在返回该工位进行下次加工操作时,机器已完成了前次加工,避免人等机器的浪费。而且,一旦顾客需求少量增加时,产能仍能满足要求,而不用购买新的设备。
实际周期时间是加工运行时间+装卸料时间+平均换模时间;平均换模时间是换模时间/两次换模间生产的件数。如果某台设备的实际周期时间大于节拍的80%,那怎么办呢?有下列几种方式来处理:
(1)对加工过程进行改善。
(2)消除设备运行中的浪费,尽量节省时间,如缩短工件移动距离及时间。
(3)将瓶颈工序的任务,分解至多台设备完成,或用几台相对简单的机器同时工作,缩短周期时间。
(4)在生产单元中出现瓶颈时,安装两台相同的设备,交错使用。
(5)可以考虑建立多个生产单元,如在不同的顾客附近,分别建立定拍工序生产单元,来满足不同的需求。
如果以上方法都不适用,就将瓶颈工序从生产单元中分离出去,采用批量方式生产。并建立一个超市拉动系统,把这道工序和生产单元连接起来。
在当今世界,无论哪个行业,顾客不断地对产量及产品样式提出更多的要求。因此,最好选择一些能迅速响应市场的设备,为生产单元提供更大的柔性。
设备自动化能提高生产效率,这是毋庸置疑的,但要点是如何采用合理的自动化水平来实现连续流。自动化可以协助实现高效、柔性的物料连续流动,但如果设计使用不当,自动化也可能破坏连续流。
在目前制造业中,操作员守在机器旁,等待机器运行的现象很普遍,也造成了很大的浪费。因此,工程师可以设计一种简单的传感器,当加工过程出现问题时,设备可以自动报警或停机。这样操作员就可以在装卸料与启动机器后,离开这台设备去做其他增值的工作。这样的传感器成本不高,而且远比把操作员困在设备旁造成的浪费要小得多。
连续流要求操作员可以同时负责多台设备的加工。当操作员取出完成品,装入待加工品,启动机器离开工位之后,机器中正在加工的工件就称为在制品。这样的作业方式,可以使操作员从守在机器旁等待中解放出来。因此,在生产过程中,管理人员一定要时刻注意在制品的数量,如果发现在制品的数量变大了,这就说明连续流出现了问题。
没有必要采用更高水平的自动化机器,选择全自动化设备时,设备的造价及技术要求的复杂程度都会显著增加。如果使用自动化机械来完成,那就需要很精密的控制技术。同样,要完成工件的自动传递,可能需要借助机器人或者传送带。在实际应用中,传送设备的可靠性往往低于70%。此外,一旦顾客需求发生变化,这条昂贵的全自动生产线往往就会无用武之地了。如要扩大生产,就需要追加大量的投资。
经验告诉我们,在连续流的生产单元中,选择半自动化水平的设备是最合适的,避免了昂贵的设备投入、过长的设备采购期、较高的维修费用、频繁的停机调试,以及缺乏柔性的生产方式。
在安排机器、工位和物料供给装置的布置时,不妨先假设单元中只有一位操作员进行作业。这样做的原因是,如果生产单元中只有一位操作员作业的话,那么这个单元中的库存、走动浪费、不连续的动作、过道的障碍物也就自然而然地消除掉了。这样的单元布置,强调操作员的重要性,可以提高效率,并不断创造价值。虽然,这个单元需要的操作员人数还没有计算出来,但这样的单元布局可以肯定是效率最高的。依照这样的布局,即使以后顾客的需求增加了,也可以在这个单元里增添操作员的数目。很重要的一点是,机器之间必须靠近,单元内部的宽度应该保持在1.5米左右,这样,机器往往只有排列成一个U型才能满足要求。单元中的设备越多,排列成的U型就会越长。
单元布局准则:
·设备布置尽量紧凑,以缩短操作员的走动距离。
·清理通道上的障碍物。
·尽量使生产单元的内部宽度保持在1.5米左右,以保证单元内空间可以允许操作员适度的移动。当工作步骤需要调整或重新分配时,也不会受到限制。
·清除掉任何可能放置多余在制品的空间。
·确定一个合适的工作台高度,以使操作员可以较为轻松地工作。
·将第一道和最后一道工序安排在较近的位置,使操作员在完成最后一道工序的加工后,只需要移动较短的距离,就可以返回第一道工序,开始新工件的加工。这样可以大大提高生产线的节奏感。
·避免上下或前后移动工件,尽可能保持在一个水平面上进行传递,且距离越短越好。
·尽量利用自然重力来传递工件。使用悬簧装置,将工具掉在天花板上,保留一定的弹性,以便于以后调整单元布局。
·把手持工具放置在伸手可及的地方,并且要方便操作员取用。
·尽量使用专用工具。必要时将几种工具组合在一起使用。
·确保操作员的安全,创造良好的人机环境。精益生产是以人为本的,其目的就在于为操作员及增值工作提供必要的支持。从这个角度出发,较差的人机环境是不适合的,必然导致浪费。
·尽量将需要手动操作的工位安排在一起,这样有利于工作分配,提高工作效率。
·将全自动化机器从生产单元中分离出来,当生产单元中采用全自动设备时,一定尽量保证设备的可靠性。如果自动化设备处于生产单元第一道工序,那么最好将该设备从生产单元中移出,并采用拉动的方式与单元生产相衔接。
一些设备是以高速批量生产的方式加工,如喷漆、热处理、电镀等,往往都必须大批量同时加工。对于这样的工艺,要建立连续流生产,必须采用另外的办法:
·建立超市拉动系统或FIFO(先进先出)缓冲库存,将大批量生产的工序从单元中分离出去。
·一些情况下,大批量生产设备并不会对连续流造成太大的影响,将其留在单元中也未尝不可。但需要核算一下,该设备平均生产一件产品的时间应小于节拍时间。
·一些情况下,只需对现有设备稍加改动,就可以从大批量生产转变为单件生产,而且改造成本也不高。例如,把手动喷枪排成一列,就可以代替大型传送带式的喷漆生产线了。
要确定合理的操作员人数,应该先把生产周期时间和节拍时间做一下比较,如果生产周期时间小于或等于节拍时间,那么只需要一位操作员就可以了。生产单元中具体需要几位操作员,应该用下面的公式来计算:
操作员人数=生产周期时间/节拍时间
做生产计划时,设定的周期时间小于节拍时间的90%,以留下一些时间。可以考虑用周期时间,取代节拍时间来确定操作员人数。
创建连续流时,管理层、工程师及操作员之间应做良好的沟通,并达成共识。通常,管理层总是倾向于用更少的操作员完成更多的工作,而操作员更希望自己的工作轻松一些。解决这个矛盾可以利用操作员平衡图来分析工作量情况,根据事实来讨论。
在一个生产单元里,工作内容有不同的分配方式。管理层及工程师,必须对各种可能性进行了解,根据生产单元的具体情况,适当应用。
(1)分块工作,将单元的工序分成若干部分,每位操作员完成其中一部分,每人的工时接近节拍时间,同时可以操作几台不同的机器。
(2)循环操作,这种方式不对工作进行分割,每位操作员都必须完成单元内的所有工作,操作员在单元内有间隔地分布在不同工位上。
(3)反向循环操作,这种方式类似于前一种,区别在于,操作员的移动方向和物料流方向相反。
(4)混合方式,将分块工作与循环操作一起使用。
(5)一站一人,顾名思义,即每个工位安排一位操作员。
(6)棘轮式生产,在这种生产方式下,操作员的数量比工位的数量少一个,每位操作员负责两个工位的机器,在一个工位上生产完成以后就到下一个工位,然后再回到前一个工位,这样轮流交替生产,有点类似棘轮的工作原理,因此称为棘轮式生产。
实际上,需求不可能一成不变,但要求生产单元随顾客的需求每小时改变也不切实际,这样会使流动不能长久维持。同时,还会带来成本升高、质量下降等问题。但是,顾客的要求随时在变,因此要求混合生产不同型号产品的比例一成不变也不切实际,为了满足顾客的需要,生产线必须频繁换模,这可能会对供料系统,以及生产效率等带来一些新的挑战。
另一种生产方式就是采用大批量生产,虽然这样可以避免频繁换模,但这样很难快速地反应,来满足顾客的需求,而且会为供应商或上游的工序,带来比较大的波动。因此,这就需要在单元生产的下游,维持一个量大的成品库存,希望手上总有足够多的产品,来满足顾客需求的变化。这也会导致上游工序,同样要储存可观的在制品库存。所以,两个库存量的增加,拉长了这个价值流的产品交付周期时间。
在需求量波动时,要想实现连续流或者精益价值流,就要实施单元生产,制定合理的产量计划,做到产量均衡。也要确定更换不同产品之间的一个合理生产批量,称为产品均衡。产量均衡和产品均衡是生产单元设计过程中,非常重要的两个环节。
如果顾客的需求导致定拍工序的生产发生长时间大幅度波动,那么生产单元的能力包括人、机、料,都必须高于一般的平均值。但是,顾客需求量虽然有波峰和波谷,但长期的总需求量是相对稳定的,所以在顾客和定拍工序间,建立一个成品超市,既可以实现产量的均衡化,又可以满足顾客的需求。通过建立一个超市系统,可以有效地拉动单元生产,其成本将低于维持额外产能的投资。
在实际生产中,顾客仅仅是影响需求变化的因素之一,公司内部作业的不稳定也会影响产量的波动。比如说机器故障和质量问题,原材料和零件的缺货都会导致产量及物料需求量的变化。因此,解决之道不外乎两种,一是提高生产单元解决问题的速度,二是增加在制品与成品的库存。
缩小生产计划窗口,也就是说,减小每次对定拍工序下达的计划产量。通过缩短管理时段和快速解决问题,一段时间以后,就可以实现比较稳定的产量,不再需要额外的成品库存来以防万一。不过,如果间隔太小地下达一次生产计划的话,代价可能也会太大,需要增加很多物料运输员。所以,需要一个更切合实际的方法,这个方法即单位制造时间(Pitch)的概念。所谓单位制造时间,就是节拍时间乘以单位生产数量。通常这个单位生产数量指的是一个成品包装箱内的产品件数。因此,单位制造时间就是生产一箱产品所需的时间。如果按照这个窗口时间来下达生产计划,可操作性要强得多。
建立问题快速反应的机制,就可以尽快改正使生产恢复正常,这样也避免了不必要的加班,管理层可以有效地应用单位制造时间来管理生产。
由于操作员的工作周期时间已经非常接近节拍时间,所以没有多余的时间来解决问题。因此,班组长就应该时常到生产单元检查问题。在必要时,还要代替操作员担任生产工作,让操作员处理类似返修的问题。
当换模时间较短时,用单位制造时间来管理生产,最为切实可行。理想上,换模所需的时间最好小于一个节拍时间。换模时间是与机器、夹具的结构有关的,因此,要缩短换模时间,实现快速换模,必须从设备设计上入手。如果换模时间比节拍时间长很多的话,可能要用好几个单位制造时间的总和来换模,因此每换一次模,就可能损失一些产量。
单位制造时间的长短可以灵活地调整,根据实际情况决定。在生产单元建立初期,单位制造时间可以长一点。待定拍工序生产状况稳定之后,再将其变短。
顾客的需求经常不断地变化,在一个生产单元里,生产较大批量的一种产品,将难以满足顾客的多元化产品的需求。此外,每生产一个较大批量的产品时,价值流中的上游工序就必须相应地准备原材料和配件,造成更多的库存。为了减少生产批量、不稳定的波动及上游的库存,需要在生产单元中用产品均衡的方法来满足多元化产品的需求。
可以用EPE来衡量批量大小。EPE代表每次循环生产一次产品所需的时间。例如,1天能够生产所有的主要产品一次,那么EPE就是1天。在定拍工序,EPE最好为1天,或者与成品发货间隔一致。EPE越小,代表效率越高。
为了实现产量均衡与产品均衡,可以借助一种实用的工具,即生产均衡柜。它是由几块木板拼成一个箱子,其中有数排空格子,每个空格子都可以放下一张看板卡片。一横排格子对应一种产品。因此,有多少种产品就有多少排格子。每一列对应着一段单位制造时间。
创建连续流的过程中,想要一劳永逸是不可能的。原因有两点:第一,改善本身就是一项永无休止的活动;第二,顾客的需求也在不断地变化。特别是顾客需求量的改变,在设计定拍工序时,开始的时候就要考虑进去,要尽可能地做适当的调整。
许多工厂对顾客需求的每天小量波动还可以应付。从一年的发货记录看,顾客需求量在一定时间内,都是相对稳定的。只不过是今天多一点,明天少一点,大致趋于平衡。在这种情况下,建立一个成品超市系统是最好的解决方法。超市的设置,可以让生产线保持一定的节拍时间,以及一定的操作员人数,以连续流的生产方式进行相当一段时间。
很多情况下,顾客的需求的波动是大于或小于平均需求的,所以,定拍工序不得不应对这些改变。如果需求量下降太大,而保持操作员人数不变,那么生产效率就会降低,同时可能会造成过量生产。为了应付顾客需求量的变化,定期地要增减操作员人数,这种情况下采用U型的生产单元布局非常有效。U型布局可以提供多种移动路线的选择,容易调整安排工作步骤给不同数量的操作员。
工业工程师在设计生产单元的时候,除了制定正常产量的方案之外,还必须考虑增加一些操作员或减少一些操作员情况下两种不同的方案。这种技术我们称为生产换挡,由于事先设计好了几种方案,因此当需求变化时,只需要切换到相应的挡位就可以了。
当顾客需求量和操作员人数不断变化时,生产单元内的人均生产率如果能维持稳定,这是很难得的成就。配合上一个真正的连续流,就可以形成一个精益的定拍工序。我们称这个成就为线性人均生产率,换句话说,在生产单元处于不同挡位、不同的人数时,每位操作员的作业都能维持在节拍时间内。
一般来说,执行生产换挡的间隔,最少是一周,我们建议是两周至一个月。当你开始建立或重新设计生产单元时,应当先将节拍时间设置得较长一些,并保持三个月。给自己一段时间,去改进这个生产过程,并形成一套自己的过程管理程序。
当生产单元换挡时,设法改变节拍时间是相当困难的。因为必须在改变工作分配的同时,重新安排操作员。由于这样的原因,所以很多精益企业试图在一定时期内,保持一个节拍时间。比如丰田汽车公司,通常一个月才会重新计算一次总装线的生产节拍。
要想增加产能,可能需要更多的操作员,以及增添设备。不过好在精益生产单元中的机器一般都相对简单、轻便、便宜,因此,当顾客需求增长的时候能够很快地做出反应。一般来说,如果只需要增加一台机器,就能上一个台阶,这种方式的产能提升称为机器产能提升。如果产能还是不足,那么可以调动其他的生产线,必要时可以添置一些机器。如果这样做还是不足,那么就只能再建立一个新的生产单元了,这种提高产能的方式称为单元产能提升。无论是机器产能提升,还是单元产能提升,都需要调整操作员人数、增加投资,以及拉长交付周期时间。因此,在做出提升产能的决定之前,一定要三思而行。首先要确保机器的可靠性,同时尽量对生产单元进行改善,查找问题并解决问题,到了实在很难进一步改善的时候,才考虑提升产能的对策。
通常,生产单元中的物料是通过操作员来实现移动的。但有时,一些定拍工序,也会通过传送带来运送物料。由于物料体积较大或某种特殊要求,物料通过传送带实现运送至各个工位。传送带的工位,一般来说都同样大小,操作员往往在传送带的一侧工作。这种方式与生产单元有许多相同之处。
当顾客需求发生变化时,流水线与生产单元相比,有其不足之处,因为无法灵活地调配操作员来调节产量。事实上,流水线也不是完全没有办法的。比如说,为了实现产量减半,可以将传送带速度减半,同时将一个工位配一位操作员改为两工位配一位操作员,或者一个操作员负责两台设备。换一种方式,可以在传送带的一侧预设一些空的工位,当顾客需求增加时,就可以增添操作员,扩大产量。但由于增加了操作员人数,所以,必须重新调整工作分配。