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0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫 高自动化流水线的运营管理探索 摘要 管理的权变理论告诉我们，只有根据具体的应用情景特点确定适合的管理方 法，才能提高管理的效率与效果。 本文归纳了高自动化流水生产线的固有特征，并在固有特征的基础上，结 合现有运营管理理论，探索出一套适合高自动化生产线的运营管理方法，以提高 高自动化流水线生产线的综合效益与长期竞争力。 高自动化生产线的突出特点可归纳为高效率、高停线与启动成本和风险、 高失控与错误代价，以及控制系统的复杂性。 鉴于其固有特征，本文演绎推导了选择合适停机方式的策略，使停线成本 降到最低；研究出了缺料成本的控制策略、生产弹性提升策略；给出了如何防差 错、做设备维护以减少停机时间，提高o e e ；研究讨论了如何确定关键控制点、 如何有效实施s p c 和进行测量系统的分析。6s i g m a 是众多企业管理理论的集 合，适合高自动化生产线的管理要求，本文也对其应用方法作阐述。 本文着重实际的应用与实施，可作企业运营管理人员参考之用。 关键词：运营管理自动化生产管理工艺控制 中图分类号：f 2 7 3 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 a b s t r a c t m a n a g e m e n tt h e o r i e st e l lu st h a t ，t oi m p r o v em a n a g e m e n te f f i c i e n c ya n d e f f e c t i v e n e s s ，d i f f e r e n tm a n a g e m e n ta p p r o a c hs h o u l db ea p p l i e dt o d i f f e r e n ts i t u a t i o n t h i sp a p e rs u m su pc h a r a c t e r i s t i c so fh i g ha u t o m a t i cm a n u f a c t u r i n g b a s i n go nt h e s ec h a r a c t e r i s t i c sa n dr e f e r r i n gt ot h eo p e r a t i o nt h e o r y a v a i l a b l e ，t h i sp a p e rc o m e so u tas e to fo p e r a t i o nm a n a g e m e n tm e t h o dt o m a x i m i z et h eb e n e f i to fe n t e r p r i s ea n dt oi m p r o v ec o m p e t i t i v ep o w e r t h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g ha u t o m a t i cm a n u f a c t u r i n ga r eh i g he f f i c i e n c y ， h i g hc o s t r is ko fs h u t d o w na n ds t a r t u p h i g ho u t o f c o n t r o la n de r r o r c o s t ，a n dc o m p li c a t i o no fc o n t r o ls y s t e m c o n s i d e r i n gt h e s ec h a r a c t e r i s t i c s ，t h i sp a p e r c o n c l u d e s p r o p e r p r o d u c t i o n1 i n es h u t d o w ns t r a t e g yt om i n i m i z er e l a t e dc o s t ，s t u d i e sh o w t oc o n t r o lt h ec o s to fm a t e r i a lo u t o f - s t o c ka n dt h es t r a t e g yt oi m p r o v e f l e x i b i l i t y ，t e l l sh o wt oc u td o w nm a c h i n ed o w nt i m et oi m p r o v eo e ev i a p o k a - y o k ea n dp r o p e rm a i n t e n a n c e ，d i s c u s e sh o wt od e f i n ec r i t i c a lp r o c e s s c o n t r o la n dh o wt oi m p l e m e n ts p c m s a t h i sp a p e ra l s oc o v e r s6s i g m a c o n c e p ta p p l i c a t i o n s ，w h i c hi st h ei n t e g r a t i o no fm a n ym a n u f a c t u r i n g t h e o r i e sa n ds u i t sf o ra u t o m a t i cm a n u f a c t u r i n gm a n a g e m e n t k e yw o r d s ：o p e r a t i o nm a n a g e m e n t ， p r o c e s sc o n t r o l c h i n e s el i b r a r yc l a s s i f i c a t i o n ： a u t o m a t i o n ，m a n u f a c t u r i n gm a n a g e m e n t ， f 2 7 3 2 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫 高自动化流水线的运营管理探索 1 导言 1 1 问题的提出背景及意义 运营管理( 英文简称o m ，即o p e r a t i o nm a n a g e m e n t ) 是对生产以及对提供 公司主要产品和服务的系统进行设计、运行和改进的所有活动总和。它是对企业 生产或传递产品的整个系统的管理。在制造业企业中，运营管理的职能主要包括 物料的计划与控制、生产管理、生产过程控制、品质保证和工程支持等。 运营管理从二十世纪初期就被提出来，理论得到了很快的发展，新的理论、 管理方法层出不穷。比较新的理论如准时化生产( j i t ) 、全面质量管理、企业流 程再造、供应链管理和电子商务等，6 s i g m a 理论也被提出来，并在制造业广泛 应用。 管理理论有其一般适用性和特殊性。根据权变管理理论，不同的情景应该 采用不同的管理办法。分工细化、专业化和经济全球化的环境中，管理也应该有 针对性，才能提高管理效率。不同的行业、不同的产业、不同的产品和服务、不 同的制造过程应该有其不同的管理办法。 在制造业中，随着生产技术的进步，技术密集型越来越多地取代劳动力密 集型，生产自动化程度不断提高，流水线生产越来越多。高自动化流水线生产方 式，是制造生产的一个重要分支，它有一般生产线的通性，也有其本身固有的特 征。 高自动化流水线的制造企业，多数是技术密集型的企业，设备、厂房设施 投资较大，一线劳动力需求较少，而对劳动力素质要求一般较高，同时也需要较 高的技术支持与技术储备。自动流水线的任一环节设备故障、任一物料短缺，均 会导致全线不能正常生产。同时，自动流水线在没有生产时并不能零成本停线， 停线会导致物料的异常消耗，而且在停线期间，水、电、气不一定能全部关闭， 仍需有所消耗。另外，生产线的重新启动需要一定的时间，也需要一定的物料调 机，使机器设备进入最佳生产状态。 虽然生产管理、物料管理和生产过程控制等理论的研究与实践众多，而且 近年来得到了快速的发展，但针对高自动化流水线这一分支的专门研究与论述甚 少。基于高自动化流水线固有的特征，需要根据其特征，对一般的管理理论做进 一步的研究，导出一套适合高自动化流水线特征的合理的管理理论和方法，以降 低运营成本，降低企业风险，提高企业的生产弹性，提高市场响应速度，使企业 效益最大化，提高企业的长期竞争力。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 1 2 研究的理论基础 运营管理是社会发展的必然结果。自进入工业社会以来，企业间的竞争愈 演愈烈，为了取得竞争优势，各企业不断地研究寻找新的更有效的生产方式和管 理方法来增强企业的竞争能力。另外，市场对产品的质量及创新要求不断增大， 科学技术也在快速向前发展。在这种市场、技术与竞争的推动下，生产运营管理 的理论得到了不断的更新发展。 运营管理的理论发展起源于十九世纪初弗雷德里克o w * 泰勒( f r e d e r i c kw t a y l o r ，美国) ，表1 1 按时间顺序列出了主要的运营管理理论。 表1 1 主要的运营管理理论 年代概念 工具创始人 2 0 世纪1 0 科学管理原理时间研究与工作研究概 年代 念的形成 工业心理学动机研究活动规划表 2 0 世纪3 0 经济批量规模e o q 应用于存货控制抽 年代质量控制样检验和统计表 工人动机的霍 桑试验 2 0 世纪4 0 复杂系统的多 年代约束方法 5 0 年代和运筹学的进一 6 0 年代步发展 2 0 世纪7 0 商业中计算机 年代的广泛应用 2 0 世纪 年代 2 0 世纪 年代 服务质量和生 产率，制造战略 示例j i t ，t q c 和工厂自动化 工作活动抽样分析 线性规划的单纯形法 仿真，排队理论，决策 理论，数学规划，p e r t 和c p m 项目计划工具 车间计划，库存控制， 预测，项目管理，m r p 服务部门的大量生产 作为竞争武器的制造 看板管理，计算机集成 制造c a d c a m ，机器人等 8 0 同步制造瓶颈分析和约束的优化 理论 9 0 全面质量管理波里奇奖，i s 0 9 0 0 0 ，价 值工程和持续改进 弗雷德里克w 泰勒( 美 国) 弗兰克和吉尔布雷斯 ( 美国) 亨利福特和亨 利甘特( 美国) f w 哈里斯( 美国) 休哈特道奇和罗米格 ( 美国) 梅奥( 美国) 和提普特 ( 英国) 运筹学研究小组和丹齐 克 美国和西欧的很多研究 人员 计算机制造商领导的， 尤其是i b m 公司：约瑟 夫丰奥里奇和奥里弗木 怀特是主要m r p 革新者 麦当劳餐厅 哈佛商学院教师 丰田的大野耐一，戴明 和朱兰以及美国工程师 组织( 美国，德国和日 本) 格劳动亚特( 以色列) 国家标准和技术学会， 美国质量控制协会和 ( a s q c ) 和国际标准化组 织 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 业务流程再造基本变化图，因特网，和默和主要咨询公司 电子企业万维网( 美国) 美国政府，网景 通信公司和微软公司 供应链管理 s a p r 3 ，客户服务器s a p ( 德国) 和o r a c l e 软件( 美国) 2 1 世纪初电子商务 因特网，万维网亚马逊网，电子港湾， 美国在线，雅虎 1 3 研究的目标及主要内容 在制造业中，运营管理是对生产、产品和服务提供系统的设计、运行和改 进，其主要目标是满足市场需求和降低成本以提高企业效益和社会效益。 本研究根据企业一般运营管理的目标，在目前国内国际运营管理理论研究 成果的基础上，以高自动化流水生产线企业为研究对象，探索基于高自动化流水 生产线固有特征的高效的运营管理理论和方法。 运营管理在制造业企业中的职能主要包括物料的计划与控制、生产管理、 生产过程控制、品质保证和工程支持等。本文将以高自动化流水生产线有别于一 般生产线的领域作为重点，就生产管理和生产过程控制等方面展开研究和阐述。 本文的主要研究目标和内容如下： 1 ) 生产线的重新启动，需要额外的物料作机器设定调整，有些设备需要预 热，生产线停线将使部分在线物料失效，停线期间可能还有水、电、气的消耗， 生产线的启动与关闭也将破坏生产设备以及生产系统的连续性，加大了风险。这 种与生产线启动与关闭有关的风险及成本，我们分别称为生产线的启动成本和关 闭成本。当市场需求不足时，如何制定适当的生产计划，以使启动和关闭成本的 总和降到最低。 2 ) 降低库存成本不得当，必将加大物料短缺的风险，产生物料短缺成本， 本文将寻找最优的解决方案，在降低库存成本的同时控制物料短缺成本。 3 ) 高自动化流水生产线中，任一个岗位一旦出现参数设定错误或用错物料， 将可能出现大批量的报废，提高生产管理和过程控制能力，设计防呆机制显得异 常重要，本文将就如何设计防呆机制做研究讨论。 4 ) 一旦出现生产的产品超出规格限，不易及时发现，这将产生大批量的不 良品，提高生产线生产工序能力，采用统计过程控制方法，才是上策。如何用好 统计过程控制也是本文的研究内容之一。 5 ) 高自动化生产线的高停机成本与高质量成本，更需要有全面的科学的管 理方法与理念，6s i e n a 作为众多理论的集成，成功实施对于提高企业的竞争力 将起到不凡的作用，本文就如何理解实施6s i g m a 作讨论。 对于一个准备建立生产线的企业，需根据产品的特征、产品品种结构、技 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 术水平、资本成本等，选择自动化程度，这一选择过程本文不作研究讨论。 1 4 研究的主要方法 本研究的分析方法采用定量与定性相结合的方法，并用演绎的理论推导逻 辑过程，在现有的国内国际运营管理的理论基础上，推导得出适合高自动化流水 生产线的管理模型和方法。 本研究以p h 公司的运营实际为例，对研究结果进行进一步解释或印证。本 文中所需数据资料将采自于相关文献、资料和报道，p h 公司的数据主要通过访 问和实地考察获得。 p h 公司是一家专业生产液晶显示器的外商独资企业，投资折合5 5 亿人民 币。生产车间为6 0 0 0 平方米，车间全部为洁净室，净化级别为1 0 0 级。生产线 为高自动化流水线，2 4 小时不问断运转，设计产能为每天4 0 0 0 对液晶板，年产 值达1 3 亿人民币。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 2 高自动化流水生产线的特点 高自动化流水生产线因其自动化程度高，由此产生有别于普通单机生产或 装配生产线的很多固有特征，以下就其主要的特征展开讨论。 2 1 提高设备综合效率是提高企业效益的关键 2 1 1 成本构成与效益分析 生产总成本，按其性态不同可区分为固定成本和变动成本。固定成本是指 在一定产销量范围内，生产总成本中不随产品产销量增减变动而变化的那部分成 本。变动成本是指在一定产销量范围内，生产总成本中随着产品产销量变化而呈 正比例变动的那部分成本。 生产总成本可以用以下等式表示： t c = f + v = f + v q 其中t c 表示总成本，f 表示固定成本，v 表示变动成本，v 表示单位产量变动 成本，q 表示产品产量。 只有当q ) q + 时，企业才开始盈利，q + 为销量盈亏平衡点。 高自动化生产线的投资要远大于低自动化的生产线，但通常高自动化生产 的生产效率较高，单位变动成本较低。对这两种不同自动化程度的生产线绘制盈 亏图，如图2 1 所示( 其中，p 为产品价格) 。当q ) q “时，高自动化流水线的 效益比低自动化程度的生产线好。表2 1 列出了不同自动化程度的生产线的部分 财务指标对比。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 图2 1 盈亏平衡图 表2 i 不同自动化程度的生产线的部分财务指标比较 自动化程度固定投资固定成本f变动成本边际利润 高自动化高 高低大 低自动化低 低 高小 2 1 2 提高0 e e 是提高企业效益的关键 设备综合效率( o e e ，o v e r a l le q u i p m e n te f f e c t i v e n e s s ) 是一种简单实用的生 产管理工具，在欧美的制造业里已得到广泛的应用，o e e 已成为衡量企业生产 效率的重要标准，也是t p m ( t o t a lp r o d u c t i v em a i n t e n a n c e ) 的个重要手法， 其本质就是设备负荷时间内实际产量与理论产量的比值。可用以下公式表示： o e e = 时间开动率( b a ) x 性能开动率( d c ) x 合格品率( f e ) 其中a 、b 、c 、d 、e 、f 含义如图2 2 所示。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 图2 2 0 e e 计算示图 o e e 反映的是一定时间内，合格品的产出数量。只有提高o e e 才能在同样 的固定投资中生产出更多的合格产品。 从图2 1 可以看出，当产销量q ) q ”时，高自动化生产线的总成本较低， 随着q 的增大，高自动化生产线的利润增长较快。相反，当q 下降时，高自动 线的亏损较大。即产销量对高自动化生产线的利润杠杆作用比对低自动化生产线 更大。由此，提高高自动化流水线o e e 水平是提高企业效益的关键。 2 2 高停线成本 停线意味着没有产出，但是还要有固定成本的支出，不管生产线自动化程 度高低，这一部分的成本支出都免不了。但是高自动化生产线停的是全生产线， 且其固定成本较高，时间损失带来的经济损失会大得多。 另一部分不容忽视的是，由于自动线停止，机器上的物料无法回收而可能 得报废，在线的半成品也可能得报废或返工处理，模具可能得重新清洗或其它处 理等，这都将产生额外的费用，这些与停线直接相关的费用，我们把它称为停线 成本。 停线，分计划停线和非计划停线( 异常停线) ，相应产生的成本称计划停线 成本和异常停线成本。 2 。2 1 计划停线成本 计划停线成本主要包括以下两项： 1 ) 固定成本的损失f 。，包括设备厂房折旧费用，管理人员工资，贷款利息 等，其费用总额与时间成比例，即为该时间内可生产产品的平均固定成本总和。 假设生产线单位时间的固定成本为f ，停线时间为t ，则f 。= fxt 2 ) 损耗费用v 。，包括额外物料的浪费，设备的防护费用，模具的处理费 用等，其费用总额通常与时间无关。 故计划停线成本t s p 可用下列等式表示： 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫 高自动化流水线的运营管理探索 t s p 2 f t + v 叩 与低自动化生产线相比，高自动化流水线的f 与v 。都较高，故计划停线成 本较高。 2 2 2 异常停线成本 当流水线中任意一台机器出现故障，或任意一个工序出现工艺品质问题时， 不得不全线停产，而对于单机生产线，停的只是有问题的机器或工序，其它工序 可以利用缓存继续作业( 当然缓存也会有容量的限制，在此不作考虑) ，见图2 3 。 假设制造一种产品由f 1 个工序组成，每个工序由一台设备完成，每个工序平均故 障时间为1 厂r 小时，当l t 较小时，可以忽略n 个工序同时故障的发生对计算结 果的影响，那么： 1 ) 单机作业生产线的平均停线时间为l t ； 2 ) 自动流水线的停机时间为n t 。 自动流水线的停机时间是单机生产线的n 倍，固定成本和机会成本的损失 也就是单机生产线的n 倍( 假设自动流水线的固定成本等于单机生产线的简单加 和) 。 图2 3 生产线流程示意图 除了固定成本和机会成本外，异常停机的损耗费用比计划停机还要高，包括 额外物料的浪费、设备的防护费用、模具的处理费用、在制品的返工处理费用或 报废的损失等。 2 3 高启动的成本及风险 上一节，已经阐述了高自动化生产线的停线成本比低自动化的生产线要高得 多，同样，生产线重新启动的成本也要高得多，同时，风险也较高。 2 3 1 启动的成本 启动的成本可以归纳为以下几个方面： 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 1 ) 启动前，需要对机器进行清洗清洁，作必要的设备维护； 2 ) 机器需要有时间预热，例如，烘炉、温湿度控制装置、药液等； 3 ) 为使机器进入稳定状态，需要耗用物料进行试产调试； 4 ) 为使环境洁净度进入正常生产状态，通常洁净室系统需要提前开启，通 常需要1 2 天，视净化要求不同而不同； 5 ) 以上的过程都需要时间，需要固定成本的费用。 同时，生产线重新启动是从环境( 包括设备) 的一个平衡状态到另外一个状 态，变化必然引进新的风险。 2 3 2 启动的风险 生产线的重新启动，上节已阐述了启动前的一些必要工作，但是若有些环 节处理不当或不到位，将导致设备不能正常使用，甚至存在隐患，而随后导致产 品质量事故的发生，这种与生产线重新启动直接相关的风险称为启动风险。启动 风险包括： 1 ) 设备的故障，包括显性的和隐性的，隐性的不易被发现，风险更大： 2 ) 设备的零点位置漂移； 3 ) 物料的使用不当，包括用错料、混料等； 4 ) 参数设定错误，包括工艺参数和设备参数，通常自动化生产线设备及工 艺参数较多，有几百，几于甚至上万个，发生错误的风险很大，特别是部分参数 平时正常生产时并不需要作设定和检查，更容易被忽视 5 ) 环境的不确定性，包括温湿度，洁净度、气流方向等； 6 ) 产品特征的不可测性，加大了质量风险。由于一些产品的特征参数，在 制造过程由于技术的限制无法检测或检测周期很长，直到下一工序或可靠性试 验、甚至到客户手中才能被发现存在缺陷，在被发现之前一段时间里生产的产品 可能都存在同样的缺陷。 这些风险将体现在综合设备效率( o e e ) 上，有甚者出现大批量的产品质量 事故。 2 4 高失控或错误的代价 失控和失误、错误对于生产系统来说，难免会出现，只是概率或大或小的问 题。对于高自动化流水线，一旦发生失控或错误，产生的后果代价比单机生产线 要高得多。 首先，高自动化生产线不像单机生产线，对加工的品质可以随时检查，甚至 百分之百检查，及时发现及时纠正。当发现问题时，已经有很多产品流到下一个 工序并加工好了，造成更多的物料浪费和整个生产线的时间浪费。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 次之，发现问题后，未纠正前，全生产线都必须停止生产，而单机生产线只 须停止有问题的工序或设备即可。 再者，高自动化流水线一般是单一的一条生产线二十四小时连续运转，没有 后备的生产设备去尽快恢复生产或通过加班方式弥补损失的产能。 失控或错误将直接影响o e e 表现，影响物料控制、交货期、企业经济效益 等等。 2 5 控制系统的复杂性 高自动流水线设备集成度高，设备之间的关联性也高，工序之间也需要设置 反馈处理机制以实现自动化，这就使自动化流水线的控制系统变得复杂。 再者，高自动化流水生产线在生产过程中不是所有的产品特征参数都可以实 现在线的实时测量，没有测量就没有办法建立自动反馈机制，在这种情况下，实 际操作中往往把它转换成对过程关键参数的控制。因影响一个产品特征的过程参 数通常不只是一个，而是好几个，甚至更多。这就使得高自动化流水生产线有成 千上万个控制的参数，这就致使控制系统变得更复杂。 2 6 产品品种单一、产量大 选择高自动化的生产方式，一般都是产品品种单一、产量大或者是产品之间 差异性较小的产品结构，因为对于高自动化生产线，如上所述，其停线成本较高， 同样其品种切换成本也较高，切换的风险也较大。 2 7 知识技术密集型取代劳动密集型 高自动化生产流水线一般都投资较大，技术较高，要求人员素质也较高，而 一线人员绝对数量较少，有的甚至在一个一万平方米的车间只需要1 2 个人， 人均年产值很高，可以是百万甚至千万人民币以上，属于知识技术密集型的企业。 而单机生产线劳动力需求较多，有的甚至大部分是手工作业，劳动生产率低下， 人均产值较低，更偏向于劳动密集型。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 3 生产管理的主要挑战与对策讨论 由于高自动化生产线具有高停线成本、高停机与启动风险的突出特点，因此 对生产管理提出了更高的要求。以下纵观生产管理面临的主要挑战，就最主要的 几个生产管理问题展开对策讨论。 3 1 生产管理的主要挑战 生产管理的最终目的是以最小的投入，按时按质按量完成生产计划，归根到 底还是管理的两个基本问题，效率与效果。在生产管理的实施过程中，由于高自 动化流水生产线固有的特点，它将面临特有的、不同于一般生产线的挑战，主要 有以下几个方面： 1 ) 停线成本的控制 由于高自动化流水生产线有高停线成本的特点( 如本文2 2 所述) ，而现实 的生产线不可能连续不断地运转，比如设备的保养与故障、缺料、停电停水和低 的市场需求等等。不同的停线方式将有不同的停线成本( 包括停线风险) 。怎样 做好停线决策使停线成本最小化是生产管理必须面对并解决的问题。 2 ) 缺料成本控制 企业为了降低库存成本，采取降低物料的库存量办法，但是，对于不同的物 料不能采取千遍一律的控制方法。特别是，对于高自动化生产线，其停线成本很 高，相应的缺料成本很高。只有根据不同物料价值以及不同物料的特性采取不同 的物料服务水平，从库存与缺料总成本考虑，才能使效益最大化。 3 ) 如何防差错 差错是客观存在的，只是发生的概率不同而已。特别是人为的因素越多，差 错发生的可能性就越高。人会受精神状况、情绪和知识水平等的不同而有不同的 差错发生概率。设备同样也会因设备的状况不同而发生差错的概率大小不同。对 于高自动化生产线，不管是人为的还是设备本身的，一旦发生差错，将很可能带 来全线的停产，由于停线成本很高，所以研究并采取措施防止差错的发生对高自 动化生产线显得很重要。 4 ) 产品的小批多样化 对于制造类的企业家们，如果单位产品利润相同，他们都希望产品单一而批 量很大，这样可以提高效率，从而可以提高设备利用率，降低成本，创造更大的 利润。但往往事与愿违，科技进步很快，新产品新技术层出不穷，而且消费者追 求的是新颖，差异化。这就使得产品种类越来越多，企业家们为了抢得更多的市 场份额以创造更多的利润，他们不得不接受多样化的生产。因此，产品小批多样 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 化成为生产管理者面对的不得不接受的挑战。 5 ) 样品和试验品的生产安排 “样品是代表公司的未来，试验是企业技术进步的必要手段”。然而，很少 公司拥有独立的试验线，即便有，也未必能完全模拟实际的流水线生产。样品和 试验很占用流水线生产时间，没有合理的安排将造成很大的综合设备效率损失； 再者，样品的生产的主要目的之一是评估样品的设计是否与生产线的工艺与设备 相适应，如果生产没有在应有的正常生产稳定状态进行生产，将使生产失真，会 给样品的设计造成错觉。生产设备的调整通常要一段时间才可以达到稳定状态。 如何合理安排样品及试验的生产对于高自动化生产线变得很重要。 6 ) 提高生产弹性 市场的节奏正在不断加快，“计划赶不上变化”，订单忽高忽低。而且，自 动化流水生产线的弹性一般都较小，因为设备的节拍是固定的，也不容易通过添 加设备来增加产能。如何应对这种快速变化的市场节奏，缩短企业对市场的响应 时间，提高生产的弹性，很值得我们去研究探讨。 在以下的几个小节中将对主要的面临的挑战展开对策的讨论研究。 3 2 停线成本控制 3 2 1 两种不同的停线方式 通常，在单机的生产线中，物料短缺或没有生产任务就关机。等要恢复生产 时才开机，因为对于单机生产线，其开关机耗时少，机器设备比较容易进入生产 状态。 但对于高自动化生产线却不同，生产线的启动周期较长，也需要额外的一些 物料作为设备的调试用，开启与关闭生产线产生的额外费用有可能超过机器空转 待机的费用，所以需要考虑怎样停线才时最合理，是维持空转待机还是关线等需 要再重新开线。两种不同的停线方式如图3 1 所示。 若短时间停机，机器只是空转但不停线，损失就是停机期间的固定成本、 生产的机会成本和机器空转的费用； 若停机时间较长，需关闭生产线，损失就是停机期间的固定成本、生产 的机会成本和生产关闭及重新启动的费用。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫 高自动化流水线的运营管理探索 图3 1 两种停线不同方式及相应的损失图示 3 2 2 停线成本的计算 停止生产多久应该关闭生产线，多久就应该不关闭生产线维持空转，这是我 们该做决策的问题。从图3 1 我们可以看出，关键是比较空转费用( b ) 和关线 及重启费用( c + d ) 哪个低。对于不同的产品生产线，其空转、关线和重启的费用 会大相径庭，须依工艺要求而确定。下面以p h 公司为例，计算什么情况下该采 取哪种关线方式，并计算物料短缺成本。 1 ) 固定成本和机会成本的估算( 以前一年度的数据为例，暂不考虑税收的 影响，下同。) 基本财务数据( 单位：人民币，下同) 变动成本( 每件) 7 0 3 年总固定成本1 8 4 ，5 0 0 ，0 0 0 成品单价i ，0 5 0 当年产销量8 4 0 ，0 0 0 当年利润( 税前)1 0 6 ，9 7 6 ，0 0 0 故，每小时的固定成本= 1 8 4 ，5 0 0 ，0 0 0 3 6 5 2 4 = 2 1 ，0 6 2 每小时的机会成本= 1 0 6 ，9 7 6 ，0 0 0 3 6 5 2 4 = 1 2 ，2 1 2 固定成本和机会成本总和a = 2 1 ，0 6 2 + 1 2 ，2 1 2 = 3 3 ，2 7 4 元小时 2 ) 空转的费用 设备空转时，通常需要耗用部分材料、水电和直接人工费用( 因直接人工在 高自动化的生产线中占成本比例很少，可忽略) 。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 在p h 公司中，空转需耗用正常生产时一半的辅助材料和约1 0 9 6 的主材( 用类 似低价材料替代或低等级的材料在空转中使用) 。 正常生产空转 主材成本( 每件) 6 5 66 6 辅材成本( 每件)3 51 8 水电成本( 每件) 7 1 4 劳动力成本( 每件) 4 8 2 总变动成本( 每件) 7 0 38 9 由每件的变动成本可近似换算成每小时的变动成本，即可得空转成本b ： 空转成本b = 8 4 0 ，0 0 0 3 6 5 2 4 * 8 9 = 8 ，5 4 0 元小时 3 ) 关闭和重新启动的费用 关闭重新启动 耗时( 小时)1 22 4 劳动力( 元小时) 5 6 85 6 8 水电耗用( 元小时) 3 7 9 i ，5 1 5 材料耗用5 ，0 0 03 0 ，0 0 0 总费用1 6 ，3 6 48 0 ，0 0 0 故，关线和重新启动的成本c + d ：1 6 ，3 6 4 + 8 0 ，0 0 0 = 9 6 ，3 6 4 元次 3 2 3 停线成本的最小化策略 停线成本最小化，就是要合理选择空转和关线，由( c 十d ) b = 9 6 ，3 6 4 8 ，5 4 0 = 1 1 3 可知，当停止生产大于1 1 3 小时时就应该选择关线，但考虑到关线和重 新开线要花3 6 小时，故很明显，只有当预计停止生产超过3 6 小时时才能且应该 关线，停线策略及相应费用见下表。 表3 1 不同停产时间下的停线策略 预计停止生产时间t 3 6 小时 停线策略空转关闭生产线 相应费用( m - b ) ta t + ( c + d ) 由以上讨论，我们可以将停线成本写成关于停线时间的函数式： y = m i n ( ( a + b ) t 。a t 十c + d ) 其中，a 和b 分别表示单位时间停线固定成本和机会成本，c 和d 分别表示 一次开机和关机的费用。 对于p h 公司，上以节已经计算出a 、b 、c 和d 的值，代入上式可得缺料停 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫 高自动化流水线的运营管理探索 线成本的表达式为 该函数作成图如下： 图3 2p h 公司的停线损失时间图 该函数为分段函数，非连续性，停线时间在3 6 小时时为区间( 3 1 ，4 2 ) 的 最小损失( 这里只考虑直接经济影响，暂不考虑可能推迟交货客户方面的负面影 响) 。 3 3 缺料成本控制 所有的公司，尽管采用了各种方式降低库存，但都需要保持一定的物料库存， 因为库存具有以下几个作用： 1 ) 保持生产运作的独立性，使生产更具有弹性。 2 ) 满足产品需求的变化，因产品的需要不是完全可预知。 3 ) 减少供应商物料交货不及时带来的缺料风险。 4 ) 利用经济订购批量节约订货成本。 库存固然重要作用，但库存也需要有代价，产生库存成本。 企业应该保持合适的库存水平，在缺料成本与库存持有成本上做平衡，使总 相关成本最小化。为做这个决策，我们首先来分析相关总成本构成及其主要影响 因素，如图3 3 所示。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 图3 3 相关总成本构成及主要影响因素 生产方式及物料特性是在建厂时就已决策好的设计问题，订货批量和服务水 平是运营中的决策问题。使相关总成本降到最低是企业的目标。服务水平高，则 缺料成本低，但需提高安全库存，相应提高了安全库存成本。以s l 表示服务水 平，y 。表示缺料成本，y ：表示安全库存成本，i 表示单位物料( 单位物料指单位 产成品耗用物料，下同) 持有成本，单位物料缺货成本为m s ，则： y t = f 。( s l ，m s ) y 2 = f 2 ( s l ，i ) 为使y 。+ y ：最小化，对其求导，可得出服务水平关于单位物料持有成本和缺 料成本的函数： s l = f 。( m s ，i ) 服务水平确定后，结合预测的标准偏差，就能得知安全库存量 为z ( s d ) 。 而再订货点r o p 可表示为： r o p = d l t + 安全库存量 式中d 为需求量预测，l t 为补货的提前期。 这个等式就是平衡考虑安全库存和缺料成本之后的最佳订货策略。 图3 4 描述了相关成本与服务水平的关系。从图可以看出，当物料价值升 高时，库存成本升高，曲线上移；与缺料成本曲线的交点向左上方移动。在相关 总成本最小化的条件下，服务水平须适当降低，相关总成本也有所上升。反之亦 然。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 图3 4 相关成本随服务水平的变化趋势 据此，对于单位价值不同的物料，应该根据其单位价值设定不同的服务水平， 去确定安全库存量和订货策略。 例如，在p h 公司中使用的物料中，u v 固化胶的单位产成品耗用价值仅为 0 0 0 7 元，全年耗用价值仅为7 0 0 0 元左右，但它的短缺会造成同样的停线。对 这样的物料，应赋予极高的服务水平( 应该在6 s i g m a 以上) 。实际操作上可以 保持三个月甚至半年以上的安全库存。但对于p h 公司中的玻璃基板却不同，其 单位产成品耗用价值高达1 2 0 元以上，年耗用价值达l 亿元以上，根据计算赋予 合理的服务水平，适当控制库存很有经济价值。 在实际操作中，用m r p 系统可以对物料进行有效的管理。但系统维护所需 的期量数据，如批量、安全库存等参数是主观的数据，安全库存须根据以上的方 法确定( 根据物料价值确定服务水平，再结合预测标准偏差确定安全库存量) 。 3 。4 防差错( p o k a y 0 l ( e ) 的方法应用 p o k a - y o k e 意为“防差错系统”，是日本的质量管理专家、著名的丰田生产 体系创建人新江滋生( s h i n g e os h i n g o ) 先生根据其长期从事现场质量改进的丰 富经验首创的概念，并将其发展成为用以获得零缺陷，最终免除质量检验的工具。 p o k a y o k e 的基本理念主要有如下三个： 1 ) 决不允许哪怕一点点缺陷产品出现，要想成为世界级的企业，不仅在观 念上，而且必须在实际上达到“0 ”缺陷。 2 ) 生产现场是一个复杂的环境，每一天的每一件事都可能出现，差错导致 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 缺陷，缺陷导致顾客不满和资源浪费。 3 ) 我们不可能消除差错，但是必须及时发现和立即纠正，防止差错形成缺 陷。 人有主观能动性，但人的行为并不像机械装置或程序一样按设定的逻辑与流 程运作，故在运作过程难免出现失误，甚至错误。在生产过程中主要的错误有： - 未动作或未及时动作 - 误动作 工件装夹位置错 - 漏用、错用零件或物料 - 用错工具或模具 - 设定或调整错 针对常发生的错误，人们正在不断研究如何降低生产操作对人的依赖性。我 们可以采用以下方法来防止错误的发生，或能够及时发现错误，并对错误作出响 应： 接触法，采取限位、干涉、触发等方法。如采用机械限位装置，使机械运 动控制在设定范围内。 定值法，采取定时、定量控制方法。如使用超时警报，到达一定温度自动 停止启动加热等。 运动步调法，采用一定的逻辑实现动作互锁来防范错误的发生，使得前一 个步骤没完成没有办法做下一步骤。 警告式，利用声、光报警，及时阻止错误的发生。 自动筛选，利用自动检测、监测技术，筛出不合格品，并对不合格品作返 工、隔离等处理。 方法并不局限于以上所列举的，而且在实际操作中，须根据实际情况采用合 适的有效方法。 3 5 产品小批多样化的应对策略 在高自动化生产线中，因为时间成本很高，生产产品的切换需要一定的时间 去更换工装夹具，需要时间去做首版测试和工艺参数调试等等。对高自动化生产 线，通常产品切换需要耗费几个小时甚至十几个小时的时间，产品的切换将是一 个很大的时间浪费，很影响o e e ( 设备综合效率) 表现。所以对小批多样化的生 产应想办法减少产品切换的时间，可以采取以下策略： 1 ) 合理选择订货。对订货要有所取舍，尽可能考虑工厂的生产实际，考虑产 品加工的雷同性。 - 弱 h 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫 高自动化流水线的运营管理探索 2 ) 设计时尽可能考虑共用工装夹具与材料。这样，在产品切换时可以减少 更换工装夹具的时间浪费。 3 ) 产品的设计尽可能使更多的工艺过程标准化，差异化只在最终的组装工 艺或个别的工序，特别是生产瓶颈的工序更应该考虑标准化。 4 ) 尽可能将生产流水线上的设置工作转化成生产流水线以外的设置。如果 等生产线停下来做工装夹具的安装，那么，将浪费流水线的有效运转时间，我们 可以想办法将一些在线安装的工作转移到生产流水线以外，或将零碎的安装调整 模块化、集成化，将很多零碎的在线更换安装变成整体的一起更换以节省在线更 换安装时间。 5 ) 一些模具需要老化的可考虑用离线的处理方法，而避免占用流水线，必 要时可考虑购置离线的专用设备。 6 ) 产品切换的关键岗位配备素质较高的人员，并加强培训，以减少产品切 换的时间浪费； 7 ) 在自动化流水线适当的工序与工序之间设计缓存。 3 6 样品和试验品的生产安排策略 简单讲，样品与试验品的生产合理安排的目的是，确保样品与试验品在正 常生产状态下生产，并减少占用流水生产线的时间。 为了减少流水线的生产时间浪费，并达到样品与试验的目的，在生产计划、 人员支持和作业指引等各方面都要采取一定的策略。具体可以有以下几点： 1 ) 尽可能与相似的正常批量产品一起生产。这样可以节省产品切换时问， 除了产品数量的实际生产节拍时间外，几乎没有额外的设备时间损耗，是一个最 好的选择。但其实施有时间的局限性，样品与试验品在需要快速完成时，往往没 有办法等到有相似的批量产品一起生产。 2 ) 在得到相关技术管理人员现场支持的条件下才安排样品或实验的生产。 通常，样品或实验品作为新产品或新工艺，生产人员未曾生产过，缺乏经验，出 现生产工艺问题的概率大大增加，若没有技术人员在现场，出现问题解决的时间 就较长，浪费产能。而且，当出现问题时，需要技术与管理人员决定，是做在线 调试还是中断样品的制作。 3 ) 样品或试验的生产作业指引要非常求楚，避免生产作业员的误会或不理 解，影响制作质量或浪费生产时间。 4 ) 尽可能安排在正常上班时间人力资源比较集中的时候生产。在夜班，即 便有技术管理人员的支持，他们解决问题的能力可能不足，在正常上班时间各相 关部门的人员都在单位，必要时可以给予及时的支持。 绷 蚴 笏 _ 、 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫 高自动化流水线的运营管理探索 5 ) 充分利用设备保养或维修时间做一些针对工序的试验，利用批量生产产 品切换时个别设备的空余时间做针对性的试验。 6 ) 合理设计试验。试验一般都有其特定的目的，设计实验应该根据需要， 使实验过程简单、具备可操作性，跳过不必要的工艺过程。另外，有多组实验的 情况下，合理安排实验顺序可以减少工装夹具更换次数、减少机器设定的次数以 节省实验时间。 3 7 生产能力弹性的提升 针对自动化流水线，更重要的是在低市场需求时，怎样控制成本，而在市场 景气时如何提高设备综合效率。 3 7 1 低市场需求时的成本控制 2 1 1 节已经讨论了销售量的盈亏平衡点，当销售量达到某一数值后才开始 盈利。这个平衡点的基础前提是确定且恒定的固定成本和变动成本。但往往可在 不同的市场需求，其变动成本不会恒定，通常会偏高一点。这很容易解释，如当 订单减少时，生产线频繁开关线会导致更多的物料耗费，且单位产品的劳动力成 本也将提高，如图3 5 所示。 图3 5 产品变动成本随产量的变化趋势示意图 我们的目的就是要使图3 5 中的曲线随单位时间产量的降低变得平缓一些。 下面就变动成本的控制作讨论： 1 ) 在暂时没有产品需求时，适当选择停机方式。表3 1 已经给出了选择停 线的策略，这里不再重复。 0 4 3 0 2 5 0 5 2 张盛鑫高自动化流水线的运营管理探索 2 ) 控制好质量成本。在低生产量时，因为频繁地开机关机，带来了更多的 不确定因素，从而引起产品质量的波动，良品率下降甚至产生潜在的质量问题， 这都是质量成本。在这种不确定因素较多的时期，应更多地考虑质量成本。况且， 质量问题不只是直接的经济问题，还有涉及企业声誉、形象和客户关系的问题。 不能因节约直接成本而忽视质量问题，因小