作者：杨波 主编
出版社：北京理工大学出版社
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重剑无锋I ——工作在电子行业的工业工程师试读：
序 一
本书由几位而立之年的工业工程专业的职场达人，根据他们数十万小时的相关实践经验编写而成。本书总结了他们工业工程的相关实践经验及实践案例，是他们在内职业生涯上的探索和积累的心血结晶，是他们在外职业生涯上的重大突破！
中华民族富强的希望之一在于实业的崛起，而工业工程正是能促进实业发展的“重剑”。
该书主编杨波是有着15年IE工作经验，有过国企民企、日美欧海内外工作经验的IE专业人士。荣平是跟随我多年的学生。他们在职场上持续不断实践、反思、总结的精神可嘉。
相信该书能给该领域的在校大学生、工业工程师及企业职业经理人带来有价值的理论思想和有效的操作方法。职业生涯规划专家 程社明于天津云鼎花园2015年10月
序 二
20世纪70年代末期，工业工程学科最初由美国及日本等国家引入中国，天津大学1979年设立工业管理工程专业（工业工程专业的前身），中国内地开始系统引进、学习科学管理的理论和方法体系。1993年教育部在天津大学和西安交通大学首批正式设立工业工程专业。90年代初期，成立了中国机械工程学会工业工程分会。近20年来，工业工程学科在中国发展迅猛，已有200多所高校设立了工业工程专业，为国家培养了大批工业工程人才，工业工程学科日益得到社会各界的关注和认可。
工业工程是应用性很强的学科，工业工程学科的发展要靠产业的应用和推广。但是就目前来讲，如何成功应用工业工程仍然需要我们认真思索。《重剑无锋Ⅰ》为企业如何实施工业工程提供了参考答案。《重剑无锋Ⅰ》由杨波及李荣平等团队成员完成，对工业工程的描述很形象。工业工程不光是巧劲，更需要日日月月做到位。书中重点总结了电子行业的工业工程的应用，包含产品与工艺分析、产能规划、工厂布局、效率改善及工作方式等方面。书中的案例来源于实践但又高于一般实践，灵活应用工业工程相关知识和理论，解决企业具体问题，体现了实事求是的精神。
本书对于工业工程从业者、工厂运营管理者及制造行业咨询从业者都是很好的参考，也可以作为工业工程专业在校大学生的应用手册、工作指南和很有价值的教辅材料。我非常愿意推荐这本书给大家。
天津大学管理与经济学部副主任兼工业工程系主任、教授、博导国际质量科学院院士何桢2015年10月
序 三
工业工程专业现在已渐渐被更多人知道和认识，每年都有不少这个专业的毕业生走入社会。但长期以来，我们看到的和学习到的这方面的专业书籍都是从国外引进过来的，这些书是值得我们学习的，不过有一个问题：由于太过于理论和抽象，学了之后对如何应用还是一头雾水。
这本《重剑无锋Ⅰ》是一本来源于实践的书，作者也是我认识多年的朋友。他们从自己的工作经历出发，把他们工作中遇到的问题，碰到困难时如何思考，如何实践工业工程的理论、方法和工具的应用等讲出来，是一本很接地气的书。他们碰到的问题和困难，我们大都也一样面临过，因此当看到这本书时，很快就引起我的共鸣。
相信同业者，不管是才从学校出来的彷徨者，还是有相当经历的资深人士，都能从中悟到很多实践的道理。
感谢杨波及荣平的团队，为业界提供了一个很好的教材，相信很多人会跟我一样得到很多感悟和体会的，祝大家学习愉快！精工咨询副总经理、首席精益咨询师谢陵春2015年10月
前 言
阳光总在风雨后，思想的茂盛总在漫长的累积之后，真正的收获总在辛勤的耕耘之后。
自从2005年开始接触IE（工业工程），至今近10年。在校期间，学习了一些IE的基础课程和应用课程，自我感觉良好，准备到企业实践中一展拳脚。参加工作后，刚开始，感觉浑身是劲，但是却使不上。记得有一次，计算一个关键设备产能需求，经过长达半个月“严谨论证”的数据，被上司夸奖说很“精准”，但在给决策层报告时我的“精准报告”根本没能用上，决策层当然需要科学、全面、长远的方案，但也希望呈现界面简单而节省“脑细胞”。渐渐地经过的案例多了，我才明白公司及上司的需求和我所能提供的存在严重的脱节。经历了一次次失败、痛苦、挣扎、反省，逐渐树立起了工作的专业意识，从开始的刚性供给导向（以自我为中心）变成基于动态需求的专业供给（以客户为中心），这个供给尽量平衡适当的柔性和灰度，评估的标准就是能让“客户”以最“经济”的方式实现“价值”。对于企业人士来说，纯学校的IE理论知识和企业的具体需求相比存在较大差距，IE理论只有在实践中被客户“认可”时才能发挥真正的价值。
时间在变化，地点在变化，市场在变化，在这个纷繁复杂的变化世界中，此时此刻我们这些IE能做些什么呢？随波逐流？到时再说？就事论事？有没有一些相对来说稳定的共性思路和模式可以借鉴？能否在“执经达变，上善若水”方向上做些尝试？经过和IE同仁的交流、实践和反省，我们发现了一片“IE蓝海”，我们何不把基于这些IE“臭皮匠”的知识和实践，总结集成为一些较通用的IE体系、流程、方法和实践案例，形成一本“以企业需求为导向，以IE实践为主，兼顾IE理论”的能在电子行业制造领域可操作的工业工程应用手册呢？
本书算是对我们多年来学习和实践IE的一个交代，也是对给予我们成长机会的学校和企业的感恩之礼，更是我们这些“臭皮匠”对中国工业工程界的一份沉甸甸的责任感吧！
我们将本书命名为《重剑无锋Ⅰ———工作在电子行业的工业工程师》。本书基调上真诚地以企业和读者需求为导向，整体上由总编杨波把关，李荣平具体统筹，每章内容都经过了团队反复讨论修改。全书分为4大篇章：体系篇、基础篇、改善篇及工作方式篇，其内在逻辑将在第一章中具体阐述，各章内容及编者如下：
第一篇共1章，即第一章IE应用体系，由杨波执笔。
第二篇共3章：第二章产品及工艺由张建科执笔；第三章设备及人力产能规划由李荣平执笔；第四章设施及物流规划由陈安执笔。
第三篇共3章：第五章改善基本流程由李荣平执笔；第六章人力及设备效率改善由李荣平、赵忠富、刘程辉执笔；第七章持续改善活动策划及推广由李荣平执笔。
第四篇共1章，即第八章呈现价值———IE的工作方法，由杨波执笔。
袁举伟、喻凌、刘英、高艳春、李仕梅、褚少红等在本书的编写过程中，提供了部分案例及修改建议，褚少红在编辑过程中付出大量心血，在此一并表示感谢。
编者抱着极大的热忱和真诚的态度，努力站在读者角度去编写及修改，如果本书能给您些许启发和帮助，我们将因此感到欣慰。诚然，限于编者的知识、能力所限，本书难免有疏漏及不足之处，敬请读者指正，以期改进！联系方式：bigtreeanm@163.com 叶子悄悄落下，让我们期待一段新的旅程的开始……编 者 2015年8月第一篇体系篇第一章 IE应用体系IE怎样因地制宜做顶层设计?1.1 IE工作内容
笔者经历过不少公司的历练,发现IE的工作内容、业务重点千差万别。
1999年曾在一家台资企业做IE,主要做编写作业指导书,维护标准工时,动作研究和线平衡改善这样的基础IE工作。
2000年在一家欧洲半导体公司工作,IE单独一个部门,负责标准工时测量、IE数据库维护、产能规划、人员计划和效率评估、设备OEE改善、生产周期管理、投资分析、工厂布局,IE部门经理是一位有30年制造行业经验的马来西亚华人,那时的IE部门在国内算很系统全面了。
2005年加入一家美国光通信公司,当时我是公司第二个IE,负责标准工时测量,后来又负责工厂布局。没有单独IE部门和团队,我向运营经理报告。这家公司的IE应用非常少且有不合理的地方:
(1)他们之前的工时和产能数据是生产部根据实际产出直接提供的(生产部是运动员兼裁判);
(2)生产线布局由厂务负责,厂务给生产部划分区域,生产部自己安排工位,洁净厂房两柱之间9米本可以布局3条生产线却仅仅摆2条线,我后来改3条线之后直接节省30%的空间。
光通信行业当时的毛利率非常高,也就不在乎是否有IE提高效率、降低成本。
2006年又到一家欧洲半导体公司新加坡总部IE部门工作,那部门人才济济,是我所经历过最强大的IE团队。该部门共有8人:3个马来西亚人、两个法国人、两个新加坡人和我。
IE总监是马来西亚华人,英国制造专业硕士,30年经验,大概20年做IE,一位典型的国际性的职业经理人;
两个马来西亚女孩,大学毕业两年,一个在澳大利亚读的大学,信息系统专业;一个在马来西亚读的化学专业,她们毕业之后就进入我们部门;
两个新加坡人,一个是从美国佐治亚理工学院IE专业毕业,10年IE经验,(其中一位教他的教授是赫赫有名的Mark L.Spearman,其和美国西北大学的Wallance J.Hopp教授合著的《工厂物理学》被IIE(国际工业工程师协会)评为1998年度IE最佳出版物);另一个新加坡人本地IE毕业,15年IE经验; 两个法国人,其中一个也曾在美国留学过,航空专业,15年工作经验,最近4年做IE;另一个在法国本地大学毕业,电机专业,毕业之后一直在我们部门,8年IE经验。我们部门都是大学毕业,没有高学历(英国的硕士只读一年,学士3年,和国内的本科差不多)。
IE总监级别相当于一个工厂的总经理,直接向集团副总裁报告。部门的主要工作有:
领导6个工厂的IE(当然工厂也有IE部门经理),维护IE数据库中的数据;
IE数据库的日常维护和系统升级,开发完善新数据库功能;
机器效率改进,报告、标杆管理;
对生产计划和财务提供支持等。
笔者在成为IE之前在国有企业和私有企业工作过,前者管理层没有听说IE;后者公司太小,根本不需要IE,当然这是20世纪90年代晚期的事情了。
还认识很多具有IE背景做精益生产顾问的人,提供IE、精益、TOC等方面的培训、咨询项目。
总而言之,各个公司对IE的定位和需求不同,根据实际需要和职责范围,IE工作的主要任务和研究重点可做如表1-1所示概括。表1-1 IE工作概括
作为以提高效率、降低成本为核心的美国五大工程之一的工业工程(Industrial Engineering,IE)在国内始于20世纪90年代,理论知识从美国和日本引入,偏重于机械行业;实际经验从外资制造企业引入,偏重于电子行业;IE目前主要应用于制造行业,其中工厂应用最普遍。
即使在工厂,不同行业、不同公司、同公司的不同发展阶段也会有不同的战略重点,为满足这些战略需求而设计的IE工作体系也会千差万别。
本书主要介绍电子制造行业IE的应用体系,方法流程及实践案例,与上表中的4,5,6,7共四块内容相关,先从IE应用体系开始。1.2 IE应用体系
有一次,我们的质量经理给我们开会讨论如何准备ISO 9001质量管理体系年度例行稽核时谈到,ISO质量体系是按照下面的逻辑结构进行设计的:
根据公司的质量方针,工厂会定义相应的流程,比如产品的生产流程、检验流程、ESD管理流程,称为二级文件;
在其下面会有具体的操作指引,叫三级文件,比如每个工位的作业指导书,检验标准;
具体的操作指引是否被执行就要看操作记录和现场稽核,比如作业点检表,其从上到下的关系如图1-1所示。图1-1
稽核会先看流程文件,是否和方针政策一致,是否有漏洞和错误。如果出现问题的话,就是严重问题,会直接导致评审失败。当然,制定这些文件的人一般是这方面的专家,流程出错的概率非常低。
为满足流程要求,需要具体细化操作。如果操作在某方面违反流程要求的话,就是比较重要的问题,几个重要的问题相当于流程错误,也会导致评审失败。
记录检查或者现场观察是证明一线有没有按照操作指引来执行的措施,如果没有按照要求执行的话,需要采取更正措施,但不会导致稽核失败。不过,太多问题就另当别论了。
在我看来,IE的应用体系就是把IE多方面、相互关联的工作内容按照一定的秩序和内部联系组合而成的结构化整体与系统,达到公司给IE设定的目标,IE应用体系类似于ISO 9001质量管理体系。
首先需要公司对IE有准确的目标定位,比如工厂运营需要满足安全、质量、交货和成本等多个目标,IE的核心是提高效率、降低成本,可以给IE制定提高人员效率,降低人力成本的目标。
几年前读到富士康总裁郭台铭要求集团推动IE必须达成三大功能和效用深有同感,在国内制造行业,IE在富士康的应用很成功了,之前的一个同事说富士康的食堂也有IE优化布局,提高效率,减少排队时间!IE的成功与公司对IE的准确目标定位有关。
IE的三个功能是:4
第一个功能是经营管理,包括资源的分配评估和资源的有效运用;
第二个功能是绩效管理;
第三个功能叫价值工程。怎样做才能让它更有价值,做这件事有没有更好的方法,能不能花更少的时间?我常讲第一是抄,第二是研究,第三是创新,第四是发明。
为达到这个目标,IE需要设计各种工作任务,比如标准工时的测量与管理、产能规划、人员计划、绩效管理、设施规划、运营效率改善。
对每项工作任务,还需要更具体的实践操作和应用技巧。
笔者介绍一个在电子制造行业的工厂典型IE的应用体系如图1-2所示本书就是按照这个逻辑框架由下向上逐步介绍:
工具层面主要是用数据库管理工序流程。标准工时、设备夹具产能、人员计划,效率,甚至面积分摊……并且实现数据在IE、生产、计划、财务之间共享,从而大幅提高IE的工作效率和准确性。比较小的公司和简单的业务流程可以用Excel来管理。
基础业务是指资源规划,在第二、三、四章分别介绍,就是对物料、设备、人员、能源和信息所组成的集成系统进行规划、维护。规划原理相同,图1-2
维护具体方法每个工厂有所差异,在公司业务不断变化的情况下及时做出相应调整。
第二章介绍产品及工艺,包括生产模式选择的原理和应用;新产品导入,工序分析和安排,产品的产能和管理。
第三章介绍设备及人力产能规划,包括设备产能规划的目的、方法和案例,还有人力规划的方法、案例,产能规划要达到产能与需求的平衡,需要对产能、库存的变动性进行优化组合。
第四章是设施及物流规划,是对生产设备、工位、人员、物料做合理的安排,以达到操作方便、物流顺畅、空间利用合理的目的,同时介绍方法和案例。对IE来说,基础业务保障生存,改善业务追求发展。
改善业务,就是识别和量化上述集成系统运行中资源配置与需求、目标与现状不平衡的问题点,并重新平衡以提高效率、降低成本,既有局部的改善,也有全局的改善,包括但不限于IE手法……在第五章介绍。全局的改善需要了解各项基础业务,并且了解它们和工厂其他各业务部门(主要是生产、计划、质量……)相互关系,识别关键机会,找到主要原因,获得相关人员支持,实现改善。
目标层面是指在满足安全,质量的条件下,交货和成本之间优先顺序的问题。从IE的角度来说,就是制定一个平衡产能(设备和人员)、库存和生产周期(市场反应时间)的政策.
对于一个在公司环境中工作的IE来说,仅仅掌握上面提到的技术层面的知识技巧还不够,“IE最少有60%的能力是沟通和说服的能力,是让自己的意志去执行的能力,是领导‘领导’的能力,是保护自己的能力。”可以把它称为IE的工作方法,笔者专门在第八章来阐述这个主题。
这些内容代表目前电子制造行业,大型工厂应用最普遍的IE工作框架,不过,这个框架是否适用还要看是否和公司的需求相匹配。1.3 IE适用条件
一个做精益生产顾问的朋友几年前跟我说吉利公司招了3名IE,不久又裁撤,深有感触。他说IE在中国现状,形象一点说,更像是正在进行一场革命,为推翻国人心中的无知而进行的顽强的革命。他相信,那3名IE一定不会在吉利做成功的,他们根本没这个能力,如果能有一个资深IE先打下江山,再由他们来辅佐,也许还差强人意,所以这个结果也是必然的。
此事对我们这些IE工作者来说,都是一个很好的反面案例,塞翁失马,焉知非福!
潘宗光在《佛教与人生》一书中讲过下面的例子。
要得到一棵苹果树,首先要有一粒苹果的种子,这是“因”。但是单靠这粒种子也不会长成一棵苹果树,比如把种子放在仓库里,无论放多久也不会长出树来,所以单有因是结不出果的。一定要将种子放在土壤中,并且要有适当的水分、阳光、温度、肥料等配合,种子才会发芽长大,最后长成一棵苹果树,结出苹果来。这里的土壤、水分、阳光、温度、肥料等,就是“缘”。所以“因”一定要配合适当的“缘”,在因缘和合之下,才能生出果来。缘是许多的配合条件。缘有好缘,也有不好的“恶”缘。因此即使是同样的种子,结出的果也就很不相同了。比如,把种子放进贫瘠的泥土里,或者施肥不够,苹果树必然会长得不大,结出的苹果也不会好吃。假如把种子放在肥沃的土壤中,加上悉心照料,结出的果实就会香甜好吃。由此可见,同样的因遇到不同的缘,结出的果便会很不相同。同时,由于缘是由很多条件配合而成的,所以缘会不停地变化着。既然缘会影响果,而缘又在那么多条件配合下产生作用,假如某个条件改变了,甚至消失了,那么果便可能不再存在。在苹果的例子中,如果天旱缺水,苹果树便会因之枯萎。所以当因缘散尽之时,果就会灭。
IE的工作体系是“因”,公司的需求和环境是“缘”,“因缘和合而生,因缘散尽而灭”,两者匹配才会有“果”。
要想IE在公司创造价值,首先需要合适的IE应用体系,可以称之为“因”。但是单靠IE应用体系也不会创造价值,还需要“缘”,比如把IE放在一个对IE没有需求的环境中,无论放多久也不会创造价值。一定要放在对IE有需求的土壤中,对其有准确的目标定位,配备相应的资源、合适的环境、不断地更新IE应用体系适应环境的需求,才会结出相应的“果”……IE只能在有IE需求并且IE能够发挥的地方创造价值。第二篇基础篇第二章 产品及工艺单元线,流水线……如何选择最合适的生产模式?怎样合理安排生产工序?2.1 目的及原则
制造过程是将制造资源(原材料、劳动力、设备、能源等)转变为有形财富或产品的过程。在整个制造过程中,产品及其工艺在指导生产、控制品质、提升效率、降低成本等方面起着非常重要的作用。本章节通过工厂第一线的IE视角,以电子行业劳动密集型企业为蓝本,概述了产品整个制造工艺流程,并特别针对一些现场疑难问题进行分析和解决。希望读者通过本章节的学习,能够得到一些经验和灵感。同时,书中介绍的一些实践中的实例,希望可以成为有关专家学者进行理论研究的素材,使其理论研究更丰富、更丰满。总之,本章节的原则是,通过理论知识来分析和解决生产中出现的一些问题,但又不局限于理论分析,其中还包括我们的一些实践经验,即用而不被其所用。
我们将通过生产模式选择、新产品导入、工序分析、案例分享等这几个版块来介绍产品及工艺的整个过程。2.2 生产模式
亨利·福特和他的助手们在1913年秋把汽车的最后总装变为连续流的方式,使福特T型车的总装工作量减少了90%。接着他把生产T型车零件的所有机床按照正确的顺序排列起来,并且试着使原材料到成品车发货的整个过程流动起来,由此也同样大大地提高了生产率,流水线和标准化是其提高效率的核心方法。
第二次世界大战后,大野耐一和他的技术人员,包括新乡重夫得出结论,真正的挑战是少量生产时创造的连续流,这时一件产品只要生产几十个或几百个,而不是上百万个,也正是这些小小溪流,而不是几条滔滔江河,汇集成了人类需求的汪洋大海。
亨利·福特和大野耐一在汽车行业里,基于连续流的方式各推出一种生产模式,一种是大规模生产的流水线,另一种是小批量生产的单元线。这两种的生产模式的理念同样适用于电子行业。笔者概述一下在电子行业里,什么样的生产线称之为流水线,而什么样的称之为单元线。流水线从传统意义上来说,以大批量连续流的方式安排工序,再以自动拉带作为载体传送半成品,员工在拉带边作业,工序安排一般会细分工序或几个员工做同一工序内容。而单元线以小批量连续流的方式安排工序,所有工序内容在一个小单元块里完成,每个员工一般需要做很多工序内容,生产模型以直线形生产线和“U”形生产线最流行。
目前精益生产的书籍里无一例外地推崇单元线的生产模式,仿佛流水线已经没有市场应该退出历史舞台了。在现实的工厂当中真的如此吗?在这里我们将深入探讨这两种生产模式的选择原则,并深入分析这两种生产模式的使用条件,各有什么优势和劣势。我们从一些文献资料里找到了有关生产模式选择原则的分析,如图2-1所示。图2-1
这个图形定性地分析了生产模式的选择原则,主要是从产量和工序变量来考量。当产量比较高而工序变量相对少时,即处在区间-1,那么选择流水线将会比单元线更有优势。相反的,当产量低,工序变量多的情况下,即处在区间-3,单元线就会有很大的优势。当然,如果处在区间-2时,我们就不能简单判断哪种生产模式更有优势。这要通过比较产品品质、生产效率、生产管理、员工反馈等方面进行评估,然后再来选择哪种方式更适合。当然,公司产品发展趋势和战略也将是一个决定性因素。
笔者曾工作服务过三家著名的公司,我们暂且称之为S公司,H公司,M公司。其中S和H公司生产的是硬盘产品,其工序非常复杂,主要的操作是人机共同作业,每个产品产量虽然不算很高,每天每条线产量6 000~8 000,但工序变量单一,只有1~2个变量,很明显,是处在区间-1,选择流水线将是比较好的选择。因此,在这两家公司工作时,没人会讨论生产模式问题,一有新产品进来,直接就在流水线上生产了。当然,如果读者公司的产品通过以上图形的比较,处在区间-3,那么选择单元线会比流水线会适合些。
但在M公司,情况就相当复杂了,M公司生产的是手机产品,其产品众多而且更新换代非常快。操作类型上也是人机共同作业,但其中又分以机器为主的生产模块和以人员为主的生产模块。而且对于不同的产品产量和工序变量差别很大,如果和图2-1对照的话,众多产品中处在区间-1,区间-2,区间-3都有。这个在选择生产模式时就有一定的难度,毕竟图2-1的分析只能算是一个粗略的概述,并没有给出一个定量的分析指标。那M公司是怎么选择生产模式呢?首先我们先介绍M公司产品生产工序流程如下: 主板SMD生产→主板模块测试(主板模块)→机芯模块装配→产品机芯测试(机芯)→整机测试→整机模块装配→整机包装成品(整机)→出货到物流公司。
大家注意到,产品生产流程中有三个测试点(主板模块、机芯、整机),它们也是我们进行工序变量分析的分段点。工厂工序安排中也是以这三个测试点作为节点,进行生产线的安排和规划。
主板模块的生产主要是在SMD设备上进行,然后进行测试,这个主要是设备为主的生产。对于设备为主的生产来说,单一的讨论生产模式意义不大。
机芯模块和整机模块的生产,主要是人员为主的生产,辅助以机器。这两段生产流程,不同的生产模式对生产效率、生产管理影响很大,因此将是我们讨论的重点。
比如公司当前有一个新产品A,准备在半年后进入量产阶段。产品经理问IE工程师,这个产品准备选怎样的生产模式,进而确定投资预算的情况。表2-1描述了产品的详细信息。2-1 >A产品的详细信息
从产品信息上和M公司以测试位作为节点来看,生产工序分为三段,第一段是SMD生产主板模块,以机器为主。第二段是机芯模块生产,主要是将各种功能块装到主板模块上,这需要大量的人和机器进行共同作业。第三段是整机模块生产,这是根据客户的要求组装和导入软件信息,然后包装成成品。这段生产同样需要大量人和机器进行共同作业。
从A产品的产量信息和工序变量信息,参照图2-1进行分析,机芯模块每天产量需求28.6k,工序变量为4个,处在区间-1,适合在流水线上生产。整机模块每天产量需求同样28.6k,但变量为80个以上,处在区间-3,适合在单元线生产。但同时考虑到主板模块工序变量数量和机芯模块变量数量一致,而且是一一对应,为了便于生产计划的安排和减少中间的库存,把第一段和第二段连接起来组成流水线,我们称之为机芯生产线,这个生产线将会以SMD的产能为基准安排机芯模块的工序,因为SMD设备是非常昂贵的,机芯模块的生产只能匹配SMD的产能。至于生产整机模块的单元线我们称之为高速包装线,这个生产线可以根据效率优先原则设计生产工序,对于这个产品,生产模式选择并不会有太大困难。
生产模式确定之后,我们就着手设计生产线,M公司的流水线是一条自动的拉带在中间流动,在拉带的两边设置工位,工位两边放置原材料,工人则在这些工位操作,半成品和成品都在拉带上流动,就像连绵不断的河水流向大海。流水线的产能一般是每天30k左右,操作工的数量一般在15人上下,这是根据产品工序的复杂程度和SMD的产能决定的,员工以坐着操作为主。图2-2是M公司的流水线布局图。图2-2
图2-2流水线只是生产了半成品机芯模块,要完成生产整个产品的工序步骤,还需要在单元线高速包装线上来生产整机模块。由于整机模块的工序变量较多,因此为了减少转线的频率,单元线的产能每天一般在10k左右,操作工一般14~18人之间,操作工数量不但受到不同产品工序差异的影响,还要受到不同客户包装物料数量不一样的限制。图2-3是生产整机模块的布局图。图2-3
这就是M公司设计的流水线和单元线组合方式,我们称之为机芯模块生产+高速包装线生产模式,单元线高速包装线采用直线形模式,这种组合方式在M公司存在多年,主要是为简单的、操作工序少的、产量大的产品而设计的,在一定时期内还是比较符合M公司的业务需求的。
再比如另一个新产品B,产品的信息见表2-2。表2-2 新产品B的信息
客户订单量同样为28.6k/天,但由于M公司每条SMD线的模组标准化,B产品原件数量多,因此SMD的产能变小,只能达到12k/天,而机芯模块工序变量的数量比主板模块工序变量数量多1倍。因此我们认为B产品机芯模块的生产是处在区间-2,到底该选择流水线还是单元线更合适呢?由于B产品工序比较复杂,而且,当时综合考虑了如下因素,B产品选择了单元线。
1.公司产品的发展趋势:产品发展趋势是工序复杂化和变量增多;
2.工厂空间的限制:单元线更灵活,空间利用率会更高;
3.公司员工技能情况:大部分生产员工已经掌握了多技能工作;
4.公司现有生产线情况:公司目前大部分是单元线。
M公司对于像B产品这种工序相对复杂的产品采用了主板模块生产+精益装配线生产的模式,即把主板模块的生产独立出来,生产线称之为主板模块生产线。把机芯模块和整机模块生产组合起来,生产线称之为精益装配线,而且所有精益装配线的产线布局和硬件都是一样的,因此不同产品转换只需根据IE制定的工序重新排列和换一下测试夹具即可。图2-4是M公司精益装配线U形生产线的布局图:图2-4
精益装配线这种单元线,每天的产能设计在1.5k~2.5k之间,操作工为3~8名,不管是产量还是操作工差异都有很大的跨度,因此可以综合考虑产品的工序、产量需求等因素来安排工序。这种生产线在M公司主要是用来生产相对复杂的产品。
从上面的介绍,综合M公司这两种生产线的运行情况,不难发现流水生产线和单元生产线都有各自的优势和劣势。流水生产线的优势主要体现在:
1.产能比较大,可以很方便地使用自动化设备来替代手工操作;
2.流水线分工相对细致,容易控制产品质量;
3.流水线采用集中式操作,利于生产管理;
4.流水线一个工序有多人操作,可以容易地互补个体之间的速度差异;5.流水线不需要频繁换线,生产会比较平稳;
6.测试设备集中放置,设备利用率可能会更高;
7.流水线节奏稳定。
当然,流水线也有其劣势:
1.操作人员多,如果换线受影响的工时多;
2.整个生产线受SMD的产能控制,装配位产能如果和SMD产能不匹配将会损失部分产能;
3.相对于主板模块库存,机芯模块库存费用更高。
单元线的优势主要体现在:
1.能快速反映客户的需求;
2.对计划安排柔性好;
3.只是堆主板模块库存,CPP(Cost Per Point,单位库存费用)较低;4.出现品质问题需返工数量少;
5.单元线员工少,员工之间容易协作;
6.对生产线工序改造灵活性好。
当然,单元线的劣势也是比较明显的:
1.单元线产能低,一般不会单独安排员工操作测试设备,因此设备利用率低;
2.以客户的订单来安排生产,所以转线频繁,会损失很多工时;
3.员工技能需要多面手,对培训要求高,产能提升慢。
总之,以上介绍的方法是简单通用的方法,在现实中可能还会受到很多因素限制。比如产品生产周期,如果产品更新换代很快,有可能即使是处在区间-1,也可能用单元线生产。当然可能有一些不是连续流的生产,不适用流水线或单元线生产的行业,就不在此阐述。总而言之,生产模式的选定,在参照这些通用原则外,还得根据产品的特性和公司的情况,做出正确的选择。当然,这两种生产模式,在一定条件下还是可以互相转换,后面有一个实例专门介绍这两种生产模式转换的情况,这里就不阐述了。2.3 新产品导入
M公司有一套严谨的流程来控制整个新产品导入过程,但也由于太过于严谨,因此在很多人看来,耗时耗力,反应缓慢。但不管怎么说这套流程也有值得我们学习和模仿的地方,特别是学习其逻辑性。下面首先介绍M公司整个产品从新产品导入到停产的整个流程,分为以下八个阶段: CS0→CS1→PD0→PD1→PD2→PD3→PD4→RD(注:CS,Concept Section,即概念阶段;PD,Product Develop,即产品发展;RD,Run Down,即结束生产) 每个阶段都有不同的指标来评估,工作的内容和重点在不同的阶段也不一样,达到目标则往下一站,否则有可能就停在那了,又或者直接取消整个项目,要继续往前,则需要找到解决问题的方案。下面分别介绍这几个阶段分别包含哪些内容和哪些活动,参见图2-5。
工厂是新产品导入过程中一个重要的环节,在导入过程中扮演着重要的角色。工厂一般会在PD0之后开始进行NPI(New Product Introduce,即新产品导入)试产,在这之前工厂也会有一部分工程师和设计部门合作,和他们定期开会,从工厂的角度给设计部一些建议,以便设计出来的产品更适合工厂量产。M公司的IE在新产品导入过程中主要是负责装配流程等相关内容的工作,主要有以下几个方面的内容:图2-5
1.装配方法设计;
2.工装夹具设计;
3.物料托盘设计;
4.工序流程设计;
5.装配相关的设计问题反馈及解决;
6.产能计算及投资计划制订。
整个NPI过程也是对产品熟悉的过程,通过小批量的试产不但可以了解产品的操作过程,还可以发现一些设计问题。这些问题我们可以从工厂的角度给设计部门一些建议,并促使设计部门进行设计变更,避免问题遗留到量产。当然,不是所有问题都可以进行设计更改,在试产中我们也可以通过一些实验来找到解决问题的方法,并在量产中特别控制这些问题。这个过程往往是一个循序渐进的过程,不但需要洞察量产时可能出现的一些风险,而且需要总结其他产品过往历史的经验教训。在我在M公司负责的十几个产品试产中,NPI出现的问题往往相对集中,比如设计问题上,扣位很难按压、装配干涉、装配缝隙过大等一系列问题,这些问题往往需要在设计上做一些变更,以利于工厂量产。但和设计人员谈判真是一个艰难的过程,不同的立场就会有不同的顾虑,设计部门在保证功能实现的情况下,往往不情愿进行设计变更,以免造成其他风险,又或需要做更多额外的实验来验证变更内容,有可能使设计费用增加。这是一个博弈过程,往往要经过几个回合的讨论,才像挤牙膏一样慢慢接近我们的目标。
记得我曾经有一个产品,里面有个照相用的镜头,这个物料是M公司最新设计的,其装配手法是全新的,里面就有个B2B扣位非常难按压,而且只能用手指按压,员工还没做到100个手指就有点受不了了。如果这个产品以这样的设计到量产,工厂生产效率将会受到非常大的影响,甚至我们当时认为还不适合量产。我们把这个问题和设计部门讨论,需要他们更改设计或改用其他代替物料来解决这个问题。设计人员给的回复是,这个是M公司最新的设计的物料,成本非常低,而且还不会受到供应商的控制,改变其设计是不可能的。相反工厂又接到了一个新任务,就是设计一个新夹具来辅助装配这个B2B扣位。我们从来没有听说过能用夹具来定位这么精确的扣位,没有办法,我们不能因为这个问题使项目无法按时量产。于是找来夹具供应商,说出我们的想法后,供应商回复说可以实现,但不知道坏品率有多高。不管怎样,起码还是可以实现,于是我们做了一套夹具来实验,结果有20%的坏品率,而且量产时会使用到多套夹具,但其性能有可能也不一样,这样,夹具装配的方案直接被否了,事情又回到了原点。再次和设计人员讨论,我们的建议是保留镜头这个物料但更改B2B元件,换成其他容易按压的元件,得到的回复是,空间不足,无法换成其他元件。这样,问题一直僵持了一段时间,最后大家各让一步,我们的扣位压力标准从之前的小于15N改到小于20N,设计部门更改了扣位的倒角,经过测试,扣位的压力由原来的30N降到22N左右,这样我们再通过改进一些手法,又把压力降到了18N左右。这个问题,最终还是比较圆满地解决了,目前在量产中没有收到生产员工反馈难按压的问题。
这里我们只是列举了一个设计上的问题,但在NPI试产中,我们还需要验证物料、夹具、物料盘、工序设计等,需要关注这些方面是否适合工厂量产,有哪些潜在的风险,而且这些方面问题也不少,在这里就不再一一列举。M公司新产品导入流程是我见过的比较严谨的公司,通过一些有效控制,在导入过程和量产过程中一般很少出比较大的问题。但新产品导入过程中往往也会出现一些预想不到的问题,这个就需要在NPI过程中,尽量模拟量产过程来分析问题,不轻易放过任何潜在的风险。NPI出现的问题如果可以通过设计变更来解决是最好的选择,但有很多时候设计是无法变更的。这就需要做好预案,不管是通过改善夹具,还是改变方法都必须在NPI中解决问题,否则在量产中可能没有机会进行各种实验。2.4 工序分析
工序分析是基于产品工艺及产量需求,在既定的空间、设备、物料等条件下,对产品工序进行优化组合,以合理的成本生产出合格质量的产品。因此,工序分析是进行生产安排的基础,如果不进行工序分析就进行生产安排,那可能使生产出现投资过剩或不足,生产安排不均衡,工作安排不合理,搬运过多,延迟交货,无法充分利用空间,甚至会出现产品品质无法保证等现象。因此产品投入生产之前首先要进行详细工序分析。我们以M公司产品的工艺流程为例,首先从整体上对所有产品的工序分析,以决定单个生产线硬件设计和布局,生产线的物料流动和库存空间。然后再从局部上介绍单个产品工序分析的步骤、主要内容、分析问题的难点及其解决办法等。
2.4.1 整体工序分析
通过整体工序分析,找出产品的共同点和不同点,进而综合考虑这些因素,然后进行生产线设计,可以从整体上得到优化组合的空间、设备、人力等。M公司每年都在同时生产十几二十个产品,因此要对所有产品进行整体的工序分析,首先需从端到端分析整个生产流程,而不针对某个具体工作站、具体岗位、生产环节。M公司所有产品,整体工艺流程基本都是一样的,所不同的是工序内容的复杂程度不一样,下面我们用一个共用的工序流程图来描述M公司产品整个工序步骤,如图2-6所示。图2-6
产品生产流程包含了很多的工序内容,由于受到产品工艺特点、不同功能块、工厂空间大小、客户定制化、生产效率等限制,并不适合把所有工序都连成一线进行生产,而需要断开分成几个小的单元块。M公司是根据测试位为节点进行区分,分别为主板模块、机芯模块、整机模块等。再根据组合不同分为流水线和单元线两种类型。
生产模式确定后,需要根据产品工序特点进行生产线布局和硬件方面的设计。比如前面生产模式章节描述的机芯模块生产线、高速包装线、精益装配线布局就是通过整体工序分析后,设计出的适合M公司产品工序要求的生产线。在这里,工序分析就要综合考虑众多产品工序特点、产能要求、空间限制、物料摆放等方面,提供一个设计框架要求,然后根据这些要求对生产线布局和硬件进行设计,以确保产品之间可以很容易地进行转换。
我们还需要分析库存情况。主板模块和机芯模块生产以库存生产制的方式进行生产(Make to stock),库存多少合适呢?这需要综合考虑产品生产交付周期、生产线产能、生产班次安排、转线时间等因素。M公司产品生产交付周期一般为6小时,生产线产能一般为每天12k,生产班次按每班次12小时安排,转线时间需要8小时。因此,M公司综合考虑这些因素后对这两个生产模式制定了1个班次即12小时的库存。高速包装线和精益装配线是订单制生产方式(Make to order),根据订单情况和物料到料情况,再结合实际生产进行安排。M公司一般是根据订单出货日期最多提前3天进行生产。
2.4.2 单个产品工序分析
整体上的工序分析制定了生产线的硬件框架,因此对于单个产品,在进行工序分析时,就必须在这个框架范围内进行优化组合。通过对产品整个制造过程详细的分析,将会制定出产品工序标准时间、生产流程、生产设备及夹具配置、生产布局,操作方法等,如图2-7所示。而其中的标准时间是工图2-7
序分析的重中之重,我们在后面将会详细分析标准时间的制定和运用。
产品工序分析需要制定一些原则,有些可能还有一些指标进行评估,比如我们根据M公司的具体情况制定了以下几项原则:
1.充分考虑线的物理结构,以能够确保物料摆放和夹具工具摆放能够方便员工操作,一般来说,站立操作员工操作范围不超过90cm,坐着操作范围不超过40cm。
2.测定工序步骤的操作时间时,尽量细分工序步骤,这样在合并或重排工序时,可以充分利用ECRS工具(注:ECRS,即取消(Eliminate)、合并(Combine)、调整顺序(Rearrange)、简化(Simplify)。)ECRS分析法,是工业工程学中程序分析的四大原则,用于对生产工序进行优化,以减少不必要的工序,达到更高的生产效率。
3.组合工序时综合考虑工序复杂度、物料摆放和人员操作等因素。
4.以设备为主的生产线,一般要优先考虑设备利用率。
5.以人员操作为主的生产线,则要优先考虑人员利用效率,一般不会让人等设备的情况出现。
下面,我们通过一个例子来阐述产品的工序分析,比如前面说到的B产品,其机芯模块和整机模块在单元线上生产,并用秒表法对工序步骤进行观测得到如表2-3的数据。表2-3 B产品工序步骤数据
根据产品的工艺步骤绘制了工艺流程,这样能够清晰知道各个工序步骤顺序和限制条件。图2-8是机芯模块和整机模块生产的整个生产工艺流程,包括了装配流程、测试和包装流程。图2-8
根据产品设计的工艺流程,用ECRS原则分析工序,并综合考虑了产品工序安排原则、产能需求(每天产能需要做2.5k以上)、工序操作人员的线平衡等因素,进行工序安排,如表2-4所示:表2-4 工序安排
单元线安排了7个工序,瓶颈为OP3,对工序安排进行评估如下:
1.生产节奏控制,每个工序时间在0.32分钟左右,相对于M公司单元线,操作速度比较适中;
2.在产能需求条件下对24个工序步骤已经进行比较优化的组合;
3.每个工序的物料为2~3个,夹具和工具最多1个,员工可以方便地拿取和操作;
4.产线平衡描述如图2-9所示。图2-9
根据线平衡公式:
线平衡=Sum(工序时间)/(OP#×瓶颈工序时间)
=(0.38+0.37+0.41+0.35+0.32+0.32+0.38)/(7×0.41)×100%=88%(注:OP#指员工数量)
因此,线平衡率为88%,达到了M公司制定的85%的目标。
这样,B产品在单元线的工序就这样安排即可。接下来我们就可以计算单元线的产品产能,但要计算单元线产品产能,还需从测试工程师那里拿到测试工序的时间。
1.机芯测试时间:25秒;
2.整机测试时间:120秒。
这样,我们根据测试信息、工序时间、员工工作时间、工序坏品率、设备故障率等因素来计算单元线的产能,当然,测试夹具和装配夹具的数量也同时可以计算出来,计算表格如表2-5所示。表2-5 单元线产能计算B产品
单元线是以人员操作为主的生产单元,其产品产能的计算要综合评估考虑以下几个因素:
1.测试设备产能要尽量比手工操作的工位高,便于以后优化工序后有提升产能的空间,又或在需要提升产能的时候可以临时加手动工位来提升产能,这样可以在一定程度上满足客户需求的波动,这个后面章节将会有介绍。
2.新产品产能计算时,最好留有一定的缓冲,因为在生产过程中或多或少会出现一些意想不到的问题,可能刚开始无法达到设计产能,比如产品品质、物料品质、测试台故障超标等。需要留多少缓冲可能不同的公司有所不同,M公司在考虑工序坏品率和97%的拉利用率后,还要额外的留5%左右的缓冲。
B产品在单元线的产能是每天2.6k,达到每天2.5k的需求。这样每天2.6k的产能就是我们对这个单元线的设计产能。但很多公司往往不直接用产能来评估生产效率和监控日常生产状况,M公司用UPPH来评估生产效率,用UPH来监控日常生产进程。
1)UPPH:人均单位小时产出,计算公式如下:
UPPH=Capacity/(OP#×Paid hr)=2 600/(7×22)=16.88
在这里员工的每天工作时间虽然只有20.27小时,但我们付工资的时间是22小时,所以使用22小时来计算UPPH。
2)UPH:单位小时的产出,计算公式如下:
UPH=Capacity/Working hr=2 600/20.27=128
由于员工每天工作时间只有20.27小时,所以用20.27小时来计算。UPH可以用来监控每条线的每个小时的产出,也可监控每个产品多条线的产出,甚至可以监控整个工厂的单位小时产出。
下面我们介绍生产线的布局(Layout),产品生产线的布局主要是给技术人员设置生产线工位的参考文件,同时也是生产安排的参考文件,因此要包括如下几个方面的内容,如图2-10所示。图2-10
1.工位安排,在既定的生产线框架里工位的安排;
2.工位需要的夹具和工具及其数量;
3.夹具和工具的参数;
4.夹具和工具放置的位置。
当然,做完生产线布局图后,还需要准备工序流程给到生产线,以便给生产线组长安排员工做指导。这样,生产安排按设计的标准来操作,对产品品质提升、产能达到目标提供了保证。工序流程图如图2-11所示: 当然,我们还需要操作指引来指导生产,操作指引分为装配操作指引和包装操作指引,M公司同一产品的装配操作指引基本都一样,因此一个产品一般做一份就足够了。但对于包装操作指引,不同的客户不一样,这就需要根据客户的需求变化而变化。下面我们分别做介绍。图2-11
一、装配操作指引
装配操作指引,是指导员工用给定的夹具和工具,在指定的工位里按工序设定的要求和顺序来完成产品质量要求的操作。因此,在完成装配操作指引时有如下要求:
1.产品相关信息;
2.具体描述操作步骤顺序及要求;
3.操作图示参考;
4.工具参数要求;
5.注意事项要求;
6.其他要求。
图2-12是一个工序的操作指引。
二、包装操作指引
包装操作指引具有客户定制化的特点,像M公司的产品出口到世界各地,包装的规格要求也就千差万别。在这种情况下如何把客户需求的信息准确无误地呈现出来,给到生产线进行生产指导,是一个浩大的工程。在这里我们不过多地介绍怎样获取客户需求信息,这种信息有专门的部门会跟客户沟通,然后放到BOM(Bill of Material,物料清单)里,我们只要查BOM就可以得到。因此我们着重介绍的是在这么多已知信息的情况下,如何把这些信息组合起来,并且这些信息正是客户所需要的,完整无误呈现给生产线。我们首先介绍BOM的生成流程如图2-13所示。图2-12图2-13
在BOM生成后,就可以根据BOM的物料清单,定义各种物料的放置方法、操作方法等。这基本就算完成该客户的包装指引。这个看起来似乎挺简单的,是的,如果只做几个客户那实在是简单不过了。但是,对于一个产品,我们面对的一般都有几百个甚至上千个客户。怎样把他们区分开来,使生产线在生产到某个客户时,很快就可以导出该客户的信息,并且是唯一的正确的?在这里M公司用一个系统来管理,其系统操作如图2-14所示。图2-14
因此,要把几百个上千个客户信息导入系统里,并做一定的关联,使系统导出的信息正好与输入的订单号所代表的客户信息相符。这里难点就在于要把几百上千个客户信息输入系统,不但工作繁多,而且很容易出错。这里介绍M公司的做法,或许能够提供一些方法作为参考。
首先,系统先导入客户Code、BOM等信息,以作为基准文件。
其次,根据BOM信息筛选出哪些信息是特殊的,哪些信息是所有客户都一样的,对相同信息的只做一份文件即可,比如放附件,对于所有客户其操作方法都一样,不一样的是有的客户需要的说明书多些,而有的少些,这不会影响到实际操作。
再次,重新评估客户的特殊信息,这些信息是某些客户独有的,所以要把这些信息都找出来。比如M公司里的彩盒、充电器、贴在彩盒上的标贴、贴到手机上的标贴、纸箱、纸箱上的标贴、运输用的卡板等。
然后,找到这些特殊信息的区分点,运用这些区分点作为链接,做一份文件存到系统里。在这里我们一般用物料编号或国家信息作为区分点。这样当做到某客户时,系统就会检查BOM,如果BOM里有作为链接的物料编号或国家信息,那么系统就会调用这份文件。
最后,就这样把通用的和特殊的信息都做成一个个子文件存到系统,系统会根据需要调用不同的文件来满足客户的需求。这样,虽然我们面对的客户很多,但由于有很多客户需要的信息有很多相同的部分,做一份文件就可以囊括了,有时可能100个客户只需做10份文件即可。
我们举一个简单的例子来描述这个过程,比如B产品售出到欧洲,欧洲有很多国家,每个国家需求都有些差异。我们的工作流程如图2-15所示。图2-15
筛选出来的特殊信息是:彩盒、彩盒标贴、充电器、纸箱、卡板等信息。在这里我们以卡板信息为例子做一份文件实例:
B产品的卡板信息是,分为以下几种:
1.俄罗斯;
2.乌克兰、土耳其、阿塞拜疆;
3.法国;
4.意大利;
5.其他欧洲国家。
这样,我们可以用国家来作为链接进行筛选,每一项根据客户的要求做一份文件。到第5项时,根据彩盒的特殊性链接,把前4项的国家排除即可。
产品工序分析后得出产能信息、生产布局、操作指引等程序文件。这些文件是使生产任务能够保质保量完成的指导性文件。因此,对于这些方面我们需要注意到如下几个方面:
1.在产能制定上,需要做到合理,不能太松也不能太紧,太松则可能会浪费资源,太紧如达不到设计产能,则可能无法满足订单需求;
2.在生产线布局上,要充分考虑人机工程,这样将保证生产和物流运作更顺畅;
3.对于操作指引,需要细致,这份文件不但要教导员工如何一步步完成正确的操作,而且还要指出容易出错的地方,并且告诉员工如何避免它。
总之,工序分析是IE在现场中的基础性工作,但分析后的结果对整个工厂运营来说非常重要,直接影响到整个工厂布局规划、计划部门的接单、生产安排、物料安排,人力资源部的员工招聘计划等,同时也给财务提供了计算运营成本的基础数据。2.5 案例分享
2.5.1 时间分析
时间分析是灵活有效利用时间的方法,是对参与人的作业设定最合适的作业方法即标准作业,以及为了确定标准作业所需要的时间所进行的活动。时间分析是作业研究中最基本的方法,时间分析后得出的标准时间将是产能规划、产品标准价格、测定生产效率等重要的基础数据。时间分析如此重要,我们进一步来分析一下现场中如何制定标准时间,制定标准时间的过程中通常会遇到什么问题以及如何解决,如何运用时间分析进行改善活动,来提高企业生产效率和降低企业成本。
一、标准时间制定
标准时间作为管理生产活动的有效尺度,必须科学有效地制定。我们将通过跑表法来分析标准时间的制定,IE标准时间计算公式如下:
标准时间的计算包括了这几项:①观测时间;②修正时间;③宽放时间(图2-16)。图2-16
很多IE书籍里一般都描述了这几项时间的确定方法,虽然主观性比较强,但照着书上方法来操作,一般来说制定的标准时间还是比较科学和客观的。然而即使如此,在现场中我们还是听到了这样的声音:“连续几天了我们都无法达到产能!”“为什么每个小时的产出差异这么大?”“几乎每天我们都可以提前做到产能。”为何我们用标准时间制定的标准产能和实际的产出会有差异呢?在现实中,生产部如果做不到我们制定的标准产能时,往往都要IE到现场重新评估一下标准时间;又或产出超出了标准产能也会经常待料,或下早班,这也要IE重新评估标准时间。好像是标准时间出了问题。的确,要科学和客观地制定一
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