工厂精益设计的框架及实施方法

张静波1李飞宇2

广东万和电气有限公司广东省佛山市528522

摘要：精益生产既是一种以最大限度地减少企业生产所占用的资源和降低企业管理和运营成本为主要目标的生产方式，同时它又是一种理念，一种文化。其目标是精益求精，尽善尽美，永无止境地追求7个零的终极目标。在实践中，多数情形下精益生产仅仅被看作是企业改善的工具或手段，即对原有生产系统、物流系统、设备布置等进行改善，同时精益生产的应用也被局限于在企业生产环节。这种意识及应用上的误区，从根源上讲是没有把握精益生产的内涵，没有抓住“消除浪费、持续改善”这一精益思想的精髓，这些都影响了精益思想工厂改善功能的更好发挥。消除浪费根本途径就是消除浪费产生的根源，所以本文提出精益设计的概念，并对其框架及实现方法进行了阐述。

关键词：工厂精益设计；框架；实施方法

1、精益设计及实施意义

精益设计（LeanDesignforFactory）就是将精益理念应用到工厂的设计阶段，将精益理念、工厂设计、优化理论、系统工程等领域的知识进行融合，借助信息技术、优化算法，实现工厂的科学设计，进而从工厂的设计阶段就尽可能消除企业将来运作过程中可能发生的浪费根源，避免带有明显缺陷的工厂设计方案被付诸实施。实施精益设计是实现精益生产的基础，它为工厂后期顺利推行精益生产创造了条件。

另一方面，早期导入精益设计的理念可以弥补设计院在工厂设计过程中某些方面的不足，当前设计院对工厂的设计仅涉及到工厂布局、场地规划、设备平面布置等粗线条的活动，而对于设备加工能力匹配问题、物流成本问题、中间在制品问题及人员配备等问题没有给予足够的考虑，也没有考虑设计方案对市场及企业战略的适应性。设计方案中存在的问题，经过实际运行逐渐显现，有些问题会给企业造成巨额浪费，精益设计的实施可以弥补设计院对工厂设计工作的不足。

2、精益设计的体系及内容分析

2．1工厂精益设计框架

精益设计的核心思想是将精益理念应用到工厂设计阶段，它将精益思想与传统的工厂设计相结合，并融合价值工程、人因工程、并行工程等先进的管理理念，强调在工厂布局、物流系统、工艺流程、信息系统等环节的设计阶段导入精益理念，实现从源头上消除企业的浪费，避免仅从某一局部去改善已经出现问题的生产环节。工厂精益设计应包括原有工厂车间的设计改善及新建工厂精益设计两个方面，这里重点介绍精益设计在新建工厂中的应用，对于原有工厂的设计改善仅是在第一阶段将重点放在对工厂现行运行状况的数据整理与获取方面，后面的步骤基本一致。精益设计的理论框架主要包括组建工厂设计联合小组、知识库的形成及知识库指导下的精益工厂设计方案的确定。

2．2精益设计的内容介绍

2．2．1组建联合设计小组

为了更好的实现精益设计，需要组建精益设计联合小组，工厂设计联合小组成员应包括掌握精益理念的知识人员、工厂设计人员、企业领导者，同时还有必要加入企业的供应商并考虑消费者的意愿。他们之间相互交流、沟通并形成工厂精益设计知识库，指导工厂精益设计的实现。

2．2．2确定工厂精益规模

确定科学的工厂规模是进行工厂精益设计的重要前提之一，它是合理地预测工厂所需空间、安排车间布局以及确定设备数量、布置方案及预留空间的重要依据。工厂规模主要取决于市场规模和市场上已有的供给量。如果市场容量很大，超过了工厂的“经济规模”，原则上讲，工厂可以按“经济规模”进行设计。否则，应根据当时的市场需求，“滚动发展”到“经济规模”。同时工厂规模需要适应企业战略规划，满足“一次规划，分步实施，滚动发展”的要求。

2．2．3精益工厂构建方案

这一阶段要综合运用精益生产、系统工程、人因工程、企业管理等学科知识，借助并行技术、信息技术等手段，确定理论上符合精益理念要求的设计方案。主要包括如下内容。

生产线布置。基于精益思想的生产线布置要有这样几个特征：物流流动的一个流及同期化，员工的多工程化及多能工化，设备的整流化。U型生产线布置是精益生产的一个产物，其特点是生产线的出口和入口在同一个位置，利用这个特点灵活地增减现场的作业人员，同时这样也便于实现准时制生产的基本想。另外，U型生产线上工作站间距离较近，工人可以操作更多的机器，能够充分发挥团队合作精神。

物流系统设计。按照精益生产的观点，物流活动是不增值的环节，因此精益物流系统设计的目标是在满足生产要求的情况下尽量减少物流成本，努力将物流服务过程中的浪费和延迟降至最低程度。

设备布置。要充分考虑各生产环节之间的关系，在实现产能要求的基础上，尽量做到各设备单元产能均衡，体现精益一个流的思想。同时设备的选择不以最先进为标准，应把体积小、投资少、具有柔性等指标放在首位。人员配备。传统的生产系统实行“定员制”生产，但这种方式在多品种、小批量的生产方式下，加大了企业成本压力、降低了企业的反应速度。“少人化”技术，能实现随生产量变化，弹性地安排作业人员。实现“少人化”的条件是要有训练有素、具有多种技艺的作业人员，即“多能工”。此外，设计工作还应包括工厂公共设施规划、信息系统设计等方面，应根据工厂的具体需求及企业的实际有选择的进行。

2．2．4精益方案的评价

仿真技术是近几年兴起的一门技术，它可以较为准确地反映生产系统对环境变化的反应，并向决策者提供可视化的界面。通过仿真分析提供的各方案的物流成本、中间在制品量、设备利用率等指标数据，结合人因、生产柔性等指标，运用当前各种优化评价算法，可对设计方案做出科学决策。

2．2．5浪费分析

消除浪费、持续改善是精益生产的精髓，通过对各方案的比较，可以对工厂各设计方案的运行状况有一个清晰的认识，综合运用价值流程图、约束理论、鱼刺图等工具，能发现系统运行过程中各非增值环节，如产能匹配、在制品库存等问题，对设计系统进行相应调整、优化，通过反馈机制实现原方案的改善。

2．2．6确定精益设计方案

在设计系统的浪费问题得到解决后，企业的决策者就可以依据相应的判别准则选择工厂精益设计方案。企业的需求不同，所选的指标及指标的权重应有所区别。选择精益设计方案不是目的，关键是执行并在执行过程中实施标准化工程，不断消除工厂中的浪费。

3、常见工厂设计方法的介绍

常见的工厂设计方法主要以从之表和相关图为设计依据或输入变量进行考虑，其中定性方法主要有缪赛提出的系统布置设计（SLP）方法、Reed的工厂布置方法；定量化方法主要有作业单位两两交换法、CRAFT法、图论法、混合整数规划（MixedIntegerProgramming，MIP）等，目前也有学者将智能化算法，如模拟退火、遗传算法应用到工厂设计当中。这些方法都从某种程度上为决策者进行科学的工厂设计、快速的选择设计方案起到了积极的作用，但这些方法也都有一定的不足。定性方法对主观经验依赖性大；定量方法对数据有严格的要求，应用过程中需对系统做出各种必要的假设。在系统规模较小，生产过程较简单的情况下，数学方法较适合，但在对复杂系统进行设计、评价时，若当部门较多、部门形状非矩阵形等情形下，各部分之间关系复杂、数据庞杂，数学方法难以取得理想的效果，同时在相关图的确定及量化等方面有待进一步完善。实践中，设计院在进行工厂方案设计时，多采用专家意见法，设计过程中的主要依据是设计人员的经验及工厂提出的要求。这种方法主观性强，标准不易统一，且静态的设计模式难以反映各部分之间的相互关系，同时设计方案的实际运行状况难以显示，适应环境变化战略调整的能力也不具备。

鉴于此，本文将仿真技术应用到工厂的精益设计当中，仿真技术可使工厂设计具有柔性化和可视化的特征，同时可以解决部门多、工艺复杂的设计问题，能更好地在设计阶段发现问题、消除浪费。

参考文献：

【1】詹姆斯•沃麦克.丰田精益生产方式[M].沈希瑾，等，译.北京：中信出版社，2008.

【2】齐二石，张洪亮.工厂精益设计的框架及实施方法[J].科学学与科学技术管理，2019（9）：167-171.

作者信息：1、张静波，身份证号码：410511197911260618

2、李飞宇，身份证号码：440684198110210438