摘要： 本文从M公司的实例出发，运用精益生产的理念，从优化工艺制程、减少WIP、提升线体柔性三个方面对M公司的车间布局方案进行优化设计，并运用定量与定性相结合的评估方法对布局方案进行了评估，选择了符合精益生产理念的最优布局方案。
Abstract： This research is based on a real practice in M corporation. Following the concept of lean production， we design and optimize the job shop layout with the objective of improving the process， reducing the WIP and enhancing the production flexibility. We evaluate the layout solutions with both quantitative and qualitative methods， and choose the best solution.
关键词： 精益生产；注塑车间布局；布局优化设计
Key words： lean production；injection molding job shop layout；layout optimization design
中图分类号：F425 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）28-0037-05
0 引言
车间布局设计问题是制造型企业面临的一个重要课题：设备布局是否合理、工作地点布置是否科学，搬运路线是否经济、畅通，都是影响企业制造和管理的重要因素。随着经济的发展，市场前端变化速度加快，以大批量生产为主的离散型制造业正面临着严峻的市场形势。在满足客户个性化需求的基础上，实现快速低成本交付将是今后制造型企业发展和转型的主要方向。
产品更新换代加速导致按照某种特定产品需求而进行布局的车间制造性能逐渐降低。由于车间布局的不易变动性，布局调整所需的时间较长，耗费资源较多，因此，对于使用传统布局模式的制造企业来讲，决策层宁可接受当前生产效率低下的局面，也不愿意对布局进行重新设计。对企业而言，如果车间布局能够较好的适应产品种类的变化，同时又能保证较高的产能，在当代市场需求变化频繁的环境下，将具有极其重要的意义。
精益生产是为制造企业能快速响应市场变化而提出的生产模式，制造单元作为生产组织的基本单元，具有柔性生产的特点。按照精益生产理念进行布局，称为精益生产布局。其布局具有柔性高，反应速度快，转产损失小等特点，是针对当代制造业形势提出的一种全新的布局理念。
1 精益生产布局理念及原则
精益生产是以消除不增加价值的等待、排队和其他延迟活动为目标，按照确定的生产节拍进行生产并且每次仅生产单件产品的一种先进生产方式。与以往的计划系统发出指令的推动式生产方式不同，精益生产系统通过采用拉动的生产方式，来实现快速响应顾客实际需求的目的。
与传统布局模式相比，运用精益生产理念的布局方式除了考虑车间布局所必须考虑的面积、产能、物流强度、工藝流程、建设难度等问题，还必须考虑消除浪费、提升车间制造柔性、改善工人作业环境等与精益生产相关的问题。
为了实现对整体布局的精益生产因素进行分析，必须在传统布局方法的基础上，对布局进行精益分析，包括：
1.1 价值流分析 价值流分析的主要目标是通过绘制企业当前价值流图，将企业流程所有相关的实物流和信息流以图示的方式加以表达，帮助我们分析发现运营流程中潜在的、非增值的浪费活动，并通过IE技术减少或消除非增值的活动。车间的价值流分析侧重生产过程中的价值流向，找出生产过程中的浪费活动，并通过调整布局给予解决。
1.2 工艺流程分析 车间布局时，对整体的工艺流程进行分析，运用ECRS原则，优化工艺流程，消除不合理的工位带来的浪费。
1.3 生产线柔性分析 指快速、低成本地从提供一种产品或服务转换为提供另一种产品或服务的能力。生产柔性是在前端需求发生变化时，企业能否较好应对的重要指标。将柔性纳入厂房的布局的指标，是制造型企业应对当前市场环境的重要措施。
2 M公司注塑车间精益生产布局实例研究
M公司主要从事家电部件的注塑与后处理，工艺主要涉及注塑、喷涂（部分产品）、部件加工。现因前端需求增长，需新建厂房满足前端需求，为更好的保证前端需求变化能够得到及时的响应，且消除原有厂房中生产过程中存在的浪费，该公司使用精益生产的布局理念完成新厂房的布局设计。
2.1 SLP布局分析 根据M注塑车间的特点，将注塑车间划分为生产区、模具存放区、模具维修区、集中供料区、原材料仓库、产成品仓库、办公区、员工休息区、辅助设施区9个区域。综合考虑现有工艺流程、物流强度与设施之间的其他关系，给出设施间的重要性矩阵如下：
根据各设施的重要性矩阵，给出符合重要性矩阵的最优布局方案如下：
方案一： 方案二：
SLP布局是以工艺和物流强度为核心的布局方法，布局过程中只考虑了任意两个模块之间的关系，以任意两个模块之间的关系代替了布局整体之间的关系。
这样的布局方法使布局者无法站在全局角度思考工厂的整体运行情况，而精益生产的理念，要求我们从全局的角度出发，去寻找消除系统的浪费，因此，在SLP的基础上，我们还必须在全局角度对布局方案进行精益分析，以便进行更合理的布局方案设计。
2.2 布局方案精益分析
2.2.1 价值流分析 价值流是指产品通过其生产过程的全部活动，包括从概念设计、产品设计、过程设计直到投产的设计流和从原材料、制造过程直到产品交到顾客手中的生产流。价值流分析的主要目的，将企业流程所有相关的实物流和信息流以图示的方式加以表达，帮助我们分析发现运营流程中潜在的、非增值的浪费活动，并通过IE技术减少或消除非增值的活动。
在布局阶段对M公司原有生产模式进行价值流分析，寻找由于布局原因带来的不增值，并运用IE的理念在布局阶段给予更正，提升布局方案的优越性。
以M公司主要产品为代表，绘制产品生产的价值流图（图4）。
对与车间布局相关的生产段的价值流图（图5）进行分析，发现M公司生产段在价值流分析发现生产段中存在以下问题：
①平均制品数量为3500件，库存周期为0.8天。
②制造周期为7.8天，而增值时间仅为0.13天。
2.2.2 工艺流程分析 对M公司的现有工艺流程进行分析，找出工艺流程中不能增值的环节。
M公司现有生产厂生产流程如图6。
对M公司典型产品的工艺流程进行分析，发现工艺流程中存在以下问题：
①搬运次数过多。②工序3进行装箱，而转运之后工序5要进行拆箱，工序之间存在多余的包装浪费。
2.2.3 线体柔性分析 对M公司工艺流程进行分析可知，M公司的产品生产分为三个工段进行。如图7所示。
由于注塑工段与后端工段产能不匹配，各自的生产计划都需单独安排，因此，当发生转产时，存在的信息流动如图8所示。
从上图可以看出，在转产时，由于各生产厂的间的产能与生产安排均不相同，因此各生产厂需要重新调配各自的生产计划，以实现对新产品的生产。又因各自的工厂都需要在完成本身线上产品的生产后，才能投入新产品的生产，所以在传递过程中经常出现产品需要在暂存区等待下个工段就绪的情况，造成了转产效率低的局面。
另外，从换线损失的角度，各个工段需要独立的进行扫线，而各工段的组装线体长度较长，使得换线损失较大。
因此，M公司的生产车间柔性较低，也是急需解决的一个问题。
2.2.4 布局问题解决对策 应用精益生产的工具，对M公司原有的布局模式进行分析，发现M公司现有生产模式中与布局相关的问题。这些问题我们需要在布局阶段就进行统籌考虑，提前给予解决（表2）。
2.3 布局方案提出 综合SLP方法得出的布局结论，和对生产布局的精益分析，得到符合SLP要求和精益布局要求的布局方案：
方案一：基于SLP分析中得到的各部分关系，和精益分析中发现的生产问题。得到方案一。
布局方案如图9。
精益生产中的问题和方案一对应的解决方式如表3。
方案二：基于SLP分析中得到的各部分关系和精益分析中发现的生产问题，得到方案二。布局方案如图10。
精益生产中的问题和方案二对应的解决方式如表4。
3 方案评估
方案一、二均符合SLP的布局原则，同时也针对M公司生产中存在的问题在布局上做了调整。为了筛选符合M公司生产实际的方案，下面对两个方案进行评估。
方案评估时综合考虑定量因素（如：面积、产能、人力等）和定性因素（如：换线损失、转产响应速度、设备故障损失等），首先对厂房布局中可定量的因素进行评估。
综合考虑投资、人力、在制品数、物流强度等因素，对两案进行评估，两方案可量化指标对比如表5。
运用DEA方法对两个方案的数据进行评估：
X=（x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7）T，xi（i=1，2）分别表示方案1、2的输入条件，即：布局面积、人力、WIP、物流量、设备投资、追加投资。
Y=（yi）T，yi（i=1，2）分别表示方案1、2的输出条件，即：产能。建立DEA模型：
minθs.t∑■■λ■X■？燮θX■∑■■λ■Y■？叟Y■？坌λ？叟0j=1，2，…n max？坠s.t∑■■λ■Y■？燮X■∑■■λ■Y■？叟？坠Y■？坌λ？叟0j=1，2，…n
引入松弛变量，1，2式可以表示为线型规划：
minθs.t∑■■λ■Y■+s-？燮θX■∑■■λ■Y■？叟Y■？坌λ■？叟0s+？叟0，s-？叟0 max？坠s.t∑■■λ■X■+s-=X■∑■■λ■Y■-s-？叟？坠Y■？坌λ■？叟0s+？叟0，s-？叟0
求解上述模型，得到分析结果（如表6）。
从技术效率、纯技术效率、规模效率方面，方案一、二相同，因此仅从这几个方面无法选择最优方案。
同时，车间布局时所考虑的因素除了投资、人力、在制品数、物流强度等可定量的因素，还需考虑如员工工作环境、线体柔性等难以定量的因素。综合考虑定量的和非定量的因素，才能对车间布局有比较全面的考量。
运用AHP的方法对方案1，2进行分析，从换线损失、转产响应速度、设备故障损失、工作环境、其他可量化指标等方面，对方案1，2进行分析。构建层次结构模型如图11。
构建中间要素的重要性（B1，B2，B3，B4，B5）对决策目标（A1）的判断矩阵并请参与布局的决策者给出权重。
（B1，B2，B3，B4，B5）的判断矩阵如图12。
分别构建备选方案（C1，C2）对中间要素：
得到各因素对总目标的判断矩阵：
判断矩阵一致性比例：0.0101，一致性可以接受；对总目标的权重：1.0。
得到方案1、方案2权重为（0.38，0.62）。
因此，综合考虑定量化因素布局面积、产能、人力、在制品数、物流量、设备投资、追加投资等传统方案布局评估指标，与换线损失、转产响应速度、设备故障损失、工作环境等精益布局指标。方案2在整体上优于方案1，布局应选择方案2。
4 方案实施效果
M公司新生产厂使用方案2进行布局之后，与M公司原生产方式对比，物流量降低18%，人力减少15人，在制品库存（约3500件）消失。同时，由于机边线作业方式的推行，生产柔性大幅度提高，设备故障损失降低，方案达到预期效果。
5 结论
本文将精益生产的理念应用于注塑行业的布局设计，在车间布局阶段充分考虑注塑企业精益生产的需求，以车间整体的生产效率、生产柔性等全局指标作为布局的核心进行车间布局的设计。
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