精益生产思想在航天型号批生产中的应用
作者: 来源: 文字大小:[大][中][小]
精益生产（Lean production，LP）是美国麻省理工学院数位国际汽车计划组织（IMVP）的专家对日本“丰田JIT（Just in time）生产方式”的赞誉之称。精，即少而精，不投入多余的生产要素，只是在适当的时间生产必要数量的市场急需产品（或下道工序急需的产品）；益，即所有经营活动都要有益有效，具有经济性，精益生产是当前工业界最佳的一种生产组织体系和方式。
“丰田”汽车的精益生产方式使得它在与欧美汽车制造企业“福特”式的大规模生产方式的竞争中脱颖而出，并逐渐成为目前很多行业一种主流生产方式，近年来，各国企业都不断地挖掘其内涵，不仅成功应用于汽车行业，还应用于以“小批量、多品种”为特点的航空航天工业，如美国的Boing将其理念应用于商用飞机和导弹生产，而Lockheed Martin公司采用了该方式后减少了90％的工装及66％的生产时间，制造成本减少50％以上，使其在竞争中处于绝对优势。
目前，航天各个研究所的制造部门或生产企业都或多或少地遇到了任务量大量增加，而生产能力却不能按比例增长，造成生产周期过长，库存增加，交货时间无法保证，服务水平降低等问题。将精益生产管理思想用于这些已经成熟的批量生产型号（主要是武器和通用组件等），为解决生产面临的一系列问题，指明了方向。
精益生产的核心和批产型号的特点
1.1 精益生产的核心
精益生产的核心内容是在强大的生产资源的基础上，通过合理化思想、看板方式、提案制度、全员品质管理（TQM）、及时存货制度、柔性生产等手段来达到削减库存、节省人手、排除一切浪费、提高产品竞争力的生产制造策略，其产品制造的核心是拉动式（pull）准时化生产（JIT）。
精益生产是以用户需求为输入条件的，是一种拉动式生产。它强调物流平衡，追求零库存，要求上一道工序加工完的零件立即可以进入下一道工序。精益生产中组织生产运作是依靠看板（Kanban）进行，即由看板传递工序间需求信息（看板的形式不限，关键在于能够传递信息）。生产中的节拍可由人工干预、控制，保证生产中的物流平衡（对于每一道工序来说，即为保证对后工序供应的准时化）。
由于采用拉动式生产，生产中的计划与调度实质上是由各个生产单元自己完成，在形式上不采用集中计划，但操作过程中生产单元之间的协调极为必要。
1.2 航天批产型号的特点
相对于飞船、卫星等有特殊要求的其他类型飞行器而言，航天批产型号有其自身的特点，表现为：
（1）采用成熟组件和工艺。批产型号的研制时间相对较短，研制周期普遍在3年以下，是典型的“短、平、快”项目。由于研制周期短，必须采用成熟组件和工艺，即便个别组件需要新研制，也应在成熟组件的基础上做适应性改进；
（2）可靠性要求高。与其他航天产品类似，对可靠性提出较高要求，因此在设计、生产过程中仍需严把质量关；
（3）贮存期长。有些批产型号，如武器，要求存贮10年以上，接近很多零件的贮存期极限，对零件、元器件的采购、生产周期提出了要求；
（4）维护性好。产品交付用户（如部队）后，使用、维护均为用户的相关人员．因此要求产品的结构简单，易操作、便于维护，最好采用模块化设计，便于拆装。对于需要在“5年大分解”中更换的零、部件，应该便于操作和维修；
（5）使用环境恶劣。产品的使用环境基本都是在人烟罕至的恶劣环境中，温度、湿度等参数变化大，要求产品适应性强；
（6）有一定的批量。与卫星、飞船等单件生产相比，批产型号的交付量一般为数十发甚至上百发，产品的生产方式相对于单件生产的“精耕细作”有很大改变，但是又达不到市场上单一产品的大批量产品的数量和要求；
（7）成本控制严格。产品的竞争归根到底是在保证质量前提下的成本竞争，为此，需要广挖潜力，合理安排生产，降低成本。
批产型号的这些特点，正好与精益生产“小批量、多品种”生产特点不谋而合。
2 在型号批产中实现精益生产
2.1 工艺的优化和工作标准时间的核定
常规的生产工艺是按照单个零件编制，根据零件加工的过程，分为机械加工工艺、热处理工艺、装配工艺、焊接工艺等过程，一个零件从下料投产到生产制造完成，往往要经过多个步骤、多个车间、最后入库，这样势必会造成产品运转周期长，生产环节多且不可控，过程排队和等待时间长，最终造成产品生产的不可控。精益生产要求按照零件的特点进行分类，每个零件均需要编制专门的“大工艺”，即整合从零件下料到产品完工入库的完整的工艺过程，采用“大工艺”策略可以使生产计划人员和车间调度人员对于零件的整个生产流程能够全面了解，并为“一个流（single-piece flow）”的生产打下基础。
精益生产的前提是每个工作程序必须有“标准时间”，标准时间是在正常的操作条件下，以标准的作业方法及合理的劳动强度和速度完成符合质量要求的工作所需的作业时间。它是进行科学管理的基础，并最终被用到设计、制造、采购、销售、成本管理等相关领域。由于受到所处环境的影响，航天企业的制造部门往往忽视效率及效益，只有旧的劳动定额系统，没有衡量效率的标准时间观念。以往的工时仅由人事劳动部门核定，只考虑“准备时间”和“工作时间”，并且没有随着工艺水平和工装的改进而及时更新，往往导致工作时间由于人员变动或设备变动等原因变得不可测算，导致生产积压或等待。
标准工作时问的制定是按照国际公认的技术方法，利用预先为各种动作制定的时间标准来确定各种作业的作业时间，而非通过现场观测进行时间分析。
标准工时的设定有很多方法，如时间分析法、动素法、PTS（预制时间标准）法、标准资料法、经验估算法等。企业可以根据各自的生产特点合理选用。在制定标准工作时间时，应改变以往由人事劳动部门一肩挑的情况，由工艺人员参与，根据生产工序特点和设备情况进行制定，然后由车间调度或人事劳动部门专业人员审核，保证标准工作时间的准确性和统一性。
2.2 流程再造
精益生产的核心是一种“拉动”式生产方式，从满足客户的需求到生产流程内部，都是采用这样方式：生产需求由客户决定，而在进行生产时，每一个生产过程如何生产都是由下一个生产过程的需求决定，如果没有需求，一定不生产额外的产品，从而消除额外库存。
传统企业的生产部门按照生产特点一般分为机械加工车间、装配车间、热处理车间、焊接车间等专业部门。以简单生产为例，机械加工车间的零件生产完成后直接入库，装配的指令由生产计划处根据型号的研制需要下达。机械加工车间与装配车间仅仅是一种协作关系，由于车间相互分离，机械加工车间仅仅根据生产计划部门下达的指令生产，按照自己的生产步骤去安排生产，也无法获知下游急需的产品，完成的零件直接进人半成品库。产品入库后，有的零件可能需要很长时间才被下游领用，造成了库存的居高不下，占用了有限的流动资金。
对于批量生产的型号来讲，采用精益生产将打破部门之间的分割，必要时可成立诸如“阀门制造项目小组”、“推力室制造项目小组”等专业项目小组，这些项目小组的成员包括了主管设计、工艺和车间生产人员。他们完全为产品服务，对产品功能、特性了解充分，能够快速反应，及时过问和了解生产进程。
在流程重组过程中，还需要注意的是，应该以整个供应链为基础，将计划、生产、采购等环节优化、集成一并考虑，避免整个供应链出现瓶颈和不协调的地方。
2.3 制定小批量、多品种的投产顺序计划
投产顺序计划要决定混合装配线上不同产品的投入顺序，这在不同情况下必须作不同的考虑。如果各工序的作业速度不一样，就有全线停产的可能性。为了避免这种情况，就必须制定使各工序的作业速度差保持最小的投入顺序计划。
批产型号中的部件，有的生产周期较短，有的生产周期却很长，应该根据任务的轻重缓急，有序投产。
制定合理的生产计划还有助于保持生产的均衡化，避免“赶工”和“救火”等情况的发生。
2.4 持续不断的改善（kaizen）
精益生产认为零件生产的合格率是100％，但是实际生产中是无法做到的，但是可以通过持续不断的改善来提高产品的合格率，改善有多个方面，设计和工艺都需要在生产进行过程中不断改善。
批产型号往往为一次使用产品，有些技术指标，如产品漏率、使用寿命等，比卫星、载人飞船型号的要低很多，与运载型号类似，因此应该根据使用要求提出合理的指标，提出过高的要求无疑会增加研制成本并导致成品率的降低。此外，虽然批产型号的组件基本上是借用成熟产品，但还是应该结合产品自身特点，另行出专用的技术文件，对于产品零件选用的材料和配合尺寸、公差等要求，应结合产品的使用要求，能放宽的尽量放宽，降低成本，并使产品易于加工，提高成品合格率。
为保证型号生产批量化的要求，必须在生产装配过程中对产品的设计、工艺进行持续不断地改进，即使配套的是使用了几十年的成熟型号的产品。不断地完善工艺，对提高生产效率至关重要，如用数控机床代替普通机床，减少装夹次数和时间，提高加工精度，改进和设计合理的工装，提高产品的成品率，尽量减少需要生产过程中的单配甚至返修，这些过程往往需要设计、工艺现场处理，浪费了设计、工艺宝贵的时间并且导致某个节点的停留，影响整个产品的生产进度。在出现问题时，设计、工艺和车间生产人员需对共性的问题和既有工艺进行“5个为什么”的管理，找出问题的关键所在，持续不断地改善，使产品的零件生产和装配效率得以提高。对于生产的典型重复性问题，可以列表归类，提出解决方案，并报主任设计师及主管领导批准，发生类似问题，工人或检验就可视情形当场处理，使流程能继续，但必须将问题和处理结果通报主管备查和分析总结。
2.5 成组技术的应用
按照产品的性质和特点，必须将生产流程分为制造单元（Manufacturing Cell）。制造单元是按照零部件加工工艺的要求，将所需的机器设备串连在一起，布置成为U型制造单元，并利用成组技术，将加工性相似的零件组织到一个单元进行加工（相似零件的成组叠加），并进行适当的工序调整。这样，单元的“相对产量”增加了，产生了类似于大量生产的“准流水线”生产，成组准流水线是精益生产的集中体现。
传统航天产品的“小批量、多品种”的生产特点使得建立物理意义上的成组单元困难重重，原因是可能导致设备利用率低，经济效果不明显，但是对于有一定批量的型号来讲，使建立成组生产单元成为可能。通常的成组生产单元的设计步骤是选用典型产品，考虑加工零件组的几何形状、工艺条件和加工方法等，借助于零件分类编码系统建立相似零件组，将工艺相似、设备相近的零件进行归类筛选，进而根据所需劳动量计算出各种设备的需要数量和人员数量，最后进行成组生产单元的布置等等。如阀门类某些零件结构类似性高，推力室的头部、身部零件也有很多工艺、生产过程相似，可以将相似零件集中生产，设备按照逆时针重新排列，形成U形“准流水线”。
3 精益生产过程需要注意的3个因素
3.1 人员因素
精益生产强调对员工进行适时培训，强调“一岗多能”，即使某位员工由于生病、休假等原因，也能立即有人弥补空缺，做到“人停机不停”，同时，为平衡工作量和工时，通过生产线的重新布置，某些人可能会同时操作几台设备或同时干几个岗位的活，而另一部分岗位，则可能需要配备多个员工共同完成工作。在提高生产效率的同时，也大大增加了生产线的柔性，即当生产数量增加，可派调较多作业人员，每人的操作设备数减少；生产数量减少时，可一人操作多台设备。
各行各业都会涌现出一些行业精英或者状元，在精益生产中他们被形象的称作“乌龟中的兔子”。企业往往通过各种手段鼓励这种“兔子”，因为他们带来了某个工序产量的提高。在精益生产中追求的是整个产品的产量的提高，个别工序的产量提高会带来过程中的库存积压，不是被提倡的行为。应该通过培养他们操作多个机器等，使他们的工序产量与整个团队的生产节拍保持一致，在绩效考核上，则可以根据他们完成的“标准工作时间”予以倾斜。此外，还可以利用他们的经验，鼓励他们培训其他员工，使得其他员工也变成“兔子”，这样可以带来整个生产单元效率的提高，缩短生产周期。
3.2 设备因素
如果生产线上的一个设备发生故障，将影响整个产品的进度，因此要努力避免设备的非正常损坏并进行定期维护。
精益生产所需的“设备始终是完好可用的”，在实际生产很难达到，并且航天产品有很多是专用设备，如推力室生产所用的钎焊炉，阀门生产的激光焊、电子束焊接设备，这些设备都是特有的甚至是唯一的，对于这些设备，要格外引起重视，在生产过程中设定好保养时间，在生产了一定周期后，定时进行维护和预防性维修。对于一些可替换的设备、工艺，在既有设备发生故障时，要及时采取备份方案或联系相关外协点，保证生产的有序进行。
应该鼓励项目小组优化生产流程，采用简单、合理的工艺路线和设备，设计合理的工艺装备。做到“简单的就是可靠的”、“适合的就是最好的”，而不应该一味地追求高、精、尖设备，因为这些设备的使用率往往过高，可替代性比较差。在这些设备面前往往会积压了过多的待制品，造成整个生产的进度的延误。
对于生产过程中无法避免的瓶颈工序和设备，如推力室生产过程中的“钳”工序，需要用到的打小孔钳床。不但要保证设备的正常运行，还要保证生产的合理安排，在生产繁忙时，要安排“倒班制”，轮流生产，保证生产流与整个产品的生产节奏相匹配。
3.3 物流因素
产品配套一般都包含外购成品零件，此外，生产过程中也不可避免地需要工序外协或产品外包。对于这些供货商和外协厂，不能仅仅看作“卖家”和“买家”的关系，而是要把他们看做事业伙伴和延伸企业，了解他们的生产情况和服务水平，对于供应商来讲，应该了解采购提前期、采购批量等，合理采购，同时尽可能地减少库存。对于外协厂而言，如果一些外协厂的生产质量达不到设计要求，企业还应派驻自己企业的设计、工艺人员及时考察，帮助他们改进，保证这些外协厂的生产水平满足配套要求。
4 结 语
激烈的市场环境下，加速了生产管理方式的革新进程，批产型号的特点，使得精益生产方式成为努力方向，通过研究精益生产方式，学习精益生产思想，并朝着精益生产方式努力，必将使企业在竞争中脱颖而出，带来生产效率和企业效益的提高。