研究基于敏捷制造的摩托制造系统产能改造仿真

　　l 引言

　　随着产品生命周期的缩短、国内及国际消费需求的不断变化，中国制造业面临着日益激烈的市场竞争，以往单一的价格竞争已很难适应企业发展的要求。除了控制成本的“精益生产”模式外，还有没有别的出路，成为现代制造企业关心的一个核心议题。

　　敏捷制造(Agile Manufacturing)的出现为生产企业特别是制造企业应对不确定环境的激烈竞争提供了一个重要的运营模式与管理策略(Hasan等，2007)，国内的深圳华为、春兰空调及汽车制造等企业都在生产运营中尝试着引入敏捷制造的模式来重构生产系统和架构(荣烈润，2007;牟小俐等，2007;周荣辅等，2008)。

　　然而这些建基于实践生产运营的敏捷制造管理模式与经验还很有限，并不能直接套用于摩托生产制造系统。摩托制造有自己的生产要求和运作方式，要设计和检验面向敏捷制造的摩托制造模式，必须结合摩托行业的生产特点进行新的规划和尝试。故此，本文依据摩托制造的特点，提出面向敏捷制造的摩托制造的产能改造模式与实施方案，在此基础上，运用计算机仿真技术模拟不同方案的实践运营与实施效果，对改造方案的运营过程与绩效进行系统的研究。

　　2敏捷制造的基本思想

　　从早期的相关研究我们可以发现，敏捷制造概念的提出主要根源于以下的一些决策目标，如提高客户满意度、改善内部整合与外部协作、提高对不确定变化的响应速度等(Goldman等，1995)，国外学者DeVor等(1997)从生产者的角度出发系统地研究了敏捷制造如何改善持续变化的竞争环境中的生产服务能力。在这些研究中，敏捷是指能够适应不断变化和不可预测的市场环境，并能高效、快速和低耗地完成各项任务的一种能力。全球市场变化快、难以预测，用户需求多样化、个性化。在这样的运营环境中，企业必须培养和练就应对挑战的灵敏性，无论是管理模式，还是技术手段，都必须具备抓住机遇，缩短开发周期，降低制造成本，迅速提供用户所需商品的能力。

　　从敏捷制造的实施和实践的角度看，敏捷制造需要把灵活的企业动态联盟、先进和实用的柔性制造技术及高素质的劳动者三者有机地结合起来，以便企业能从容应付不可预测的市场需求，获得相对长期的经济效益，为此，Cao和Dowlatshahi(2005)特别研究了在敏捷制造系统中基于IT技术的企业合作模式如何影响运营绩效的问题。推行敏捷制造的企业，必须采用现代通信手段，快速配置各项资源(技术、管理和人)，以有效协作的方式响应市场需求，实现制造的敏捷性。为了进一步系统研究敏捷制造的绩效改善，Ramesh和Devadasan(2007)提出了一个概念模型来标识和整理敏捷制造领域的各种绩效指标，而Zhang等(2007)则采用了实证的手段分析了现有的各种敏捷制造的技术手段与实施策略的实践效果之间的因果关系。

　　3产能改造的现实运营背景

　　R制造企业是一家摩托车合资企业，集研发、制造和销售于一体，是国内最具规模的摩托车制造企业之一。R制造企业自成立至今，经过了多年的尝试和改革，经历了创业期、成长期、调整期，目前正处于高速发展期。随着市场竞争日益加剧，为满足用户个性化和多样化的需求，快速从容应付不可预测的市场变化，该企业引入敏捷制造思想对现生产模式进行大胆的改革。

　　R制造企业目前采用的是传统的流水线装配作业的生产模式，生产所需物资采用”外部采购+内部加工制造”的方式按需进行配置，其中外购件的供应商主要集中在珠江三角洲地区，内作件的生产车间有铸造、冲压、焊接、涂装、机加工等。目前厂区内的生产线共有3条，按照不同的车型订单进行排产，年产量约在100万辆左右。

　　R制造企业生产模式现存的问题点主要有如下：

　　(1)工序方面，生产装配线的人员是按既定工序进行组织调配，灵活交叉作业的能力比较差，上下工序间的衔接性不强，工序间的节拍不一致，浪费了大量的排队等待时间。

　　(2)生产计划方面。虽是按订单生产，但生产计划的修正频次太低，每个季度才会进行销售、生产、供应领域的信息协调和沟通，市场响应速度慢，库存量大。

　　(3)作业标准方面，虽在新车型开发时就已经进行了工序作业标准的编制，但车型量产后的工序作业标准Et常维护却较少，而且由于工序作业标准是技术部门的工艺人员制定和修正的，经常会出现生产线人员理解不清晰的情况，现场操作人员的抱怨大，生产效率比较低。

　　(4)采购方面，与供应商的信息传递采用传统的电话、邮件方式，订货的提前期比较长，采购单的准确率也比较低，与供应商交换信息速度比较滞后，外购件的库存周期长，供应商的抱怨不断。

　　(5)订单预测方面，市场预测机制不健全，订单信息通常是由经销商月末的报表提供，制造周期长，通常产品运到经销商手中的时候，才发现订单一早已经发生了变更，而新的订单又无法及时满足。

　　(6)信息共享方面，产品信息共享程度不够，各个内作生产车间像一个个孤岛，零件在各环节的信息传递不连续，经常出现由于个别零件或某类零件的质量问题导致停线，极大地影响了产能的提升。

　　4面向敏捷制造的产能改造方案

　　面对以上的运营问题，R企业拟引入敏捷制造来实现生产模式的改造与升级。

　　(1)整体改造设想。R制造企业面向敏捷制造模式的产能改造，主要思路有以下几方面：

　　1)在整合信息系统方面，R制造企业分步骤分阶段地进行信息网络技术建设，加快研发、采购、生产、销售等供应链节点的信息传递速度。首先，对现行的MRPⅡ信息技术进行升级改造，并将财务、采购、库存、人事等信息系统模块进行集成和优化，选用ERP系统进行企业资源信息整合管理;同时也与供应商搭建了物流信息共享的网络平台，保证供应商能够及时掌握生产计划及库存信息，有效地组织生产，减少库存。

　　其次，将顾客作为销售过程的环节之一，借助Internet网络平台建立面向顾客的电子网络销售平台，订单的生成直接由顾客通过Intemet界面，自主地选购和网上交付。

　　最后，建立内部质量监控信息系统，将原本孤岛式的各生产车间质量信息进行对接和集成，通过后台专门人员的数据处理，形成可视化的数据统计图表，即时有效地为各级管理人员提供生产现场的第一手资料，实现信息共享，降低由质量问题引起的停线时间，提升生产的敏捷性。

　　2)在改善生产协作方面，提高各种计划的协作性，加快订单的满足度。R制造企业主生产计划的设定流程为销售计划一生产计划.+采购计划。采用敏捷制造思想后，主生产计划由季度修改变成了每周修改。主生产计划由每周定期召开的产供销会议协调结果为依据，用日排产计划表的形式，利用各信息平台向各方进行信息传递，保证各节点的快速协作性。

　　3)在优化开发流程方面，新车型的开发流程采用扁平化的管理模式，打破传统职能部门的限制，将市场调研、技术研发、品质技术、工艺技术、采购供应等领域的专业人才，采用“木宰新车型项目组”的运作模式，并配备相应的绩效考核机制，缩短新车型上市周期。

　　4)在调配员工作业方面，加大对现场人员技能培训的同时，调整流水线作业人员的协作分工模式，启用“一人多岗”的敏捷性作业，消除工序间的节拍差异，降低资源浪费。

　　5)在制订作业标准方面，各车型工序作业标准的制定和修正由原来的技术部门调整至直接对应生产的部门，提高工序作业的适用度，以更好地指导现场作业人员。

　　(2)生产线改造方案。在上述的改造方案中，面向敏捷制造的生产线改造是贯穿其中的重要组成。R制造企业拟对现有的3条生产线重新进行设计改造，采用“主线+辅助线”交叉并行的生产模式。在每条生产线的两侧增设多条辅助线，辅助线的数量由N个工程站点组成，N的具体数值是由每个车型的工程编排数所确定的，计算公式如下。同时，设定了单台车辆的标准生产时间，均匀分配各工序点的节拍，保证在一定的产能目标要求下，按照各车型设定的工程数，对多条辅助线进行灵活调配，确保生产线的主线节拍不变，以适应产品样化的市场需求。

　　R制造企业生产线设计改造的敏捷性体现在：

　　第一，在同一生产线上可以完成不同批次不同车型的订单，且生产线的主线速保持不变。

　　第二，由于车型种类不同影响到装配节拍不同，通过灵活调配辅助线上的各站点来消除瓶颈工序的影响，实现同步化的作业要求。

　　第三，在同一条生产线上不同车型种类的切换时间为零，实现连续生产作业，尽量减少主线工序间的排队等待时间。

　　第四，由于生产线设备故障、零件质量问题、人员操作技能不足引起的排队等待，通过及时调配辅助线上的资源来消除，并及时由线上的LED显示器提醒，提高生产线的稼动率。

　　5 面向敏捷制造的产能改造仿真研究

　　仿真技术是实现敏捷制造的关键技术。本研究采用Arena来实现R企业生产系统的计算机仿真。采用Arena作为本研究的主要研究工具，能为生产线、生产过程、生产设备以及库存等建立结构层次清晰的模型，并可以模拟具体生产环境，设定一定的参数，自动进行计算分析，找出瓶颈工序，提供定量分析;此外，Arena的分析工具还允许我们用图表、统计数据等方式展示生产运作的生产能力等其它运作结果，通过调整相应参数，找寻最优或较优的解决方案

　　5.1 仿真建模

　　以R制造企业的一条生产线作为面向敏捷制造的产能改造的对象进行仿真建模。该生产线的主线工程包括悬挂工序、结合工序、内装工序和外装工序，而增设的辅助线工程包括悬挂辅助工序、结合辅助工序、内装辅助工序和外装辅助工序四种，主线工序的装配时间如表1。

　　由于R制造企业订单需求计划较为复杂，且各车型所需零件种类繁多，装配工序繁琐，为说明生产线升级改造的敏捷性，在仿真建模时进行了一定的模型简化。

　　假设只有两个不同品种的车型(车型A和车型B)同时生产，其中车型A订单占总量的60%，而车型B订单占总量的40%。为消除车型品种在内装工序出现的装配节拍不同，采用增设辅助线的方式，在辅助线上进行组装后再回到主线上装配，尽可能保证生产的连续性，而且站点与站点之间不设暂存区。

　　车型种类到达的间隔时间是常量，为30秒/次。模型终止运行条件为连续运行1小时(即3600秒)，运行50次，时间单位为秒(s)。

　　表1R制造企业主线工序装配时间

　　5.2仿真实验

　　为测试不同生产线改造方案的敏捷性，本研究设计了三个仿真实验，具体如下。

　　方案一：假设车型A的内装工序不需要辅助线，而车型B的内装工序需要辅助线，站点为FX1、FX2、FX3，而且车型B辅助线工序中可利用的资源为3个FX Worker，而且这3个资源可以灵活调配，不分先后顺序。具体各站点节拍如表2所示。方案的仿真模型和动画可分别用图1和图2表示。

　　表2方案一车型B内装工序辅助线各站点装配时间

　　图1方案一的仿真模型

　　图2方案一生产线仿真模型动画

　　为了对比分析敏捷制造模式与传统流水线生产模式之间的差异，将方案一车型B内装工序辅助线3个资源调整为FX Worker l、FX Worker 2、FX Worker 3，资源利用有了先后顺序之分，资源到达的路径就必须先是FX Worker 1，然后是FX Worker 2，最后是Fx Worker 3，具体如表3所示。

　　表3方案一传统生产模式与敏捷制造模式参数设定对比

　　方案二：为体现资源的投入量和利用率的差异，在方案—仿真模型的基础上，假设车型A和B的内装工序都需要辅助线，车型A辅助线站点为Fx3，车型B辅助线站点为FX1和FX2，可利用的资源为2个FX Worker，而且这2个资源可以灵活调配，不分先后顺序。具体各站点节拍如表4所示，而相应的仿真模型和动画分别如图3、图4所示。

　　表4方案二车型A和B内装工序辅助线各站点装配时间

　　图3方案二生产线仿真模型

　　图4方案二生产线仿真模型动画

　　为了体现对比分析敏捷制造模式与传统流水线生产模式之间的差异，将方案二中车型A和车犁B内装工序辅助线的资源分别调整为FX Worker 3、FX Worker l，体现出传统生产模式不同车型间所需的资源不同。具体参数如表5所示。

　　表5方案二传统生产模式与敏捷制造模式参数设定对比

　　方案三：为体现辅助线站点节拍对生产线的影响，在方案二仿真模型的基础上，只调整车型B内装工序辅助线站点FX 2的节拍时间，具体如表6所示。方案三的仿真模型和方案二相同。

　　表6方案三车型A和B内装工序辅助线各站点装配时间

　　同样，为了对比分析敏捷制造模式与传统流水线生产模式之间的差异，也将方案三中的车型A和车型B内装工序辅助线的资源调整为Fx Worker 3，FX WoOer 1，体现出传统生产模式不同车型间所需的资源不同，具体如表5所示。

　　5.3 运行结果分析

　　R制造企业面向敏捷制造升级改造生产线的三个仿真实验方案，运行50次之后的仿真运行结果如表7、表8、表9所示。

　　表7方案一的仿真运行结果

　　表8方案二的仿真运行结果

　　表9方案三的仿真运行结果

　　对比以上三个仿真实验方案的运行结果，可以看出：

　　第一，敏捷制造模式在资源利用方面(比如人员的调配)比传统生产模式的灵活性要高。在三个方案中，敏捷制造模式的辅助线队列等待时间比较平均，解决了由于工序不同引起的人员工时不均等的问题。

　　第二，在产能基本相同情况下，敏捷制造模式可以通过提高人员技能来减少资源投入，从而降低人力成本。比如在产能大致相同情况下，方案二中只用了2个资源，而方案一中却用了3个资源。

　　第三。在主线生产节拍不变的情况下，敏捷制造思想下的生产线可以通过增设辅助线的方式提升产能。方案二和方案三就明显体现出增设辅助线对产能提升的作用，尤其是方案二，在辅助线节拍与主线节拍差异不大的情况下，车型A也增设了辅助线，同时又减少了1个资源，产能却提升了44%。

　　第四，当工序节拍间的差异变大时，对产能的影响也变大。对比方案三与方案二，只是将车型B内装工序辅助线站点Fx2的节拍时间调整为方案二同站点的两倍，但产能却降低了37%。

　　第五，产品在敏捷制造模式中的逗留时间比传统生产模式大幅缩短，生产效能得到了提升。其中方案一对比传统方式缩短了65%，方案二对比传统模式缩短了65%，方案三对比传统方案缩短了19%。

　　6 结论与展望

　　本文通过阐述R制造企业产能改造的实例，探讨摩托车产业实现敏捷制造思想的基本要求和方法，并通过建立生产线改造的仿真模型，进行仿真实验对比，提供定量分析，为摩托车产业的发展带来了新思路，主要结论有：

　　第一，面向敏捷制造的企业实施产能改造，不再局限于单方面小范围的调整，而是需要构建企业动态联盟，实施流程再造，推行技术创新的一次全方位变革。为实现共赢，多个领域从计划制定、产品实现到销售都必须协同参与。

　　第二，面向敏捷制造的企业，产能改造的重心由传统硬件设施的投入转移到信息共享平台的构建，通过信息流的快速传递，力求实物流的准确性和有效性，减少资源浪费。

　　第三，仿真技术为企业提供了定量的和可视化的风险预测和效果分析方法，企业可以根据实际运作情况，建立仿真模型，调整不同参数，模拟真实生产系统的运行环境，大大降低了以往仅靠定性分析进行预测的风险性。

　　本文采用仿真研究方法所得到的敏捷制造的若干实践应用探讨，对其他生产企业乃至服务企业也具有相当的现实意义和参考价值。