基于精益管理下的设计和制造应用研究

翟亚军,孟庆华

(扬州中远海运重工有限公司,江苏 扬州 225200)

0 引言

近年来,国家将智能制造上升到国家战略高度,《中国制造2025》提出力争用三个十年的努力,实现制造强国的战略目标,到2045年,成为具有全球引领影响力的制造强国。而要实现海洋工程装备尤其是船舶建造行业的突破,必须以创新的思维开辟新的途径,实现精益智能制造。精益智能制造是符合中国企业升级转型的有效路径,而精益智能制造是建立在精益管理基础上的,精益管理的核心理念是JIT(JUST IN TIME),即在需要的时间生产需要数量的产品。其关键是：与能力相匹配的可执行度高的生产计划,以及按计划生产的管理能力。研究精益管理理论中精益设计和精益制造可以帮助中国造船业实现“降本增效、升级转型”的目标。

国内造船企业无论是项目管理制还是部门管理制,多采用以现场调度型为主,受人的因素影响较大,难以起到有效的控制和协调作用。以推进方式组织生产,很难实现均衡化生产。造船企业是劳动密集型企业,施工人员多以外包管理模式,以包代管的模式给产品质量、计划执行及企业的持续发展带来很大难度。因此,探索一条适合国内造船企业持续发展的精益管理模式,以精益设计配合精益制造,对形成流水化作业、提高生产效率,最终由流水线作业转变为智能化流水作业,实现造船强国目标,具有重要的理论和实践意义。

1 精益设计是精益制造的源头

设计的深度、质量、计划性、工艺性及设计成本控制最终制约精益管理所能到达的高度,因此从源头推行精益设计就显得尤为重要。图纸是传递信息的手段,设计阶段工作决定了70%～80%的品质和成本。图纸一旦出错,就会造出基于错误信息的产品。精益管理需要精益设计的支撑,并推动精益设计不断改进。在设计的每一个环节、步骤、流程都尽可能地使用最优方案,从而实现整体价值最高、成本最低。

1.1 面向船东与制造的设计

精益设计的目标是通过安全可靠、绿色环保、节能高效、用户友好的船舶性能品质形成船舶产品的核心竞争力,通过降低材料使用量、提高材料利用率、减少生产工时、降低生产难度来有效控制和降低产品成本。精益设计的路径是面向船东和面向制造的设计(见图1),寻求成本与性能的最佳结合点,实现与船东合作共赢。

图1 精益设计路径

面向船东,设计出性能优越、满足船东和规范要求的绿色节能高质量船舶,为船东创造运营价值。面向制造,设计以专业化、流程化生产为原则,以制造计划为中心,充分发挥生产装备条件,按需提供精确的物量信息、易加工的数据和图纸,持续提高生产效率。

面向制造的设计,要求应节约生产资源。应充分发挥公司各生产设备的最大能力,分段划分考虑搬出能力的最大化、钢板尺寸最大化、搭载单元最大化;制造部门提前介入设计的研讨,通过前期充分研讨、优化加工流向、推进工序前移、持续优化设计物量、降低制造加工难度、提升工时ST,从而降低船舶建造总工时,提高效益。设计图纸所有生产信息均在图中明确标示,避免生产随意性。设计提供相对准确的物量,便于制定合理的生产计划。简明的编码体系,便于配材和装配,防止部材遗漏。直观的图纸,便于判断组装顺序,避免装配干涉。

1.2 流程导向的标准化设计

精益管理以流程为导向,只有稳定且好的流程才能持续产生好结果。以流程为导向首先需要进行流程分析,识别工作中的每一个细节,并将每一细节都做到最好,做到极致。当一个没有缺陷的流程确定后,要将每一个环节的最佳实践标准化下来,形成标准化的设计基准。目前,公司已应用设计类基准329份,工作流程184份。标准化的要求是各项工作都要有作业基准,最熟悉该项设计工作的人就是基准的制定者。所有参与流程的设计者都需要按照设计基准进行标准化设计,以实现最优设计。

1.3 严格的计划管理与质量保证

1.3.1 精益管理的体现

(1)设计主导综合预定,统筹单船设计、主要物资、生产主要节点合理匹配生产技术准备周期。

(2)将综合出图预定表根据综合预定表分解形成设计计划和出图计划。

(3)技术规格书要点进行表格化处理,并分解到业务担当,确保设计符合规格书要求。

(4)设计工时管理,合理平衡调整计划,按专业特长细分设计担当,前后协作流水作业。

(5)以搭载网络计划为核心,拉动编制各类计划,后道发现问题后反馈前道优化处理。

(6)标准工程计划通过制造、技术、物资协议研讨确认,保证计划合理可行,见图2。

(7)生产设计以工艺设计为主,完备生产信息、出图。从导入计划体系到现在,计划执行率实现了100%的突破。

1.3.2 设计质量管理的精益体现

(1)制定各方面的设计规则,方便设计,设计失误及时总结,推行落实防止问题再发生对策。

图2 标准工程计划

(2)宣贯“一次性把事情做好”的精益设计理念将设计质量纳入月度考评;以科研立项、研讨书等形式研究重点项目。

(3)持续开展TQC活动,保障持续创新和改善。

(4)进行多阶段设计质量管理,如：设计管理卡-事前控制、分级按单审核-事中控制、图面协议表-界面控制、现场巡回-事后分析改进。通过全程质量管理,生产设计差错率由5‰下降到2.8‰以下。

1.4 知识的积累与共享

对于每艘船、每种船型认真做好设计总结工作,对每一条船东、船检意见及处理过程要进行技术性总结,并存放在技术档案里以项目或专业形成技术数据档案进行信息共享。为防止再发生及持续改善提供基础,通过再教育和学习前人经验,实现设计团队全员能力提升。公司在船舶设计过程中积累了大量的设计数据、知识、技术与设计经验等知识,在实际设计工作中将这些知识进行有效地分类、管理和共享,最终形成以设计规范、标准基准和专家经验等知识构建而成的知识档案库,方便及时获取、保存和应用。

1.5 应用数字化的设计

数字化管理需要根据船舶设计工作特点,量身定制出设计管理系统,实现对出图计划、出图进度、图纸台帐、图纸协议、船东船级答复、设计工时等各项设计作业的全面管理。同时,利用数字化管理系统将各部门的数据集合在一个系统之中,提高数据的重用性与一致性。数字化管理系统的数据库与其他软件结合,共享数据库,保证设计的自动化与数据的准确性。

信息化设计需要应用各类设计软件,如：总体性能计算软件(NAPA)在各详细设计中得到广泛应用,结构造型软件(NAPA STEEL)也受到重视和推广,三维实体建模软件(AM)已成为造船企业生产设计第一工具,有限元分析软件和结构规范计算软件等已成为详细设计中不可或缺的工具[1]。

2 精益制造是精益管理的具体实施

和传统造船模式相比,精益造船模式优势在于消除浪费,利用有效资源获取更多的价值;对于船舶企业而言,精益造船模式能提升劳动效率,提升船坞、码头等资源的利用率,实现产能的提升[2]。走精益制造之路是国内传统造船企业面临的迫切需求,也是国企改革的探索之路。

2.1 建立标准化作业体系

业务标准化指的是不管何时、由谁来做,都可以按照相同顺序且无浪费地进行作业[3]。生产作业标准化是精益制造最有效的工具,也是精益管理的基础。

企业根据生产实际梳理并制定作业基准,对所有施工人员进行岗前培训,并进行反复教育和固化,使工人熟练应用作业基准;所有作业基准现场张贴,让作业人员在自己工位上可以清晰看到作业流程、施工要点,准确掌握现场危险源及环境因素,为推进流水线、流水化作业提供支撑。而伴随标准化作业体系的建立,船舶企业要逐步培养高技能施工人员,建立自己的专业团队,对各专业施工人员进行自培自训,提高作业人员整体的作业水平,实现作业技能持续提升。

同时,为保证标准化作业有效运行,遵循质量管理的PDCA循环原则,企业有必要建立公司级到生产车间级的作业基准巡回机制,查找现场执行中存在的问题,分析对策,并对作业基准及现场施工进行持续改善,确保作业基准的适用性、实用性。

作业基准经过导入、推广到目前的全面运用,已形成完整的标准化作业体系。近3 a来,企业制定作业基准1 315份,对5 000多名施工人员循环培训累计达16万余人次,生产效率和产品质量稳步提升,人均产量从44 t/a提升到56 t/a。

2.2 优化生产组织体系

建立标准化作业体系后,需要有与之匹配的组织机构推进标准化作业体系的运行,使企业按照生产流程,优化制造系统的管理构架,组建制造本部统筹管理整个生产。如：设立以钢材加工、分段建造及管加工为业务范围的工场部,以分段总组、搭载及涂装为业务范围的建造部,以机、管、电安装及调试为业务范围的舾装部;各部设置对应生产科10个,责权关系明确,横向联系少,避免管理人员冗余,更有利于高效的全员自主管理的推行。

建立班组自主管理体系。施工作业人员流动性大、稳定性差、技能水平参差不齐是影响企业进度和质量提升的一个非常重要的因素。根据国内普遍的外包用工特点,探索构建直接生产劳动力“本工、一类外包工、二类外包工”三位一体的用工模式,采取分步实施、稳步推进的方式,组建由本工和一类外包组成的自有管控班组,为企业培养高技能、一专多能且稳定的施工团队,也为自主管理提供支撑。建立班组档案,量化班组提升指标目标,通过恳谈会、体感实操等方式找出班组管理存在的问题,分析、制定改善对策。每月跟踪《科室现场组织表》,动态、精准掌握现场作业人员动态,完成生产系统各职场及班组的合理设置,形成从部-科-职场-班组的组织体系,清晰各职场、班组配员情况和工作界面。 通过自有管控班组的管理辐射,带动外包班组的自主管理能力的提升,达到班组管理的标准化、体系化,逐步实现班组自主管理体系的建立。

2.3 再造与革新生产流程和作业工具

小批量、快节奏、流水化是精益制造最显著的特色,企业通过生产流程的优化和再造来逐步实现此作业模式。在内业车间,配置钢材辊道输送系统、推行小批次化生产,不断缩短交货期,形成从钢材到货、下料、加工、小组到分段建造,按使用预定日准时提供零部件材料;在组立车间,推进单一流水线作业,分段制作结合分段形式的差异,采用分段定置生产模式,按组立栋分平面分段、曲面分段、立体分段及翻身工事生产线;在管加工车间,按管径大小重新配置并改造成大、中、小管径流水线;组立和管加工尽可能扩大流水线范围,使建造能力和建造效率都得到了显著提升。近3 a来,分段建造月均完成物量从1.8万t提升到3万t;内业、组立、管工单位物量施工所耗用的工时分别从0.92、1.24、2.25下降到0.78、0.66、1.60。

工具是做好高品质、高质量的产品必要前提。企业投资建成工具库、规范工具的管理,完成了作业工具的“革命”。工具库的建成,确保了各类工具在统一采购、保管、检验、使用、维护和报废等各环节得到有效管控,提高了工具的完好率和利用率,降低了生产成本。

2.4 重构生产计划体系

精益制造实施过程中计划体系的精髓在于自主管理。以“谁执行、谁制定、谁跟踪”为计划编制原则,建立以搭载预定为中心的精益拉动式计划体系。每个工序像对待客户一样对待下道工序,各生产车间根据下道需求,制定自己的实施计划,并按实施计划进行跟踪。通过计划管理下沉和看板计划跟踪,逐步形成自主的、按时按量向客户(下道工序)提供合格产品的理念。

生产计划体系的重构,有效保证了生产任务的完成和生产计划的顺利实施。线表节点按期实现率从2018年的65%逐年提升,连续3 a计划按期实现率达到100%。

2.5 健全自主检查体系

质量管理是精益制造产品提升竞争力的基石。为适应精益制造,保证标准化作业体系的顺利推进,就要逐步实现质量的自主管理。推行精益的质量自主管理,强调一次性将事情做对,要坚持“三不”和持续改进原则,做到质量持续改进。

(1)成立提高质量管理的专业委员会(如精度、焊接、涂装等)。由专业委员会对质量数据进行跟踪、组织专项巡回、定期数据分析,对于典型问题查找原因、制定改善的对策,按PDCA循环持续改进质量管理水平,实现了高质量与高效率的统一。

(2)推行施工质量自主管理。分段大组立执行分阶段在胎报验,降低检验难度,大幅提升一次报验合格率,实现合格中间产品的快速转序,减少分段置场。企业自实行分段在胎报验以来,分段一次报验合格率达99.23%。预合龙、搭载阶段推行焊前自检,与分段建造过程一样,根据检查清单逐一核对并检查、确认,并在现场记录,提升自主检查能力,减少焊前报验环节,缩减无效等待时间。据统计,实现PE、搭载焊前自检效率提升约20%。

3 结论

(1)造船企业在引入消除一切浪费的精益管理理念后,从设计阶段就应开始注重品质提升,构建以精益设计为引领的全过程精益管理体系,实现面向船东、面向制造的设计。

(2)应用造船成组技术完全实现船舶建造的分道分线,应用统筹优化理论向中间产品的零库存不断突破,应用“人、物、设备”并通过作业的标准化、生产的均衡化和设备的通用化、自动化、智能化,形成快速、均衡、高效的精益生产模式。

(3)全面推行作业先行化、工序前置化、分段大型化、舾装最大化、无余量建造、快速搭载等先进制造技术,实现壳舾涂一体化和设计制造管理一体化。

(4)经过实践表明,精益制造模式的推行,使企业的大节点按期实现率连续两年达到100%,生产效率提高近30%,产品质量得到船东认可,品牌形象进一步提升,助力企业实现高质量发展。