U型布局的生产线
工厂规划阶段搭建的企业架构对未来的生产运营有着深远影响,通过优化匹配工艺水平、生产能力及工作节拍等,可以降低成本,同时获得节约能源、减少排放的社会效益。本文以机加类工厂为对象,重点介绍在工厂规划环节提高企业盈利能力的工作思路。
随着市场竞争的加剧,传统管理理念和生产方式已不能满足企业的现代化生产需求。工厂规划涉及政策法规、产品、制造技术、企业管理、能源环境及地域特点等多种要素,需要高度复合,这种集成技术无法全盘从国外引进,也没有系统的学科教材。在此,本文主要介绍几种基本的工作思路。
成本构成
企业的使命之一是创造利润,利润等于售价扣除成本,售价主要由市场决定,工厂规划的主要目标是在保证质量的前提下降低成本。工厂规划方案影响的主要项目是制造费用、工资和燃料动力费,总成本费用如表1所示。
差异成本模型
1. 生产现场,设备的工序能力指数Cpk≥1.33,“一个流”作业实现稳定可靠的精度
在生产环节,能够影响售价的只有产品质量。主要是直接影响客户使用功能的总成质量,不是具体零件的精度。在保证客户使用功能的前提下,从降低成本出发,工艺技术人员通过优化研发的产品原创图纸,可以重新确定制造零件精度。
2. 生产线运行可靠,确保开动率
可靠通常是指每天开动20h,每周6天,连续10年,基本不停机。工厂的生产、物流、销售和信息等管理方式,都是以连续生产为基本假设的,可靠性差会引发许多难以度量的连带后果。可靠性是工厂规划的否决项,是汽车行业的个性化需求,也是我国汽车装备制造业面临的最大挑战。
3. 建立差异成本模型做出量化分析
在保证零件精度、生产线开动率的前提下,其他多数项目可以通过建立差异成本模型做出量化分析。差异成本模型,主要是找出各种方案成本数据的不同,体现差异,不需要得出绝对的成本值。有些成本受工厂规划的影响极小,可以不纳入分析对象,例如空压机冷却水、环境空调换气的风机和照明耗电,尽量使计算简单、来源便捷。模型中只涉及受影响显著的参数。
计算差异成本需要的基础数据主要包括:生产纲领、年工作日、每天生产时间、设备开动率、工序设备数量、设备投资、设备占地面积、建筑物投资、操作工人数量和薪酬、工艺设备电力安装容量、压缩空气消耗、切削液消耗和价格、自来水的消耗和价格、废液排放量和处理费、环境制冷量、循环冷却水用量、维修备件的价格和寿命、不重磨刀具的价格和耐用度、重磨刀具的刃磨费用和耐用度。工序差异成本中,有些项目适合按年统计、有些适合按件,参考计算公式:工序差异成本(元/件)=(设备折旧费+厂房折旧费+土地摊销费+设备耗电费+压缩空气耗电费+环境制冷机组耗电费+市政供热采暖费+工艺用循环水耗电费+工艺用冷冻水耗电费+人工费+切削液费+废液处理费+设备维护费)(万元)/产量(万件)+刀具费用(元/件)+其他费用。
如果几道工序同时发生变化,需要进行综合考虑。
4.一次性投资与生产成本
工厂规划是把零件图纸转化为实物产品的过程,在产品开发初期通常设定售价、利润的目标值,工程建设总投资的意向通常也是明确的。工厂规划的作用体现在降低成本,兼顾近期和远期效益,使总体目标实现得更好。
一次性投资大,风险增加,但生产成本不一定提高。如果对产品市场有足够的信心,应该把生产成本作为第一权重。
5. 工艺水平的选择
工艺方法、机床、刀具、切削参数、上下料、工序间输送和切削液等共同构成工艺水平。对于自主汽车,可以立足全球装备市场,选择最适合国情、适合厂情的工艺。
按差异成本模型进行定量分析,较低成本的工艺不是较低的工艺水平,“高效率”的衡量标准,就是低成本。
6.方案的模型分析
某一个汽车零件的机械加工工艺,多数工序的方案是相对单调的,不需要用模型来分析。对于区别显著的工艺方法,借助模型可以系统全面地得出成本方面的定量数据,改善方案决策的合理性。
经济规模
1. 按经济规模组线
针对特定的产品,每种工艺水平都对应一个经济规模,按经济规模组建生产线,充分利用设备的生产能力,是工艺规划的目标。针对汽车行业开发制造的机床,通常具有高效率的特点,相应的经济规模也较大。工艺水平的档次定位是极其有限的,但产量规划是随机多样的。当产量低于经济规模时,应该以经济规模下的生产线为终点,分期实施。
2.确定生产环节的经济规模,是优选单件节拍的过程
项目决策前期,产品的市场定位、售价、成本、建设投资和自制件等形成了基本意向,按照项目的主导思路匹配工艺方案,不同的工艺方案对应各自的经济节拍。表2是在经济节拍0.9min的情况下,不同的工作时间对应的经济规模(生产能力)。
目前我国汽车销量、行业集中度显著提高,随着自主品牌产量的增加,单一品种零部件的产量逐步扩大,一条生产线同时通过多个非系列产品的情况趋于减少。为适应规模生产,柔性设备的生产效率不断提高。例如:目前的加工中心,对于轿车发动机缸体、缸盖及变速器铝壳体等零件,已经能实现0.5min的经济节拍,折合成3班300天60万件的产能,基本达到了柔性和效率的统一。
汽车的市场寿命难以达到机床的使用寿命,特别是自主开发的产品,便于分期实施、产能调整、转产投放新产品成为柔性机床、快换工装和敏捷布线的主要作用。
3.经济规模随设备开动时间变化
延长工作时间后,生产能力的环比增长率分别为18%、15%、6%和19%。在产品售价、材料单价不变的情况下,材料费随生产能力线性增加,但期间费用非线性增加,增长幅度远远小于材料费。产销量增加使零件的单位成本降低,提升盈利能力;如果利润率保持不变,降低售价能够提高产品的市场竞争力。
节拍平衡
在“一个流”的生产组织下,生产线的产能取决于单件时间最长的工序,每台设备节拍一致,可以消除停机等待浪费,工艺规划时,节拍平衡率最好不低于95%。节拍是指机动时间、辅助时间(与机动时间不重合的部分)之和。
平面布置对操作工人数量的影响
通过差异成本模型能够得出自动上下料、输送装置与人工费用之间的成本关系,让人力尽可能从事高附加值的劳动,节省操作工人,是工厂规划的基本概念。
如图所示为U形布局的生产线,零件在机床之间的输送采用人工,由简易辅助上下料装置实现零件在机床与料道之间的输送,操作时间少;设备的左右间距、正面间距小,行走距离短;一人操作多机,每个人看管机床的数量灵活可调;在成本、柔性和维护等方面,合理确立了自动化与人工之间的平衡点。
结语
工厂规划是产品研发、设计、采购、制造、物流和销售等产业链中的关键环节,架构一旦形成,影响产品、投资的整个生命周期,提高规划论证的合理性、节省实施时间,是科学发展的重要体现。
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