电子行业生产模式：连续流与单元线效果

2024-01-08 百科知识版权反馈

【摘要】：亨利·福特和大野耐一在汽车行业里,基于连续流的方式各推出一种生产模式,一种是大规模生产的流水线,另一种是小批量生产的单元线。这两种的生产模式的理念同样适用于电子行业。图2-1这个图形定性地分析了生产模式的选择原则,主要是从产量和工序变量来考量。对于设备为主的生产来说,单一的讨论生产模式意义不大。这两段生产流程,不同的生产模式对生产效率、生产管理影响很大,因此将是我们讨论的重点。

亨利·福特和他的助手们在1913年秋把汽车的最后总装变为连续流的方式,使福特T型车的总装工作量减少了90%。接着他把生产T型车零件的所有机床按照正确的顺序排列起来,并且试着使原材料到成品车发货的整个过程流动起来,由此也同样大大地提高了生产率,流水线和标准化是其提高效率的核心方法。

第二次世界大战后,大野耐一和他的技术人员,包括新乡重夫得出结论,真正的挑战是少量生产时创造的连续流,这时一件产品只要生产几十个或几百个,而不是上百万个,也正是这些小小溪流,而不是几条滔滔江河,汇集成了人类需求的汪洋大海。

亨利·福特和大野耐一在汽车行业里,基于连续流的方式各推出一种生产模式,一种是大规模生产的流水线,另一种是小批量生产的单元线。这两种的生产模式的理念同样适用于电子行业。笔者概述一下在电子行业里,什么样的生产线称之为流水线,而什么样的称之为单元线。流水线从传统意义上来说,以大批量连续流的方式安排工序,再以自动拉带作为载体传送半成品,员工在拉带边作业,工序安排一般会细分工序或几个员工做同一工序内容。而单元线以小批量连续流的方式安排工序,所有工序内容在一个小单元块里完成,每个员工一般需要做很多工序内容,生产模型以直线形生产线和“U”形生产线最流行。

目前精益生产的书籍里无一例外地推崇单元线的生产模式,仿佛流水线已经没有市场应该退出历史舞台了。在现实的工厂当中真的如此吗?在这里我们将深入探讨这两种生产模式的选择原则,并深入分析这两种生产模式的使用条件,各有什么优势和劣势。我们从一些文献资料里找到了有关生产模式选择原则的分析,如图2-1所示。

图2-1

这个图形定性地分析了生产模式的选择原则,主要是从产量和工序变量来考量。当产量比较高而工序变量相对少时,即处在区间-1,那么选择流水线将会比单元线更有优势。相反的,当产量低,工序变量多的情况下,即处在区间-3,单元线就会有很大的优势。当然,如果处在区间-2时,我们就不能简单判断哪种生产模式更有优势。这要通过比较产品品质、生产效率、生产管理、员工反馈等方面进行评估,然后再来选择哪种方式更适合。当然,公司产品发展趋势和战略也将是一个决定性因素。

笔者曾工作服务过三家著名的公司,我们暂且称之为S公司,H公司,M公司。其中S和H公司生产的是硬盘产品,其工序非常复杂,主要的操作是人机共同作业,每个产品产量虽然不算很高,每天每条线产量6 000~8 000,但工序变量单一,只有1~2个变量,很明显,是处在区间-1,选择流水线将是比较好的选择。因此,在这两家公司工作时,没人会讨论生产模式问题,一有新产品进来,直接就在流水线上生产了。当然,如果读者公司的产品通过以上图形的比较,处在区间-3,那么选择单元线会比流水线会适合些。

但在M公司,情况就相当复杂了,M公司生产的是手机产品,其产品众多而且更新换代非常快。操作类型上也是人机共同作业,但其中又分以机器为主的生产模块和以人员为主的生产模块。而且对于不同的产品产量和工序变量差别很大,如果和图2-1对照的话,众多产品中处在区间-1,区间-2,区间-3都有。这个在选择生产模式时就有一定的难度,毕竟图2-1的分析只能算是一个粗略的概述,并没有给出一个定量的分析指标。那M公司是怎么选择生产模式呢?首先我们先介绍M公司产品生产工序流程如下:

主板SMD生产→主板模块测试(主板模块)→机芯模块装配→产品机芯测试(机芯)→整机测试→整机模块装配→整机包装成品(整机)→出货到物流公司。

大家注意到,产品生产流程中有三个测试点(主板模块、机芯、整机),它们也是我们进行工序变量分析的分段点。工厂工序安排中也是以这三个测试点作为节点,进行生产线的安排和规划。

主板模块的生产主要是在SMD设备上进行,然后进行测试,这个主要是设备为主的生产。对于设备为主的生产来说,单一的讨论生产模式意义不大。

机芯模块和整机模块的生产,主要是人员为主的生产,辅助以机器。这两段生产流程,不同的生产模式对生产效率、生产管理影响很大,因此将是我们讨论的重点。

比如公司当前有一个新产品A,准备在半年后进入量产阶段。产品经理问IE工程师,这个产品准备选怎样的生产模式,进而确定投资预算的情况。表2-1描述了产品的详细信息。

2-1 >A产品的详细信息

从产品信息上和M公司以测试位作为节点来看,生产工序分为三段,第一段是SMD生产主板模块,以机器为主。第二段是机芯模块生产,主要是将各种功能块装到主板模块上,这需要大量的人和机器进行共同作业。第三段是整机模块生产,这是根据客户的要求组装和导入软件信息,然后包装成成品。这段生产同样需要大量人和机器进行共同作业。

从A产品的产量信息和工序变量信息,参照图2-1进行分析,机芯模块每天产量需求28.6k,工序变量为4个,处在区间-1,适合在流水线上生产。整机模块每天产量需求同样28.6k,但变量为80个以上,处在区间-3,适合在单元线生产。但同时考虑到主板模块工序变量数量和机芯模块变量数量一致,而且是一一对应,为了便于生产计划的安排和减少中间的库存,把第一段和第二段连接起来组成流水线,我们称之为机芯生产线,这个生产线将会以SMD的产能为基准安排机芯模块的工序,因为SMD设备是非常昂贵的,机芯模块的生产只能匹配SMD的产能。至于生产整机模块的单元线我们称之为高速包装线,这个生产线可以根据效率优先原则设计生产工序,对于这个产品,生产模式选择并不会有太大困难。

生产模式确定之后,我们就着手设计生产线,M公司的流水线是一条自动的拉带在中间流动,在拉带的两边设置工位,工位两边放置原材料,工人则在这些工位操作,半成品和成品都在拉带上流动,就像连绵不断的河水流向大海。流水线的产能一般是每天30k左右,操作工的数量一般在15人上下,这是根据产品工序的复杂程度和SMD的产能决定的,员工以坐着操作为主。图2-2是M公司的流水线布局图。

图2-2

图2-2流水线只是生产了半成品机芯模块,要完成生产整个产品的工序步骤,还需要在单元线高速包装线上来生产整机模块。由于整机模块的工序变量较多,因此为了减少转线的频率,单元线的产能每天一般在10k左右,操作工一般14~18人之间,操作工数量不但受到不同产品工序差异的影响,还要受到不同客户包装物料数量不一样的限制。图2-3是生产整机模块的布局图。

图2-3

这就是M公司设计的流水线和单元线组合方式,我们称之为机芯模块生产+高速包装线生产模式,单元线高速包装线采用直线形模式,这种组合方式在M公司存在多年,主要是为简单的、操作工序少的、产量大的产品而设计的,在一定时期内还是比较符合M公司的业务需求的。

再比如另一个新产品B,产品的信息见表2-2。

表2-2 新产品B的信息

客户订单量同样为28.6k/天,但由于M公司每条SMD线的模组标准化,B产品原件数量多,因此SMD的产能变小,只能达到12k/天,而机芯模块工序变量的数量比主板模块工序变量数量多1倍。因此我们认为B产品机芯模块的生产是处在区间-2,到底该选择流水线还是单元线更合适呢?由于B产品工序比较复杂,而且,当时综合考虑了如下因素,B产品选择了单元线。

1.公司产品的发展趋势:产品发展趋势是工序复杂化和变量增多;

2.工厂空间的限制:单元线更灵活,空间利用率会更高;

3.公司员工技能情况:大部分生产员工已经掌握了多技能工作;(www.chuimin.cn)

4.公司现有生产线情况:公司目前大部分是单元线。

M公司对于像B产品这种工序相对复杂的产品采用了主板模块生产+精益装配线生产的模式,即把主板模块的生产独立出来,生产线称之为主板模块生产线。把机芯模块和整机模块生产组合起来,生产线称之为精益装配线,而且所有精益装配线的产线布局和硬件都是一样的,因此不同产品转换只需根据IE制定的工序重新排列和换一下测试夹具即可。图2-4是M公司精益装配线U形生产线的布局图:

图2-4

精益装配线这种单元线,每天的产能设计在1.5k~2.5k之间,操作工为3~8名,不管是产量还是操作工差异都有很大的跨度,因此可以综合考虑产品的工序、产量需求等因素来安排工序。这种生产线在M公司主要是用来生产相对复杂的产品。

从上面的介绍,综合M公司这两种生产线的运行情况,不难发现流水生产线和单元生产线都有各自的优势和劣势。流水生产线的优势主要体现在:

1.产能比较大,可以很方便地使用自动化设备来替代手工操作;

2.流水线分工相对细致,容易控制产品质量;

3.流水线采用集中式操作,利于生产管理;

4.流水线一个工序有多人操作,可以容易地互补个体之间的速度差异;5.流水线不需要频繁换线,生产会比较平稳;

6.测试设备集中放置,设备利用率可能会更高;

7.流水线节奏稳定。

当然,流水线也有其劣势:

1.操作人员多,如果换线受影响的工时多;

2.整个生产线受SMD的产能控制,装配位产能如果和SMD产能不匹配将会损失部分产能;

3.相对于主板模块库存,机芯模块库存费用更高。

单元线的优势主要体现在:

1.能快速反映客户的需求;

2.对计划安排柔性好;

3.只是堆主板模块库存,CPP(Cost Per Point,单位库存费用)较低;4.出现品质问题需返工数量少;

5.单元线员工少,员工之间容易协作;

6.对生产线工序改造灵活性好。

当然,单元线的劣势也是比较明显的:

1.单元线产能低,一般不会单独安排员工操作测试设备,因此设备利用率低;

2.以客户的订单来安排生产,所以转线频繁,会损失很多工时;

3.员工技能需要多面手,对培训要求高,产能提升慢。

总之,以上介绍的方法是简单通用的方法,在现实中可能还会受到很多因素限制。比如产品生产周期,如果产品更新换代很快,有可能即使是处在区间-1,也可能用单元线生产。当然可能有一些不是连续流的生产,不适用流水线或单元线生产的行业,就不在此阐述。总而言之,生产模式的选定,在参照这些通用原则外,还得根据产品的特性和公司的情况,做出正确的选择。当然,这两种生产模式,在一定条件下还是可以互相转换,后面有一个实例专门介绍这两种生产模式转换的情况,这里就不阐述了。

电子行业生产模式：连续流与单元线效果

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