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丰田公司精益生产管理理论之流程标准化

2019-08-08 15:55:38

丰田公司精益生产管理理论之流程标准化

第二类标准化能实现真正的并行工程,为那些与汽车开发速度不匹配的跨功能流程同步提供一个框架。标准化的开发流程意味着标准化通用任务、任务序列、任务时段,并将其作为产品开发流程持续改进的基础。流程标准化是对前面章节讨论的任务与时间间隔变异的强大的解决方案。在可靠地了解其他功能部门在做什么以及什么时候做等方面,流程标准化是唯一的方法。相互依赖的流程/组织正是利用这种方法来明确地了解彼此的需要以及何时需要对方的哪些投入。最后

丰田公司精益生产管理理论之流程标准化

,严格的流程纪律和标准化开发流程是运行多项目研发工厂唯一可信的方式,同时也是度量任何单个项目表现和进度的基础。

正如第5章在讨论过程逻辑时提到的,精益产品开发流程集中控制高层次的标准进程需求以确保同步。对于丰田来说(见第4章),这意味着宏观层面的里程碑和时效被用于不同的项目,而每一个功能组织层控制着详细的、工作层面的流程。利用这些标准化结构,就可以开发出详细的、针对具体项目的工作层面的计划表。

相比之下,北美汽车公司在相对较高层面上利用一个公司团队对里程碑进行标准化,对这些里程碑在所有功能组织中带来的结果进行详细的规定[例如阶段门模式(stagegate model)]。找出如何完成这些任务的办法是项目和功能团队的。丰田不同的工程部门根据一个核心框架的要求各自对产品设计的手段进行了标准化,而北美汽车公司的员工只是试图对整个产品开发过程的末端进行标准化。

由于没有严格的标准化和通用架构,北美汽车公司缺乏有效的柔性产能战略,导致在整个产品开发流程中关键资源经常遇到瓶颈。虽然北美汽车公司也利用供应商工程师或进行外包,但是因为没有标准化其技能、设计和流程,它经常会遭遇糟糕的结果和极高的交易成本,而它把这一切都归罪于其供应商。

让标准化流程在功能层面指导具体工作是实现柔性产能和均衡工作量的关键。如果做不到这一点,那么产品开发流程的第三个原则(创建均衡流)就不可能实现。众所周知,在精益制造中,稳定性是形成流的必要条件,在产品开发中也是如此。标准化提供了稳定性、一致的预期和可预测的产出水平,这是建立流的必要基础。

人们可能会忽略的标准开发流程的一个好处,就是它为讨论问题提供了一个通用框架,这有助于在各个工程部门中实现更精确的沟通和更深入的理解。

丰田生产工程的标准化流程

由于拥有一个可靠的标准化流程,因此在丰田的车体工程师根据取自黏土模型的电子化车体表面数据开始工作时,生产工程部门便可以开始进行详细的流程设计。模具和夹具设计以及加工/压料面开发团队也同时开始初步的工作。不同的生产工程部门随着零件设计的进展同步开展其工作,最大化地利用部分设计信息,以创建一个同步的进程。利用一个只在稳定的部件设计环境里才能运用的标准化流程,生产工程部门通过并行和同步工程,能够创建高效的过程流,同时消除下游返工造成的浪费。试图利用不完整或不成熟信息过多、过早地完成任务可能会导致变更,造成返工和浪费,这种高度同步的并行工程方法对于防止这种司空见惯的行为至关重要。除了前面讨论的无处不在的检查清单外,生产工程师还使用制图(senzu)。 Senzu是非常详细的制造图,每一个零部件都要绘制这种图。在每个项目结束时都要更新senzu,在各个功能部门之间共享,包括制造几何形状变化、定位销、焊点位置等具体零件在生产过程中所积累的所有制造信息和最佳实践方法。

丰田的模具工程

在这个重要的阶段,模具工程团队采用柔性产能策略,包括对实习生的使用。因为精益产品开发流程把复杂的模具工程分解成许多标准化的子流程,而且可靠的数据库提供了标准化组件并能保证同时获得设计数据,因此利用计算机辅助模具设计,拥有不同专业水平的设计者能够立刻为同一个设计工作。因此,设计能够更快地完成,多出的人力资源可以灵活地调配到其他零件的工作中去。零件可获得性非常的重要,因为为了使车体工程部门满足最终的数据发布需求,一些零件必须先于其他零件而完成。此外,通过共享数据库,生产工程部门也可以获得这些零件的信息,因此当工程师即将用到它们时,就能把它们拉出来。

如上所述,跨功能同步标准流程使得模具设计师能够利用不完全的数据开始工作。当所有零件设计完成后,模具设计师就可以把它们拉在一起并完成模具设计。在这一点上,模具设计实习生可以完成那些不需要很多技能的模具设计任务。完成一件任务后,这些实习生可以去帮助别的模具设计师。由于标准化支持了产品开发的所有三个子系统流程、工具和技术以及人员,所以这一流程才是可行的。确立这种标准化最关键的因素是制造图。在模具的例子中,制造图详细列出了压料面形状(binder shape)、过挤压(overcrown)、过拉延(overdraw)、圆弧过渡半径要求等。总而言之,制造图是汽车部件和整车的具体参照,在整个产品开发过程中对冲压工程的表现至关重要。

流程和压料面的开发

在流程前期,为了与汽车造型设计的最后阶段连接,在过程/压料面开发领域,标准化制造流程和共享零件结构能使初步的压料面开发完成。压料面是首次成型模具的一部分,保证在零件成型时使板材处于恰当位置。它对于高质量的冲压过程是必须的,对于几何形状复杂的零件,它将面临挑战。这一过程通常包括成型性评估、对成形性进行仿真和有限元分析(FEA)。事实上,因为没有流程或设计标准化,北美汽车公司被迫对所有冲压件采用有限元分析,这一过程对有限的资源造成了巨大的瓶颈。然而,在丰田的产品开发过程中(其特点是部件几何形状与制造流程都实现了标准化),只有不到1/3的冲压件需要进行有限元分析。消除2/3零件的有限元分析要求,也就消除了造成瓶颈的潜在因素以及与之相关的来自于产品开发流程中的排队和变异,改善了平均完成时间,并明显降低了成本,同时还增强了精益产品开发过程中下一轮产品开发的竞争优势。

丰田的精益工具和模具制造

在这一阶段(要对工装进行铸造、机加工、装配、试产和审批),丰田的精益制造原则开始真正对产品开发过程施加影响力,因为建造工装和模具是一种制造形式。极其精确和详细的标准化模具设计使丰田能够在产品开发流程的这一阶段借鉴精益制造原则,这是精益产品开发体系的一个强大的竞争优势。平均而言,大规模成套模具,例如车身侧面用到的那些模具,仅需要不到4个月的时间就可以完成铸造、机加工、组装,并在模具车间进行初步试产。因为丰田的大部分竞争者仍然采用作坊式手工工艺制造模具,因此它们需要10~12个月来完成同样的任务。随后,模具车间将它们运至冲压工厂进行厂内试产,这不仅包括最终的模具试产,也包括最终生产冲压件所用的所有检验工装和自动化设备。这个过程需要额外的一到两个月时间,每周一到两次增加六至八小时的工作时段。丰田的高速模具开发能力结合了部件设计标准和有效运用尖端虚拟工具,使公司不再需要大多数原型工装,因而节约了大量成本和时间。虽然丰田在某些项目上具有相当快的进度,但下面的讨论仍然集中于在标准流程中设计模具和完成工装所需的典型时间框架。

精益工具和模具制造的典型时间框架

设计师对所有模具进行了分级,从A0级到D级。分配给每一个等级的是一条特定的生产线,由铣床、建造工区和调整冲模用压力机组成。研究过丰田生产方式的人会将其看成是与产品族匹配的专用流水线的特征。A0级是指用于生产外表面的大型模具,A级是指用于生产非暴露表面的大型模具,以此类推至D级,是指生产较小部件的级进模具。模具被安排到最适合的生产线上(即合适的尺寸)。这些模具种类允许采用标准化的过程和标准化时间,使得进度更为精准,成果更为可控。为了支持可视管理和使得所有参与者了解进程安排的要求,工厂设置了巨大的进度板,上面既有任务又有具体部门的安排。这些进度跟踪板以小时为单位进行更新,工厂管理团队每天进行检查。产品开发过程中的精益标准化再次降低了过程误差,进而提高了生产效率。

设计师依照标准对模具设计进行虚拟检验,然后将设计方案上传至虚拟仿真系统(整套模具3D数字仿真),来确保间距、功能和生产效率。在模具建造阶段,这些设计方案随后被用于编制标准化工作指导书,它们也是制造模具时加工模具型模的数字模型。这一步骤消除了对实物检测的需要。丰田模式中的适时意味着1周或者更短的时间,模具铸造也只需要再加10天。与此形成鲜明对比,丰田的北美竞争者推出模型需要3周,铸造需要4周甚至更多时间。

丰田模具的机加工

丰田精确和高度详尽的模具设计与标准化模具制造过程允许公司用精密组合铣床完成大量的模具制造,这可以充分降低在手工配合和模具细节返工及冗长的模具试产上耗费的时间,这是其北美竞争对手所不具备的优势。丰田公司也有若干专业刃具的专利,使机加工操作的效率最高,进一步增加了精度、速度和精益模具制造的可预见性。通过专攻精密机加工,丰田完全排除了若干次级操作,例如手工打磨和传统模具制造所必需的模具配合。精益模具制造方法允许丰田应用其他设备整备的精益方法,如SMED(快速换模)和增加设备增值时间的刃具成套及时(just in time)配送。按小时计时的明细进程表置于靠近机器的地方,由操作者来维护。在型模建造期间,工厂管理者和团队会在早晨四处查看,评估这些进程表。

丰田模具建造

机加工之后,每个模具细部或者部件根据分类被运到建造工区中适当的建造工作单元。有五个独立的建造工区,每个工区包括若干由多个站点和工作单元组成的分阶段的生产线,负责建造过程的一部分。模具细部和外购的部件在正确的时间到达正确的工作单元,保证建造工艺流程的顺畅。正如在装配线上一样,每个工作单元完成建造工程的一部分,然后把模具运往过程中下一步骤的工作单元。工作程序进行了细致的标准化,每个工作单元的作业时间是相等的(以天数计量),这样就能使加工部门的工作流保持步调一致。这降低了误差,使得产出更加可预见,保证人们一眼就能看出模具建造的当前状态。整个建造工区都布置了时间表,以保证所有的参与者都知道时间表的需求并努力完成它。

每个工作单元各自配有所有的组装工具和低值易耗品(比如螺丝钉和销子),它们被放置在较近的地方以便进行具体的操作。模具放置区域用漆标识在地板上,所有的手持工具和机具都放在适当的位置,带有架子和抽屉的贴有标签的工作台安置在工作区的周围。气动工具挂在可收放的吊具上;用的时候可以很容易拿到手,不用的时候也不碍事。连外购的部件也是在要用之前才送达,这样模具工不必离开工作单元去寻找任何物品。模具建造人员,类似于赛车修理站的工作人员,以令人难以置信的精度有条不紊地分头完成预定任务。改善是在进程中进行的。例如,模具建造创新的一个改善是消除组装过程中的模具翻转这通常是需要起重机的一个耗费时间的操作。

模具工在加工模具和试模时得到了相互培训。在部门内部,模具工的技术水平在一块图板上展示出来,报酬与技术水平挂钩,所有的模具工都是薪水工(相对计时工而言译者注),加班额外有加班费。每个工区的每个工作单元的模具工们都应用个性化的清单,既作为程序上的参考,又作为质量保证工具。在模具转移到下一岗位之前,这些清单是工作单元领导签署每个模具是否合格的主要指导书。在模具建造过程中,建造人员的这些签署是质量控制的基本形式。型模建造不使用纸质图纸:所有的模具工都接受过CAD系统的培训,位于工作单元附近的计算机中存有所有的模具设计数据。模具设计师和同步工程师定期拜访建造车间,和建造人员一起工作,界定问题或改善设计的方法。

丰田车辆组装工程

车辆组装工程是生产工程组织的一部分,在丰田是与模具工程团队整合在一起的。他们面临的挑战是设计工装和流程,以将冲压件组装到车身或者白车身中。这是一个复杂的过程,要求将大面积的冲压板准确定位,适当放置,点焊到一起。开关组件例如门、发动机罩和掀背式门有附加的卷边步骤,从外面板的边缘向里卷边,或者围绕内面板的边缘卷边,以便在组装到车上之前将它们装配起来。这需要设计和制造复杂而极其昂贵的夹具、组件生产单元和车体装配线。

通过对定位设计、检测点、焊接标准等的标准化,丰田成为第一家能够将冲压和装配标准化、支持柔性组装操作的公司,能够在同一生产线上生产多种车体。最近,丰田公司通过其蓝天计划引入全球车身生产线,将柔性车体组装推进到一个新水平。该项目要求生产工程和车身工程的密切合作,提升设计和过程标准,支持这项革命性的创新。依照丰田北美公司的前总裁兼首席执行官Atsushi Niimi的说法,新系统以一种主托架(pallet),取代了原系统中的50种托架。新托架看上去有些像滑雪缆车,用可编程的定位器从车身内部对车身定位。该系统改进了整体车身质量,降低了所需焊接工位的数量,显著提高了制造柔性。现在8个不同的车身可以通过仅仅改变一个主托架,在同一条生产线上装配。Niimi先生指出,新的车身焊接厂新项目投产费用降低了50%,占用空间降低了50%,在现有生产线上增加一种车身或者一个新的热门项目的成本降低了70%。这就是创新的力量。但是如果没有工程组织的通力协作,将不可能创建有效流程、设计标准和纪律文化来实现目标。丰田公司已经在世界各地建立了全球车身生产线(GBL),因此,所有的车辆现在都被设计成可以支持标准组装流程。

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