基于BPR的寿生酒生产流程单元布局优化

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(1.浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 310014；2.金华寿生酒业有限公司，浙江 金华 321000)

单元生产[1]是精益生产的升华，是利用成组技术理论，通过建立单元模式，减少工作人员数量，并根据产品种类的变动灵活快速地更改生产模型和生产设备，从而更好地满足客户的个性化生产、低成本、高质量的要求[2].对单元生产系统设计的研究包括单元构建、单元布局、资源配置和生产调度等，生产单元的构建和布局问题是单元化生产系统设计的关键和首要问题，大多集中于生产单元的构建.其中王定益等[3]利用单元间物流最小来设计单元，并利用单元间物流费用最小对单元进行布局；蒲国利[4]在考虑生产能力约束的基础上，以单元生产系统成本为最优，提出并构建了生产单元数量问题样本均值近似模型；廉洁等[5]在研究设备易复制的情况下，通过配置多台同质设备来实现生产单元间无物料流动，并保证单元间工作量均衡的独立生产单元构建问题；Xamber和Vilarinho[6]解决了包含同质设备情况下，以生产单元间物料移动最小为目标的构建单元模型.企业面临多品种、小批量和需求量剧烈波动的市场竞争环境，静态均衡的单元生产已不适应.为此，有学者提出根据动态环境来调节单元内的配置构建动态生产单元，使单元生产系统在动态的环境下运作[7]，如王晓晴[8]提出多目标角度构建动态单元生产系统，同时考虑系统中的设备重置费用，设备利用率和零件跨单元的总次数三个目标函数.

对于精益生产的原则和思想已经由制造型企业慢慢渗透到服务业和农业领域相关企业，其中精益生产的思想已经开始在啤酒行业中进行应用研究，如涂淑丽[9]将精益理论用在在啤酒生产物流系统中，黄兆奇[10]对啤酒企业进行精益生产方式的导入进行研究.另外，孟中法[11]对黄酒生产中常见的质量问题及改进方法进行了系统分析，符向民[12]则应用流程再造的思想对啤酒生产流程进行再造.但精益思想在黄酒酿造企业中进行应用研究是开创性的.寿生酒是金华地区著名的特产，是采用传统工艺酿造的具有地方特色却享誉全球的特产黄酒.下面拟对寿生酒生产流程进行重组优化，并将单元生产引入到黄酒酿造行业中，作为黄酒酿造企业实施精益生产的一个切入点，这在现有文献中还没有报道.

1 寿生酒酿造业的流程分析

寿生酒酿造从原料糯米到最终的成品经过的流程为：糯米→浸米→运米→蒸煮→冷却→运米→落缸搭窝→前发酵→后发酵→压榨→澄清→煎酒→装坛→勾兑→灌装→灯检→压盖→打码→运送→预热→巴氏杀菌→冷却→灯检→贴标→包装→成品.寿生酒生产流程包括三大部分：第一部分从原料糯米到后发酵过程，主要完成黄酒的发酵；第二部分从压榨到装坛，过程中得到半成品；第三部分从勾兑到成品，过程中包括瓶装和袋装生产，流程中为过程复杂的瓶装生产.用精益生产理论对寿生酒的生产流程进行分析，发现流程中存在的问题主要有以下4点：

1) 布局不合理，导致了大量搬运和无效等待浪费.流程第一部分中浸米罐、蒸煮和落缸搭窝分别布局在不同空间，产生大量搬运物流，操作的随意化导致连贯的生产流程不能做到生产的同步化，工序间出现大量无效等待；流程第三部分中打码和巴氏杀菌两个工序间出现了搬运过程，导致了物流浪费.

2) 人力支出大，劳动利用率低.整个生产流程中搬运过程全部采用人工，对于大件的物品搬运，劳动生产率低；灯检流程是生产过程的质量控制关键工序之一，员工用眼凭经验来验瓶，由于眼睛的疲劳，常有不合格的瓶子未被及时剔除出而误当作合格瓶流入下一工序，导致不良品增加；包装过程中完全用手工操作，生产效率低.部分生产设备，如灌瓶机、贴标机等，减轻了工人的劳动强度，实现部分机械化生产；但在生产流程中还存在大量手工操作环节，如灯检、包装等，导致生产效率低.

3) 流程中等待、不良品等浪费，造成高生产成本.由于采用传统的巴氏杀菌方法，巴氏杀菌前的预热及巴神杀菌后的冷却过程需要长时间等待，成为了工序间的瓶颈；关键的质量点控制如空瓶检验和成品包装大量使用人工操作，导致产品质量控制困难，不良品的出现机会多，造成了浪费.

4) 作业标准化体系缺乏，工艺流程不规范.工艺过程不规范，导致大量加工浪费、动作浪费和等待浪费；没有规范的物流路径，导致了大量的搬运浪费等等.

面对当今世界经济信息化的大趋势，寿生酒企业唯有改变生产方式，走信息化、标准化，才能增强企业的核心竞争力.单元生产作为精益生产的最新发展，单元生产可通过改善制造系统柔性，提升管理平台，为企业信息化打下夯实基础.因此在寿生酒业中应用“单元生产”的思想对生产流程进行ECRS和重组优化，显得很有必要.

2 寿生酒生产流程的单元构建

结合寿生酒生产的特点，业务流程重组中单元构建应着重考虑三个因素：1) 各工序的时间；2) 各工序间物流量；3) 产品种类.寿生酒生产流程中各工序的时间见表1.

表1 生产流程中各工序的作业时间

从表1可知：寿生酒酿造流程中前后发酵时间占整个生产周期的90%左右.在生产流程中，应结合工序时间与单元内操作连续性来考虑单元的构建；同时单元构建过程中尽可能使单元间物流量最少，各单元相互独立，形成高效的单元生产系统；最后按照客户需求，包括产品类型、数量范围、规格、质量标准、交货期等，采用ABC分类法找出企业经常生产且累计产量超过80%的几类品种.分析几类产品的生产流程差异，按照差异小且能通过增加或减少单元内一个或几个易置换设备在同单元生产的原则来构造生产单元.

结合表1中各工序的占用时间，可把整个黄酒生产过程分为八个单元，具体如图1所示.对寿生酒的16个品种从生产工艺和包装上进行分类，生产工艺上包含淋饭酒、摊饭酒和喂饭酒；生产包装上分为袋装、瓶装和瓷装.由于黄酒的生产工艺大部分类似，所以三种生产工艺可以共用一个生产单元，其中个别流程的差异可以通过增加或减少可移动的小型设备来完成.包装工艺的差异导致灌装机器不同，由于瓶装和袋装灌装过程不同，所以不同的包装工艺应放在不同的单元生产.

图1 寿生酒生产流程重组及单元划分图

3 基于BPR的寿生酒单元布局优化

单元布局涉及单元内布局和单元系统布局.精益生产的目的是构建一个能持续发现浪费，限制浪费并消除浪费的生产系统，单元化布局为其提供重要硬件支撑，且单元内设备布局应满足如下要求：

1) 设备按加工顺序布置.单元内部实施一个流生产，尽量缩小设备间距离，有效改善生产物流，优化物流路径，减少搬运浪费及无效等待.

2) 生产同步化.调节各工序间生产节拍，使单元内工序在同一个节拍下生产，避免单元内工序间在制品堆积.

3) 员工的多技能工.生产单元都是相对独立的，要求工人都是多技能工，可以操作单元内多台甚至全部设备，以满足一人多工序操作，设备按照站立姿势作业来布局.

4) 设备的合理布置.考虑到工人在走动过程中产生动作浪费和时间浪费，在单元内部尽量把原料的放置点和成品的取出点紧挨在一起，布局成“U”型线的布置.对于特殊设备应特别指定其摆放位置，形成布局中固定约束[13].

按照单元布局的要求，寿生酒生产流程中各单元布局如图2，3所示.图2为第1和2单元的布局.考虑到物流及操作流程，两个单元紧挨布局且采用“U”型布局方式.浸米罐和发酵缸分别在“U”型的出入口，运米小推车把糯米从浸米罐运送进行蒸煮、冷却、落缸等操作后，直接回到相邻的原位置，减少空车移动距离.第3和4单元的布局中，由于两个单元间的物流经过管道自行流动，布局中主要考虑设备间的紧凑程度及厂房空间，采用“一”字型布局，尽量降低运输管道成本，减少操作中设备之间移动距离带来的浪费.第5单元布局中，由于单元内的操作带有一个流的特点，采用“C”型布局方式，利于单元内协同作业[14].

图2 第1和2单元的布局

图3 第6，7和8单元布局图

图3为第6，7和8单元布局.第7单元瓶装酒生产是一个完整的流程，通过改变生产节拍可形成一个流生产.第8单元的袋装酒生产也是一个连贯的流程，考虑到3个单元之间的物流关系，可布局形成“W”型.图3中通过设备复制增加澄清罐和可移动的包装台，形成了两个独立的流程，同时又节省物流成本和厂房空间.

4 寿生酒单元布局的价值流图析

采用价值流图析的方法对寿生酒生产流程的整个生产周期进行分析，得出按照前面所述进行单元生产布局后，寿生酒的生产流程价值流图如图4所示.

图4 单元布局后的寿生酒生产流程的价值流图

从图4可知：整个生产流程中非增值的时间从727 min减少到628 min，周期时间从27 215 min减少到25 790 min.同时，通过单元布局优化了物流路径，减少搬运和等待时间，从而为下一步进行单元内部设备、现场改善和标准作业改善等做铺垫，并减少生产准备时间，降低了劳动强度，提高了生产效率.

5 结束语

单元生产作为精益生产的最新发展模式，如何在单元生产的基础上尽可能减少浪费，降低企业生产成本，做到精益生产，成为了微利时代制造行业所面临的问题.首先对寿生酒现有生产流程进行分析，并结合企业现状，利用单元生产对生产流程进行重组，根据黄酒生产各工序时间、工序间物流量、产品和客户的需求来构建生产单元，进行单元的合理构建，取消流程中长距离搬运物流，变成单元内部物流；结合企业生产流程、物流及工人操作的特点，使用了“U”型、“一”型、“C”型和“M”型布置方式，进行单元布局，并对单元布局前后的生产流程用价值流图析的方法进行分析和比较，从而为后续的规范化生产操作，制定出相应的操作标准，消除动作不规范带来的浪费做铺垫，提高企业的生产效率，降低不必要的成本，消除浪费.

参考文献：

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[2] SAKAMAKI H. Changes on manufacturing systems and technologies[M]. Tokyo: Japan Machinery Federation,2005.

[3] 王定益,王丽亚.一种单元制生产方式设备布局问题的研究方法[J].工业工程与管理,2006(1):10-13.

[4] 蒲国利,刘晨光.大规模定制环境下的生产单元数量分析——基于成本最优原则[J].西安理工大学学报,2011,27(4):496-500.

[5] 廉洁,刘晨光,李文娟,等.基于同质设备多台配置的独立生产单元构建决策[J].中国管理科学,2012,20(5):90-97.

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[11] 孟中法.黄酒生产中常见的质量问题及改进方法[J].中国酿造，2004(10):25-27.

[12] 符向民.基于流程增值分析的啤酒生产流程再造[D].天津:天津大学,2009.

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[14] 竺乐燕,蒋美仙,冯定忠,等.基于Multi-Agent的面向交货期的生产协同模型应用研究[J].浙江工业大学学报，2011,39(5):555-559.