使用价值流程图实现可持续生产

精益生产工具不考虑环境问题和社会效益,但这却是家具制造的重要因素。运用分析工具衡量这些因素后,实践者可以更全面地了解生产过程的不同方面—Sri Hartini, Sriyanto和Darminto Pudjotomo,迪波内戈罗大学,Udisubakti Ciptomulyono和Maria Anityasari,印度尼西亚公立大学

 

精益生产(LM)的概念是由一家日本汽车公司丰田在1950年初创立的,丰田生产系统(TPS)也由此闻名。TPS的主要目标是通过消除浪费或无增值的活动来降低成本和提高生产率。

制造型企业在过去的二十年里一直处于变化迅速、竞争激烈的市场环境中,已经秉承了精益生产的原则。这些企业被重新调整,分成细小的单元形成价值流,以提高生产过程的质量和灵活性,缩短向客户交付产品的时间。

从操作层面上来说,精益生产的概念非常强大,能够增加生产线的性能,包括质量和生产效率的提高,减少库存和成本。

精益生产还可以成为提高企业的绩效、营业能力、销售额以及客户满意度的策略方案,但是传统的精益生产工具没有考虑到环境问题和社会效益因素。

近年来,现代制造系统都应该是精益的、可持续的。精益的理念是确保消除浪费现象并降低成本;可持续发展的概念就是侧重于环境友好型产品的研发,同时考虑经济和社会制约因素。进一步开拓精益生产工具确保可持续效益仍存在着潜力。

很少有研究报告分析过以实现更环保生产流程为目标的精益生产工具的背景,从而让生产制造过程更加良性环保。将精益和可持续制造的概念相融合,对企业的三重底线(Triple Bottom Line,就是指经济底线、环境底线和社会底线,意即企业必须履行最基本的经济责任、环境责任和社会责任)有着积极的影响。

价值流程图(VSM)是一种可以识别浪费现象并发现价值提升机会的基本精益技术,它也是一种源自精益生产原则的诊断技术。其目的是确定价值流中的活动是否能够增值从而消除造成浪费的环节,让生产与需求完美匹配。

之前已经强调,传统的VSM框架不考虑环境和社会效益因素。许多研究已经让VSM得到扩展,以纳入额外的标准。

绝大部分拓展工作都是致力于给VSM添加环保和与能源相关的指标。因此,有人建议使用可持续VSM (简称:Sus-VSM) 评估制造过程中三重底线的情况,并应用于产业研究。Sus-VSM增加了环保和社会效益指标。

然而,以前的VSM只专注于识别一系列通用的指标,这样可以在许多行业中得到广泛应用。所以我们需要进一步定制化VSM,在具体应用过程中首先逐项鉴别行业里的关键驱动因素,再选择相关指标评估该行业的特殊性。

本研究的目标是设计一种基于精益和绿色概念的分析技术,以实现可持续制造,绘制出源于家具厂的废料和产生浪费现象的流程图(根据当前状态进行绘制),并制定出能够提高生产可持续性的建议方案。

这项研究主要是为了解决印度尼西亚制造企业面临的问题。印尼制造业的生产效率仍然很低,特别是中小型企业。

一家位于三宝垄的家具厂的生产效率约为50%。在这种情况下,使用传统的价值流程图可以确定浪费的来源以及哪些活动是非增值的,即:配置安装的时间过长,生产的流程和库存不合适,存在缺陷。夹具管理信息系统的开发可以减少65%的设置时间。用5S“整理(Seiri)、整顿(Seiton)、清扫(Seiso)、清洁(Seiketsu)和素养(Shitsuke)这5个词的缩写”现场管理法重新设计工作环境可以减少约41.6%的变化时间,并提高机械性能。

然而,VSM不能识别家具厂里的废料(固体、废水或有害气体的排放),即使制造商都知道在家具行业中会产生大量非产品输出,但它们可能还是无法被管理者意识到,例如有缺陷的产品产生的木材边角料、喷涂时喷洒的涂料、过度使用的办公用纸、胶水、水和油漆等。

家具生产是推动全球经济发展的重要因素之一:环境严重退化、经营活动中产生的高度浪费,以及原始森林材料的大量消耗。

收集了该家具企业的相关指标之后,本研究开发了可持续VSM评估家具企业的可持续性。一些指标以精益和可持续制造概念为基础。与此同时,家具企业需要了解他们产品在生产制造的每个阶段对环境的影响。

将可持续发展的理念和VSM相整合,使技术改进的重点放在特定的环境改善行动上。其技术优势还在于可以监测精益改进活动对环境的影响。为了验证可持续VSM的性能,我们在一家家具公司进行了研究。

 

可持续VSM

早期曾提出过被称为可持续价值流程图(SVSM)的方法,是一种通过分析整个价值流中除增值时间之外产生的温室气体二氧化碳的排放量,来加强产品制造的可持续性的一种方法。

有一项研究使用了SVSM,调查了英国运输部门的情况,目的是计算出产品从农场大门到零售店里二氧化碳的排放值,再根据数值进行建模,为三条供应链(生菜、苹果和樱桃)制定出分布备选方案。

接着,SVSM得到了拓展,纳入了额外的环境性能指标(EPIs)以评估制造一件特定产品或产品家族的过程中物质浪费和资源浪费的发生情况,同时,把这些浪费问题归因于离散活动。

SVSM的拓展为运作效率和环境性能的改善提供了应用系统方案,尤其是对于资源有限的小型企业而言。

美国环境保护署讨论了该署制定的使用精益技术追踪环境废料的工具箱。该工具包有助于通过跟踪和让环境指标可视化——即用传统VSM指标测出材料和水的使用量,来识别和消除环境废料。这个工具包没有把能源消耗指标纳入在内。

随后,美国EPA创造了另一个工具包,增加了能源消耗指标,与VSM现有的环境指标共存,有助于跟踪能源流和消耗情况。然而,这两种工具都不包括社会效益指标,并且更多地强调在传统VSM中所包含的环境和能量消耗指标。

紧接着研发了管理工具,通过绘图制定方案来协调生产过程中经济和环境问题。这项研究被应用于酒精和制糖工业,但只调查用水消耗量。该工具被称为环境VSM(EVSM)。

开发出这项工具之后,对方案的进一步发展进行了讨论。通过将离散事件仿真(DES)与传统的VSM生命周期分析(LCA)相结合,研发出“可持续制造流程图(SMM)”方法论。

识别可持续制造的指标并根据当前的流程图建模,以评估制造企业的可持续发展性。还可以确定的是,研究人员没有试图从可持续性的角度把当前制造系统朝着未来的理想方向去构建。

此外,对一个集成VSM环境和能源指标的评估工具进行建模,用来评估制造业的可持续发展性。这个工具仅收取了制造过程中能量消耗的信息,而忽略了运输过程中消耗的能源。

其他研究人员开发了一种方法,让Sus-VSM能够收集制造企业的经济、环境和社会可持续性的相关信息。他们还确定了合适的指标以及视觉符号来开发Sus-VSM,并在一家卫星电视上制造菜肴的公司内进行了研究。

对VSM工具的应用进行了探索是为了能够确定在特定的农产品供应链中产生的废料对环境造成的影响;例如桃子罐头的生产。他们研究的主要目的是提出一种基于精益思想技术的四步法来测量食品行业内供应链的环境性能,从而识别该供应链产生废料的源头。

从2002年至2016年研究人员收集了一些关于扩展VSM的文献来加强可持续制造。结果发现,大多数文献是案例研究文章,其次是理论论文和仿真建模论文。

然而,以三重底线指标为基础的大多数指标都是关于环境的,其次是社会的,然后是经济指标。大多数环境指标衡量的是能源、材料和水的消耗量。

原先的VSM以工业领域为应用基础,拓展后被应用于汽车行业,其次是农业食品和电子工业。但是可持续VSM是为了家具行业而打造,至今仍未被应用。

可持续VSM先前开发了一套通用的指标,将被广泛应用于许多行业。然而,可能还需要将其进一步定制,以全面评估家具公司的特殊问题。

研究与家具企业生产过程相关的特殊指标,开发了针对家具企业的可持续VSM。同时,该研究让家具企业的从业人员可以从传统和环境角度全面看清生产过程的性能。

 

可持续VSM的设计

可持续VSM作为一种分析工具,能够测量经济指标、环境指标和社会指标。从可持续发展的三个方面测量数值,可以进行可持续性分析。

可持续VSM具有多层分析线,包括分析增值率的时间分析线、分析材料效率的材料分析线、分析能源利用效率的能源分析线、研究质量效率的缺陷分析线、研究成本效益的成本分析线,以及用于调查劳动效率的健康安全分析线。

材料的浪费现象没有加入分析线,因为该问题已经被纳入材料分析线。如果能够提升各方面的效率,那么整个系统的可持续性都可以得到提升。

 

数据收集

案例研究的对象是PT X,一家位于印度尼西亚三宝垄的家具公司。之所以选择这家公司,是因为它的产品标准相对较高,部分产品的差异大。目标产品是Totem Coat 和Hat Stand,因为它们是在研究期间生产的。

一般来说,PT X的生产过程包括原材料的准备、施工、装配、喷涂、质量控制和包装工序。第一步是原材料的准备,将木头原木加工成板材。

根据产品的设计再施工制成板材;装配是将各种零部件组合起来的过程,喷涂是完成产品的最后一道工序,例如对木材表面做光滑处理。等喷涂工序完成后,在包装前进行质量控制,以确保产品符合规格。

在每一段生产工序中,设计了20个观察值来计算生产的时间。使用木材重量的近似值来得出材料的消耗值,木材重量等于木材数量乘以罗望子树的密度值(0,45 gr/cm3 or 450 Kg/M3)。

把生产过程中材料的输出值减去材料的输入值,可以计算出浪费的木材数量。在生产Totem Coat和Hat Stand的过程中,以千瓦时为单位计算每台设备所需的电能,可以得出能源消耗的近似值。

 

由经济和社会因素产生的浪费现象

因经济和社会问题造成的潜在浪费现象几乎遍布整个生产过程,而环境因素导致的浪费问题只存在于锯木厂和施工过程。

经济方面,因安装配置和加工的时间过长,生产工作存在过多的缺陷,设备出现故障问题造成浪费现象。通过改进工作系统可以减轻浪费问题。花费在等待、安装和运输工作上的时间是不必要的,这些直接导致了加工时间过长。

机器陈旧出现故障也是生产中的一个问题,造成多余的空闲时间。施工过程中粗心大意的生产操作会导致最终产品不规范。任何缺陷都会导致材料、劳动力和能源的浪费。这将增加生产成本降低利润。

环境方面,造成浪费的问题类型包括木材边角料的数量过多,尤其是在锯木厂里。用木效率为145 kg/266kh(54.5%)。

锯木过程消耗的能源量最高,达到60%,其次是烘焙工序,消耗量为10%。如果想要减轻环境因素导致的浪费程度,可以通过把木材边角料转化为能够增加价值的备用产品来实现。

尝试使用耗能更低的备用烘焙设备,可以降低烘焙工序中的能源消耗。参照其他公司的建议,燃烧再也无法被使用的木材边角料能启动烘焙工序。

然而,燃烧木材也会产生二氧化碳排放,并对环境产生负面影响。将使用电的方式烘焙和用火燃烧木材边角料的方法进行对比,通过观察生产成本和二氧化碳排放程度,了解哪种烘焙方式对环境的影响更少。

社会方面,本研究更关注的是不符合人体工程学的工作姿势。工作人员上下搬运木材与加工姿势有很多不符合人体工程学,可能会导致肌肉劳损。改善工作环境能解决这个问题,特别是工人在生产和材料处理过程中可以使用辅助工具来完成工作。

如果能改善经济、环境和社会方面的潜在问题,那么制造业的可持续性水平也会提高。

本研究成功地设计了基于精益生产和绿色制造概念的分析工具,并以某家具企业为案例进行了分析。其结果是,得到开发的VSM可以分析经济、环境和社会方面的问题,为将来问题的改进提供基础。

到目前为止,改进过程仍在进行中。一旦完成之后,所得到的改进成果将作为分析材料用于进一步的研究工作。

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