在乘用车市场竞争日趋激烈的前提下，除了深入洞察客户需求之外，如何有效应对季节性需求波动、供应链瓶颈产能、电力消耗限制等带来的生产不稳定，以效率更高、成本更低、生产调整更敏捷的生产组织方式满足客户需求就成为主机厂亟待研究解决的课题。

国有资产管理委员会39号令颁布《中央企业工资总额管理办法》要求:明确企业员工工资总额，人工成本要和经营业绩、劳动生产率紧密挂钩，不断优化人工成本投入产出效率。2022年某合资品牌集团公司就旗下某企业劳动生产率未达目标提出具体要求:深入贯彻落实工效联动要求，提高生产线柔性程度，缩短生产节拍调整周期，以敏捷制造适应市场需求的快速剧烈波动。国资委和上级集团的要求为该课题的提出及深入研究提供了研究机遇和制度支撑。

1 研究问题

1.1 问题的提出

以该合资品牌发动机工厂为例，该工厂为集团旗下5个主机厂供应发动机总成。2021—2023年受到疫情、芯片、电力限制、瓶颈供应商产能等因素影响，平均每年需调整3~5次生产线节拍，每次调整周期15~30天，累计成本损失约900万元。工厂核心竞争力品质、成本、交期(QCT)等指标严重下滑，鉴于后续调整生产线JPH(每小时生产台数)已成常态，因此如何总结JPH调整经验、固化成果，搭建具有指导意义，且既能保证调整过程的品质、安全，又能缩短调整周期、提升效率的JPH柔性化调整体系就势在必行。

1.2 现状把握

该发动机工厂共有3条生产线，生产20多款机型，为国内5个主机厂供应发动机总成。统计2021—2023年该工厂装配生产线JPH调整周期，见表1。

表１ 2021-2023年工厂装配生产线JPH调整周期统计

该发动机工厂JPH调整流程如图1所示。

图1 该发动机工厂JPH调整流程

调整的触发条件一般为市场需求波动后，现有生产节拍无法满足市场需求。验收评价主要从品质、安全、现场资料、人员技能达标、目标节拍达成等维度对新JPH下各生产要素进行衡量评价。

1.3 痛点梳理

回顾该工厂近年来JPH调整经历，主要的困惑和痛点如下:

1)数据融合度不高，例如在最优JPH测算中，制造部门聚焦于生产成本最小前提下最优JPH测算，主要考虑因素有基本工时费、加班费、动能费、阶梯电价等；管理部门则优先考虑全厂各线体连续排产、满足主机厂需求前提下最优JPH,考虑的因素有劳务费、福利费、动能费、夜班津贴、其他线体出勤等。各部门在测算时对影响因素把握不够充分，测算工作重复，对现场指导意义不大。

2)人员技能储备不足，频繁变更工作岗位后，缺少对员工历史技能的梳理和维持，致使在下次JPH调整时，无法将多技能员工最大化利用，导致培训工时超标，重复培训情况经常发生，进而将整个JPH调整周期拉长。例如在2021年4次JPH调整中，线体全能工占比30%,但仍有45%左右的员工需要重新培训和技能习熟后方能达标上岗。

3)缺少施工记忆，每次施工都需重新研判和实地考察。JPH调整势必会对风枪工具、安装治具、线边料位等位置进行调整，由于缺少每个JPH条件下这些工治具位置的存储，因此每次调整都需大量保全、制造人员一事一议，带来大量实地考察的时间成本。

1.4 提出需求

本文作者团队根据近年十余次JPH调整实战经验，结合对工业工程柔性生产方法研究，决定构建一套三库一化集成管理模型。三库指生产线最优成本编成库、最快习熟周期的人才技能库、最短工期的施工记忆库。一化指通过管理标准化共享平台对JPH调整过程中安全、品质标准化管理，构思如图2所示。

图２ 三库一化模型构思

1.5 关键衡量指标

鉴于该集团企业下属有众多工厂，已有对各工厂关键指标统一的衡量体系，本文从3个关键指标出发，对比三库一化系统集成模型导入前后的变化情况。

指标1:工厂竞争力。该指标设置品质、成本、交期、效率4个评价维度，衡量工厂综合竞争力。该评价体系适用于该合资品牌在全球的所有工厂，每年对其全球所有工厂进行统一排名，各细化指标见表2。

表２ 工厂竞争力指标

指标2:精益工厂。该评价体系应用于该合资品牌国内集团下各工厂评价，设置质量、成本、交付、效率、安全和节能减排、管理信息化6个维度，每个指标设定对应维度的权重。依据各个指标实绩值，测算指标位置分值，最终加权计算该指标的总体得分，最终对该集团国内各工厂进行评价，见表3。

表3 精益工厂指标

指标3:JPH调整周期。该指标以天为单位，调整周期从JPH调整触发时间点开始，包含最优JPH测算、项目策划准备、生产线施工、人员技能习熟、JPH调整后爬坡拉练，JPH调整后，最终验收整个JPH变化周期。

2 理论依据

2.1 BLOCK编成

BLOCK编成改善工具是作者团队将工业工程(IE)工作研究方法和及时生产(JIT)的生产方式相融合，创新开发的一种制造现场作业改善工具。该工具以员工作业区域划分为基础，对员工在作业过程中区域转换损失进行记录、分析。BLOCK数是指员工一个作业循环中，岗位总区域中划分的细小作业区域数，BLOCK数越少，说明该岗位上作业区域越集中，编成越优。BLOCK数越多，说明岗位员工行走时间越长，无价值作业越多，效率越低，如图3所示。

图3 按车体划分岗位作业区域

2.2 ILU技能训练

ILU技能训练是对现场作业员工技能达成情况的评价体系。I技能水平是指在他人指导下能完成作业；L水平是指能独立完成作业；U技能指能指导他人作业，也是该工厂基层班组长必备的技能水平。该课题在上述技能评价体系基础上，创新开展L3×3技能培养体系，用以储备更多U技能水平员工。1人会3岗，1岗3人会，争取全员达成L3×3。基于学习曲线、记忆保持曲线，实验计算最佳习熟台数、技能维持周期。在工厂作业诊断网络办公平台建立技能矩阵，现场在手机钉钉平台实时更新，能做到一目了然式管理。

2.3 大数据存储

大数据存储是将最优成本编成库、人员技能库、施工记忆库统一存储在服务器平台，参考ChatGPT对话时查询的逻辑方式，建立三库一化JPH数据查询App,便捷化查询各JPH条件下的工治具位置、料位布局等，缩短施工准备周期。

3 解决方案

3.1 建立最优成本编成库

生产线最优成本编成库的建立逻辑分为两步。第一步测算出满足当前市场需求前提条件下的生产线最优JPH。输入要素为:①月度市场需求总量；②劳务费，从人员范围来看，包含作业员、监督者、管理者，从费用类别上考虑，包含日常加班费、周末加班费、夜班津贴、岗位KPI、福利费等；③动能费，涵盖压缩空气费、电能、水耗，同时考虑阶梯电价、阶梯水价的影响。

统合上述成本影响因素，建立最优JPH测算的数学模型，此模型可通过ExcelVBA编程求解，也可在Excel中利用枚举法求解。此步骤旨在计算主机厂需求量下达后，生产线采用哪种JPH既能满足需求，又能实现成本最优，JPH测算模型如图4所示。

图４ JPH测算模型

第二步，围绕测算出来的最优JPH,运用BLOCK编成改善工具，结合产品工艺顺序编制整条生产线的岗位配置方案，然后在每个岗位上再次运用BLOCK编成改善工具，结合人机工程改善、混流生产、成套化物料配送(KIT)等技术设定岗位上的最优作业路径和作业方法。通过上述两个步骤的不断重复，即可得到主机厂不同产量需求前提下的最优JPH和最优成本编成，将这些最优JPH和最优成本编成统一输入服务器以备App调用。

3.2 建立人才技能库

建立人才技能库的控制要点有3个:①依托工厂内ILU技能训练计划，使所有岗位员工在当岗位上均达到L技能水平；②通过L3×3项目，不断扩大班组内部U技能员工的数量；③在技能维持层面，通过大量采集过往关键技能掌握数据以及日生产台数，输入学习曲线模型后，计算出某生产线某岗位最佳习熟台数为75台/岗·日，同时基于艾宾豪斯记忆保持曲线复习计划，以最优技能维持成本求解该岗位最优技能维持周期4个月/次，如图5所示。

图５ 学习及记忆保持曲线应用

最终再将每个人的技能统一输入技能储备库中，以备App调用，并根据不同岗位技能难易程度，采用科学且成本最优的训练和技能保持方法。按预设编成对老员工进行预先训练，并推进新员工招聘培训。

3.3 建立施工记忆库

部门间协同运作，针对不同的JPH,将拧紧参数、设备节拍、工具调整、料架布局、治具配置、安全方案、品质强化方案等材料和数据一并纳入施工记忆库中，并通过T-Sci文档平台存储提取。在JPH调整时，各部门根据预设编成快速响应，直接从施工记忆库中提取过往同类型施工项目，设备布局、料位布局等，快速实施，从而缩短工事筹备、项目研讨听证等烦琐环节，减少时间浪费，缩短JPH调整周期。此T-Sci文档问答平台，通过神经网络训练，可以实现记忆库文件快速检索、精准问答，T-sci文档问答平台如图6所示。

图６ T-sci文档问答平台

3.4 管理标准化

针对JPH调整过程中管理标准化有如下4个控制要点:①三库的建立涉及多部门协同运作，必须将团队成员职责分工予以明确固化，共同认可，这是三库高效运作的基础；②三库建设过程予以标准化，例如人才技能培养的一般步骤为ILU基本技能→L3×3匠人才→全能工人才，不可打乱科学的培养顺序。对各过程需要的输出物文档、数据、图表予以规范，以统一的格式上传服务器；③建立量化评价基准，对三库建立和JPH调整过程中的关键KPI结果系指标、要因系指标予以量化评价，达到预设目标后方能进行下一步；④标准化课题推进机制、JPH调整过程以及三库完善过程，通过每日会议机制，将团队成员的困难、课题及时显现出来，在本层级可解决的，成员头脑风暴快速响应、快速解决。在本层级无法解决的，可通过周度中心会机制，将课题上升至领导层快速决策，如图7所示。

图７ 三库指标量化评价基准

4 实施效果

4.1 应用情况

作者团队在该工厂通过三库一化理念，已经实现如下应用:①最优JPH测算模型、BLOCK编成改善人力配置工具的常态化应用；14套最优作业人员编成布局及各岗位作业手顺数据共享及一键查询；②全车间人员技能培训及维持体系的搭建，所有人员技能录入人才技能库；③14套施工记忆库的录入，近3年设备故障、调整信息、工艺文件、品质信息、安全方案等平台化管理及T-Sci问答式查询；④开发1个三库一化系统超级App,实现上述内容的一件查询，如图8所示。

图８ 三库一化系统界面展示

4.2 效果确认

在最近4次JPH调整中，通过三库一化集成管理模型的应用。主要效果如下:①JPH调整周期缩短，从2023年的22天递减至7天，缩短68%;②消除损失后，成本有所递减，单次JPH调整可实现效益58.3万元，工厂竞争力和精益工厂成本递减2.6%,劳动生产率较2023年提升8.3%;③通过BLOCK岗位编成改善工具的应用，生产线设备综合效率(OEE)提升0.3%,人机工程黄岗数递减33%;④在品质管控方面，JPH调整中自工程不良、市场不良指标均未恶化，且优于同期，并通过自主创新方式导入了在线统计过程控制(SPC)品质趋势管理系统、外观视觉检测、员工品质体验馆等成果；⑤安全管理方面，JPH调整中，按照既定风险管控方案严格控制4M变化带来的新增危险源，未发生安全隐患。三库一化应用后JPH调整周期趋势如图9所示。JPH调整成本收益如图10所示。

图９ 三库一化应用后 ＪＰＨ 调整周期趋势

图10 JPH调整成本收益

5 结论及展望

5.1 课题结论

1)该课题建立了最优JPH测算模型，系统性梳理了影响产品制造成本的各种因素，开创性利用ExcelVBA编程模型予以求解计算，具备较高的可复制性和推广意义。

2)BLOCK编成改善工具通过研究岗位作业员作业损失，将员工附随作业及时显现化并消除，实现岗位效率提升，生产线整体OEE提升0.3%,该改善工具可应用于制造行业。

3)基于AI问答的T-Sci知识查找平台，可有效缩短信息查找时间，单次查找时长由20min降低至5min,提升了查找精度。

4)ILU技能培训和L3×3技能扩大培训体系，可直接复制到制造行业作业员技能培训和技能保持工作中。

5)三库一化模型是作者团队根据工厂三年来十余次JPH调整实战经验，结合IE工作研究方法和同期JIT生产模式，开发的一种可在汽车制造行业广泛推广应用的集成化管理模型。

5.2 展望

未来，随着智能制造的发展，有如下两点展望:①针对现有老旧生产线，三库一化系统如何将数据采集由人工录入的方式升级为智能化采集生产线各类数据；②未来工业机器人广泛应用后，三库一化系统将与机器人作业互联，通过机器人深度学习和自我优化，持续提升生产效率。

文章来源于《2024中国汽车工程学会年会论文集》 作者：广州风神汽车有限公司郑州分公司 王亚杰 李士涛 周飞