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基于價值流分析的智能工廠規劃設計方法研究
來源：必旺智能2023-09-18
近年來，隨著國內外市場競爭環境的變化以及智能制造技術的進一步發展和成熟，制造型企業對智能工廠的內生需求在逐步增強，智能工廠建設如火如荼。但是，很多制造型企業在智能工廠建成投用后卻發現，智能工廠的投用并沒有給企業在原有問題改善和制造能力提升等方面帶來預期的效果。
究其原因，主要是沒有應用科學的工廠規劃設計方法進行智能工廠規劃設計。傳統的單純以“工藝流程實現、設備及制造技術應用和產能實現”為關注點的工廠規劃設計方法已不適用于智能工廠的規劃設計，亟須一種新型工廠規劃設計方法。
本文提出的基于價值流分析的智能工廠規劃設計方法，是一種以“現有問題解決和未來制造能力提升”為設計導向的新型工廠規劃設計方法，可以有效提高智能工廠規劃設計的合理性、適用性和實用性，能夠顯著提升智能工廠的價值創造能力。
價值流分析方法概述
價值流分析，是一種利用繪制企業生產全過程價值流程圖，對企業生產全過程中的物料流動情況和信息流動情況進行全面分析，以識別判定物料流動和信息流動過程中存在哪些增值活動與非增值活動的方法。價值流分析具有全局化、可視化、數據化等特征，被廣泛應用于精益生產改善中的浪費識別與浪費消除效果的驗證。
價值流分析主要從“最終為客戶創造價值”的角度出發，關注企業生產全過程中的物料流動和信息流動是否流暢、是否準時、是否增值；它既從宏觀的角度關注企業整個生產系統的運營效率，又從微觀的角度關注企業生產全過程中的每一個環節和作業活動；其目標聚焦于提升企業生產全過程中為客戶價值創造的能力。以上這些特點，使其在助力智能工廠發揮為企業“現有問題解決和未來制造能力提升”作用方面具備了良好的方法基礎和應用前景。
基于價值流分析的智能工廠規劃設計方法
（1）調研采集企業生產全過程信息數據，為繪制企業當前狀態價值流圖提供客觀依據。
企業當前狀態下的生產全過程信息數據，是進行企業當前狀態價值流圖繪制與分析的前提條件和根本依據。因此，在繪制企業當前狀態價值流圖之前，做好企業生產全過程信息數據的調研采集，保證企業當前狀態下的生產全過程信息數據的全面性、完整性和真實性，尤為重要。
為確保客觀真實、數據詳實地獲取到企業當前狀態下的生產全過程信息數據，必須要采用科學、高效的調研采集步驟與方法。首先，信息數據采集者必須先系統性地了解企業生產全過程，即從客戶訂單需求流程開始到客戶訂單交付流程結束，對企業生產全過程的了解有助于信息數據采集者建立“全局觀念”，保障信息數據的全面性；其次，信息數據采集者要對企業生產全過程中的各個工序進行辨識和分類，并根據各個工序的特點針對性地制定出各個工序的數據信息收集格式化列表，以免有漏項，保障信息數據的完整性；最后，信息數據采集者必須親臨現場，親自調研采集信息數據（比如：親自訪談調研對象、親自用秒表到現場測時等），保障信息數據的真實性。
（2）繪制企業當前狀態價值流圖，辨識出當前狀態下影響企業生產全過程價值流動的主要因素。
利用調研采集到的企業當前狀態下的生產全過程信息數據，可以繪制出企業當前狀態價值流圖。企業當前狀態價值流圖，能夠以圖示的方式清晰、直觀地描述出企業生產全過程價值流動的現狀。通過對企業生產全過程價值流動現狀的診斷分析，可以精準識別出當前狀態下影響企業價值流動的主要因素。
制造型企業生產全過程價值流動主要包括物料（含半成品、成品）流動和信息流動兩個方面。因此，對企業生產全過程價值流動現狀的診斷分析一般從物料流動和信息流動兩個方面分別開展。
通過對企業當前狀態價值流圖進行診斷分析，可以直觀地辨識出企業物料流動中是否存在以下不暢現象：生產過程中是否有待料現象；生產現場是否有呆料現象；工序之間作業是否有等待現象；工序間在制品是否較多；作業質量狀況是否穩定；設備運行狀態是否穩定；換模次數是否頻繁等。針對這些現象，再從工廠規劃設計的角度分析其存在的主要因素，見表1。
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通過對企業當前狀態價值流圖進行診斷分析，可以直觀地辨識出企業信息流動中是否存在以下不暢現象：因物料延遲導致生產計劃變更頻繁；現場物料不齊套，無法準時開工；現場斷料，頻繁停工；上下道工序生產計劃不同步；生產過程信息人工傳遞，及時性差、效率低；質量信息數據采集人工為主，準確性差、效率低；設備異常信息人工記錄傳遞，有效性差、效率低等。針對這些現象，再從工廠規劃設計的角度分析其存在的主要因素，見表2。
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通過對企業當前狀態價值流圖的診斷分析，精準辨識出當前狀態下影響企業物料流動和信息流動的各種主要因素，從而為智能工廠規劃設計找到清晰、明確的方向。
（3）對識別出的影響企業生產全過程價值流動的各種要素，精準匹配相關智能制造技術，開展智能工廠規劃設計，輸出初版智能工廠規劃設計方案。
根據基于企業當前狀態價值流圖診斷分析識別出的影響企業生產全過程價值流動的各種主要因素，精準匹配相關智能制造技術，開展智能工廠規劃設計，可以從根本上有效解決影響企業生產全過程價值流動不暢的各種問題。
針對影響企業生產全過程價值流動的各種主要因素，以“現有問題解決和未來制造能力提升”為導向，進行智能制造技術的精準匹配，以提升智能工廠的價值創造能力。
在智能工廠規劃設計中，針對影響企業物料流動的主要因素，主要匹配以下智能制造技術來解決，見表3。
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在智能工廠規劃設計中，針對影響企業信息流動的主要因素，主要匹配以下智能制造技術來解決，見表4。
針對影響企業當前狀態下生產全過程價值流動的主要因素，完成智能制造技術的精準匹配后，將精準匹配的智能制造技術應用到智能工廠規劃設計當中，在此基礎上，設計輸出《智能工廠規劃設計方案（初版）》，可以有效保障《智能工廠規劃設計方案（初版）》的合理性、適用性和實用性。
（4）設計繪制智能工廠未來狀態價值流圖，推演驗證初版智能工廠規劃設計方案效果。
為了避免《智能工廠規劃設計方案（初版）》存在漏洞或缺陷，需要設計繪制智能工廠未來狀態價值流圖對《智能工廠規劃設計方案（初版）》的合理性、適用性和實用性進行推演驗證。
智能工廠未來狀態價值流圖，是指按照《智能工廠規劃設計方案（初版）》設計繪制，用來展示智能工廠建成后企業生產全過程價值流動情況的虛擬價值流圖。利用該虛擬價值流圖，可以推演驗證《智能工廠規劃設計方案（初版）》是否精準應用了相關智能制造技術、是否通過智能制造技術的應用消除了影響企業生產全過程價值流動的主要因素、是否通過消除影響企業生產全過程價值流動的主要因素提升了企業的價值創造能力。
在未來智能工廠物料流動情況方面，利用智能工廠未來狀態價值流圖可以推算出原材料庫存種類及數量、物流距離、物料配送種類及頻次、上下游各車間產能平衡情況、各生產線平衡率、各工序之間所需在制品種類及數量、換模時間及頻次、人員配置數量、智能化工序占比、制造周期、人均產出率等評價企業物料流動水平的核心指標，將推算結果與通過企業當前價值流圖計算出來的同類指標結果進行對比，可以清晰、準確地評判出《智能工廠規劃設計方案（初版）》中的物料流設計方案的效果。
在未來智能工廠信息流動情況方面，利用智能工廠未來狀態價值流圖可以推演出在信息流架構、邏輯和流程優化設計的基礎上實施制造信息化后，因物料延遲導致生產計劃變更頻繁、因現場物料不齊套導致生產無法開工、因現場斷料導致頻繁停工、因上下道工序生產計劃不同步導致在制品積壓、生產過程信息及時性差、質量信息數據采集準確性差、設備異常信息記錄傳遞有效性差等方面的改善效果，將推演結果與通過企業當前價值流圖評估出來的同類內容結果進行對比，可以直觀、清晰地評判出《智能工廠規劃設計方案（初版）》中的信息流設計方案的效果。
通過利用智能工廠未來狀態價值流圖對《智能工廠規劃設計方案（初版）》的合理性、適用性和實用性的推演驗證，能夠及時查找出《智能工廠規劃設計方案（初版）》中可能存在的漏洞或缺陷，為智能工廠規劃設計方案的迭代優化提供輸入。
（5）根據初版智能工廠規劃設計方案推演驗證結果，改進并輸出終版智能工廠規劃設計方案。
根據利用智能工廠未來狀態價值流圖對《智能工廠規劃設計方案（初版）》的推演驗證結論，對《智能工廠規劃設計方案（初版）》中存在的漏洞或缺陷進行迭代改進優化，最終輸出《智能工廠規劃設計方案（終版）》。
智能工廠規劃設計方案每次迭代優化后，同樣需要設計繪制新的智能工廠未來狀態價值流圖，并對迭代優化后的智能工廠規劃設計方案的合理性、適用性和實用性再次進行推演驗證。實際工作中，往往需要很多次的迭代優化，才能確定《智能工廠規劃設計方案（終版）》。
《智能工廠規劃設計方案（終版）》是由一系列的設計輸出物組成的。物料流方面的設計輸出物一般包括智能工廠整體規劃設計圖樣、倉庫布局規劃設計圖樣、廠房及生產車間布局規劃設計圖樣、生產線布局規劃設計圖樣、物流路徑規劃設計圖樣、生產線布局規劃設計圖樣、生產設備選型及技術要求清單、倉儲設備選型及技術要求清單、物流設備選型及技術要求清單、人員配置清單等；信息流方面的設計輸出物一般包括智能工廠信息化建設藍圖、信息化架構、各模塊信息化流程、信息化硬件選型及技術要求清單等。
經過多次迭代優化后，智能工廠規劃設計方案的合理性、適用性和實用性水平都將得到較大的提升，智能工廠規劃設計方案也將更加科學和完善。在此基礎上，整理出智能工廠規劃設計方案的各類設計輸出物，智能工廠規劃設計工作才算完成。
結語
智能工廠規劃設計水平，直接影響智能工廠的建設質量與運行效果。基于價值流分析的智能工廠規劃設計方法，以價值流分析為工具，對企業當前狀態下生產全過程中存在的問題進行診斷與要因分析，在此基礎上精準匹配相關智能制造技術，以“現有問題解決和未來制造能力提升”為設計導向進行智能工廠規劃設計，并通過智能工廠未來狀態價值流分析推演驗證智能工廠規劃設計方案中可能存在的漏洞或缺陷，經過多次迭代改進優化后，形成科學、適用、實用的智能工廠規劃設計方案。基于價值流分析的智能工廠規劃設計方法可以有效保障智能工廠規劃設計質量，提升智能工廠的創造價值能力，提高智能工廠的建設質量與運行效果。該方法為企業開展智能工廠規劃設計提供了新的方法支持。
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