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ASQ QP分享《按部就班——美国空军后勤公司针对F-15战机维修设计了时间敏感体系》

发布日期:2017-02-17 10:34:56
  • 美国空军的一个后勤公司开发了一套综合系统,用以改善F-15战机的维修过程;

  • 这个系统包括在特定阶段设定系统评审点和详尽的检查表以确保工作能够按时完成

  • 这种改变使飞机能够在最短时间内恢复飞行。


艾萨克 • 牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》一书中支持了“宇宙是有序函数”的观点,其结果是让时钟变成一种引人注目的比喻,用来说明宇宙像巨大时钟一样,合理并有条不紊地运行着。

钟表终究是制造出来的,人们通过使用而有了时间观念。托马斯 • 杰弗逊在孙女们12岁生日时送了每人一只手表,表示她们进入成人世界的时间概念。随着社会改变为以工业化为基础,本杰明 • 弗兰克林提出了“时间就是金钱”的主张。美国邮政服务开始关注邮件的及时交付;很快,美国铁路公司也变得对时间感兴趣,公布了准确的铁路时刻表。

先进技术(如汽车和电话)的不断涌现,制造这些产品的行业越来越强调时间的重要性。今天的组织已经认识到时间的重要性,以及那些基于时间的激烈竞争。

位于美国佐治亚州中部的华纳罗宾斯后勤总公司(Warner Bobins Air Logistics Complex,WR-ALC)对F-15战机的维修工作(也称F-15翻修)就是以时间绩效——及时交付为关注焦点。F-15战机维修中,许多与时间相关的问题都源于过多的工作转移——让飞机带着未完成或开放性任务(没有结束点的任务)向下进行。通常,所有的开放性任务并不能完成;遇有及时交付要求时,飞机维修的流程天数(或流程时间)就会增加。

于是,公司在F-15战机维护运作的中间阶段实施了一种门限规程。简单地说,门限是指在特定阶段进行有序评审的节点,在每个门限处,工人们必须按照一个精心制作的从A到Z的检查表完成相应任务。设置该表的目的是确保在飞机到达门限点之前所有开放性任务都已经完成、所需全部的零部件提前定购,以保证有充分的前置时间。

这个规程要求完成过程中所有任务并以充分前置时间定购的零部件,从而使F-15战机的翻修能够赢得时间绩效——2014年第一季度按期交付的F-15战机比例显著提升到令人刮目相看的93.23%,而2013年同期仅为31.34%。


F-15战机的翻修 

F-15战机的翻修包括计划内基地级修理(programmed depot maintenance,PDM)和电气线路的升级(也称为重新布线,rewire)。按照计划,F-15战机的PDM和重新布线(rewire)都要完成,但并非同时开展。F-15战机维修中还包含了极具挑战性的工作,例如大量飞机分解不是在现场进行而是在后勤公司的特定设施上完成。

计划内维修指的是维修按计划进行,而不是根据飞机条件发生。定期的PDM和重新布线对保持F-15战机的安全和有效运行是必要的。换言之,PDM和重新布线提高了延长飞机寿命的能力。PDM和重新布线活动流程要经过公司名下的部分建筑(见图1)。其中,内部报告系统、许多活动都作为单元进行了编码。

F-15战机的维修流程包括PDM和重新布线两个部分(见图2),二者具体分为4个步骤。每个步骤是一个门限,每个步骤内有一个阶段性节点。PDM和重新布线的第一步是进(检修)场前。在对飞机卸油后,大部分部件被拆除,包括发动机、飞行控制系统、扶梯、舱门和仪表板。此外,还要对飞机进行腐蚀、裂缝和高应力区域详细检查。

第二步,PDM和重新布线分成各自路径。对于PDM,第二步是修理,大部分修理活动此时进行;对于重新布线,第二步也是修理,其中包括升级电子线路,分为R1、R2、R3三个子步骤。

PDM和重新布线的第三步和第四步重叠:第三步是重新组装,包括把飞机零部件收集在一起,组装和更换发动机、飞行控制系统、扶梯、舱门和仪表盘;第四步是出(检修)场后在飞机发动机上进行试车(或称“首次试车”)以及地面飞机控制试验。

然后,飞机开始功能试验和功能性飞行检查(FCF)。通过FCF后,飞机返回美国空军基础进行常规飞行。支持这些步骤顺利实现的是维修车间的零件、所需部件、设备、工程、飞行试验以及喷漆、除漆所使用的工具。

F-15战机

麦克唐纳•道格拉斯公司(现已并入波音公司)的F-15鹰式战机作为一种双引擎、全天候的战术战斗机,是为获取和保持区域战斗的空中优势而设计。该机型被认为是最成功的现代战斗机,赢得了100次以上的空战胜利而无一损失。根据对F-15鹰式战机的评估,美国空军选择了专门用于空优战机的初步设计,鹰式战机于20世纪70年代实现服役。

尽管F-15最初是按纯空中优势战机设计的,但该机型的设计具有充分灵活性,可以变化为全天候战斗轰炸机。正因如此,后来开发出F-15鹰式战斗轰炸机并于20世纪80年代服役。


门限设计:一门科学

作为队列系统中运行研究(OR)的一部分,利特尔法则(Little's Law)被应用于F-15战机的门限设计。根据这

个法则,平均在制品(WIP)、产出量(TH)和流程时间(FT)的关系可以表达为WIP=TH×FT。

WIP被定义为处在翻修过程中的平均飞机数量,TH是单位时间完成翻修的飞机数量,FT则是指飞机翻修或维修运行过程中所花费的平均时间。

节拍(Takt)时间指步频,其定义为连续两架飞机完成时间的间隔。数学上,节拍时间是产出量的倒数。换言之,利特尔法则的公式可以改写为FT=WIP×Takt。这个形式对于理解法则很重要——在应用时,三个变量中必须掌握其中两个。在Takt(节拍时间)已知,FT(单位时间完成的飞机数量)目标被设定的情况下,WIP要求可以计算出来。

门限的设计分两阶段完成。首先,应用利特尔法则的情况下设计PDM和重新布线,并分别进行评审;其次,将两个设计结合形成F-15战机总体翻修设计。

在运用利特尔法则时,数量会进行轻微调整(上或下)——不一定是数学上的精确,而是要在实际上合理。实践中,WR-ALC公司每年接收68架飞机,48架要求。进行PDM、20架要求重新布线。

首先,考虑在365天中接收48架飞机(输入),F-15战机的PDM翻修节拍时间是8天(即365/48)。设置F-15战机的PDM翻修目标FT(流程时间)为100天,用8天的节拍时间,WIP(翻修过程中平均飞机数)的要求为13×[100÷(365÷48)]架。

所有门限的设计不能超过100天的FT以及13架飞机的WIP。对于门限1(进场前),FT(流程时间)是17天,以此考虑所有阶段节点。利用17天,门限1(进场前)的WIP是2架飞机(17/8)。同样,门限2(修理)的WIP是5架飞机(37/8),门限3(重新组装)的WIP是3架飞机(24/8),门限4(离场后)的WIP是3架(22/8)。

其次,F-15战机的重新布线翻修按相同逻辑,即365天中有20架飞机(输入)需要翻修。PDM和重新布线设计如表1、表2所示。

考虑在365天中共有68架飞机维修,F-15战机的维修节拍是5(365/68)及2 1 架飞机的WIP(13PDM+ 8 重新布线),FT目标是112 天[ 21 ×(365÷68)]。所有门的设计不能超过112天的FT和21架飞机的WIP。

PDM和重新布线按重叠路线,因此门限1(进场前)的FT是17天。考虑到全部节点。按17天FT,门限1(进场前)WIP是3架飞机(17/5)。在门限2(修理),PDM和重新布线遵循单独路线,因此WIP的计算基于对FT的加权平均值,即全部天数加全部飞机数量。

考虑到48架飞机的P DM中每架飞机在门限2 需要37 天, 导致共需1776天(48×37)。同样,20架飞机重新布线,每架飞机在门限2需要87天,共需1740天(20×87)。考虑全部天数3516×(1776+1740)及全部飞机数68架,F T的加权平均为52×(3516÷68)天。

按52天FT,门限2(修理)的WIP是10架飞机(52/5)。依次,PDM和重新布线按重叠路线,门限3(重新组装)的WIP为4架飞机(21/5),而门限4(出场后)的WIP是4架飞机(22/5)如见表3所示。


门限规程

每个门限都包含多个活动,而这些活动均由一个生产调度表进行评审并排序。在每个门限都有一个从A到Z的表格对飞机进行评审,所有必须开展的活动都分为三个类别:

1. 所需全部表格都已完成,如收到进场飞机的现场报告、所有技术变更和技术订单已正确识别、所有零件均已定购且工程变更已得到处理。

2. 所有任务都已完成。这表示不存在未完成的任务或开放的活动。此外,所有技术文件中规定的工作都已标记,所有支持性IT系统都已更新。

3. 所有事项或问题都已记录。这些问题可能与设备、工具、维修车间的运行以及其他关注点或可能的改进机会相关。

维修车间的技工经常不知道相对于某个门限有哪些要求,更不清楚他们做的结果到底怎么样。换言之,他们不能确定这一天工作做得是好是坏,或是在两者之间。

维修车间控制图的总体想法是尽可能将特定门限的要求与日常工作联系在一起。控制图包含主要工作并将其展示在机首附近或靠近飞机的其他明显地方。控制应留出足够的标记空间,便于技工将进展情况在控制图上进行打点。

当技工开始或完成某一项主要工作时,会在控制图上检查相应的活动。此外,控制图还应设置备注栏让他们写下他们在维修车间遇到的事项或问题。

如果技工遇到有关工具、设备或零件类的问题,控制图能提供对飞机维修活动最好的视觉形象。很容易接触到控制图能有助于调度人员或监督人员路过监督区域时更快地确定该飞机是否需要进行及时帮助。


门限报告

每个门限应定期(如每两周)出具一份报告,提供最近10架飞机的趋势和平均绩效(如流程天数),而不仅仅是单架飞机的绩效。观察趋势信息,减少个别变异或排除不必要的总体噪音,使之尽可能地聚焦于最需要改进的地方。

报告还要显示是否需要立即实施持续过程改进(CPI)以减少流程天数。为关注CPI的努力,需要运用三维法。三维法涉及三个独立数据源(如工作中断、成本超支、工作延误)。通过这种方法,一个数据源的弱项可以由其他来源数据的优势来弥补,从而确保高水平的客观性。

在许多组织中,CPI的努力要与解释数据时出现的主观性进行斗争——CPI成果经常因个人偏见、过程高度失真及其低效度或低信任度而大打折扣。

三维法过程给CPI努力增加了客观性,消除个人偏见、减少了过程失真并为过程提高了可信度。随着正确优先排序的形成以及资源的有效应用,CPI的努力变得更加受到关注。


门限设计的艺术 

门限的设计是基于科学应用,但以下两个问题仍未解决:

1. 门限设计的特点之一是飞机到达一个门限本身属于延迟指标。比如,在飞机将延后到达该门限之前不会什么指示。而飞机确实延迟到达此门限时才可以确定。是否存在先期指标能够加强门限的作用忽略?

2. 门限的设计完全集中于时间绩效(如流程天数或按时交付);有意思的是,在门限设计中开展工作的成本经常被忽略。飞机有可能按时达到门限,但付出较大成本代价(如额外增加的工人或支付工人加班费用)以致可能使其不具有商业意义。显然,在时间和金钱之间需要找到平衡点,这一点必须加以重视。

创新并在两个门限之间任何工作中引入先期指标的一个途径是运用关键链项目管理(CCPM)。在运用传统项目管理技术时(如关键路径法),项目团队成员通常估计每项任务时间(加上冗余时间)以避免突破截止线的负面结果。

事实上,关键路径法(CPM)并没有考虑在不同活动的资源配置;相反,CCPM从每一个活动中找出单独的冗余时间,并把累积缓冲时间放在项目的最后。在考虑为一架飞机加强配置资源时,CCPM把所有任务联接在关键链上,而支线链(网络上的非关键链)只有最少量的填充时间估计。

为有效管理一个门限内的飞机,对关键链上各任务的缓冲消耗可用三种颜色跟踪:红色(危险)、黄色(警告)和绿色(安全)。特定任务出现在红色区域表明该任务延迟,有必要立即加快,否则该飞机将延迟到达门限。某项任务位于黄色区域表示存在某种程度的延迟,但还没有必要进行加速,飞机不需要保持观察直至到达该门限。任务位于绿色区域,则可将其考虑为处于正常状况,没有必要采取特定措施,飞机将准时到达门限。

门限的报告强调飞机在很少或不存在可观成本的情况下及时完成的绩效(如流程天数或及时到达)。为加强门限设计,门限必须加强挣值管理(EVM)过程。EVM过程考虑分析计划安排和成本,并用图形显示小时数,用它代表美元。

通过运用EVM过程(见图3),可以找出时间安排与维护成本之间的平衡。三个EVM测量分别为计划小时(红色)、挣得小时(蓝色)和实际小时(绿色)。

计划小时是工作预计的小时,挣得小时是顾客为完成工作所提出的时间,实际小时是完成工作所消耗的时间。计划小时与挣得小时的区别显示了时间维度的绩效(如及时或不及时),而挣得小时与实际小时的差别显示了商业成本。

根据图3可知,在门限1全部飞机按时到达,因为计划小时(红)与挣得小时(蓝)集合在一起。实际小时(绿)明显高于计划小时(红)和挣得小时(蓝),表示产生了很高的成本;换言之,损失了金钱。

观察图3中的门限2,在门限后的虚线表示所有飞机在此门限处均延迟,因为计划小时(红)和挣得小时(蓝)集合在虚线处,实际小时(绿)明显低于挣得小时和计划小时。即使所有飞机都延迟了,实际小时(绿)明显低于挣得小时(蓝),但仍然取得了收益,即赚到钱了。最后,所有飞机按时达到门限4,但由于成本过高并不能带来利润。既然这是必要的,那么开展创新思维,把门限报告与EVM联系起来,考虑挣得小时和实际天数来制定适当的测量(速度)。


经验教训

毋庸置疑,门限设计应用了规程与时间绩效(如按时交付)比较。门限设计基于科学(利特尔法则),但其具体实现包含了以下附加活动和考虑:

  • A到Z列表提供了对飞机详尽的系统评审纲要,极大减少了转移工作并能在过程中尽早地抓住问题。

  • 维修车间控制图提供了一种完美的可视性工具,把门限要求与维修车间的活动联系起来。

  • 门限报告提供了趋势或多架飞机流程天数的平均值。该报告显示出不同的飞机减噪效果和变异情况,并帮助识别出有最高改进优先排序的门限。

  • 在一个门限内,需要用三维法,因为它将客观性植入CPI的努力中,抵消了个人的偏差、减少过程失真并提高了信心任度。

门限设计还有两个没有解决的主要问题,需要通过创新加以关注:

第一,门限法则是一种滞后指标,提供的是一种后视图;换言之,在飞机到达一个门限之前,并没有什么表明它将延迟于此门。一种先期指标,或称前视图,运用关键链项目管理(CCPM)概念及对其修正,如缓冲消耗是有效管理门限内飞机所需。两种视角明显提高了飞机通过门限的可操作性,正如前挡风玻璃和后视镜极大地加强了汽车在高速公路上的操作性能。

第二,门限对及时性绩效强调得太多,因此,领导者有推动飞机通过门限的倾向,同时任意浪费金钱(例如加班或额外的人力)。

谨慎是必需的。即使做到了业务上始终很早达到所有的门限,也不一定能保证经济长漂亮。显然,在时间与金钱之间还是有一个很好的平衡,需要通盘考虑。



作者简介:

萨提亚· 查克拉沃提(Satya S. Chakravorty)是美国佐治亚州肯尼索州立大学迈克·可尔斯商业学院的运行管理教授,在佐治亚大学获得生

产和运行管理的博士学位。查克拉沃提是美国生产和库存控制学会(APICS)认证的生产和库存管理师,获得AGI-Goldratt研究所颁发的约束理论证书,并获得罗德岛大学授予的精益六西格玛资深黑带;在《麻省-斯隆管理评论》《华尔街期刊》《APICA Advantage》和《工业工程》等杂志上发表文章。

译者 箫笙(CAQ)