快速換產(chǎn)在鍛造車間的應(yīng)用探索

文／李澤全，張毅峰，孫岳，繆鋒·中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司

本文以快速換產(chǎn)為目標(biāo)，結(jié)合鍛造車間產(chǎn)品的特點和生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)行換模作業(yè)存在的問題，根據(jù)快速換產(chǎn)的核心理念和方法，提出了鍛造車間實現(xiàn)快速換產(chǎn)的方法和思路。

在精益生產(chǎn)理論應(yīng)用日臻廣泛的今天，快速換產(chǎn)作為精益生產(chǎn)的核心工具之一，正得到越來越多的研究和關(guān)注。快速換產(chǎn)是由豐田汽車的工業(yè)工程師新鄉(xiāng)重夫（Shigeo Shingo）博士于1969年提出。因為采用這種方法可以把換模時間降低到10分鐘以下，所以Shingo博士將其也稱為單個分鐘換模。在其后豐田的另一位工藝專家大野耐一又提出了換模時間向秒挑戰(zhàn)的主張，并使日本的一些汽車工廠的換模時間發(fā)展到以秒來計算。但直到20世紀(jì)80年代快速換產(chǎn)在西方世界得到推廣后，人們才對此有了一個清晰的認(rèn)識。

快速換產(chǎn)是企業(yè)在完成精益基礎(chǔ)文化建設(shè)，基本實現(xiàn)拉動式生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變后實施小批量生產(chǎn)以降低庫存必不可少的一個工作模塊。目前，隨著鍛造車間產(chǎn)品“小批量、多品種”柔性制造特點的凸顯，先前推動式生產(chǎn)方式在設(shè)備利用率、庫存、成本、交付期等方面的不適應(yīng)性就體現(xiàn)了出來。在這樣的背景下，我們在快速換產(chǎn)技術(shù)上開始了不斷的應(yīng)用探索，著力實現(xiàn)鍛造車間快速換產(chǎn)的目標(biāo)。

快速換產(chǎn)概念

Shingo博士通過研究豐田汽車的模具更換過程，發(fā)現(xiàn)模具的更換過程可以分為內(nèi)換模作業(yè)（即必須在機器停止運轉(zhuǎn)時方可進(jìn)行的換型內(nèi)容）和外換模作業(yè)（即在機器運轉(zhuǎn)時亦可進(jìn)行的換型內(nèi)容）。內(nèi)換模作業(yè)時，機器必須停止運轉(zhuǎn)，如更換模具本身等；外換模時，機器仍然可以運轉(zhuǎn)，不影響正常的產(chǎn)出，如準(zhǔn)備工具、清理模具等。因換模時間沒有進(jìn)行生產(chǎn)，沒有創(chuàng)造價值，故模具的更換是一種浪費。而快速換產(chǎn)的核心理念就是將內(nèi)部換模作業(yè)向外部換模作業(yè)轉(zhuǎn)移，并對內(nèi)部換模作業(yè)和外部換模作業(yè)進(jìn)行不斷地優(yōu)化和改善，把產(chǎn)品模具的切換時間縮減到最短，且處于最小浪費狀態(tài)。

鍛造車間現(xiàn)狀分析

圖1統(tǒng)計圖表是鍛造車間近3年同期換產(chǎn)頻次統(tǒng)計情況，通過表格我們可以清楚的看出同期的換產(chǎn)頻次是逐年上升的，尤其是2017年，換產(chǎn)頻次陡增。從圖2產(chǎn)量統(tǒng)計圖表可以看出同期的產(chǎn)量沒有顯著的增長。以4月份為例，2017年的產(chǎn)量相比2015年和2016年增長8%左右，而2017年的換產(chǎn)頻次卻比2015年和2016年增加60%以上。在產(chǎn)量沒有明顯變化的情況下，換產(chǎn)的頻次出現(xiàn)如此大的變化說明產(chǎn)品類型的增加和（或）產(chǎn)品批量的減少。2015年、2016年換產(chǎn)頻次相對較低，車間換產(chǎn)壓力不算大。但2017年以來換產(chǎn)頻次已然加大，換產(chǎn)效率低下的情況已經(jīng)很大程度地影響到了車間生產(chǎn)對訂單的響應(yīng)速度，即一旦出現(xiàn)重大的生產(chǎn)異常，幾乎無法滿足產(chǎn)品交付期。另外，換產(chǎn)效率低下也使得車間主設(shè)備PZS1050f電動螺旋壓力機停機時間過長，等待浪費嚴(yán)重，設(shè)備利用率不高，根本沒有充分發(fā)揮出其應(yīng)有的價值。

圖1 近3年車間換產(chǎn)頻次統(tǒng)計圖

圖2 近3年車間產(chǎn)量統(tǒng)計圖

現(xiàn)行換產(chǎn)流程分析

快速換產(chǎn)理論中指出，區(qū)分內(nèi)外換產(chǎn)作業(yè)的重要依據(jù)是停機與否。我們以換模流程為對象，對其進(jìn)行根本性、創(chuàng)新性的思考和分析，努力使現(xiàn)有流程柔和的改進(jìn)以符合變革目標(biāo)的需要。從圖3中不難看出，現(xiàn)行的換模流程中幾乎全部是內(nèi)部換產(chǎn)時間，大量的準(zhǔn)備工作在機器停機后才開始，并且很多的操作是串行完成，這就造成了拉動式生產(chǎn)模式下仍存在著較長的換模時間。

那么如何來縮減換產(chǎn)時間，快速換產(chǎn)理論中列出了三個步驟：第一，區(qū)分內(nèi)部和外部換產(chǎn)作業(yè)，在機器生產(chǎn)其他批次的產(chǎn)品時而不是在停機后完成外部換產(chǎn)作業(yè)；第二，盡量將內(nèi)部換產(chǎn)作業(yè)轉(zhuǎn)化為外部換產(chǎn)作業(yè)，以使內(nèi)部換產(chǎn)作業(yè)也能在機器生產(chǎn)其他批次的產(chǎn)品時完成；第三，不斷改進(jìn)或優(yōu)化組成內(nèi)部換產(chǎn)作業(yè)和外部換產(chǎn)作業(yè)的因子。

圖3 車間現(xiàn)行的換模流程

改善思路和方法

在區(qū)分了現(xiàn)行換模流程中的內(nèi)部和外部換產(chǎn)作業(yè)后，我們按照快速換產(chǎn)的方法和核心理念，主要進(jìn)行了以下幾個方面的改進(jìn)和構(gòu)想：

⑴制定目標(biāo)換模流程（圖4）。

圖4 車間目標(biāo)換模流程

目標(biāo)換產(chǎn)流程實現(xiàn)的前提是車間再購置一套標(biāo)準(zhǔn)模板和模架，這樣可以通過成立專門的換產(chǎn)小組，按照規(guī)定的換產(chǎn)流程和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)要求，提前做好工具準(zhǔn)備、B模具的出庫、加熱、安裝等外換產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容，并確保內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)開始后萬無一失。當(dāng)主設(shè)備停機卸除、轉(zhuǎn)運完A模具后，可立即轉(zhuǎn)運、安裝B模具，完成內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容并開機繼續(xù)生產(chǎn)。而A模具后續(xù)的拆解、清潔、吊運入庫等工作均由換產(chǎn)小組在設(shè)備開機后再完成。此改進(jìn)構(gòu)想將大部分的內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)轉(zhuǎn)化為外換產(chǎn)作業(yè)，車間平均換模時間也可由原來的100min縮減到30min以內(nèi)。此外，我們將進(jìn)一步探索方法來降低因換模造成的停機損失，提升生產(chǎn)的快速應(yīng)變能力，使人員得以充分利用，生產(chǎn)效率和機臺開動率得以提升。

⑵優(yōu)化模具管理。為了滿足快速換產(chǎn)的需要，我們首先依據(jù)模具自重、取用頻次、搬運便利性等對存儲區(qū)域重新布局，有效實現(xiàn)模具的定置化管理（圖5）；其次設(shè)計了逆向的U形模具管理板塊（圖6），規(guī)范了模具的流轉(zhuǎn)程序，減少了物流搬運浪費；最后將模具的在庫狀態(tài)、維修狀態(tài)、所在區(qū)域等信息通過看板實現(xiàn)目視化管理，并編制了模具維修、模具檢測、模具裝配等重要環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書。通過以上三方面的改進(jìn)，我們成功建立了科學(xué)而有效的模具管理機制，優(yōu)化了外部換產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容。

圖5 模具定置化管理

圖6 U形模具管理布局

⑶設(shè)備TPM管理。設(shè)備維護作為快速換產(chǎn)的前期準(zhǔn)備工作（即外換產(chǎn)作業(yè)）及過程的重要保障．我們從兩個方面進(jìn)行有效管控：①培養(yǎng)了重點設(shè)備應(yīng)急維修相關(guān)方，合理儲備了關(guān)鍵零部件，能夠立即對出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行維修；②制定了全面的生產(chǎn)維修(TPM)計劃，包括定期進(jìn)行預(yù)防性維修。我們每月對關(guān)鍵設(shè)備運行狀況進(jìn)行定期現(xiàn)場監(jiān)測、判斷，確定設(shè)備的技術(shù)狀況。通過對設(shè)備的動態(tài)管理和預(yù)知性維修，把停產(chǎn)時間降至最低。

⑷工具精益化管理。換模前工具的完好情況、工具的擺放位置情況、工具的使用搭配等均是快速換產(chǎn)中外換產(chǎn)作業(yè)的重要因子。若工具管理缺乏有效性、實時性、計劃性，便會使重復(fù)的搬運時間增加，尋找等待的時間增加，而恰恰這兩項時間又是整個換模過程里浪費時間最長、占比最大的。因此，我們對換模時所用的工具、螺栓、定位銷、頂桿、承擊塊等分門別類地上架定置管理，并用銘牌將工具的規(guī)格逐個標(biāo)識，全面實現(xiàn)目視化管理。另外，專門配備了工具小車，將換模所用的工具分層分格，全面地、系統(tǒng)地、集中性地轉(zhuǎn)移至換模區(qū)，從根本上消除來回跑動拿取工具產(chǎn)生的浪費。

結(jié)論

實現(xiàn)鍛造車間的快速換產(chǎn)，首先采用快速換產(chǎn)技術(shù)對換模流程進(jìn)行剖析，盡可能的變內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)為外換產(chǎn)作業(yè)。然后再利用精益理念和方法分別對內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)和外換產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化。最后通過作業(yè)指導(dǎo)書將操作規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、穩(wěn)定化。本文就是結(jié)合自身車間的特點，找出了適合自身發(fā)展的快速換產(chǎn)模式。筆者將持續(xù)探索和研究，以期進(jìn)一步縮短車間換模時間，建立操作性較強的實施模式并取得更顯著的效果。