文/文化 佟信任 雷蕾 來源/裝備制造技術(shù)
摘要：介紹了在多品種小批量生產(chǎn)需求模式下，構(gòu)建大型結(jié)構(gòu)件的精益生產(chǎn)改進(jìn)，通過對工序流程再造、工藝優(yōu)化、產(chǎn)線布局調(diào)整、設(shè)備自動化改造、員工技能培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)貫導(dǎo)等方面改進(jìn)，獲得了大型結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)績效提升。
大型結(jié)構(gòu)件是裝載機(jī)產(chǎn)品的核心部件，是裝載機(jī)大型鋼結(jié)構(gòu)件(前車架、后車架及動臂)，后車架因結(jié)構(gòu)大，構(gòu)成部件多，制造流程長，一直是需要不斷提升的核心產(chǎn)品。隨著近年公司的市場比拼，市場對裝載機(jī)的需求持續(xù)增加，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，面對激烈的市場競爭，離散型的生產(chǎn)過程已經(jīng)無法滿足市場需求。所以迫切需要改善制造生產(chǎn)流程，對現(xiàn)有的生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，用更精益的方式優(yōu)化工藝流程和工序，對產(chǎn)線進(jìn)行精益布局，使制造生產(chǎn)流程更加流暢，以較低的成本及較高的效率提升產(chǎn)品競爭力。
1 精益制造簡介
精益制造就是在制造過程中，充分運(yùn)用精益生產(chǎn)的理念和方法，圍繞制造周期進(jìn)行快速生產(chǎn)，盡可能又快又好又順暢地將產(chǎn)品制造并交付給顧客的制造過程。精益生產(chǎn)在美國麻省理工學(xué)院在日本豐田生產(chǎn)方式的應(yīng)用基礎(chǔ)上總結(jié)而來，是誕生于美國的工業(yè)工程在日本豐田汽車制造公司的系統(tǒng)化運(yùn)用案例，圍繞產(chǎn)品制造以及時提交顧客，提高安全、質(zhì)量、效率，降低制造成本。精益生產(chǎn)以工業(yè)工程的生產(chǎn)計劃與控制、流程設(shè)計和優(yōu)化、供應(yīng)鏈管理、質(zhì)量工程，嚴(yán)格進(jìn)行零管理庫存管理，綜合了多品種小批量的少投入多產(chǎn)出方面優(yōu)勢，以準(zhǔn)時化和自動化的綜合性運(yùn)用，在交貨期的各環(huán)節(jié)消除一切浪費(fèi)，無停滯、無等待、零庫存、高品質(zhì)地快速適應(yīng)顧客的需要而生產(chǎn)，在工程機(jī)械制造過程中非常值得研究和推廣運(yùn)用。精益制造運(yùn)用精益生產(chǎn)的理念消除浪費(fèi)，運(yùn)用精益的工具(工藝流程優(yōu)化、生產(chǎn)線布局、TOC(Theory of constraints) 瓶頸理論、線平衡、增值和非增值時間、質(zhì)量統(tǒng)計分析、標(biāo)準(zhǔn)化等)，追求一個流、流暢制造，各制造環(huán)節(jié)緊密協(xié)同和配合，信息和資源優(yōu)化配置，最終實現(xiàn)精益化的制造。
2 精益制造對大型結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)線及其生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查
2.1典型產(chǎn)品分析
由于后車架質(zhì)量問題影響整機(jī)裝配占比37%，產(chǎn)能不足造成缺件影響整機(jī)裝配占比21%，影響因素排名分別居第一、二位，嚴(yán)重影響大型結(jié)構(gòu)件的交付及時性和質(zhì)量。公司預(yù)測后車架的年產(chǎn)量為16141件，而C系列后車架產(chǎn)量13236件，占總產(chǎn)量的82%，按每天22.5天工作制，每天有效作業(yè)時間420分鐘，每天產(chǎn)能需求為49件/天，實際產(chǎn)量只有27件/天，所以C系列后車架質(zhì)量及產(chǎn)能急需精益制造的提升，以滿足裝配工廠準(zhǔn)時化需要。
2.2C系列后車架生產(chǎn)系統(tǒng)分析
針對C系列后車架的質(zhì)量和產(chǎn)能問題，研究的對象是C系列后車架生產(chǎn)系統(tǒng)，它由來料輸入，通過生產(chǎn)系統(tǒng)的活動過程，產(chǎn)出C系列后車架，主要工序為9道工序：大梁拼搭、拼搭、焊接、鏜鉸接孔、鉆孔、拼焊圓鋼、手電鉆及攻絲、修磨、涂裝，每個作業(yè)過程均對C系列后車架的質(zhì)量和產(chǎn)能造成影響，因此需要進(jìn)一步分析其工藝流程以便對該工藝流程進(jìn)行改善。
2.3工藝流程分析
圖1 C 系列后車架工藝流程
詳細(xì)記錄整個工藝流程，是系統(tǒng)性全面性改進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要精益手段和方法，因此對C系列生產(chǎn)系統(tǒng)所有的工藝流程進(jìn)行系統(tǒng)的檢查和記錄，發(fā)現(xiàn)所有加工活動有18次，搬運(yùn)活動有43次，緩存停滯有15處，檢驗檢查有2處，工藝流程如圖1所示。通過對工藝流程的分析，看出加工活動比較多，生產(chǎn)過程相對復(fù)雜，其次是搬運(yùn)活動占據(jù)了整個活動的近一半多，是完全不增值的浪費(fèi)環(huán)節(jié)，需要重點(diǎn)加以精益改進(jìn)。緩存位置多，物料停滯多，對生產(chǎn)周期的影響較大，不利于快速生產(chǎn)，需要盡可能消除。過程檢驗點(diǎn)少，只放在一頭一尾，對過程的質(zhì)量控制偏弱，極易到最后環(huán)節(jié)才發(fā)現(xiàn)不合格品，影響生產(chǎn)質(zhì)量和成本。
2.4整體生產(chǎn)布局經(jīng)路分析
圖2 C 系列產(chǎn)品生產(chǎn)徑路圖
繪制C系列后車架生產(chǎn)布局、物流路線并分析后，發(fā)現(xiàn)后車架離散作業(yè)多，起吊多，存在浪費(fèi)的停滯點(diǎn)多，生產(chǎn)區(qū)域占用了4個大廠房車間，占地面積高達(dá)4904m2；物流作業(yè)交叉及逆流多，流轉(zhuǎn)跨度大，流轉(zhuǎn)距離177m，其生產(chǎn)路徑如圖2所示。對每個緩存區(qū)域進(jìn)行半成品數(shù)量記錄和統(tǒng)計，連續(xù)記錄7天(按經(jīng)驗統(tǒng)計一周時間)的每天庫存量，制品平均日存量高達(dá)150臺，是目標(biāo)天產(chǎn)量的2.88倍。
2.5生產(chǎn)過程進(jìn)行時間測量
通過動作時間分析，確定每個工序的增值時間、非增值時間，為繪制線平衡墻提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為精益的生產(chǎn)布局提供了改進(jìn)依據(jù)。通過對各工序的時間測定，整個作業(yè)周期的平均增值時間比=64%，如表1所列，非增值主要由吊運(yùn)、行走、調(diào)整時間長造成，所以需要消除各工序不必要的非增值時間，有效利用增值的時間，提高增值時間比。
表1 作業(yè)時間統(tǒng)計表
2.6線平衡現(xiàn)狀及分析
圖3 C 系列工序平衡分析圖
將所有工序時間測量完成后，對工序時間繪制成生產(chǎn)線平衡分析圖四，如圖3所示。通過對C系列后車架的比較分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線節(jié)拍時間為18.5分鐘/件，不能滿足8.6分鐘/件顧客節(jié)拍要求，超出顧客需求節(jié)拍8.6分鐘/件的瓶頸工序四集中體現(xiàn)在拼搭圓鋼、鏟毛刺、修磨(瓶頸1)；正面鉆、手電鉆(瓶頸2；二次拼、總拼(瓶頸3)；大梁半自動焊接(瓶頸4；拼搭、總拼(瓶頸5)。瓶頸點(diǎn)的5個工序嚴(yán)重影響了整個生產(chǎn)線的制造節(jié)拍，相互間的不平衡造成了中間環(huán)節(jié)的庫存。
通過分析可知，線平衡率僅為56.5%，平衡損失率為43.5%，生產(chǎn)過程存在嚴(yán)重的不平衡，需要進(jìn)行瓶頸和平衡改善。
2.7質(zhì)量內(nèi)反饋前3位問題分析
質(zhì)量是影響整理裝配的第一影響因素，通過質(zhì)量內(nèi)反饋數(shù)據(jù)分析，C系列后車架內(nèi)反饋問題主要是孔偏、尺寸超差、漏拼、錯拼，占比88.8%，也是后車架質(zhì)量問題影響整機(jī)裝配37%的主要原因，其返修的影響時間盡達(dá)54.7min， 如表2所列。
表2 質(zhì)量內(nèi)反饋分析表
2.8安全風(fēng)險分析
安全一直是有效作業(yè)的前提，作業(yè)安全風(fēng)險高，也極易造成重大安全事故，通過對物的不安全因素和人的不安全行為的觀察，員工在整個作業(yè)過程中的行為均合理，但使用大行車對后車架吊運(yùn)和翻轉(zhuǎn)次數(shù)明顯較高達(dá)39次，這樣員工就處于高風(fēng)險的作業(yè)環(huán)境中，使用行車進(jìn)行車架流轉(zhuǎn)安全風(fēng)險高。
3 改進(jìn)目標(biāo)設(shè)定
為達(dá)成裝配工廠對質(zhì)量和產(chǎn)能的精益制造目標(biāo)，需要確定整體項目的目標(biāo)質(zhì)量Q、安全S、效率R、成本C，以目標(biāo)導(dǎo)向來實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的整體精益制造提升：
(1)質(zhì)量內(nèi)反饋率：降低42%，達(dá)成公司年度質(zhì)量內(nèi)反饋率1.9%目標(biāo)。
②生產(chǎn)節(jié)拍時間：降低54%，實現(xiàn)顧客需求節(jié)拍內(nèi)準(zhǔn)時完成后車架的生產(chǎn)。
③日平均庫存：降低30%，減少庫存資金的占用。
④單臺工件大行車使用次數(shù)：降低30%，降低行車高風(fēng)險作業(yè)的作業(yè)位數(shù)。
4 改進(jìn)方法
4.1整體精益改進(jìn)思路
針對工藝流程需要工業(yè)工程ECRS(E-Eliminate取消、C-Combine合并、R-Rearrange重排、S-Simplfy簡化)四大原則，優(yōu)化后車架生產(chǎn)工藝流程，首先取消可以取消的工序，然后再進(jìn)行合并、重排、簡化。運(yùn)用工作研究和設(shè)備改善，來優(yōu)化工序，使得工序作業(yè)時間縮短，達(dá)成同步作業(yè)，增值時間占比率提高。運(yùn)用線平衡識別瓶頸，并分析優(yōu)化，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的平衡率，較低平衡損失。在實現(xiàn)同步化作業(yè)的基礎(chǔ)上，完成一個工序作業(yè)后產(chǎn)品可以快速流到下個工序，逐步形成單元化生產(chǎn)的精益布局，同時改進(jìn)流轉(zhuǎn)的方式，取消部分行車吊運(yùn)。在實施同步化生產(chǎn)和精益布局后，進(jìn)行部分設(shè)備的自動化改造，減少工序之間的不必要的物料存量。優(yōu)化工序，優(yōu)化布局，優(yōu)化設(shè)備，需要進(jìn)一步保證工藝和工裝的保障能力，工藝標(biāo)準(zhǔn)化、工裝的便捷化、員工技能的良好發(fā)揮，實現(xiàn)安定化的生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過程當(dāng)中的波動。
4.2瓶頸工序優(yōu)化，節(jié)拍同步
圖4 工藝流程優(yōu)化圖
運(yùn)用ECRS原則， 進(jìn)行工藝流程系統(tǒng)化改進(jìn)， 如圖4所示。通過一體化設(shè)計優(yōu)化，直接下料形成電瓶箱部件，取消電瓶箱焊接的工序。將反面鉆的工序前移到供應(yīng)商，直接部件來料使用。二次拼搭合并到拼搭過程當(dāng)中，在一個工序就將所有的拼搭作業(yè)完成。將大梁鉆孔的工序前移到大梁拼搭，減少鉆孔的定位時間。優(yōu)化總拼的工藝，減少人工劃線定位拼搭，設(shè)計一體化的拼搭工裝，員工直接進(jìn)行拼搭點(diǎn)焊，作業(yè)效率提升，拼搭的質(zhì)量獲得了較大的提高。正面鉆作業(yè)時間長，進(jìn)行拆分，形成多個工位串聯(lián)作業(yè)。修磨和鏟毛刺的作業(yè)時間長，進(jìn)行拆分作業(yè)。大梁的半自動焊時間長，需要人手推設(shè)備進(jìn)行焊接，勞動強(qiáng)度大，存在著非增值時間，于是改進(jìn)為全自動化的焊接，人工不再進(jìn)行干預(yù)。
4.3瓶頸工序的線平衡優(yōu)化
圖5 線平衡優(yōu)化圖
經(jīng)過工序優(yōu)化之后，瓶頸工序的作業(yè)時間得到優(yōu)化，對各作業(yè)進(jìn)行觀測確認(rèn)，將作業(yè)時間形成新的線平衡，如圖5所示，經(jīng)過線平衡率的計算，各工序作業(yè)時間基本同步化， 生產(chǎn)線節(jié)拍時間為8.4min/件，滿足8.6min/件顧客節(jié)拍要求， 消除了多個瓶頸工序。線平衡率從56.5%提高到87.0%，平衡損失率僅為13%。
4.4制造單元化，減少行車使用，減少緩存區(qū)及存量
圖6 生產(chǎn)布局優(yōu)化
工序同步化，奠定了實現(xiàn)精益布局的基礎(chǔ)，通過工業(yè)工程的產(chǎn)品布局方法運(yùn)用，將各工序盡可能集中在一個小區(qū)域形成流動生產(chǎn)的作業(yè)方式，部分工序形成一個流。部分工序和工序之間取消行車的吊運(yùn)。通過精益布局的設(shè)計，如圖6所示，庫存數(shù)從15處降低到7處，庫存數(shù)量可以減少到68件，基本消除逆流和交叉流的現(xiàn)象。整個后車架生產(chǎn)物流距離可以從372.3m減少到153m，占地面積從4904m2減少到3166m2，行車數(shù)量9臺減少到5臺，吊運(yùn)次數(shù)由39次減少到10次。
4.5提高工藝、工裝質(zhì)量保障能力
大梁半自動化焊接設(shè)備進(jìn)行自動化改造，自動夾緊，滑軌流動，減少停滯，整個過程都不需要人工干預(yù)，實現(xiàn)全增值化生產(chǎn)，單件作業(yè)時間可以從9.6min/件減少到7.9min/件。總焊機(jī)器人化， 自動夾緊焊接，自動流轉(zhuǎn)小車，減少停滯，設(shè)備示意如圖7。
圖7 大梁全自動化焊接、總焊機(jī)器人設(shè)計圖
4.6識別質(zhì)量缺陷的根本原因，進(jìn)行工藝優(yōu)化
通過質(zhì)量工具樹圖分析，識別出后車間內(nèi)反饋率的主要原因，針對左右封板孔位偏問題，發(fā)現(xiàn)如下原因：一是，員工劃線技能不足，定位與標(biāo)準(zhǔn)存在著偏差，需要對員工的技能進(jìn)行進(jìn)一步的培訓(xùn)，技能作業(yè)的偏差；二是，劃線定位樣板尺寸存在著偏差，造成定位基準(zhǔn)不符合標(biāo)準(zhǔn)，需要對拼焊模板進(jìn)行修復(fù)。
針對油箱至龍門架孔尺寸超差，經(jīng)過對工裝的三坐標(biāo)檢測，發(fā)現(xiàn)總拼工裝定位磨損，造成定位尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)，需要對總拼工裝進(jìn)行修復(fù)。
針對圓鋼漏拼拼錯的問題，一是無拼焊工藝文件，員工拼焊沒有標(biāo)準(zhǔn)，需要增加拼焊工藝文件進(jìn)行指導(dǎo)。二是拼焊物料沒有點(diǎn)檢表，沒有在拼焊前進(jìn)行檢查，需要增加物料點(diǎn)檢表進(jìn)行拼焊前檢查。
5 實施與改進(jìn)過程
5.1瓶頸1改進(jìn)
建立修磨線，工序之間增加滑道，將離散型的鏟毛刺方式改進(jìn)成了流線化的鏟毛刺方式，員工不再彎腰作業(yè)， 作業(yè)時間從18.5min/件降低到7.5min/件。
5.2瓶頸2改進(jìn)
建立制造單元-總焊線，焊接的過程全部由機(jī)器人來進(jìn)行操作，人工只進(jìn)行補(bǔ)焊，整個過程僅由自動流轉(zhuǎn)小車流轉(zhuǎn)，焊接時間由原來的13分鐘/件降低到8.3min/件。
5.3瓶頸3改進(jìn)
將離散型的鉆孔工序改進(jìn)成制造單元-鉆孔線，設(shè)備和設(shè)備之間增加滑道，所有的鉆孔在滑道上進(jìn)行，既保證了鉆孔的穩(wěn)定性又保證了鉆孔效率，作業(yè)時間由原來的12.5min/件降低到8.4min/件。
5.4瓶頸4改進(jìn)
將離散型的大梁焊接工序改進(jìn)成制造單元-大梁拼焊線，工序和工序之間增加滑道，所有的作業(yè)過程均可在滑道上完成，作業(yè)時間從9.8min/件減少到8min/件。
5.5瓶頸5改進(jìn)
將一個總拼工裝只能拼搭一種產(chǎn)品的工裝，進(jìn)行柔性化改造，改進(jìn)成一個工裝可以拼搭多個產(chǎn)品，逐步形成了所有C系列的單元總拼區(qū)，取消大行車的使用， 改造成更小更靈活的KPK葡萄架獨(dú)立吊運(yùn)流轉(zhuǎn)，作業(yè)時間由原來的9.5min/件降低到8.4min/件。
5.6提高工藝、工裝質(zhì)量保障能力
質(zhì)量改進(jìn)的過程主要抓工裝工藝，員工技能的培養(yǎng)，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書的增補(bǔ)和完善。針對性的開展員工技能操作培訓(xùn)，重點(diǎn)提高員工的操作穩(wěn)定性，既每做一次基本上都符合標(biāo)準(zhǔn)。重新修復(fù)劃線模板，關(guān)鍵部位的模板進(jìn)行多次確認(rèn)，劃線一次性合格率100%。增加圓鋼拼焊的工藝操作文件，目視化到工位，讓員工掌握更高效更標(biāo)準(zhǔn)的工藝操作方法。拼焊前將零件成套配送，執(zhí)行物料點(diǎn)檢，防止拿錯物料，遺漏物料。質(zhì)量內(nèi)反饋率降低到了1.44%。
5.7形成精益布局
盡可能地實現(xiàn)精益布局，既流線化、流暢化生產(chǎn)，每個過程都可以讓產(chǎn)品快速得以流動，減少產(chǎn)品的不增值等待或停滯，現(xiàn)場區(qū)域更加清晰，路線更加明了，員工操作更加順暢，管理者管理更加輕松高效。
6 效果驗證
經(jīng)過近10個月份改進(jìn)，質(zhì)量Q得到提升，安全S風(fēng)險得到降低、效率R得到提高、成本C的資金占用得到降低，經(jīng)過2個月的數(shù)據(jù)跟蹤，項目精益改進(jìn)思路和改進(jìn)方法有效，目標(biāo)提升效果顯著，改進(jìn)效果如下：質(zhì)量內(nèi)反饋率從3.3%降低到了1.44%，降低率56.4%；生產(chǎn)節(jié)拍時間從18.5min/件降低到了8.4min/件， 降低了55%；日平均庫存從150件降低16675408813到了68件，降低率54.7%；單臺工件大行車使用次數(shù)從39次降低到了10次，降低率74.3%。
項目年收益高達(dá)794萬元。同時也獲得其他無形收益：縮小了作業(yè)的場地面積，從4904m2減少至3166m2，減少35%。提高了車間的安全性，改善了車間的作業(yè)環(huán)境，損失工作日以上事故多年未出現(xiàn)。員工的參與熱情得到激發(fā)，培養(yǎng)了IE意識，提高了操作技能。
7 結(jié)論與展望
7.1研究結(jié)論
大構(gòu)件的生產(chǎn)方式在中國制造業(yè)中普遍存在，面對市場的多品種小批量的需求，以什么樣的生產(chǎn)系統(tǒng)更好地使用市場競爭的需求，就需要運(yùn)用精益生產(chǎn)的思想和工具進(jìn)行企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)地調(diào)整及轉(zhuǎn)型。本課題著重研究了大型構(gòu)件的工序流程改進(jìn)和精益布局，通過自主導(dǎo)入工業(yè)工程和精益生產(chǎn)系統(tǒng)方法研究和運(yùn)用實踐，從柔性、平衡、流線化方面對工序同步化，生產(chǎn)線精益化，設(shè)備改進(jìn)，工藝方法優(yōu)化等方面進(jìn)行，結(jié)果表明，精益改進(jìn)的總體效果獲得了較為明顯的提升，項目達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。
7.2研究展望
精益的研究和運(yùn)用才處于較初級的階段，離國際標(biāo)桿企業(yè)的全面、深入運(yùn)用還有較大的差距，特別是智能化的深度運(yùn)用，需要經(jīng)工業(yè)工程和精益生產(chǎn)進(jìn)行深入研究和系統(tǒng)運(yùn)用，結(jié)合不同階段的推進(jìn)重點(diǎn)，繼續(xù)努力、持續(xù)改進(jìn)，提升柳工制造運(yùn)營能力，逐步實現(xiàn)生產(chǎn)制造的信息化、智能化。
通過項目實施，各級人員深入了解IE知識、能更靈活地運(yùn)用IE技術(shù)，今后將從高度智能化、高度自動化、高度無人化方向進(jìn)行進(jìn)一步的研究，獲得中國離散型制造業(yè)典型生產(chǎn)方式的突破運(yùn)用。
作者簡介：
文化：男，研究方向為智能化物流設(shè)備在機(jī)械行業(yè)的運(yùn)用和推廣；
佟信任：男，研究方向為精益運(yùn)營管理；
雷蕾：女，研究方向為精益生產(chǎn)在機(jī)械行業(yè)的運(yùn)用和推廣。
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