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引言

在當(dāng)前國內(nèi)外制造業(yè)激烈競爭環(huán)境里，企業(yè)多品種小批量訂單越來越多，產(chǎn)品需求的多樣性越來越突出，使企業(yè)必須有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)柔性，以較低成本、較高生產(chǎn)效率和較短生產(chǎn)周期，提供更高品質(zhì)產(chǎn)品，才能在激烈競爭環(huán)境中占有一席之地。

某航空緊固件公司多年來一直致力于航空領(lǐng)域緊固件研制和生產(chǎn)。近年來公司積極參與市場競爭，業(yè)務(wù)量迅速增大，產(chǎn)品品種多達(dá)300多種，在業(yè)務(wù)量不斷增大的情況下，仍采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理方式，面對訂單和產(chǎn)品品種不斷增加，車間已經(jīng)難以應(yīng)對多樣化和短生產(chǎn)周期的需求。

本文以該公司為背景介紹緊固件生產(chǎn)線導(dǎo)入單元生產(chǎn)方式，從而優(yōu)化車間生產(chǎn)流程，減少生產(chǎn)過程的浪費(fèi)和不增值環(huán)節(jié)，改善車間管理，有效縮短生產(chǎn)周期，建立適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)的緊固件生產(chǎn)線。

01航空緊固件生產(chǎn)線生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

1.1 航空緊固件生產(chǎn)線概況

公司產(chǎn)品生產(chǎn)方式采用傳統(tǒng)的批量生產(chǎn)方式，每道工序由一名作業(yè)人員操作一臺設(shè)備完成，零件成批在各工序間轉(zhuǎn)移生產(chǎn);公司緊固件的主要加工工藝和車間生產(chǎn)線設(shè)備布局分別如圖1和圖2所示，從圖中可以看出公司產(chǎn)品主要由數(shù)控車床工段I、數(shù)控車床工段II、六角車床工段、數(shù)控外圓磨床工段、銑床工段、鉆床工段、鉗工工段、磨床工段和滾絲機(jī)工段等7個工段完成，工序數(shù)少，零件在車間中的物流路徑較復(fù)雜，存儲次數(shù)較多;每批次產(chǎn)品根據(jù)客戶要求的不同，產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)形狀等變化頻繁，訂單數(shù)量從單件到數(shù)百件不等。

圖1 緊固件加工的工藝過程圖

1.2 航空緊固件生產(chǎn)線存在的問題

公司在多品種變批量的生產(chǎn)條件下，仍然按傳統(tǒng)批量生產(chǎn)方式進(jìn)行生產(chǎn)，加上機(jī)群式的設(shè)備布局，增加了車間生產(chǎn)管理的復(fù)雜性和管理的難度。生產(chǎn)線存在的問題主要突顯為以下幾個方面：

1.2.1 產(chǎn)品在工序間轉(zhuǎn)移生產(chǎn)搬運(yùn)次數(shù)多，搬運(yùn)的物流路徑交叉往復(fù)，搬運(yùn)浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，車間物流的效率較低;在制品每一次工序間轉(zhuǎn)移都會進(jìn)行長時間的排隊，因此在制品暫存的時間長，大量積壓在各工段半成品放置區(qū)。以零件族四的生產(chǎn)加工為例，在車間中的物流路線在各工段間的往復(fù)次數(shù)多，距離較長，且每道工序加工前都需要排隊，因此在半成品暫存貨架存儲時間長，平均等待時間約1到4個工作日。

1.2.2 每批次產(chǎn)品，由于使用材料、性能參數(shù)等不同，即使屬于同一種產(chǎn)品，加工方法、精度等也可能不一樣。因此，生產(chǎn)現(xiàn)場管理較為混亂，無標(biāo)識、標(biāo)識不清、標(biāo)識混亂的情況下，容易造成產(chǎn)品的混批，導(dǎo)致產(chǎn)品返工，造成人工和材料浪費(fèi)。

1.2.3 產(chǎn)品品種多，批量變化大，使車間生產(chǎn)準(zhǔn)備重復(fù)工作較多，工作量較大，每次產(chǎn)品品種的變更，都會重新準(zhǔn)備生產(chǎn)用的工裝刀具，和設(shè)備調(diào)試，因此，車間生產(chǎn)準(zhǔn)備的重復(fù)性工作使生產(chǎn)線管理人員和作業(yè)人員工作強(qiáng)度加大，且效率較低，消耗了大量寶貴的生產(chǎn)時間。

1.2.4 設(shè)備切換效率較低，換線時間長。由于產(chǎn)品品種變化頻繁，生產(chǎn)用的工刀具準(zhǔn)備不及時，設(shè)備調(diào)試作業(yè)效率低，使設(shè)備切換時間接近甚至超過本工序一批產(chǎn)品的加工時間，零件在各工序間停留等待加工的時間長，生產(chǎn)等待現(xiàn)象嚴(yán)重，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)效率，增大了單件產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

1.2.5 作業(yè)人員只負(fù)責(zé)一道工序的加工任務(wù)，長時間固定在一臺設(shè)備或一個工位，反復(fù)完成相同作業(yè)內(nèi)容。大量重復(fù)作業(yè)，一定程度上加重了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，容易讓員工身體和精神上產(chǎn)生疲勞，出現(xiàn)產(chǎn)品加工的質(zhì)量問題，甚至產(chǎn)生廢品。同時也不利于作業(yè)人員掌握多種技能，難以根據(jù)產(chǎn)能需求的變化進(jìn)行人員配置和調(diào)整。

02航空緊固件單元生產(chǎn)解決方案提出

單元生產(chǎn)方式，在國內(nèi)外學(xué)著都進(jìn)行了廣泛研究，在多品種中小批量的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，并證明了該模式可以有效地提高生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。

在單元生產(chǎn)方式下，根據(jù)不同產(chǎn)品族的成組工藝，設(shè)備按一定的工藝流程進(jìn)行布局，布局方式有U型設(shè)備布局，L型設(shè)備布局，直線型設(shè)備布局和平行雙排設(shè)備布局等。在生產(chǎn)單元內(nèi)部，采用一人多機(jī)與單人單機(jī)相結(jié)合的方式，配合或獨立完成產(chǎn)品多道工序加工。

生產(chǎn)單元構(gòu)建綜合考慮產(chǎn)品加工時間、加工順序、生產(chǎn)批量、設(shè)備能力等約束條件，具有較好的可實施性。單元生產(chǎn)方式在制造業(yè)的成功運(yùn)用，充分體現(xiàn)出傳統(tǒng)批量生產(chǎn)方式所不具有的優(yōu)點，主要體現(xiàn)為：

2.1 基于成組技術(shù)的單元生產(chǎn)方式，有利于實現(xiàn)同一零件族或多個相似零件族全部或大部分工序集中生產(chǎn)，使車間生產(chǎn)作業(yè)計劃的制定和生產(chǎn)調(diào)度得以簡化，提高車間生產(chǎn)對產(chǎn)品品種和批量變化的適應(yīng)能力。

2.2 有效改善車間物流，縮短物流距離，優(yōu)化物流路徑，同時減少多批次生產(chǎn)條件下，產(chǎn)品混批問題發(fā)生。在生產(chǎn)單元內(nèi)，物料在單元內(nèi)各工序間以小批量，短距離進(jìn)行轉(zhuǎn)移，有效縮短了車間物料搬運(yùn)距離，減少物流路徑的交叉往復(fù)，使不同批次產(chǎn)品在搬運(yùn)和存儲過程中的混料混批等問題得到有效解決。

2.3 有效縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，減少車間在制品數(shù)量。生產(chǎn)單元內(nèi)，物料以較小批量進(jìn)行轉(zhuǎn)移和生產(chǎn)，零件在工序間的流轉(zhuǎn)連續(xù)，存儲次數(shù)少且時間短，減少了搬運(yùn)、存儲等時間的浪費(fèi)，因此，產(chǎn)品的生產(chǎn)周期能夠有效縮短，同時減少了在制品的數(shù)量和資金的占用。

2.4 生產(chǎn)單元內(nèi)設(shè)備通用性好，自動化程度高，在產(chǎn)品品種或工藝變化時，可以根據(jù)加工工藝的要求，靈活改變設(shè)備布置，構(gòu)建適合新產(chǎn)品加工的生產(chǎn)單元。

2.5 單元內(nèi)以多能工為主，人員配置靈活，可以靈活應(yīng)對產(chǎn)能需求的變化。生產(chǎn)單元要求作業(yè)人員能夠進(jìn)行一人多機(jī)的操作，由少數(shù)幾名作業(yè)人員完成產(chǎn)品加工。因此，通過少人化可以使作業(yè)人員配置上，并根據(jù)批量和產(chǎn)能需求的變化，靈活配置生產(chǎn)單元內(nèi)人員的數(shù)量。

03緊固件生產(chǎn)線單元生產(chǎn)方式的導(dǎo)入

3.1 單元生產(chǎn)方式改善措施分析公司緊固件機(jī)加生產(chǎn)工藝簡單，以軸類和環(huán)型零件為主，產(chǎn)品加工工序數(shù)較少，單個零件重量和體積小，搬運(yùn)輕便，有利于根據(jù)產(chǎn)品工藝路線配置設(shè)備和作業(yè)人員，構(gòu)建生產(chǎn)單元以導(dǎo)入單元生產(chǎn)方式。

3.1.1 生產(chǎn)單元的設(shè)備布局設(shè)計。按緊固件的成組工藝，設(shè)立8個生產(chǎn)單元，生產(chǎn)單元采用U型或雙排直線型設(shè)備布置方式，使物料的生產(chǎn)單元出入口處于同一側(cè)，形成單向不交叉的物料移動路徑，物流距離得到較大幅度的縮短。車間滾絲機(jī)和磨床，設(shè)備數(shù)量較少，但設(shè)備加工效率較高，因此將這類零件通過頻率高且通過品種數(shù)較多的設(shè)備，設(shè)立4個公用設(shè)備生產(chǎn)單元，為多個生產(chǎn)單元的零件進(jìn)行磨削和滾絲的加工。改進(jìn)后的車間設(shè)備布局。

3.1.2 生產(chǎn)單元內(nèi)推行一人多工序作業(yè)，使產(chǎn)品生產(chǎn)加工作業(yè)人數(shù)彈性化。公司緊固件生產(chǎn)線自動化程度高的設(shè)備較多，產(chǎn)品工藝相對成熟穩(wěn)定，容易實現(xiàn)手工作業(yè)和設(shè)備加工作業(yè)的合并。以緊固件工序3為例，單個零件車削、銑削時間相對較長，后續(xù)工序是鉗工等手工作業(yè)，以往每道工序安排一人完成，造成過多的流轉(zhuǎn)和排隊次數(shù)，生產(chǎn)周期無法縮短。改進(jìn)后的生產(chǎn)線將車削、銑削與鉗工工位合并，實行一人多工序作業(yè)，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，減少了同一批產(chǎn)品作業(yè)人數(shù)，在產(chǎn)品批量變化時，能夠更靈活的配置作業(yè)人員數(shù)量。

3.1.3 改進(jìn)車間產(chǎn)品流轉(zhuǎn)和生產(chǎn)方式，采用較小批量，以較短間隔期在生產(chǎn)單元內(nèi)的設(shè)備之間進(jìn)行連續(xù)流轉(zhuǎn)和生產(chǎn)，使同一批產(chǎn)品各工序生產(chǎn)并行，生產(chǎn)周期得到較大幅度縮短。根據(jù)每批產(chǎn)品數(shù)量的不同，車間調(diào)度員會進(jìn)行產(chǎn)品批量分解，將批量較大的產(chǎn)品分解為多個批次在單元內(nèi)生產(chǎn)。改進(jìn)后的流轉(zhuǎn)和生產(chǎn)方式，減少了以往無論批量大小均在工段間流轉(zhuǎn)生產(chǎn)，而產(chǎn)生的大量排隊等待、存儲次數(shù)和時間。

3.1.4 改進(jìn)設(shè)備加工產(chǎn)品時使用的工裝夾具，提高設(shè)備裝夾和調(diào)試效率，同時通過IE手法改進(jìn)設(shè)備切換作業(yè)程序。如改進(jìn)車床軟爪和硬爪等夾具，軟硬爪做成一體，消除了零件材料或材質(zhì)變化時，軟硬爪的更換，減少了工裝夾具更換時間;在單元內(nèi)根據(jù)不同零件族的加工工藝，配備相應(yīng)的工裝夾具，并進(jìn)行合理的布置，減少作業(yè)人員走動距離和次數(shù)，縮短進(jìn)行設(shè)備切換時的工器具準(zhǔn)備時間，以及工裝臨時準(zhǔn)備次數(shù)。

3.1.5 車間生產(chǎn)現(xiàn)場實行定置管理，對生產(chǎn)現(xiàn)場尤其是生產(chǎn)單元內(nèi)，嚴(yán)格劃定在制品、成品和不合格品的存放區(qū)域，并使用不同顏色的托盤盛裝不同批次產(chǎn)品，防止產(chǎn)品生產(chǎn)時的混批問題發(fā)生;加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場管理人員和作業(yè)人員質(zhì)量意識的培訓(xùn)，嚴(yán)格要求生產(chǎn)單元作業(yè)人員按操作規(guī)范生產(chǎn)，并按生產(chǎn)單元劃分產(chǎn)品質(zhì)量負(fù)責(zé)小組，出入單元的產(chǎn)品的質(zhì)量由單元內(nèi)作業(yè)員共同負(fù)責(zé)，提高了員工在產(chǎn)品生產(chǎn)時的質(zhì)量意識，和作業(yè)相互監(jiān)督意識。

3.2 改善效果分析通過單元生產(chǎn)方式在緊固件生產(chǎn)線的推行和實施，簡化了車間工段間復(fù)雜的生產(chǎn)調(diào)度，減少了車間管理人員因大量重復(fù)的生產(chǎn)準(zhǔn)備產(chǎn)生的工作量，有效地消除了車間傳統(tǒng)批量生產(chǎn)方式下，產(chǎn)品成批生產(chǎn)產(chǎn)生的過多的搬運(yùn)存儲、不合理物流路徑，以及過長的產(chǎn)品生產(chǎn)排隊等待時間，使產(chǎn)品生產(chǎn)效率得到了明顯的提高，生產(chǎn)周期較大幅度的縮短，生產(chǎn)周期從過去的10天到35天，縮短為4到7天。

改善了車間生產(chǎn)現(xiàn)場的管理，減少了產(chǎn)品因混批帶來的大量返工和材料浪費(fèi)，單元內(nèi)員工相互監(jiān)督，減少了流向下工序的不合格品，預(yù)計可以使產(chǎn)能從1~1.4萬件/天提升到1.3~2萬件/天，產(chǎn)品合格率提高15%。通過單元生產(chǎn)方式導(dǎo)入，緊固件生產(chǎn)線各項改善指標(biāo)預(yù)計效果如表1所示。

04結(jié)束語

本文通過分析航空緊固件生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備布局，找出了生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)周期長的影響因素，并提出運(yùn)用單元生產(chǎn)方式改進(jìn)航空緊固件生產(chǎn)線設(shè)備布局和產(chǎn)品的生產(chǎn)方式，減少其中的不增值環(huán)節(jié)和活動，改善車間物流，縮短生產(chǎn)周期，提高公司多品種小批量生產(chǎn)的適應(yīng)能力。航空緊固件生產(chǎn)線單元生產(chǎn)方式的成功實施和改善效果，驗證了多品種小批量生產(chǎn)條件下，單元生產(chǎn)方式能夠提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，為企業(yè)帶來更大收益。

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作者：段煉

來源：重慶大學(xué)，機(jī)械學(xué)院