面向質(zhì)量過程控制的風機制造車間布局規(guī)劃

顧 曦,唐秋華

(武漢科技大學機械自動化學院,湖北武漢,430081)

合理的車間設(shè)施布置可以使各種在制品和零部件以較高的效率在工廠里流動,從而縮短制造周期,降低生產(chǎn)成本。目前,車間布局優(yōu)化主要運用系統(tǒng)布局規(guī)劃(systematic layout planning,SLP)方法對所研究系統(tǒng)的位置選擇、平面布置、物流分析、物料搬運方式及運輸工具的選擇等進行具體的規(guī)劃與設(shè)計,使各生產(chǎn)要素和子系統(tǒng)按照工業(yè)工程的要求得到合理的配置和布局,以組成高效率的生產(chǎn)集成系統(tǒng)[1]。

與質(zhì)量標準體系ISO9000相比,ISO9001 2008版中特別加入了質(zhì)量過程控制的相關(guān)規(guī)定。質(zhì)量過程控制系統(tǒng)就是在生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié),工藝、機加工、裝配及檢驗人員通過設(shè)計優(yōu)化、技術(shù)改進、精密檢驗等一系列技術(shù)手段將影響產(chǎn)品質(zhì)量的不確定因素和產(chǎn)品質(zhì)量缺陷減少到最低程度[2]。

目前,在我國中小型制造企業(yè)中存在大量機加工和裝配流程相混合的生產(chǎn)車間,這類車間通常采用與生產(chǎn)過程緊密結(jié)合的質(zhì)量檢測方法,以控制前期采購或加工的零部件質(zhì)量,并保證最終成品的整體性能。因此,面向質(zhì)量過程控制的車間布局規(guī)劃研究,是提高企業(yè)生產(chǎn)效率和管理水平、引導企業(yè)生產(chǎn)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變的一個重要課題。

1 研究背景

某機電有限公司的風機車間主要生產(chǎn)客戶定制的供空調(diào)使用的交流離心風機和大型軸流風機,有052、068、074、137等多個系列。每種風機都是由定子組件、轉(zhuǎn)子組件和裝配組件3個部分構(gòu)成。該車間包含了從外購件檢驗與組裝、零部件機加工到成品裝配等一套完整的工藝流程,前期的零部件質(zhì)量直接影響后期的裝配流程和成品質(zhì)量[3]。該車間的生產(chǎn)模式是典型的多品種小批量生產(chǎn),通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),其生產(chǎn)中存在以下問題:①車間物流與生產(chǎn)節(jié)奏不合拍,生產(chǎn)線不平衡;②車間物流不暢,物流路線交叉阻塞;③工序配合檢測不理想,需要提高檢測次數(shù),從而導致成本投入過高;④檢驗反饋不及時,在出現(xiàn)質(zhì)量事故以后會浪費后續(xù)加工資源。

針對上述問題,本文擬采取兩個步驟對該車間布局進行優(yōu)化,首先改進面向質(zhì)量過程控制的生產(chǎn)工藝流程,然后運用SLP分析方法改造車間布局。

2 面向質(zhì)量過程控制的生產(chǎn)工藝流程改進

在目前多品種小批量的生產(chǎn)模式中,產(chǎn)品質(zhì)量不具備概率分布的統(tǒng)計特征[4]。機電產(chǎn)品的許多精確質(zhì)量特性值(如零件的尺寸、硬度、抗壓強度等)需要以質(zhì)量特性指標的計量標準值作為判斷產(chǎn)品批合格與否的依據(jù),這大大增加了質(zhì)檢工作量。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,風機車間實施了覆蓋整個生產(chǎn)流程的全面質(zhì)量管理,但是仍然存在以下問題:

(1)質(zhì)檢工作量大。7個車間現(xiàn)場質(zhì)檢人員負責對風機的所有零部件以及風機裝配的全面質(zhì)量檢測。在檢測周期為20 min的情況下,質(zhì)檢人員數(shù)量嚴重不足。

(2)分工不明確?，F(xiàn)場質(zhì)檢人員的工作內(nèi)容包括零部件加工精度測量、裝配精度測量、性能測量、數(shù)量統(tǒng)計以及員工操作規(guī)范檢查等。質(zhì)檢人員不斷地進行著內(nèi)容不同的統(tǒng)計測量工作,接受大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù),容易出現(xiàn)差錯。

(3)質(zhì)檢層次單一。由于質(zhì)檢人員不足,工作類型復雜,沒有精力對獲得的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行進一步的分析,質(zhì)量檢測結(jié)果的有效性不足。

因此,結(jié)合風機車間多重質(zhì)檢的質(zhì)量控制特點,本文提出將固定點檢驗和流動檢驗相結(jié)合、質(zhì)量檢驗和生產(chǎn)流程相結(jié)合以及按產(chǎn)品的性質(zhì)和多重質(zhì)檢的不同目的為出發(fā)點的調(diào)整型質(zhì)量檢驗方案。按照質(zhì)檢目的和檢驗對象的性質(zhì)制定不同的質(zhì)量檢測手段,包括如下4種類型[5]:

(1)一般檢驗:在流水線上設(shè)置測量儀器,或由生產(chǎn)者在生產(chǎn)過程中進行測量,以彌補質(zhì)檢人員數(shù)量的不足。

(2)輔助檢驗:由加工或者裝配員工自檢,配合專職質(zhì)檢人員進行周期性巡檢。

(3)關(guān)鍵檢驗:專職質(zhì)檢人員以較高精度或者特殊的測量工具進行調(diào)整型抽樣檢驗,并配以加工工序自身的檢驗,以保證每道工序的誤差都在允許的范圍以內(nèi)。

(4)特殊檢驗:在生產(chǎn)過程質(zhì)檢的基礎(chǔ)上,由專業(yè)的質(zhì)量統(tǒng)計人員運用相應(yīng)的質(zhì)量分析手段,對其采集的數(shù)據(jù)進行進一步的處理,為生產(chǎn)決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

結(jié)合質(zhì)檢的風機車間生產(chǎn)流程如圖1所示。

3 車間布局規(guī)劃

結(jié)合質(zhì)量控制單元,運用SLP法對該風機車間重新進行布局規(guī)劃。通過生產(chǎn)和非生產(chǎn)物流分析,從工作流程的連續(xù)性、物料搬運強度、質(zhì)檢的頻繁程度、質(zhì)檢的及時性、生產(chǎn)的配合程度等幾個方面入手,建立作業(yè)單位的相互關(guān)系,繪制作業(yè)單位的面積相關(guān)圖。根據(jù)國際慣例,用符號A、E、I、O、U、X表示關(guān)系等級,其中A為最緊密,其余等級的緊密程度依次降低,各等級的系數(shù)值分別取4、3、2、1、0、-1[6]。

3.1 作業(yè)單位生產(chǎn)物流關(guān)系分析

該風機車間主要生產(chǎn)052、068、074、137等4個系列的風機。通過對產(chǎn)品加工、組裝等階段及各個工藝路線的分析,計算出每個工藝過程中各工序加工前的工件單件重量及產(chǎn)生的廢料重量,得到如表1所示的風機日產(chǎn)量與物件搬運重量。根據(jù)專業(yè)將車間劃分為如表2所示的5類14個工區(qū)。

表1 風機日產(chǎn)量與物件搬運重量Table 1 Daily output and weight of the object moved

表2 車間區(qū)域劃分Table 2 Zon ing of the workshop

根據(jù)車間工藝路線、風機日產(chǎn)量和物件搬運重量,對不包括質(zhì)檢區(qū)的作業(yè)單位搬運作業(yè)對間的物流強度進行匯總,如表3所示,并建立如圖2所示的作業(yè)單位物流關(guān)系。

表3 作業(yè)單位間的物流強度Table 3 Logistics strength between the operation units

圖2 作業(yè)單位的物流關(guān)系Fig.2 Logistics relationship between the operation un its

3.2 作業(yè)單位非生產(chǎn)物流關(guān)系分析

在非生產(chǎn)物流關(guān)系分析中,主要考慮質(zhì)量控制在生產(chǎn)工藝流程中的工作配合關(guān)系,質(zhì)檢區(qū)與車間其他區(qū)域的非生產(chǎn)物流關(guān)系如表4所示。

表4 作業(yè)單位的非生產(chǎn)物流關(guān)系Table 4 Non-logistics relationship between the operation units

3.3 作業(yè)單位綜合關(guān)系分析

由圖2和表4可以看出,該車間各作業(yè)單位之間的物流和非物流關(guān)系并不一致,為了確定各作業(yè)單位之間綜合關(guān)系的密切程度,將兩表進行加權(quán)合并,物流關(guān)系和非物流關(guān)系的加權(quán)值均設(shè)為1,經(jīng)過處理后,該車間各作業(yè)單位的綜合關(guān)系如表5所示。

表5 作業(yè)單位的綜合關(guān)系Table 5 Comprehensive relationship between the operation units

3.4 車間布局方案

綜合上述分析,重點考慮綜合關(guān)系密級為A、E、I的作業(yè)區(qū)域,并結(jié)合車間各作業(yè)單位需要的面積和矩形的車間形狀,布置如圖3所示的作業(yè)單位面積相關(guān)圖。

根據(jù)車間作業(yè)單位面積相關(guān)圖,提出如圖4所示的車間布局方案。

從圖4中可以看出,由于考慮了質(zhì)量控制因素的影響,質(zhì)檢區(qū)(11、12、13區(qū))成為車間生產(chǎn)過程的核心。質(zhì)檢區(qū)將加工區(qū)和裝配區(qū)隔開,因此能夠更大程度地避免不合格產(chǎn)品進入裝配線。同時,在物理布局上,3個質(zhì)檢區(qū)相互接近,能提高其工作配合緊密度,質(zhì)檢流程在生產(chǎn)中能夠發(fā)揮更大的作用。該方案側(cè)重于對生產(chǎn)的全面控制,提高了車間生產(chǎn)的層次性。

圖3 作業(yè)單位面積相關(guān)圖Fig.3 Area relationship between the operation units

圖4 風機車間布局方案Fig.4 Blower workshop layout scheme

4 結(jié)語

本文以某風機車間為案例,在總結(jié)其生產(chǎn)中存在的問題基礎(chǔ)上,提出了與其生產(chǎn)工藝流程緊密結(jié)合的4級質(zhì)量控制措施,以保證最終成品質(zhì)量。然后,以SLP為工具,對車間生產(chǎn)過程中各個作業(yè)單位的物流與非物流關(guān)系進行分析,結(jié)合作業(yè)單位需要的面積,提出最終的車間布局方案,該方案在實際應(yīng)用中獲得了良好的效果。同時,面向質(zhì)量過程控制的車間布局規(guī)劃方法,對于我國中小型制造企業(yè)的車間布局優(yōu)化也有一定的指導意義。

[1] 范中志.工業(yè)工程基礎(chǔ)[M].廣州:華南理工大學出版社,2005:319-325.

[2] 國際標準化組織.質(zhì)量管理體系要求ISO9001:2008(D IS稿)[S].國際標準化組織,2008.

[3] You H,Ryu T,Oh K,et al.Development of customer satisfaction models for automotive interior materials[J].International Journal of Industrial Ergonomics,2006,36(4):323-330.

[4] 張根保,何楨,劉英.質(zhì)量管理與可靠性[M].北京:中國科學技術(shù)出版社,2005:87-129.

[5] Tavakkoli-Moghaddam R,Javadian N,Javadi B,et al.Design of a facility layout problem in cellular manufacturing system swith stochastic demands[J].Applied Mathematics and Computation,2007,184(2):721-728.

[6] 周鑫.基于SLP和Flexsim的車間設(shè)施布置改善設(shè)計[J].機械制造與研究,2010,40(3):42-46,97.