“夾具流”的精益生產(chǎn)管理應用研究

程曉蒙

(鴻富晉精密工業(yè)(太原)有限公司，山西 太原030032)

1 夾具的生產(chǎn)應用

工裝夾具在產(chǎn)品的加工過程中發(fā)揮著重要的作用，是產(chǎn)品加工過程不可缺少的物質(zhì)保證，它對產(chǎn)品的加工質(zhì)量、加工成本及生產(chǎn)效率有著直接的影響。嚴格控制工裝夾具的生產(chǎn)管理、物流及時性等要求，不僅能通過夾具的生產(chǎn)流通過程協(xié)調(diào)資源，很好地創(chuàng)造夾具的“流動價值”，更使車間管理得以提升。

夾具的結(jié)構(gòu)及其裝拆方式，應滿足快速和自動夾緊，以減少輔助作業(yè)時間，提高設備的加工利用率，降低人工勞動強度，實現(xiàn)可靠裝夾，快速及時定位的批量化生產(chǎn)協(xié)作方式。夾具的生產(chǎn)應用，不僅使通用加工設備(如CNC)更具有柔性，而且還有利于推動制造系統(tǒng)的柔性化、自動化的實現(xiàn)。比如，“一拖八”柔性加工系統(tǒng)中機器人的“手爪夾具”，鍛壓自動取放料系統(tǒng)中的氣動夾具等，都是通過氣/電控的夾具實現(xiàn)自動夾取的過程。

2 夾具在CNC生產(chǎn)加工過程的應用狀況

目前車間的生產(chǎn)管理工作存在分工不明確、不合理、人員JIT意識不足、全局觀念不強、維護和管理水平落后以及工序間的協(xié)調(diào)性較差等問題。這些問題是導致車間管理水平落后的重要因素。產(chǎn)品的加工質(zhì)量、成本、交貨期是市場競爭的關鍵，它們是眾多影響因素的綜合體現(xiàn)。因此，提升企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，首先應提升車間的生產(chǎn)管理水平，而夾具的應用狀況，好比是反映車間管理水平的“晴雨表”。通過對夾具在車間生產(chǎn)流程中的調(diào)研和分析，有助于了解車間的管理狀況。

某產(chǎn)品在車間CNC加工過程中，通過夾具一次裝夾到位后，經(jīng)過了物流、加工、檢驗、打標、清洗等加工過程，完成了從毛坯到成品的全過程所需要的加工、裝配手段。在此過程中，夾具帶著產(chǎn)品在不同工序間進行傳遞式流動加工，所形成的工藝循環(huán)流動，稱為“夾具流”，該夾具稱為流動夾具(隨動夾具)。通過“夾具流”，產(chǎn)品完成了在機加段不同工序間的遞進加工?！皧A具流”實際上是一種價值流，通過分析，使產(chǎn)品在車間的整個生產(chǎn)流動過程呈現(xiàn)出來，從而更好地理解夾具的價值流動情況，發(fā)現(xiàn)“夾具流”中的浪費環(huán)節(jié)，提出技術(shù)管理改善方案。

產(chǎn)品的CNC加工過程，具有切削量較大、加工部位多、刀具種類及數(shù)量較多、產(chǎn)品尺寸及外觀精度要求高、生產(chǎn)批量大等生產(chǎn)加工特點。因此，產(chǎn)品在CNC機加過程分解成若干道工序，在不同工序中制定合理的CNC負荷分配計劃，以滿足產(chǎn)品的加工質(zhì)量及產(chǎn)能要求。

圖1表示了流動夾具在CNC生產(chǎn)加工中的循環(huán)過程。產(chǎn)品通過夾具一次裝夾到位后，在CNC不同工序，以及輔助加工環(huán)節(jié)之間，進行物流傳遞，實現(xiàn)“夾具流”。最終夾具流回到拆裝工段，拆卸下已加工好的產(chǎn)品，裝夾上待加工的產(chǎn)品，重新投入“夾具流”中，進入下一個產(chǎn)品的加工循環(huán)過程。

流動夾具作為產(chǎn)品在各工序的加工載體，在生產(chǎn)中進行了周而復始的裝拆加工過程，有效保證產(chǎn)品在各工序間的加工基準一致性，滿足了產(chǎn)品的加工精度等質(zhì)量要求，實現(xiàn)了機內(nèi)的快速裝夾，減少加工輔助時間，提高加工效率。

3 影響流動夾具生產(chǎn)投入比例的因素

流動夾具的生產(chǎn)投入資金，通過“夾具流”可以全部納入到產(chǎn)品的加工成本中，但流動夾具的生產(chǎn)投入量，及其循環(huán)次數(shù)卻是影響產(chǎn)品加工成本的關鍵因素。由于機加CNC的數(shù)控加工過程有效保證了產(chǎn)品加工CT時間的準確性、一致性。因此，在一定的車間生產(chǎn)環(huán)境(布局、物流方式、工藝流程)下，精益的生產(chǎn)過程中，流動夾具與加工設備的投入比例(配比)是一定的，流動循環(huán)頻次也是基本確定的。流動夾具與加工設備的投入數(shù)量比，簡稱為夾具投入比，以及流動夾具的循環(huán)次數(shù)，不僅可以衡量夾具投入量，而且反映了加工工藝狀況及當前車間生產(chǎn)管理水平。

流動夾具在車間的生產(chǎn)投入量受很多因素影響，比如車間布局、工藝流程、工序數(shù)量、設備數(shù)量、物流人數(shù)、物流量、產(chǎn)能平衡狀況、生產(chǎn)異常、自動化應用程度、生產(chǎn)管理方式等等。其中，車間生產(chǎn)管理方式的不規(guī)范性、無序性、盲目性會給夾具的投入量、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工質(zhì)量帶來較大的影響，使得夾具的實際投入量波動較大。流動夾具的投入比超出額定(精益)投入配比后，比值越大，其生產(chǎn)循環(huán)周轉(zhuǎn)次數(shù)越少?！皧A具流”流通得越慢，夾具的有效利用率越低，投入成本越高，而且對生產(chǎn)作業(yè)人員的惰性影響越強烈。

夾具投入比具體的影響因素及分析過程如下:

(1)生產(chǎn)過程中，參與流動夾具的物流員數(shù)量、作業(yè)積極性、物流及時性不僅對產(chǎn)能產(chǎn)生較大的影響，而且對夾具的投入量也產(chǎn)生較大的影響。由于物流作業(yè)不及時，導致某些加工環(huán)節(jié)中容易出現(xiàn)“堆料”現(xiàn)象，從而不得不增加夾具的投入量。因此，有效控制生產(chǎn)循環(huán)過程中的夾具投入量，不僅能夠較好地控制生產(chǎn)成本投入，而且有利于提高作業(yè)人員的工作積極性，還可以提高車間的精益生產(chǎn)管理水平。

(2)不同的生產(chǎn)方式下，夾具的投入量也會有所不同，比如“一拖八”機器人柔性加工、雙工位成組加工方式與人工作業(yè)、單工位加工所需要的夾具量是不同的。

(3)加工工藝流程的中間環(huán)節(jié)越多，所需投入的夾具數(shù)量也越大。

(4)車間布局，以及組織管理方式會影響到物流的及時性，同時還會影響到夾具的生產(chǎn)投入量。

(5)流動夾具的投入數(shù)量影響到“夾具流”的流暢性，而且直接影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的運行連續(xù)性、穩(wěn)定性，一旦生產(chǎn)發(fā)生中斷(停產(chǎn)、休息)，夾具的流動就必然要經(jīng)過一段時間才能恢復正常。產(chǎn)品工藝流程越復雜，生產(chǎn)管理系統(tǒng)恢復得就越慢。

(6)生產(chǎn)異常的出現(xiàn)導致加工設備不得不停歇，整體產(chǎn)能會受到影響，“夾具流”的連續(xù)性也會受到影響，對夾具的需求量會增加。

因此，夾具的生產(chǎn)投入量，應結(jié)合車間實際生產(chǎn)工藝、組織管理狀況，在滿足“夾具流”最小需求量的條件下，盡量降低“夾具流”中斷的發(fā)生，并根據(jù)異常出現(xiàn)的頻次、時間消耗的多少來決定夾具的實際投入數(shù)量。

4 “夾具流”精益生產(chǎn)過程分析

精益的夾具投入比，及周轉(zhuǎn)次數(shù)，不僅能有效保證設備的加工利用率，確保產(chǎn)能，降低生產(chǎn)投入成本，同時可以提高車間的精益生產(chǎn)管理水平?！皧A具流”的流動速度越快，夾具的使用頻率越高，產(chǎn)出的經(jīng)濟效益越顯著。

通過對車間某產(chǎn)品CNC加工過程的“夾具流”進行全過程的跟蹤調(diào)研，對工藝流程中裝夾、加工、檢驗等各個環(huán)節(jié)中，流動夾具因加工、等待、異常等停滯的時間進行測量分析，以了解流動夾具在實際生產(chǎn)過程中的有效利用情況。

某車間CNC數(shù)量為240臺，流動夾具投入量為2 400套，夾具投入比為10∶1，產(chǎn)能每班約6 130套產(chǎn)品。流動夾具單班理論平均循環(huán)頻次為，6 130/2 400=2.6次/班，這說明夾具的生產(chǎn)利用率較低，“夾具流”的流動及時性較差。流動夾具平均循環(huán)時間為8 300 s(2.3 h)，其中CNC標準純加工時間為1 200 s，其他工位(檢驗、打標等)所占時間為900 s，物流時間為1 000 s。因此，實際生產(chǎn)中，必要的加工全過程(包括物流)總共需要3 100 s，停滯時間(異常、等待)約占5 200 s，占“夾具流”總時間的63%，而純加工時間(CNC+輔助工序)為2 100 s，占“夾具流”總時間約25%，物流時間占“夾具流”總時間約12%。因此，“夾具流”在產(chǎn)品加工全制程中75%所消耗的時間是無效作業(yè)時間(物流+等待)。

流動夾具在實際生產(chǎn)過程中的分析表明，待加工產(chǎn)品真正處于加工及檢驗等環(huán)節(jié)的時間僅占生產(chǎn)周期的20%～25%，而75%～80%的時間都處于物流搬運，或因各種因素導致“夾具流”停滯的狀態(tài)。通過“夾具流”，了解到車間生產(chǎn)管理存在較大的改善空間。

優(yōu)化“夾具流”，以減少夾具生產(chǎn)投入量，并提高其利用率。具體措施如下:

(1)降低CNC等加工設備異常率，以減少“夾具流”的停滯、斷流的情形發(fā)生。

(2)減少各環(huán)節(jié)中夾具的在制量，尤其是減少CNC旁的待加工夾具的在制數(shù)量，以減少流動夾具排隊等待加工的浪費現(xiàn)象。

(3)減少單次物流量，增加物流人員的物流循環(huán)次數(shù)，降低物流人員的等待，增強物流人員的物流JIT(及時性)意識。

經(jīng)過優(yōu)化改善后，實際滿足“夾具流”順暢流動所需的夾具數(shù)量僅為1 500套，只占原有夾具投入量的6 3%，節(jié)省了900套的夾具。夾具投入比由原來的10∶1，縮小為約6∶1，同時，提高了流動夾具的周轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)，達到了每班循環(huán)4.2次，大大改善了車間資源的合理利用。

夾具與設備的投入比例關系的研究表明，“夾具流”是車間精益生產(chǎn)管理研究的重點。以較小的、合理的夾具投入量，來提升加工設備的利用率，提升車間整體的運行效率，從而實現(xiàn)精益生產(chǎn)管理。因此，合理配置車間資源，讓資源利用率最大化、最合理化，追求最小夾具投入比，及最高的夾具流動循環(huán)次數(shù)是精益生產(chǎn)管理中的關鍵。確保流動夾具在各加工工序生產(chǎn)循環(huán)過程中的及時有效性，既是車間生產(chǎn)管理的一項重要內(nèi)容，也是提高生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益的有效途徑。

5 夾具的車間精益生產(chǎn)管理

在激烈的市場競爭中，企業(yè)必須在技術(shù)開發(fā)、交貨周期和成本控制等方面確立優(yōu)勢，而工裝夾具等資源在車間生產(chǎn)過程中能否得到合理的利用，直接決定了企業(yè)整個生產(chǎn)系統(tǒng)能否正常的運行。提高工裝夾具利用率，提高機床負荷率，降低夾具投入比，從而降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的核心競爭力。

夾具在車間的生產(chǎn)管理中，既要做到供應充足，周轉(zhuǎn)快速，保證工裝夾具供應的及時性和高效性，以避免工裝夾具投放數(shù)量不足，而使整個生產(chǎn)線停產(chǎn)，又要盡可能減少夾具的生產(chǎn)周轉(zhuǎn)數(shù)量。夾具的車間精益生產(chǎn)管理要求體現(xiàn)在以下方面:

(1)降低工裝夾具的生產(chǎn)投入量和消耗量，提高其循環(huán)周轉(zhuǎn)次數(shù)，以較少的工裝投入，取得較大的生產(chǎn)經(jīng)濟效益。

(2)夾具投入量應滿足工藝流程各環(huán)節(jié)的實際生產(chǎn)的最低需求量，確?！皧A具流”的流動順暢。

(3)降低生產(chǎn)異常停滯的頻繁發(fā)生，確保生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定運行。

(4)通過“夾具流”中的過程檢驗，了解夾具對產(chǎn)品加工異常的影響，及時處理不良之流動夾具，并提出對夾具結(jié)構(gòu)及功能的改進要求。

(5)柔性制造系統(tǒng)(如“一拖八”機器人柔性加工系統(tǒng))對工裝夾具的數(shù)量、分配及物流等過程的及時性提出了更高的要求。

(6)均勻分配“夾具流”各工位的負荷狀況，以提高生產(chǎn)率。

(7)工裝夾具確保了產(chǎn)品設計意圖的工藝可執(zhí)行性。而產(chǎn)品信息的準確性，車間生產(chǎn)管理的規(guī)范性，是工裝夾具確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，保證生產(chǎn)正常運行，以及車間精益生產(chǎn)管理的前提。

(8)夾具投入比，是企業(yè)計劃管理、設計開發(fā)、生產(chǎn)調(diào)度、制造與采購、成本核算的重要依據(jù)。因此，慎重確定夾具投入比，并不斷提出精益的目標。

(9)各相關單位(產(chǎn)品開發(fā)、工裝設計、生產(chǎn)管理等)應保持密切溝通、協(xié)作、相互學習是車間要實現(xiàn)精益生產(chǎn)管理的重要保證。

6 結(jié)語

“夾具流”作為產(chǎn)品價值流的一種形式，具有精益管理應用研究價值，對于改變車間實際生產(chǎn)管理中的不良狀況，已經(jīng)取得了較好的經(jīng)濟效益。“夾具流”的精益生產(chǎn)管理水平、技術(shù)進步牽涉到企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、成本和交貨能力，是一項綜合性的工作，需要企業(yè)各部門的重視與配合。“夾具流”的精益生產(chǎn)研究大大提高了車間運行效率及資源利用率，降低了生產(chǎn)成本。因此，對“夾具流”的精益生產(chǎn)研究，既是車間生產(chǎn)管理的一項重要內(nèi)容，也是提升企業(yè)產(chǎn)品競爭力，提高企業(yè)經(jīng)濟效益的有效途徑。

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