電梯配件生產(chǎn)線的柔性化改造

伍偉杰 葉國(guó)杰

(①順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東順德 528000;②廣州奧的斯電梯有限公司，廣東廣州 510425)

當(dāng)前電梯制造企業(yè)G公司所在的國(guó)內(nèi)電梯市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈狀態(tài)。我國(guó)內(nèi)地的電梯廠家規(guī)模已達(dá)410家左右，特別是最近幾年，國(guó)產(chǎn)品牌的電梯發(fā)展迅速，導(dǎo)致整個(gè)電梯市場(chǎng)的價(jià)格戰(zhàn)有愈演愈烈的趨勢(shì)。如何在降低產(chǎn)品價(jià)格的同時(shí)保持企業(yè)的利潤(rùn)成為各大電梯公司的重點(diǎn)課題，除改進(jìn)電梯公司自身的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)能力、改善生產(chǎn)工藝、提高管理效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)之外，如何實(shí)施精益化生產(chǎn)、提高企業(yè)的效率、降低產(chǎn)品的制造周期、提高資金的周轉(zhuǎn)率也成為電梯公司間競(jìng)爭(zhēng)的主要領(lǐng)域。

G公司經(jīng)過(guò)通盤(pán)考慮，決定使用價(jià)值流分析(Value Stream Mapping)工具來(lái)實(shí)施電梯配件機(jī)加工生產(chǎn)線柔性改造(總項(xiàng)目還包括電梯控制柜裝配、扶梯生產(chǎn)等)，對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行分析與改善，實(shí)施效果良好。

1 機(jī)加工生產(chǎn)線的現(xiàn)狀

G公司設(shè)有獨(dú)立的電梯配件機(jī)加工車(chē)間，自主生產(chǎn)關(guān)鍵的、涉及安全的部件，如級(jí)鏈、漲緊架軸、驅(qū)動(dòng)過(guò)渡板等。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工序全流程的分析，將所有部件按照產(chǎn)品族形式進(jìn)行歸納和整理，如表1。

機(jī)加工車(chē)間原有布局按照傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備歸類方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1a。仔細(xì)研究其生產(chǎn)過(guò)程的物料流動(dòng)情況和測(cè)量結(jié)果(以1 000梯級(jí)鏈為例)，如圖1a所示，可以發(fā)現(xiàn):布局非常不合理，物料移動(dòng)距離非常大，設(shè)備共享問(wèn)題處理不當(dāng)，實(shí)際生產(chǎn)中容易處于失控狀態(tài)，從而導(dǎo)致大量浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生。進(jìn)一步使用價(jià)值流分析工具對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析和可視化展示，如圖2，可以看到大量的問(wèn)題:在線庫(kù)存量非常大，導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)30至40天;沒(méi)有科學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)備的共享，都是按照生產(chǎn)指令批量生產(chǎn);信息流太多;工序時(shí)間存在差異，工位之間不平衡等。

2 機(jī)加工生產(chǎn)線的柔性改造

受機(jī)加工車(chē)間生產(chǎn)空間和加工設(shè)備的局限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)專門(mén)的設(shè)備對(duì)應(yīng)加工專門(mén)的產(chǎn)品，所以每臺(tái)加工設(shè)備都需兼顧生產(chǎn)不同產(chǎn)品部件的任務(wù)。以下圍繞關(guān)鍵零件如鏈板、套筒、鏈軸等作案例分析，使用價(jià)值流程圖工具對(duì)機(jī)加工生產(chǎn)線進(jìn)行分析研究與優(yōu)化改造。

表1 自主生產(chǎn)部件產(chǎn)品族及每日需求量

2.1 鏈板加工單元的柔性改造

鏈板加工需要3道工序，分別是鋸切、打磨和鉆孔。經(jīng)統(tǒng)計(jì):機(jī)加工車(chē)間可供使用的設(shè)備資源為2臺(tái)鋸床、2臺(tái)磨床以及1臺(tái)鉆孔機(jī);加工部件及其每天需求量、工序時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間如表2所示。

綜合分析表2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，重新規(guī)劃設(shè)備加工任務(wù)、設(shè)備布局、工作班次:(1)設(shè)計(jì)一臺(tái)鋸床和一臺(tái)磨床專門(mén)負(fù)責(zé)梯級(jí)鏈鏈板部件的生產(chǎn)，另一臺(tái)鋸床和另一臺(tái)磨床進(jìn)行漲緊架軸和主驅(qū)動(dòng)過(guò)渡板的加工，鉆孔機(jī)只需要完成梯級(jí)鏈鏈板的加工任務(wù);(2)根據(jù)工序調(diào)整要求改變加工設(shè)備布局，將其中一臺(tái)鋸床、一臺(tái)磨床和鉆孔機(jī)規(guī)劃在一起，如圖1b，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)操作人員完成2～3道工序工作，減少操作人員配置;(3)由于需要加工的部件數(shù)量較多，日產(chǎn)量為50件，如表2，生產(chǎn)線采用兩個(gè)班次進(jìn)行生產(chǎn)，相關(guān)計(jì)算如下:

每班實(shí)際工時(shí)(Actual Time，AT)為:

式中:P為每班工作時(shí)數(shù)，取8 h;Q為每班休整時(shí)間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取30 min。

每天設(shè)備計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間(Plan Time，PLT)為:

表2 設(shè)備生產(chǎn)部件情況一覽表(鋸床/磨床/鉆孔機(jī))

式中:E為每天班次，這里為2個(gè)班次;f為設(shè)備運(yùn)行率，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況取92%，目的是預(yù)留部分緩沖時(shí)間來(lái)應(yīng)付突發(fā)事件，例如壞機(jī)、停電、不同產(chǎn)品工序之間的差異等，一般取設(shè)備理論運(yùn)行時(shí)間的85% ～95%作為設(shè)備計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間PLT。

計(jì)劃生產(chǎn)節(jié)拍(Takt Time，TT)為:

式中:E為每天班次，這里為2個(gè)班次，S為每天生產(chǎn)量，共50件，見(jiàn)表2。

生產(chǎn)時(shí)間的核算如表3所示，鉆孔機(jī)和鋸床生產(chǎn)能夠滿足每批產(chǎn)品時(shí)間間隙(Every Product Every Inter-val，EPEI)為1天的生產(chǎn)需求，磨床工位經(jīng)過(guò)改善夾具、優(yōu)化工人操作動(dòng)作等措施來(lái)減少換模時(shí)間，達(dá)到EPEI為2天的生產(chǎn)需求。生產(chǎn)線改造后，鋸床工序時(shí)間減少為8min，磨床工序時(shí)間減少為15min，鉆孔機(jī)工序時(shí)間減少為12min，均少于計(jì)劃節(jié)拍時(shí)間(TT)的18min，如圖3，制造周期減少為35min，因此優(yōu)化改造后的鏈板生產(chǎn)單元能夠滿足生產(chǎn)需求。

2.2 套筒加工單元的柔性改造

表3 設(shè)備生產(chǎn)時(shí)間核算表(鋸床/磨床/鉆孔機(jī))

表4 設(shè)備生產(chǎn)部件情況一覽表(銑床/去毛刺機(jī)/熱處理設(shè)備)

套筒加工需要3道工序，分別是銑削、去毛刺和熱處理。經(jīng)統(tǒng)計(jì):機(jī)加工車(chē)間可供使用的設(shè)備資源為1臺(tái)銑床、1臺(tái)去毛刺機(jī)以及1臺(tái)熱處理設(shè)備;加工部件及其每天需求數(shù)量、工序時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)如表4所示。綜合分析表4的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，重新規(guī)劃生產(chǎn)安排如下:

(1)熱處理設(shè)備生產(chǎn)為批量形式，每天的運(yùn)行時(shí)間是1 020 min，每天早上需要50 min的準(zhǔn)備運(yùn)行時(shí)間。為了提高熱處理設(shè)備的使用效率，以及使熱處理設(shè)備很好地與其他加工設(shè)備進(jìn)行配合，在熱處理與其他工位的接口，設(shè)置了超市貨架，使用看板系統(tǒng)，實(shí)行拉動(dòng)式生產(chǎn)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況以及考慮安全庫(kù)存的因素，超市的數(shù)量設(shè)置為8天的庫(kù)存量。圖5是重新規(guī)劃的熱處理設(shè)備每天的生產(chǎn)計(jì)劃。

表5 設(shè)備生產(chǎn)時(shí)間核算表(銑床/去毛刺機(jī)/熱處理設(shè)備)

表6 設(shè)備生產(chǎn)部件情況一覽表(車(chē)床/去毛刺機(jī))

(2)由于套筒生產(chǎn)線需要加工的部件數(shù)量較多，且需要兼顧其他部件的生產(chǎn)，該生產(chǎn)線采用兩個(gè)班次的生產(chǎn)安排，相關(guān)計(jì)算方法與鏈板加工算法一樣，同時(shí)采用平均工序時(shí)間(AWCT)來(lái)解決每道工序需求不一樣的問(wèn)題。在梯級(jí)鏈套筒生產(chǎn)線的每道工序之間，設(shè)立多種類的“先進(jìn)先出(FIFO)”貨架緩沖區(qū)，能夠提供很好的彈性，保持相鄰工序之間的平衡和流暢，便于管理，并能控制其最少的庫(kù)存數(shù)量?！跋冗M(jìn)先出”緩沖區(qū)的數(shù)量與EPEI的間隙時(shí)間對(duì)應(yīng)，在梯級(jí)鏈套筒生產(chǎn)線上的各道工序最大的EPEI間隙時(shí)間是3天，如表5，所以在這條生產(chǎn)線上的“先進(jìn)先出”貨架緩沖區(qū)的數(shù)量設(shè)為3天的使用量。

生產(chǎn)時(shí)間的核算如表5所示，熱處理設(shè)備和去毛刺設(shè)備滿足EPEI為1天的生產(chǎn)需求，銑床工位經(jīng)過(guò)改善夾具、優(yōu)化工人操作動(dòng)作等措施來(lái)減少換模時(shí)間，達(dá)到EPEI為3天的生產(chǎn)需求。生產(chǎn)線改造后，熱處理平均工序時(shí)間為126 min，去毛刺平均工序時(shí)間為18.7 min，銑床平均工序時(shí)間為29 min，均少于相應(yīng)的計(jì)劃節(jié)拍時(shí)間，如圖4，因此優(yōu)化改造后的套筒生產(chǎn)單元能夠滿足生產(chǎn)需求。

2.3 鏈軸加工單元的柔性改造

鏈軸加工需要兩道工序，分別是車(chē)削和去毛刺。經(jīng)統(tǒng)計(jì):機(jī)加工車(chē)間可供使用的設(shè)備資源為兩臺(tái)數(shù)控車(chē)床以及一臺(tái)去毛刺機(jī)器;加工部件及其每天需求數(shù)量、工序時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)如表6所示。

綜合分析表6的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，鏈軸加工相對(duì)簡(jiǎn)單，改造措施與鏈板、套筒生產(chǎn)一樣，重新規(guī)劃如下:(1)1000型梯級(jí)鏈部件生產(chǎn)量最大，因此設(shè)計(jì)使用一臺(tái)數(shù)控車(chē)床專門(mén)負(fù)責(zé)1000型梯級(jí)鏈部件的生產(chǎn)，并使用手工方式去毛刺(另一臺(tái)數(shù)控車(chē)床和去毛刺機(jī)器生產(chǎn)其它部件);(2)在數(shù)控車(chē)床加工的時(shí)間段，車(chē)床操作人員同時(shí)進(jìn)行去毛刺工作，從而精簡(jiǎn)為一名操作人員完成兩道工序的工作;(3)根據(jù)工序調(diào)整改變加工設(shè)備布置，如圖1b，將其中一臺(tái)數(shù)控車(chē)床和手工去毛刺工位規(guī)劃在一起。

該生產(chǎn)單元改造后，車(chē)削工序時(shí)間減少為25 min，去毛刺工序時(shí)間減少為30 min，均小于計(jì)劃節(jié)拍時(shí)間37.5 min;而總體工序時(shí)間減少為30 min，制造周期時(shí)間減少為55 min，因此優(yōu)化改造后的鏈軸生產(chǎn)單元能夠滿足生產(chǎn)需求。

3 機(jī)加工生產(chǎn)線的優(yōu)化效果

綜合上述的優(yōu)化方案，對(duì)設(shè)備進(jìn)行重新規(guī)劃，機(jī)加工車(chē)間布局做相應(yīng)的調(diào)整，如圖1b，不同的部件生產(chǎn)線均規(guī)劃成單元化的結(jié)構(gòu)，物料流動(dòng)在單元化的各生產(chǎn)工位之間實(shí)現(xiàn)單件流動(dòng)方式。整體的物料移動(dòng)距離比改善前大大減少，經(jīng)過(guò)估算，物料的移動(dòng)距離由原來(lái)的856.6 m減少到498.1 m，減少的幅度為41.9%。操作員工由具備多技能的技工負(fù)責(zé)，使生產(chǎn)可以靈活多變，解決之前批量生產(chǎn)所帶來(lái)的種種問(wèn)題。

機(jī)加工生產(chǎn)線后續(xù)的工序是子系統(tǒng)預(yù)裝、噴漆、裝配、調(diào)整等工位，基本沒(méi)有使用加工設(shè)備，改善要點(diǎn)是在各道工序之間設(shè)立“先進(jìn)先出”貨架緩沖區(qū)，起平衡工序的作用，改善后的機(jī)加工生產(chǎn)線價(jià)值流程圖如圖6所示。

生產(chǎn)線經(jīng)過(guò)柔性化改造后，通過(guò)對(duì)工序的優(yōu)化，在線庫(kù)存大幅減少，產(chǎn)品制造效率明顯提升，平均生產(chǎn)周期時(shí)間下降了52%，物料的移動(dòng)距離減少了41.9%，操作人員數(shù)量減少了40%，如表7。

表7 機(jī)加工生產(chǎn)線柔性改造前后對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)G公司各部門(mén)的協(xié)調(diào)努力，運(yùn)用價(jià)值流程圖分析工具對(duì)機(jī)加工生產(chǎn)線進(jìn)行分析與柔性化改造，合理規(guī)劃和布局加工設(shè)備，解決了生產(chǎn)線涉及很多設(shè)備共享的新課題，使生產(chǎn)線能夠適應(yīng)多品種、變化大的柔性化生產(chǎn)，大大提高了機(jī)加工生產(chǎn)的效率和物料周轉(zhuǎn)率，降低了運(yùn)營(yíng)成本，使公司能夠更有優(yōu)勢(shì)地面對(duì)越來(lái)越激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

［1］周延虎，何楨.傳統(tǒng)精益生產(chǎn)方式的缺陷與改進(jìn)［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，21(4).

［2］張宇，金壽松，馮定忠，等.基于價(jià)值流圖的齒輪生產(chǎn)線分析與改善［J］.成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2012，29(3).

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