快速換產(chǎn)在鍛造車間的應(yīng)用探索

文／李澤全，張毅峰，孫岳，繆鋒·中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司

快速換產(chǎn)在鍛造車間的應(yīng)用探索

文／李澤全，張毅峰，孫岳，繆鋒·中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司

本文以快速換產(chǎn)為目標(biāo)，結(jié)合鍛造車間產(chǎn)品的特點(diǎn)和生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)行換模作業(yè)存在的問(wèn)題，根據(jù)快速換產(chǎn)的核心理念和方法，提出了鍛造車間實(shí)現(xiàn)快速換產(chǎn)的方法和思路。

在精益生產(chǎn)理論應(yīng)用日臻廣泛的今天，快速換產(chǎn)作為精益生產(chǎn)的核心工具之一，正得到越來(lái)越多的研究和關(guān)注?？焖贀Q產(chǎn)是由豐田汽車的工業(yè)工程師新鄉(xiāng)重夫（Shigeo Shingo）博士于1969年提出。因?yàn)椴捎眠@種方法可以把換模時(shí)間降低到10分鐘以下，所以Shingo博士將其也稱為單個(gè)分鐘換模。在其后豐田的另一位工藝專家大野耐一又提出了換模時(shí)間向秒挑戰(zhàn)的主張，并使日本的一些汽車工廠的換模時(shí)間發(fā)展到以秒來(lái)計(jì)算。但直到20世紀(jì)80年代快速換產(chǎn)在西方世界得到推廣后，人們才對(duì)此有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

快速換產(chǎn)是企業(yè)在完成精益基礎(chǔ)文化建設(shè)，基本實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)式生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變后實(shí)施小批量生產(chǎn)以降低庫(kù)存必不可少的一個(gè)工作模塊。目前，隨著鍛造車間產(chǎn)品“小批量、多品種”柔性制造特點(diǎn)的凸顯，先前推動(dòng)式生產(chǎn)方式在設(shè)備利用率、庫(kù)存、成本、交付期等方面的不適應(yīng)性就體現(xiàn)了出來(lái)。在這樣的背景下，我們?cè)诳焖贀Q產(chǎn)技術(shù)上開始了不斷的應(yīng)用探索，著力實(shí)現(xiàn)鍛造車間快速換產(chǎn)的目標(biāo)。

快速換產(chǎn)概念

Shingo博士通過(guò)研究豐田汽車的模具更換過(guò)程，發(fā)現(xiàn)模具的更換過(guò)程可以分為內(nèi)換模作業(yè)（即必須在機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)方可進(jìn)行的換型內(nèi)容）和外換模作業(yè)（即在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)亦可進(jìn)行的換型內(nèi)容）。內(nèi)換模作業(yè)時(shí)，機(jī)器必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，如更換模具本身等；外換模時(shí)，機(jī)器仍然可以運(yùn)轉(zhuǎn)，不影響正常的產(chǎn)出，如準(zhǔn)備工具、清理模具等。因換模時(shí)間沒(méi)有進(jìn)行生產(chǎn)，沒(méi)有創(chuàng)造價(jià)值，故模具的更換是一種浪費(fèi)。而快速換產(chǎn)的核心理念就是將內(nèi)部換模作業(yè)向外部換模作業(yè)轉(zhuǎn)移，并對(duì)內(nèi)部換模作業(yè)和外部換模作業(yè)進(jìn)行不斷地優(yōu)化和改善，把產(chǎn)品模具的切換時(shí)間縮減到最短，且處于最小浪費(fèi)狀態(tài)。

鍛造車間現(xiàn)狀分析

圖1統(tǒng)計(jì)圖表是鍛造車間近3年同期換產(chǎn)頻次統(tǒng)計(jì)情況，通過(guò)表格我們可以清楚的看出同期的換產(chǎn)頻次是逐年上升的，尤其是2017年，換產(chǎn)頻次陡增。從圖2產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)圖表可以看出同期的產(chǎn)量沒(méi)有顯著的增長(zhǎng)。以4月份為例，2017年的產(chǎn)量相比2015年和2016年增長(zhǎng)8%左右，而2017年的換產(chǎn)頻次卻比2015年和2016年增加60%以上。在產(chǎn)量沒(méi)有明顯變化的情況下，換產(chǎn)的頻次出現(xiàn)如此大的變化說(shuō)明產(chǎn)品類型的增加和（或）產(chǎn)品批量的減少。2015年、2016年換產(chǎn)頻次相對(duì)較低，車間換產(chǎn)壓力不算大。但2017年以來(lái)?yè)Q產(chǎn)頻次已然加大，換產(chǎn)效率低下的情況已經(jīng)很大程度地影響到了車間生產(chǎn)對(duì)訂單的響應(yīng)速度，即一旦出現(xiàn)重大的生產(chǎn)異常，幾乎無(wú)法滿足產(chǎn)品交付期。另外，換產(chǎn)效率低下也使得車間主設(shè)備PZS1050f電動(dòng)螺旋壓力機(jī)停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，等待浪費(fèi)嚴(yán)重，設(shè)備利用率不高，根本沒(méi)有充分發(fā)揮出其應(yīng)有的價(jià)值。

圖1 近3年車間換產(chǎn)頻次統(tǒng)計(jì)圖

圖2 近3年車間產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)圖

現(xiàn)行換產(chǎn)流程分析

快速換產(chǎn)理論中指出，區(qū)分內(nèi)外換產(chǎn)作業(yè)的重要依據(jù)是停機(jī)與否。我們以換模流程為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行根本性、創(chuàng)新性的思考和分析，努力使現(xiàn)有流程柔和的改進(jìn)以符合變革目標(biāo)的需要。從圖3中不難看出，現(xiàn)行的換模流程中幾乎全部是內(nèi)部換產(chǎn)時(shí)間，大量的準(zhǔn)備工作在機(jī)器停機(jī)后才開始，并且很多的操作是串行完成，這就造成了拉動(dòng)式生產(chǎn)模式下仍存在著較長(zhǎng)的換模時(shí)間。

那么如何來(lái)縮減換產(chǎn)時(shí)間，快速換產(chǎn)理論中列出了三個(gè)步驟：第一，區(qū)分內(nèi)部和外部換產(chǎn)作業(yè)，在機(jī)器生產(chǎn)其他批次的產(chǎn)品時(shí)而不是在停機(jī)后完成外部換產(chǎn)作業(yè)；第二，盡量將內(nèi)部換產(chǎn)作業(yè)轉(zhuǎn)化為外部換產(chǎn)作業(yè)，以使內(nèi)部換產(chǎn)作業(yè)也能在機(jī)器生產(chǎn)其他批次的產(chǎn)品時(shí)完成；第三，不斷改進(jìn)或優(yōu)化組成內(nèi)部換產(chǎn)作業(yè)和外部換產(chǎn)作業(yè)的因子。

圖3 車間現(xiàn)行的換模流程

改善思路和方法

在區(qū)分了現(xiàn)行換模流程中的內(nèi)部和外部換產(chǎn)作業(yè)后，我們按照快速換產(chǎn)的方法和核心理念，主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的改進(jìn)和構(gòu)想：

⑴制定目標(biāo)換模流程（圖4）。

圖4 車間目標(biāo)換模流程

目標(biāo)換產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)的前提是車間再購(gòu)置一套標(biāo)準(zhǔn)模板和模架，這樣可以通過(guò)成立專門的換產(chǎn)小組，按照規(guī)定的換產(chǎn)流程和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)要求，提前做好工具準(zhǔn)備、B模具的出庫(kù)、加熱、安裝等外換產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容，并確保內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)開始后萬(wàn)無(wú)一失。當(dāng)主設(shè)備停機(jī)卸除、轉(zhuǎn)運(yùn)完A模具后，可立即轉(zhuǎn)運(yùn)、安裝B模具，完成內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容并開機(jī)繼續(xù)生產(chǎn)。而A模具后續(xù)的拆解、清潔、吊運(yùn)入庫(kù)等工作均由換產(chǎn)小組在設(shè)備開機(jī)后再完成。此改進(jìn)構(gòu)想將大部分的內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)轉(zhuǎn)化為外換產(chǎn)作業(yè)，車間平均換模時(shí)間也可由原來(lái)的100min縮減到30min以內(nèi)。此外，我們將進(jìn)一步探索方法來(lái)降低因換模造成的停機(jī)損失，提升生產(chǎn)的快速應(yīng)變能力，使人員得以充分利用，生產(chǎn)效率和機(jī)臺(tái)開動(dòng)率得以提升。

⑵優(yōu)化模具管理。為了滿足快速換產(chǎn)的需要，我們首先依據(jù)模具自重、取用頻次、搬運(yùn)便利性等對(duì)存儲(chǔ)區(qū)域重新布局，有效實(shí)現(xiàn)模具的定置化管理（圖5）；其次設(shè)計(jì)了逆向的U形模具管理板塊（圖6），規(guī)范了模具的流轉(zhuǎn)程序，減少了物流搬運(yùn)浪費(fèi)；最后將模具的在庫(kù)狀態(tài)、維修狀態(tài)、所在區(qū)域等信息通過(guò)看板實(shí)現(xiàn)目視化管理，并編制了模具維修、模具檢測(cè)、模具裝配等重要環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書。通過(guò)以上三方面的改進(jìn)，我們成功建立了科學(xué)而有效的模具管理機(jī)制，優(yōu)化了外部換產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容。

圖5 模具定置化管理

圖6 U形模具管理布局

⑶設(shè)備TPM管理。設(shè)備維護(hù)作為快速換產(chǎn)的前期準(zhǔn)備工作（即外換產(chǎn)作業(yè)）及過(guò)程的重要保障．我們從兩個(gè)方面進(jìn)行有效管控：①培養(yǎng)了重點(diǎn)設(shè)備應(yīng)急維修相關(guān)方，合理儲(chǔ)備了關(guān)鍵零部件，能夠立即對(duì)出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行維修；②制定了全面的生產(chǎn)維修(TPM)計(jì)劃，包括定期進(jìn)行預(yù)防性維修。我們每月對(duì)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行定期現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、判斷，確定設(shè)備的技術(shù)狀況。通過(guò)對(duì)設(shè)備的動(dòng)態(tài)管理和預(yù)知性維修，把停產(chǎn)時(shí)間降至最低。

⑷工具精益化管理。換模前工具的完好情況、工具的擺放位置情況、工具的使用搭配等均是快速換產(chǎn)中外換產(chǎn)作業(yè)的重要因子。若工具管理缺乏有效性、實(shí)時(shí)性、計(jì)劃性，便會(huì)使重復(fù)的搬運(yùn)時(shí)間增加，尋找等待的時(shí)間增加，而恰恰這兩項(xiàng)時(shí)間又是整個(gè)換模過(guò)程里浪費(fèi)時(shí)間最長(zhǎng)、占比最大的。因此，我們對(duì)換模時(shí)所用的工具、螺栓、定位銷、頂桿、承擊塊等分門別類地上架定置管理，并用銘牌將工具的規(guī)格逐個(gè)標(biāo)識(shí)，全面實(shí)現(xiàn)目視化管理。另外，專門配備了工具小車，將換模所用的工具分層分格，全面地、系統(tǒng)地、集中性地轉(zhuǎn)移至換模區(qū)，從根本上消除來(lái)回跑動(dòng)拿取工具產(chǎn)生的浪費(fèi)。

結(jié)論

實(shí)現(xiàn)鍛造車間的快速換產(chǎn)，首先采用快速換產(chǎn)技術(shù)對(duì)換模流程進(jìn)行剖析，盡可能的變內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)為外換產(chǎn)作業(yè)。然后再利用精益理念和方法分別對(duì)內(nèi)換產(chǎn)作業(yè)和外換產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化。最后通過(guò)作業(yè)指導(dǎo)書將操作規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、穩(wěn)定化。本文就是結(jié)合自身車間的特點(diǎn)，找出了適合自身發(fā)展的快速換產(chǎn)模式。筆者將持續(xù)探索和研究，以期進(jìn)一步縮短車間換模時(shí)間，建立操作性較強(qiáng)的實(shí)施模式并取得更顯著的效果。