基于價值流圖的機翼安裝工位精益化研究

□ 陳 韜 □ 余建波

同濟大學 機械與能源工程學院 上海 201804

1 研究背景

價值流是產(chǎn)品自身生產(chǎn)過程中的全部活動，包括從供應商到顧客的整個生產(chǎn)過程［1］。價值流分析注重在一個企業(yè)的產(chǎn)品價值增值過程中，剔除不創(chuàng)造價值的步驟，避免時間、人員和物料等資源的浪費［2］。價值流圖析作為精益生產(chǎn)的一個強有力工具，可以把精益思維的基本原則融于改進實施過程之中，幫助企業(yè)進行系統(tǒng)化、持續(xù)化改進，為后續(xù)精益改善提供依據(jù)和方向［3］。價值流圖析應用的基本步驟為：① 選定產(chǎn)品系列，繪制價值流現(xiàn)狀圖；②繪制可預期的價值流未來圖；③制訂相應的工作計劃。很明顯，繪制整個過程的價值流現(xiàn)狀圖，以及合理繪制價值流未來圖是進行精益制造的關鍵［4］。

基于精益思想的飛機移動式裝配生產(chǎn)線已成為飛機生產(chǎn)新模式，移動式裝配線是長期精益實踐的成果，也是精益制造的深化，在航空制造企業(yè)中得到廣泛應用［5］。筆者采用價值流圖分析的方法，針對飛機裝配生產(chǎn)線中機翼系統(tǒng)安裝工位協(xié)調復雜、工序煩瑣的特點進行分析，制定改善方法。

2 企業(yè)現(xiàn)狀分析

S公司承擔某型號飛機總裝工作。民用飛機的總裝制造包括機身對接、翼身對接、翼上活動部件安裝、全機系統(tǒng)裝配和功能試驗等環(huán)節(jié)，機翼活動面及系統(tǒng)安裝工位（簡稱K2工位）是其中完成機翼上零件裝配和測試的一個環(huán)節(jié)。

K2工位主要工作是在全機翼身對接工位前，完成機翼上的活動面、飛控系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、線纜等安裝。不同系統(tǒng)間協(xié)調復雜，分布工序煩瑣，按現(xiàn)有生產(chǎn)線流程工作，不能滿足結構對接工位的時間需求。對接工位中沒有專門設置工裝，因此不僅產(chǎn)品質量難以保證，而且剩余工作的完成效率也會受到很大影響，對人員的調配也帶來不利影響。S公司已進入批產(chǎn)階段，希望能提升K2工位的工作效率，在規(guī)定時間內完成全部工作，無剩余工作內容保留至全機翼身對接工位。

3 價值流圖分析步驟

價值流圖作為精益生產(chǎn)的一個有效工具和方法，可以在一定范圍內對企業(yè)管理方式進行創(chuàng)新和改革，并形成完善的價值流信息。對這些信息進行全面分析，找到生產(chǎn)過程中存在的不足，采取有效改進措施去完善產(chǎn)品生產(chǎn)流程［6-7］。為提升K2工位的工作效率，筆者采取價值流圖的工具，通過策劃、實施、檢查、處理管理循環(huán)，由以下步驟來實施優(yōu)化。生產(chǎn)線改善方法循環(huán)如圖1所示。

（1）選擇K2工位生產(chǎn)線作為分析目標。繪制價值流現(xiàn)狀圖，通過系統(tǒng)分析，識別瓶頸，消除浪費，并納入裝配過程的改進，設計出新的價值流圖。

（2）基于精益生產(chǎn)思想，對生產(chǎn)線進行改造，設計價值流未來圖。

（3）分析改善方案效果，評估結果。

（4）如果對結果不滿意，就返回到計劃階段。如果對結果滿意，則基于解決方案制訂相應的工作計劃，實施價值流未來圖。

▲圖1 生產(chǎn)線改善方法循環(huán)

4 K2工位生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析

4.1 K2工位布局

K2工位采用傳統(tǒng)的直線流水線，機翼作為安裝主體，擺放在機翼轉運小車上依次向下流轉，各活動面和系統(tǒng)成品零件依次擺放在流水線的兩側。從機翼進入K2工位開始安裝到出K2工位，一直是以半成品的形態(tài)在流水線上移動。K2工位生產(chǎn)線流程圖如圖2所示。由于流水線較長，使機翼的運輸時間延長。直線流水線并沒有考慮到各個零件并行安裝的情況，使后續(xù)流程零件需要安裝時，必須從較遠的位置取來，也占用了大量不必要的時間。從精益生產(chǎn)的角度而言，這類不能創(chuàng)造價值的運輸應予以消除。

4.2 價值流現(xiàn)狀圖分析

根據(jù)K2工位生產(chǎn)線流程，運用價值流圖中特定的符號及相關數(shù)據(jù)，繪制出K2工位在生產(chǎn)線中的價值流現(xiàn)狀圖，如圖3所示。圖3中的特征參數(shù)有加工周期、換型時間、時間利用率、實際可用時間、操作人員數(shù)和班次等。增值時間指產(chǎn)品在裝配過程中增加價值的時間，非增值時間指產(chǎn)品在生產(chǎn)周期內除了增值時間以外的所有時間，包括工位換型時間、轉工位運輸時間、零件尋找時間等。

▲圖2 K2工位生產(chǎn)線流程圖

▲圖3 K2工位價值流現(xiàn)狀圖

對價值流現(xiàn)狀圖中的數(shù)據(jù)進行分析，計算出K2工位生產(chǎn)裝配價值流的增值時間AT和非增值時間UT：

式中：CTi為第 i道工序的加工周期，h；CTi′為第 i道工序到i+1道工序間的時間間隔，d。

計算增值比Z：

K2工位是一個大型復雜結構的裝配，因此非增值時間內包含了必要的子裝配件裝配流程。根據(jù)取消、合并、調整、 簡化原則［8-10］，采用 5W1H對 K2工位生產(chǎn)線流程進行分析，找出生產(chǎn)線工作效率低的原因。

（1）工序生產(chǎn)時間不平衡。各個功能性系統(tǒng)的成品件在安裝中非增值時間較多，發(fā)生缺件情況時會導致成品件在各工段間交叉運輸。因此，采用精益生產(chǎn)的工具對工序進行合理拆分重組，達到平衡生產(chǎn)線的目的。

（2）活動面在安裝前，需要預先對子部件在線下進行分解組合。這部分工作會造成生產(chǎn)線在制品等待時間較長，需要利用精益生產(chǎn)思想來進行調整。

（3）生產(chǎn)線布局不合理，直線形布局占地面積大。

5 價值流未來圖

分析以上問題，發(fā)現(xiàn)減少在制品數(shù)量，平衡生產(chǎn)線各工序時間，縮短生產(chǎn)周期，使各工序做到按需生產(chǎn)是解決問題的關鍵。筆者結合精益生產(chǎn)思想和工業(yè)工程具體方法，提出以下解決方案，并繪制價值流未來圖。

針對生產(chǎn)線流程過長，導致總時間難以控制，在制品容易堆積的問題。利用取消、合并、調整、簡化原則，盡可能合并崗位，將部分子裝配件的工序設計成并行方式。采用并行工程思想對裝配順序進行調整［11］，以活動面安裝為主線，穿插并行開展除飛控系統(tǒng)外的其它系統(tǒng)安裝工作。飛控系統(tǒng)安排在活動面安裝完成后進行，這樣可以減少生產(chǎn)線工序總數(shù)，解決一定的工序平衡問題。

對整個生產(chǎn)線布局進行了重新設計，結合并行工作需要，將K2工位安裝的零部件按活動面和系統(tǒng)成品件區(qū)分開，改進后的K2工位生產(chǎn)線流程如圖4所示?；顒用嫘枰蓪ｉT的運輸工裝放置，占地面積較大。系統(tǒng)成品件可以直接存放在一個貨架上，通過物流小車配送，減小使用面積。將生產(chǎn)線由原來的直線形更改為U形布置，可以有效減小占地面積。同時，在安裝過程中可以直接從生產(chǎn)線內的貨架上取用系統(tǒng)件，消除尋找和運輸?shù)睦速M。

▲圖4 改進后K2工位生產(chǎn)線流程

各個功能系統(tǒng)件安裝的非增值時間長，主要是由于成品件安裝后的密封膠24 h才能干膠，所需時間比較長，在這期間，附近區(qū)域不能安排工作。另外，成品件品種和類別繁多，由物流配送到現(xiàn)場后，在安裝時用于零件核實及安裝尋找的時間較多。因此，通過采用精益提案，制造了密封膠未干時的保護工裝，完成涂膠工作后安裝保護工裝，可以繼續(xù)開展此區(qū)域的其它工作。設置標準化配送盒，根據(jù)不同工卡配送的零件，由物流按照配送通知單直接放置在相應的盒子內，能有效減少尋找的時間浪費。配送盒內零件取走后，物流收回盒子用以下一次配送，循環(huán)使用。

活動面安裝的非增值時間過長，主要是由于操作人員在活動面安裝前，需要先將活動面運動機構的次級部件預裝配，再在機翼上與活動面通過緊固件連接安裝。通過工藝優(yōu)化，將零件模塊化，運動機構分工由供應商先行完成組裝后交付，剩余連接緊固件單獨交付。這樣，在K2工位安裝時，只需要完成緊固件連接安裝工作即可。

根據(jù)上述改進方案，繪出K2工位價值流未來圖，生產(chǎn)流程采用先進先出，如圖5所示。

6 改善實施效果分析

對價值流未來圖中的數(shù)據(jù)進行分析，計算出K2工位生產(chǎn)裝配價值流的增值時間AT和非增值時間UT：

計算增值比Z：

▲圖5 K2工位價值流未來圖

改善后K2工位生產(chǎn)線的裝配狀況得到了有效提升：增值時間由原來的15.5 h縮短到13 h，減少了16.13%；不增值的等待時間從30.25 d縮短到22.25 d，減少了26.44%；增值比由原來的6.02%提高到6.81%；生產(chǎn)周期由原來的32.19 d減少至23.88 d；操作人員由原來的41人減少至35人；生產(chǎn)線占用面積由300 m2減小至240 m2。可見，生產(chǎn)線平衡問題得到一定程度的改善。

7 結束語

基于價值流圖析技術，發(fā)現(xiàn)浪費和不合理的因素，同時結合精益生產(chǎn)相關方法對飛機裝配生產(chǎn)線上的機翼活動面及系統(tǒng)安裝工位進行了研究，在裝配周期、裝配效率方面有一定改善。價值流圖改善活動的目的是消除浪費，縮短裝配周期，進而提高綜合效率，提升企業(yè)能力和市場競爭力。從應用效果看，所制訂的改善方案是有效的，推廣在飛機裝配生產(chǎn)線的應用也是可行的。通過應用價值流圖找出工序瓶頸，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，對于飛機總裝而言有積極意義。