發(fā)動機(jī)裝配線換型時(shí)間改善*

呂 寧 周炳海

（同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海201804）

國內(nèi)汽車行業(yè)經(jīng)過近 30年的高速發(fā)展逐步進(jìn)入成熟期，隨著家庭轎車普及率的提高以及各汽車廠商價(jià)格的下探，國內(nèi)汽車企業(yè)車型的更新不斷提速、競爭愈發(fā)激烈，而消費(fèi)者的個(gè)性化需求不斷提高，因此倒逼汽車企業(yè)加速推出新車型和降低成本。改善制造過程、挖掘潛力、杜絕浪費(fèi)成了眾多廠商降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品競爭力的主要目標(biāo)。

汽車廠商降低生產(chǎn)成本通常會采取自動化程度改造和精益生產(chǎn)改善。自動化改造需要購置自動化設(shè)備,不僅需要投入大量資金，而且采購設(shè)備的周期較長，而精益生產(chǎn)改善相比之下是低投入、見效快，同時(shí)可以同步提升質(zhì)量、生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)和減低員工勞動強(qiáng)度。

精益生產(chǎn)(Lean Production)是一種以客戶需求為拉動，不斷降低生產(chǎn)成本，做到零廢品、零庫存和產(chǎn)品品種多樣化，它的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)客戶對時(shí)間和價(jià)值的要求，以科學(xué)合理的制造體系為客戶帶來增值的生產(chǎn)活動，縮短生產(chǎn)周期，從而提高企業(yè)適應(yīng)市場巨變的能力[1]。

W公司是一家轎車生產(chǎn)企業(yè)，下屬工廠覆蓋汽車零部件、發(fā)動機(jī)、變速器的制造和整車裝配四大工藝，在全世界擁有數(shù)十個(gè)生產(chǎn)基地，因此，精益生產(chǎn)的落地及推廣，對W公司意義重大。

本文以 W 公司的一條雙平臺混線生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線為研究對象，應(yīng)用“方法研究”分析技術(shù)進(jìn)行工作研究，對生產(chǎn)線OEE影響的主要因素—產(chǎn)品換型的影響進(jìn)行分析、研究，充分使用 ECRS、時(shí)間研究（Time Study）等理論，通過進(jìn)行SMED改善，將大量換型過程中的內(nèi)部時(shí)間轉(zhuǎn)化為外部時(shí)間，從而達(dá)到減少產(chǎn)品換型對生產(chǎn)的影響、提升OEE的目的?！胺椒ㄑ芯俊笔侵笇ΜF(xiàn)有的或擬議的工作（加工、制造、裝配、操作）方法進(jìn)行系統(tǒng)的記錄和嚴(yán)格的考查，作為開發(fā)和應(yīng)用更容易、更有效的工作方法以及降低成本的一種手段[2]。

1 SMED

將換型時(shí)間定義為：從上一個(gè)品種的最后一件合格產(chǎn)品到下一個(gè)品種首件合格產(chǎn)品之間的時(shí)間段稱之為換型時(shí)間。由于這部分時(shí)間不產(chǎn)生價(jià)值，因此屬于需要消除的浪費(fèi)，但生產(chǎn)線及生產(chǎn)設(shè)備的柔性化能更好的適應(yīng)市場變化，因此，在頻繁換型不可避免的情況下，快速換型成為各大制造型企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。而20世紀(jì)50年代誕生的SMED技術(shù)順應(yīng)了市場潮流，成為廣大企業(yè)實(shí)施精益生產(chǎn)中主要的的內(nèi)容之一。

SMED快速換模（Single Minite Exchange of Die），是日本豐田汽車公司工業(yè)工程師新鄉(xiāng)重夫（Shigeo Shingo）博士首創(chuàng)[3]，這種方法通過縮短產(chǎn)品的換模時(shí)間、設(shè)備啟動時(shí)間和設(shè)備調(diào)整時(shí)間，從而達(dá)到有效縮短產(chǎn)品切換時(shí)間、提高設(shè)備利用率和提高人員作業(yè)效率的目的[4]。SMED是一套應(yīng)對多品種、小批量、降低庫存、提高生產(chǎn)系統(tǒng)快速反應(yīng)能力的實(shí)用技術(shù)，其關(guān)鍵點(diǎn)是通過觀察、統(tǒng)計(jì)，將換型時(shí)間歸為內(nèi)部時(shí)間和外部時(shí)間兩類，其中內(nèi)部時(shí)間是需要停機(jī)的時(shí)間，即影響生產(chǎn)的時(shí)間，而外部時(shí)間則不會影響生產(chǎn)時(shí)間，因此，將內(nèi)部時(shí)間盡可能的轉(zhuǎn)換為外部時(shí)間成為SMED的核心[5-7]。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 生產(chǎn)線問題調(diào)查

W公司發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線具備兩個(gè)平臺發(fā)動機(jī)生產(chǎn)能力，設(shè)計(jì)節(jié)拍70 s，產(chǎn)能可達(dá)30萬臺/年，即25000臺/月。隨著產(chǎn)品的SOP并批量投放市場，市場需求不斷增加，W公司的發(fā)動機(jī)產(chǎn)量始終維持在20 000臺左右難以提升，始終難以達(dá)到設(shè)計(jì)節(jié)拍。雙平臺發(fā)動機(jī)裝配線流程圖如圖1所示，虛線表示相同工位的工藝差異，未包含線外的Ⅲ工段。

圖1 雙平臺發(fā)動機(jī)裝配線工藝流程圖

W 公司目前實(shí)行 2班制，10小時(shí)/班，26天/月，月產(chǎn)量可以達(dá)到：

P1=(10×60×60×2)/70=1028 臺/天

P=1028×26×80%=21382 臺/月

如單純延長員工工作時(shí)間，長此以往嚴(yán)重?fù)p害員工身心健康，如補(bǔ)充人員實(shí)行三班制或?qū)嵭休啌Q休息制度以延長生產(chǎn)時(shí)間，可以達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，但短時(shí)間內(nèi)招聘大量的操作人員并迅速上崗不僅非常困難，而且成本和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)較大。因此，經(jīng)過分析后W公司決定提升OEE來提升產(chǎn)量。

X=（25000/26/72000×70）×100%=93.5%

根據(jù)測算發(fā)動機(jī)裝配線的OEE需要達(dá)到93.5%才能確保產(chǎn)量達(dá)到25000臺/月。

根據(jù)對前6個(gè)月的統(tǒng)計(jì)，發(fā)動機(jī)裝配線的OEE實(shí)際僅為80%，具體損失比例如表1和圖2所示。

表1 OEE損失比例表(改善前)

圖2 OEE損失比例圖(改善前)

2.2 目標(biāo)設(shè)定

從圖1中可以看出換型損失是裝配線OEE中損失最大的一項(xiàng)，占整個(gè) OEE損失的 75%。因此減少換型損失，成為W公司發(fā)動機(jī)裝配線提升OEE水平的主要改善目標(biāo)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，為滿足整車廠的需求和庫存水平，發(fā)動機(jī)裝配線平均每班換型1次，每天需要換型2次，每次90分鐘左右，每天換型損失就是180分鐘，全月?lián)p失達(dá) 4680分鐘。為確保整體 OEE達(dá)到93.5%，換型損失必須控制在1.5%以內(nèi)，損失占比由75%下降為23%，由4680分鐘/月減少為468分鐘/月。

2.3 換型流程

主要包括8大步驟：

(1)換型前放1個(gè)空托盤，目是的擺放標(biāo)識新機(jī)型標(biāo)識，避免誤裝；

(2)人員變動。有15名員工在機(jī)型切換時(shí)需要變動崗位，甚至切換的崗位彼此離得比較遠(yuǎn)，該項(xiàng)工作的瓶頸工序大約需要15分鐘。同時(shí)，該類型崗位對員工技能要求較高，但實(shí)際員工培訓(xùn)略顯不足，如表2所示。

表2 換型后人員變化表

(3)切換物料。換型時(shí)更換物料，操作員工需檢查物料狀態(tài)、記錄批次、清點(diǎn)數(shù)量以及將料架和料盒放在相應(yīng)的位置。這項(xiàng)工作比較繁瑣，以瓶頸工序?yàn)榛鶞?zhǔn)，需要20分鐘。

(4)切換工具、工裝。簡單的來說，就是將不用的工具工裝收起來，把需要用的拿出來，這項(xiàng)工作的瓶頸工序需要10分鐘。

(5)設(shè)備換型。設(shè)備換型主要是指兩個(gè)平臺共用的設(shè)備但工裝不一樣需要更換、調(diào)整，甚至有些測試工序需要重新標(biāo)定、調(diào)整，此項(xiàng)工作的瓶頸工序換型需要50分鐘，如表3所示。

表3 需換型設(shè)備損失時(shí)間表

(6)防錯(cuò)驗(yàn)證。主要是在開班、換型或設(shè)備調(diào)整后對防錯(cuò)裝置的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，確保防錯(cuò)運(yùn)行有效[7]，該項(xiàng)工作在瓶頸工序需要3分鐘。

(7)首檢。需要3分鐘。

(8)換型記錄的填寫。該項(xiàng)工作需要2分鐘。

2.4 換型區(qū)分內(nèi)外部時(shí)間（改善前）

除換型中的第一大步驟時(shí)間可以忽略不計(jì)外，其余七大步驟區(qū)分內(nèi)外部工作時(shí)間，如表4所示。

表4 換型內(nèi)外部時(shí)間表(改善前)

3 改善方案實(shí)施

3.1 目標(biāo)設(shè)定

針對W公司發(fā)動機(jī)裝配線進(jìn)行快速換型改善，即SMED，按照換型8大步驟逐項(xiàng)進(jìn)行。

(1)人員變動。操作人員變動中走動時(shí)間僅為2分鐘，而其余8分鐘為5S和TPM時(shí)間。5S時(shí)間和TPM時(shí)間改善為由班長和輔助人員負(fù)責(zé)完成，這樣該項(xiàng)次的影響時(shí)間縮短為2分鐘。

(2)物料切換。主要工作是剩余物料下架，新物料上線（改善前物流人員只負(fù)責(zé)配送到裝配車間的集中區(qū)域），而物料歸還、清點(diǎn)、批次記錄、新物料放至線邊（工位）等工作由操作人員完成。改善重點(diǎn)是將部分工作轉(zhuǎn)移給物流配送人員提前完成，具體做法為：換型開始前由物流人員提前清點(diǎn)生產(chǎn)線，留下上一品種配套數(shù)量的零部件，同時(shí)將剩余物料回收及將新物料擺放在線邊指定位置，操作人只需進(jìn)行物料的清點(diǎn)和批次記錄，相關(guān)工作無需離開崗位即可完成，內(nèi)部時(shí)間僅為2分鐘。同時(shí)由物流人員集中配送上線更加專業(yè)化和熟練，外部工作時(shí)間僅為10分鐘，總時(shí)間從20分鐘改善為12分鐘。

(3)切換工具、工裝。原先工具都是放在工具箱中，并且有些崗位的工具箱離崗位超過 20米的距離。改善后將工具箱直接移至工位旁，工裝也提前由班組長提前領(lǐng)出集中擺放在線邊，換裝時(shí)由班長和輔助人員提前搬至工位旁，幾乎不占用內(nèi)部時(shí)間[8-9]。

(4)工裝架換型、調(diào)整。采取制作備用工裝、選用高技能員工、提前準(zhǔn)備以及改善流程等措施，將換型時(shí)間由原來的43分鐘內(nèi)部時(shí)間改善為6分鐘內(nèi)部時(shí)間和20分鐘外部時(shí)間，總時(shí)間僅為26分鐘。

(5)防錯(cuò)驗(yàn)證、首檢及換型記錄填寫等三項(xiàng)暫不做改善，只對動作及內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

以上措施實(shí)施后，我們可以發(fā)現(xiàn)，換型的總時(shí)間由原來的90分鐘縮減為55分鐘，內(nèi)部時(shí)間僅為17分鐘，效果非常明顯，如表5所示。

3.2 換型頻次改善

除改善換型時(shí)間以外，W公司還通過梳理生產(chǎn)計(jì)劃、庫存、供應(yīng)商交貨周期及W公司發(fā)動機(jī)交付周期、改善原有流程、提前3天鎖定訂單等一些列措施將換型次數(shù)縮減一半，即從原來的2次/天縮減為1次/天。

表5 換型內(nèi)外部時(shí)間表(改善前)

4 改善效果評價(jià)

從表5可以看出，換型損失時(shí)間為17分鐘/次，換型次數(shù)降為1次/天，因此，月度換裝損失時(shí)間為：

T=17×26=442（分鐘）＜468（分鐘）

換型時(shí)間降幅為：

Y=(1-442/4680)=90.6%

總損失時(shí)間下降為如表6、圖3所示。

表6 OEE損失比例表(改善后)

圖3 OEE損失比例圖(改善后)

OEE=（31200-2002）/31200×100%=93.6%。

5 結(jié)語

通過此次改善可以看出，運(yùn)用SMED技術(shù)，結(jié)合精益生產(chǎn)相關(guān)理論將換型的內(nèi)部時(shí)間部分轉(zhuǎn)換為外部時(shí)間，同時(shí)改善流程縮減換裝頻次，裝配線整體OEE水平從80%提升至93.6%，達(dá)到預(yù)期改善目標(biāo)，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。本文內(nèi)容簡單、實(shí)用、投入低、見效快，為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也能同步改善相關(guān)流程，對企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體管理提升意義較大。