精益生產流在復雜殼體零件加工中的應用

田東縉 張 童 王 震 柴新建 于宏昭

中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司六〇分廠 西安 710077

1 現狀分析

隨著精益生產思想的推廣和應用,企業(yè)自上而下各個部門都在使用精益思想來改變生產被動的現狀,減少加工過程中的浪費現象,企業(yè)的領導層逐漸感受到精益生產的優(yōu)越性[1]。作為制造型企業(yè),要想在新的市場經濟環(huán)境下得以生存,獲得長久發(fā)展和可觀利潤,就必須改變現有生產模式,采用科學的全新加工方式,減少生產浪費,縮短產品加工周期,降低加工成本,提高企業(yè)的核心競爭力,在激烈的競爭中贏得先機[2-3]。

殼體零件外形主要由不規(guī)格曲面構成,型面陡峭,結構復雜,型面、型腔尺寸多,內部主要為孔系,各孔系之間相互貫通,縱橫交錯,特別是長徑比大的油路孔,交錯復雜,數量和深度差異性大。因此,在加工殼體零件時,需要根據加工流程選用不同的加工設備,殼體零件越復雜,加工流程越煩瑣,占用的設備數量越多,加工周期越長。據統(tǒng)計,一般復雜殼體零件每批的投入量為50件,平均加工周期為2～3個月。生產部門為了更好地滿足客戶需求,大量投入在制品批次,造成現場復雜殼體零件一般有兩三批,導致現場在制品冗余,不能快速響應客戶的需求,市場應變能力差[4]。為了從根源上解決此類問題,采用精益思想,在復雜殼體零件加工中應用精益生產流。

2 研究內容

工藝規(guī)程[5]是指導現場加工的指令性文件,其中的流程設計直接影響現場的生產組織方式,對整個零件加工周期起決定性作用。為了縮短零件的加工周期,提升復雜殼體零件的加工競爭力,減少在制品的批次和數量,避免復雜殼體零件冗余生產,必須以工藝流程為主導,對整個加工流程進行分析和改進。經過對復雜殼體零件加工流程進行統(tǒng)計分析,復雜殼體零件的加工流程主要分為三個階段:粗加工、半精加工、精加工。粗、精加工只是對零件局部位置的部分尺寸進行加工,加工內容少,工作量小,占整個復雜殼體零件加工流程的比例小,因此,這兩個階段不是筆者研究的內容。半精加工階段主要對整個復雜殼體零件的外形和內孔尺寸進行全面加工,加工工序多,工作量大,加工時間占整個加工周期的近60%。復雜殼體零件加工各階段時間占比如圖1所示。半精加工階段主要承擔復雜殼體零件的幾乎所有加工內容,工作量大,對整個復雜殼體零件的加工周期影響大。因此,筆者選定半精加工階段作為研究內容,對該階段的工藝流程按照精益生產思想進行優(yōu)化改進[6]。

▲圖1 復雜殼體零件加工各階段時間占比

3 精益生產流方案

精益生產的精髓是減少等待,消除浪費,創(chuàng)造價值。對于復雜殼體零件而言,其結構復雜,工藝流程長,工序加工時間不均衡。為了更好地實現復雜殼體零件加工過程中的精益性,需要遵循四個方面的要求。

(1) 設備選用。實現復雜殼體零件的精益生產,首要條件是加工設備必須通用性強,加工精度滿足尺寸精度要求,并且運行可靠性高,故障率低。

(2) 能力測算。所加工的復雜殼體零件數量必須與所選用的設備能力相匹配,保證設備的加工能力能夠滿足復雜殼體零件產量的需求。

(3) 流程規(guī)劃。按照精益生產的思想,減少等待,實現加工過程的精益化[7],必須保證流程運行過程中無間斷,連續(xù)加工,相應的生產方式由拉動式變?yōu)橥苿邮?減少加工工序之間的庫存,方便現場組織生產。

(4) 均衡生產。各工序的加工內容和刀具的數量必須滿足加工設備參數的要求,加工時間基本均衡,各工序之間的平衡率需達到90%以上[8]。

綜合以上四個方面,為了確保復雜殼體零件加工流程的精益化,減少等待,消除浪費,需要選定設備,進行能力測算,還需要進行流程的精益化規(guī)劃,保證加工過程中的均衡生產,這樣才能實現復雜殼體零件的精益化加工。

精益工藝設計流程如圖2所示。

▲圖2 精益工藝設計流程

4 傳統(tǒng)工藝流程設計

在設計復雜殼體零件的工藝流程時,往往會忽視設備加工能力、生產節(jié)拍、加工工序之間的平衡。以重點型號設備中的復雜殼體零件為例,傳統(tǒng)的工藝流程設備不固定,加工能力無節(jié)拍可言,各工序之間的加工時間嚴重不均衡,導致現場在加工時經常會出現設備資源沖突的現象。即使在正常加工過程中,也會出現停機等待的現象。造成這一現象的原因主要是各工序之間時間不均衡。

某復雜殼體零件的傳統(tǒng)加工工藝流程如圖3所示。加工工序共十道,由于工序多,占用設備多,設備無法選定,且工序之間的平衡性差,造成平衡率僅有58.8%。復雜殼體零件傳統(tǒng)加工工藝流程加工時間見表1。

▲圖3 復雜殼體零件傳統(tǒng)加工工藝流程

表1 復雜殼體零件傳統(tǒng)加工工藝流程加工時間

5 精益工藝流程設計

按照精益生產思想,對復雜殼體零件半精加工階段的十道工序進行加工工藝流程重新設計。

5.1 設備選用

復雜殼體零件的加工對象主要是型面、型腔、孔系,這類特征適用于在加工中心上進行加工。因此,選用的設備有三軸、四軸、五軸加工中心。

三軸加工中心主要加工單一平面上的型面及孔系特征,四軸加工中心主要加工四周的型面及孔系特征,五軸加工中心主要加工雙角度型面、油路孔及孔系特征。

根據復雜殼體零件的特點和生產現狀,筆者選用DMC64V三軸加工中心、MCI16四軸加工中心、DMU系列五軸加工中心,加工精度都能滿足尺寸要求,并且設備穩(wěn)定可靠,故障率低。

5.2 能力測算

能力測算指按照所加工的產品,對需要的節(jié)拍和所需設備的數量進行計算。

(1) 節(jié)拍計算。按照復雜殼體零件數量和種類,對復雜殼體零件的加工節(jié)拍進行計算[9]。復雜殼體零件每月必須交付,按照全年工作250 d,1 d工作時間20 h計算,若設備利用率為60%,則全年工作5 000 h,月平均工作時間為416 h,計算得到復雜殼體零件的生產節(jié)拍為每臺147 min。

(2) 設備加工能力計算。設備加工能力指生產復雜殼體零件的實際加工能力[10]。通過設備加工能力計算,生產復雜殼體零件共需加工設備五臺,其中三軸、四軸加工中心各一臺,五軸加工中心三臺。

5.3 流程設計

分析復雜殼體零件的加工流程,首先是定位孔的加工,其次是型面、型腔、孔系的加工。結合所選用的設備,對十道加工工序進行重新設計,最終確定復雜殼體零件的加工順序為三軸加工中心、四軸加工中心、五軸加工中心。復雜殼體零件精益加工工藝流程如圖4所示。

▲圖4 復雜殼體零件精益加工工藝流程

5.4 能力平衡

按照設定的加工工藝流程,基于特征相似原則,對加工內容進行調整和優(yōu)化。在保證加工特征的同時,結合實際情況,按照刀具標準化、系列化、通用化原則,對刀具進行精簡[11]。最終經過調整和優(yōu)化,復雜殼體零件單工序的加工時間短于節(jié)拍時間,刀具數量滿足實際設備裝刀數量要求,確保最終優(yōu)化的加工工藝流程符合加工要求。復雜殼體零件具體加工數據見表2,工序平衡率為93.5%。

表2 殼體零件具體加工數據

6 結束語

筆者對復雜殼體零件的加工流程進行研究,結合當前生產狀況和精益生產流,對加工工藝流程進行重新設計,從加工設備、能力測算、生產節(jié)拍、工序平衡、刀具平衡等多個方面,按照節(jié)拍對加工能力進行平衡,最終將復雜殼體零件的工序平衡率由58.8%提高至93.5%,實現了復雜殼體零件的均衡化生產和精益流加工,提高了復雜殼體零件加工的核心競爭力,為企業(yè)搶占制造市場提供了良好的技術保障。