TPM全面生產(chǎn)管理在水泥企業(yè)的應(yīng)用

吳愛軍，饒銳

GDNF公司5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線于2004年投產(chǎn)，最初設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn)155萬噸水泥熟料，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格：φ4.8m×72m，生料磨型號：ATOX50輥磨。經(jīng)過多次改造，熟料產(chǎn)量始終＜6 200t/d，2019年年均生產(chǎn)能力6 105t/d，與同類型同型號窯企業(yè)熟料產(chǎn)量＞7 000t/d的企業(yè)相比，生產(chǎn)能力有較大差距。另外，在生料系統(tǒng)中，僅生料磨一項(xiàng)的年度維修費(fèi)用，即占了整個(gè)企業(yè)維修費(fèi)用的31%以上，且維修工時(shí)長，消耗了大量的維修工時(shí)。

為有效解決以上問題，GDNF公司采用了TPM（Total Productivity Management）全面生產(chǎn)管理方法，按照明確工作方向、實(shí)施組織保障、進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查、開展原因分析、提出改善措施五步工作流程，開展了5Why分析、相關(guān)性分析及4M分析等工作，有效提升了企業(yè)管理水平、促進(jìn)了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營指標(biāo)提升、減少了因設(shè)備故障而造成的損失，實(shí)現(xiàn)了提產(chǎn)增效的目標(biāo)。

1 明確工作方向

針對GDNF公司面臨的產(chǎn)能制約問題，我們設(shè)定了保證熟料產(chǎn)量達(dá)到6 400t/d的工作目標(biāo)。運(yùn)用回溯法和相關(guān)性分析法，根據(jù)物料平衡計(jì)算結(jié)果，在不改變生產(chǎn)工藝的前提下，回溯物料配比及平衡量，具體見表1。

如表1所示，若要達(dá)到熟料產(chǎn)量6 400t/d這一目標(biāo)，生料產(chǎn)量下限為416t/h，石灰石產(chǎn)量下限為346.6t/h?？紤]到規(guī)避峰電時(shí)間段（8：00-12：00；17：00-21：00）以及礦山開采時(shí)限和運(yùn)輸時(shí)間等因素，生料磨的最優(yōu)日運(yùn)行時(shí)間為16h，石灰石破碎機(jī)的最優(yōu)日運(yùn)行時(shí)間為6～12h。

表1 GDNF公司物料平衡表

綜合考慮以上物料平衡計(jì)算以及相關(guān)影響因素，明確了以下工作方向：基于日最優(yōu)運(yùn)行時(shí)間分析的生料磨理論產(chǎn)量范圍為416～624t/h，結(jié)合國內(nèi)外同類型設(shè)備實(shí)際工況，生料磨產(chǎn)量設(shè)定為560t/h左右，石灰石破碎機(jī)產(chǎn)量范圍為693.2～1 386.4t/h。

2 實(shí)施組織保障

成立TPM管理改善小組，明確職能分工、減少管理層級；針對具體問題跨部門跨專業(yè)通力協(xié)作，提高溝通協(xié)作效率；通過轉(zhuǎn)換思維方式，從多個(gè)方面對問題進(jìn)行分析并加以改善。GDNF公司TPM改善小組組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 TPM改善小組組織結(jié)構(gòu)

組織機(jī)構(gòu)明確后，需明確小組成員的職能分工，GDNF公司TPM改善小組成員的職能分工如表2所示。

表2 GDNF公司TPM改善小組成員的職能分工

3 進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查

TPM管理活動的評價(jià)指標(biāo)為設(shè)備綜合效率（OEE，Overall Equipment Effectiveness），它是用來表征設(shè)備理論生產(chǎn)能力和實(shí)際生產(chǎn)能力對比的一種測量工具。GDNF公司OEE設(shè)備綜合效率指標(biāo)的組成分解如圖2所示。

從圖2可以直觀地看出，影響設(shè)備綜合效率的主要因素為停機(jī)時(shí)間、降速減產(chǎn)以及不合格批次。

圖2 GDNF公司OEE設(shè)備綜合效率指標(biāo)的組成分解

3.1 故障、減產(chǎn)降速統(tǒng)計(jì)分析

如圖3、4所示，GDNF公司生料磨系統(tǒng)于2019年因故障停機(jī)79次，停機(jī)時(shí)長142.5h，除去原材料品質(zhì)所導(dǎo)致的堵料停機(jī)，其他停機(jī)均為設(shè)備突發(fā)故障所致，均為事后維修。

圖3 2019年GDNF公司生料磨減產(chǎn)降速次數(shù)統(tǒng)計(jì)（單位：次）

GDNF公司生料磨系統(tǒng)于2019年的計(jì)劃停磨時(shí)間長達(dá)845.9h，減去大修停機(jī)時(shí)間653.4h，平均每天需停機(jī)約2.5h進(jìn)行磨內(nèi)維護(hù)，維護(hù)時(shí)間過長；另外，每次磨內(nèi)維護(hù)需要約6～8人協(xié)同完成（崗位人員2名，機(jī)修工3～4名，電工1～2名），且不包括現(xiàn)場安全員以及中控操作人員。

3.2 產(chǎn)量調(diào)查

如圖5所示，GDNF公司2019年生料磨年均產(chǎn)量為461t/h，結(jié)合物料平衡計(jì)算，我們將生料磨產(chǎn)量目標(biāo)設(shè)定在490～500t/h，故障目標(biāo)停機(jī)時(shí)間減少50%，處于前文所確定的目標(biāo)范圍。

圖4 2019年GDNF公司生料磨減產(chǎn)降速時(shí)長統(tǒng)計(jì)（單位：h）

圖5 GDNF公司2019年生料磨產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)（單位：t/h）

4 開展原因分析

TPM管理活動所使用的原因分析工具系統(tǒng)圖見圖6。

圖6 TPM管理活動所使用的原因分析工具系統(tǒng)圖

根據(jù)前文所述生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果顯示，生料系統(tǒng)故障點(diǎn)和制約因素很多。在此僅圍繞產(chǎn)量、維修費(fèi)用及維修工時(shí)三個(gè)方面，選取有代表性的生料磨主機(jī)為案例進(jìn)行分析，以直接體現(xiàn)5Why分析、相關(guān)性分析、4M分析等管理工具的使用方法。

4.1 5Why分析法

5Why分析法也稱“5問法”，通俗來講，就是逐次遞進(jìn)問5個(gè)為什么。文獻(xiàn)[1-3]對5Why分析法的定義、使用方式等進(jìn)行了詳細(xì)論述，在此僅介紹其在水泥行業(yè)中的應(yīng)用。

5Why分析法是一種基于設(shè)備（零部件）關(guān)聯(lián)性的物理分析方法。若要剖析設(shè)備零部件之間的關(guān)聯(lián)方式，需要有一種較為直觀的表征方式。因?yàn)門PM管理活動中的一項(xiàng)關(guān)鍵目標(biāo)就是全員參與，需要做到即使不是相關(guān)專業(yè)人員，也能通過5Why分析直觀了解其中原理，這里使用示意圖的方式進(jìn)行敘述。

（1）設(shè)備結(jié)構(gòu)示意

輥磨磨輥、磨盤、液壓拉桿結(jié)構(gòu)見圖7。

圖7 輥磨磨輥、磨盤、液壓拉桿結(jié)構(gòu)示意圖

（2）設(shè)備故障模式分析

根據(jù)實(shí)際故障發(fā)生情況，生料磨故障模式分析選取液壓拉桿作為分析對象。按照5Why分析法，從故障設(shè)備出發(fā)，先區(qū)分故障類別及故障現(xiàn)象，再針對故障現(xiàn)象，逐層遞進(jìn)展開分析，具體分析展開示范見表3～表5。

本文提供了一個(gè)如何使用5Why分析法的較為清晰的路線，但考慮本文篇幅，表3～表5僅分析了一種故障現(xiàn)象的第一層原因，其他過程不再贅述。

表3 生料磨液壓拉桿5Why分析（1）

表5 生料磨液壓缸5Why分析（3）

4.2 相關(guān)性分析

TPM管理相關(guān)性分析是指，根據(jù)生產(chǎn)工藝原理、流程，從源頭出發(fā)，逐道工序進(jìn)行分析，直至發(fā)現(xiàn)問題所在工序結(jié)束。

以GDNF公司生料生產(chǎn)工藝為例，四種原材料由車輛運(yùn)輸進(jìn)廠，通過破碎機(jī)破碎成規(guī)定范圍大小的物料，經(jīng)皮帶輸送設(shè)備輸送至堆料機(jī)進(jìn)行均勻堆料；取料機(jī)根據(jù)“橫鋪直取”的原則進(jìn)行取料，再由皮帶輸送設(shè)備輸送至調(diào)配站相應(yīng)的料庫進(jìn)行存儲；調(diào)配站中的四種物料根據(jù)配比要求，由皮帶秤定量輸送，搭配混合為原料后，由帶式輸送機(jī)運(yùn)至生料磨下料小倉，穩(wěn)定下料到板式喂料秤，定量喂入生料磨；原料經(jīng)生料磨研磨成規(guī)定范圍大小的生料后，被向上的氣流帶入選粉機(jī)分離器進(jìn)行氣固分離，生料因重力向下，通過螺旋輸送機(jī)、空氣輸送斜槽以及斗式提升機(jī)進(jìn)入生料均化庫，直至整個(gè)生料生產(chǎn)流程結(jié)束。

表4 生料磨液壓拉桿5Why分析（2）

根據(jù)工藝原理制作的生料產(chǎn)量與工序相關(guān)性分析如表6所示。表6直觀地體現(xiàn)了與生料產(chǎn)量相關(guān)的工序，明確對應(yīng)工序后再逐一進(jìn)行排查。

結(jié)合圖6和表6可見，在不改變當(dāng)前生產(chǎn)工藝的情況下，另一個(gè)提升產(chǎn)能的方法是改善原料粒度控制。結(jié)合表3可以看出，原材料粒度對系統(tǒng)產(chǎn)量、磨機(jī)電耗、料層波動等有一系列影響，若要減少生料磨做功，需從原料粒度控制方面著手。根據(jù)回溯推理理論，結(jié)合上述相關(guān)性分析，逐個(gè)工藝環(huán)節(jié)逆推可以看出，與原材料粒度相關(guān)的環(huán)節(jié)僅有破碎環(huán)節(jié)。在破碎環(huán)節(jié)，既要控制好粒度，又不能增加破碎機(jī)做功。

表6 生料產(chǎn)量與工序的相關(guān)性分析表

破碎工藝流程為，礦山開采出的礦石，經(jīng)運(yùn)輸車輛運(yùn)進(jìn)廠內(nèi)，送入破碎機(jī)，物料經(jīng)破碎機(jī)破碎成規(guī)定大小的物料，再由皮帶輸送機(jī)運(yùn)走。從礦石破碎原理可以看出，若要使物料粒度破碎合格且不增加破碎機(jī)電耗，只能從提高破碎機(jī)做功效率出發(fā)，區(qū)分并減少破碎機(jī)的不必要做功和重復(fù)做功。開采進(jìn)廠的礦石大小不一，其中，顆粒較小的物料不必再進(jìn)行破碎，這是不必要的做功。而有些大的物料進(jìn)入破碎機(jī)破碎，粒度合格后未及時(shí)出破碎機(jī)，仍受到破碎機(jī)錘擊，這種做功即是重復(fù)做功。基于這樣的思路，結(jié)合前饋控制原理，考慮在物料破碎前先行篩選，小于破碎要求的物料直接落入皮帶輸送機(jī)。

原料粒度控制改善思路如圖8所示，在礦石進(jìn)廠前對體積過大的物料進(jìn)行搭配運(yùn)輸，不允許出現(xiàn)物料全部是大石塊的情況，大小不一的物料搭配使用（當(dāng)前技術(shù)手段難以使所有礦石均達(dá)到規(guī)定粒度大小，也無法做到不允許大石塊進(jìn)廠）。篩選機(jī)安裝在破碎機(jī)之前，小于破碎要求的物料經(jīng)篩選，直接落入皮帶輸送機(jī)。

圖8 原料粒度控制改善思路

4.3 4M分析法

4M分析法也稱“人、機(jī)、料、法”分析法（Man、Machine、Material、Method）。經(jīng)過不斷的發(fā)展，之后相繼出現(xiàn)4M1E法（加入了環(huán)境）以及5M1E法（加入了測量和環(huán)境），分析維度有拓展，但基本分析思路沒有改變。即此類分析都是針對同一個(gè)問題，從不同的維度進(jìn)行分析，最后匯總得出結(jié)論。

常見的4M分析工具有魚骨圖及4M控制矩陣。魚骨圖的優(yōu)點(diǎn)是可以直觀呈現(xiàn)問題原因，且具有一定的邏輯性，與5Why分析的思維導(dǎo)圖類似；缺點(diǎn)是不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與改善措施制定。這里僅通過案例對4M控制矩陣分析工具進(jìn)行論述。

選取生料磨作為案例分析對象，對GDNF公司2019年實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行盤點(diǎn)，制作4M控制矩陣。矩陣分布表見表7，表7中各列具體內(nèi)容分解如表8～10所示。

表7 生料磨4M分析控制矩陣表

生料磨的4M分析控制矩陣分為料、機(jī)、法三部分。在原料項(xiàng)中，列出了與生料磨有關(guān)的所有原料檢測控制項(xiàng)目以及管理要求（見表8）；在設(shè)備項(xiàng)中，根據(jù)生料磨系統(tǒng)的主電機(jī)、減速機(jī)、稀油站、磨機(jī)等設(shè)備組成，從設(shè)備清掃、點(diǎn)檢、潤滑、更換、調(diào)整五個(gè)日常管理項(xiàng)出發(fā)，列出了具體的管理要求（見表9）；在防錯(cuò)方法項(xiàng)中，結(jié)合設(shè)備項(xiàng)的設(shè)備組成，再分為設(shè)備性能參數(shù)及操作要求兩小項(xiàng)，分別列出實(shí)際的管理要求（見表10）。

表8 生料磨4M分析控制矩陣表（原料項(xiàng)）

表9 生料磨4M分析控制矩陣表（設(shè)備精度項(xiàng)）

表10 生料磨4M分析控制矩陣表（防錯(cuò)方法項(xiàng)）

很顯然，關(guān)于4M分析中的“人（MAN）”這一維度，已在實(shí)際的檢測、點(diǎn)檢、潤滑、操作等工作中提出了具體的控制要求，實(shí)現(xiàn)這些要求時(shí)，即可避免因“人”的因素導(dǎo)致的問題發(fā)生。例如，表9中主電機(jī)的清掃，要求每天一次，且達(dá)到表面無積灰、無油漬；主電機(jī)的點(diǎn)檢，要求每班兩次，且點(diǎn)檢涵蓋前后軸瓦溫度、震動、聲音等的測量，這些都是對于“人（MAN）”這一維度的具體要求。

5 提出改善措施

在此階段，對應(yīng)前文所進(jìn)行的各種分析結(jié)果提出改善措施。其中，5Why分析主要是針對以往設(shè)備故障以及減產(chǎn)降速情況進(jìn)行根本性的原因分析，提出避免同樣的情況再次發(fā)生的措施，從而提高設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，達(dá)到提高產(chǎn)量的目的；4M分析主要是以設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行為目的，從控制工藝參數(shù)的穩(wěn)定性出發(fā)，列出針對性控制要求的控制矩陣改善措施；相關(guān)性分析主要是從工藝原理、工藝流程出發(fā)，以本次活動開展的主要目的為源頭，以回溯推理的原則，找出與課題相關(guān)的影響因素，最后有針對性地提出改進(jìn)措施。

結(jié)合前文所述的相關(guān)性分析，以原料磨原料粒度控制為例，進(jìn)行改善措施實(shí)施說明。如圖9所示，增加篩選機(jī)之后，通過縮小篩條間隙，控制原料過篩粒度；如圖10所示，通過調(diào)整承擊砧角度，增加破碎機(jī)內(nèi)物料容量。

圖9 調(diào)整篩選機(jī)篩條間隙（由80mm改為35mm）

圖10 調(diào)整破碎機(jī)承擊砧板角度（由55°改為72°）

6 結(jié)語

以生料粉磨系統(tǒng)為TPM全面生產(chǎn)管理方法實(shí)際使用的案例，通過明確方向、組織保障、現(xiàn)狀調(diào)查、原因分析以及實(shí)施改善等一系列活動的開展，GDNF公司在生料粉磨系統(tǒng)的管理方面取得了較大程度的提升，改善情況如圖11、圖12、圖13所示。

圖12 GDNF公司生料磨故障改善情況（2019年～2020年）

由圖11～圖13可見，生料磨產(chǎn)量同比提高61.97t/h，故障停機(jī)時(shí)間同比下降56.2%，破碎機(jī)產(chǎn)量提高130t/h，破碎機(jī)電耗下降0.25kW·h/t，粒度合格率提高5%，全面實(shí)現(xiàn)了開展TPM活動前期所設(shè)定的各項(xiàng)目標(biāo)。

圖11 GDNF公司生料磨產(chǎn)量改善情況（2019年～2020年）

實(shí)踐表明，在水泥企業(yè)推行TPM全面生產(chǎn)管理活動，可以使企業(yè)管理方向更加明確，減產(chǎn)降速及設(shè)備故障原因分析更加徹底，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)理論與實(shí)踐聯(lián)系更加緊密，企業(yè)生產(chǎn)操作工作流程更加科學(xué)，員工工作效率大幅提高，能夠有效助力水泥企業(yè)管理水平和經(jīng)營效益的提升。