某型航空發(fā)動機風扇組件的精益裝配單元設計

鄭建林，王友濤，付海榮，胡 蘭，趙官哲

（中國航發(fā)貴州黎陽航空動力有限公司，貴州貴陽 550014）

部件裝配是航空發(fā)動機研制的重要組成部分，是實現(xiàn)部件設計與整機組裝的關鍵樞紐，提升部件裝配效率才能助力加速發(fā)動機科研生產(chǎn)步伐。某發(fā)動機部裝車間面臨產(chǎn)品“多品種，多部件，小批量”的生產(chǎn)特點，質量事故頻發(fā)，技術問題處理周期長，生產(chǎn)任務不均衡，導致整個生產(chǎn)組織管控難度大。精益生產(chǎn)為總結豐田生產(chǎn)經(jīng)營模式的管理理論，利用杜絕浪費和無間斷的作業(yè)流程，而非分批次生產(chǎn)和排隊等候的一種生產(chǎn)方式[1]。精益生產(chǎn)單元已在我國航空航天工業(yè)及其他制造業(yè)廣泛應用，適應多領域生產(chǎn)并取得良好成效[2-4]。

引用精益生產(chǎn)概念是解決部件裝配生產(chǎn)效率的關鍵突破點。本文以某型發(fā)動機風扇組件的裝配為試點對象，運用精益理念，提出精益裝配單元的實施路徑，通過單元設計、布局模擬、運行保障等建立工藝精益化、作業(yè)標準化、配送精準化、現(xiàn)場可視化的風扇裝配單元，提升生產(chǎn)效率。

1 風扇組件裝配現(xiàn)狀分析

本文精益裝配單元的建設策略為選擇典型部件，成組性強的一類部件進行精益單元設計，試運行穩(wěn)定效果良好后進行“以點帶面”復制推廣。綜合考慮航空發(fā)動機部件裝配的工藝復雜性，技術成熟度、未來型號需求量等因素，選擇風扇組件進行精益裝配單元的設計。

某型發(fā)動機風扇組件主要由前機匣、風扇后支承、風扇轉子與風扇機匣等組成。傳統(tǒng)風扇組件的裝配工藝路線如圖1所示，裝配工序多、工序間流轉過程復雜、裝配周期長、技術難點多，生產(chǎn)組織難度大。

圖1 風扇組件裝備的典型工藝路線

根據(jù)長期追蹤風扇組件裝配流程，研究工人走動路線，繪制風扇組件全流程面條圖，可看出風扇組件裝配過程設備分散，工序間需要來回走動領取零件，拿取工裝工具，查找工藝文件，浪費時間，且全流程走動多達1982m。

參照時間觀察、面條圖及現(xiàn)場統(tǒng)計，繪制了風扇組件裝配現(xiàn)狀價值流程，如圖2所示，通過風扇組件高階價值流，將風扇組件的現(xiàn)狀問題進行圖示化展示，總結風扇組件裝配問題，為后續(xù)精益單元改善提供改善點及基礎數(shù)據(jù)。

圖2 風扇組件現(xiàn)狀價值流

2 精益裝配單元設計

2.1 工藝精益化

工藝是生產(chǎn)組織、計劃執(zhí)行的基礎，對工藝精益化是精益裝配單元必須環(huán)節(jié)。工藝精益化主要指工藝可視化、標準化及工藝裝備優(yōu)化。

（1）工藝可視化。當前工藝規(guī)程以紙質版為主，文字內(nèi)容多、指導性差。通過利用部件三維模型結合裝配仿真軟件，將二維紙質三維化。

（2）工藝標準化。在編制工藝規(guī)程時、從語言描述，工藝路線規(guī)劃對工藝文件進行標準化、規(guī)范化。

（3）工藝裝備優(yōu)化。主要針對專用工裝設備進行優(yōu)化，如采用自動化螺栓擰緊設備提升風扇組件安裝邊的裝配質量與效率。

2.2 裝配單元平衡

明確部件的生產(chǎn)節(jié)拍。生產(chǎn)節(jié)拍為顧客的交付需求節(jié)拍，即需求節(jié)拍=每天可用工作時間/日需求量[5]。風扇組件裝配中，每天可用的工作時間為：計劃工作時間（08:30—17:30），共計540min，除去午餐時間60min，加護休息時間30min，計劃的會議或其他時間30min，總共有效的工作時間420min。若該部件年需求臺次125臺次，根據(jù)年工作日250d計算，需求節(jié)拍=420/0.5=840min。

確定工位數(shù)量。根據(jù)工序時間以及部件的裝配流程，計算風扇組件所需的工位數(shù)量NT。NT=任務時間總和/節(jié)拍。因此，風扇組件裝配的所需工位為3230/840=3.84≈4個。

工位數(shù)量確定后，按照裝配順序、裝配流程劃分不同工位的作業(yè)內(nèi)容。按照不可回流、盡可能多的并行作業(yè)、均衡操作者的勞動強度的原則，將風扇組件作業(yè)內(nèi)容分配至4個工位，構建裝配網(wǎng)絡，如圖3所示。

圖3 風扇組件裝配網(wǎng)絡圖

工位作業(yè)確定后，需考慮生產(chǎn)線平衡問題，消除瓶頸工序，使各工作站的作業(yè)時間接近。從各工位的作業(yè)內(nèi)容與時間，可以看出當前每個工位的時間差異較大，生產(chǎn)線依舊處于較不平衡狀態(tài)。同時考慮生產(chǎn)過程中采用分工作業(yè)加互助協(xié)作的形式，實現(xiàn)生產(chǎn)線動態(tài)平衡[6]。

2.3 裝配工位布局設計

根據(jù)風扇組件的結構特點，重點規(guī)劃部裝工位內(nèi)裝配空間的利用率。以往的裝配工位裝配桌下存放工具，資料柜、工具柜單獨存放，存在大量不必要拿取動作。利用精益思想，合理規(guī)劃裝配空間布局，使裝配工位最大限度符合人機工程學，同時在裝配桌上集合通用工具、專用工具、標準作業(yè)指導書、MES平臺，消除動作浪費，減少工作走動距離，提高裝配效率。

2.4 物流設計

物流設計主要從產(chǎn)品的物料集件、配送、換件3個流程進行優(yōu)化設計。

集件方面，現(xiàn)階段存在配套、齊套率差問題，因此需考慮拉動式生產(chǎn)的同時，設計零件配套緩沖區(qū)，計劃裝配的部件只有在配套齊全的情況，方可進入精益裝配單元，避免零件不齊進入裝配單元，占用單元資源。

配送方面，以往零件零散配送，零件配套無序擺放。根據(jù)零件的裝配順序，制作專用的零件行跡配套板，既可以縮短裝配過程中零件尋找時間，又可以有效防止零件錯、漏裝。

換件方面，圍繞單元建立線邊物流，將生產(chǎn)線周邊區(qū)域分為在制品物料區(qū)、半成品區(qū)和待提交區(qū)等，節(jié)省物流的時間和空間，設置易損件、選配件線邊庫，縮短工人補料、選配件領取時間。

3 精益單元運行

同時在選定的位置，進行1∶1的3P模擬，模擬風扇組件的運輸方案及路線、產(chǎn)品及部件的生產(chǎn)流程、工作站位、工裝夾具的放置位置等。通過3P模擬，發(fā)現(xiàn)工藝布局配置不合理處，通過現(xiàn)場觀察以及改進，得到最終的布局，如圖4所示。

圖4 風扇組件布局設計示意圖

通過風扇組件精益單元建設，改變傳統(tǒng)部裝粗放的裝配生產(chǎn)組織管理模式，部裝的裝配能力和精益生產(chǎn)有所提升。部分實現(xiàn)了工藝結構化，作業(yè)標準化、配送精準化、現(xiàn)場可視化。部件裝配周期、物料配套準確性和勞動強度得到了改善。風扇裝配單元目標實現(xiàn)情況見表1和表2，同時SQDP指標得到明顯改善。

表1 改善后目標匯總

表2 指標改善表

4 總結

本文通過針對風扇組件精益裝配單元建設實踐，探索出了一條精益單元化生產(chǎn)線建設可行的實施路徑。通過工藝標準化、裝配單元優(yōu)化布局、改善物流和信息流，均衡生產(chǎn)、合理排產(chǎn)等措施，既保證了風扇組件裝配產(chǎn)能需求，保障風扇組件裝配質量，同時縮短了裝配周期，提高了產(chǎn)能，改善了工作環(huán)境。風扇組件精益裝配單元的設計建設為某型國產(chǎn)發(fā)動機大批量生產(chǎn)打下了堅實基礎，也為其他國產(chǎn)航空發(fā)動機部件精益裝配建設提供了有益的參考。