簡述沖壓生產運行管理與效率提升的思路和應用（上）

文/黃建忠,黃學成,周露平·上汽通用五菱汽車股份有限公司

簡述沖壓生產運行管理與效率提升的思路和應用（上）

文/黃建忠,黃學成,周露平·上汽通用五菱汽車股份有限公司

背景介紹

源自豐田JIT（Just In Time）的精益生產方式，被概括定義為“一個系統性的方法，通過從客戶出發拉動生產流的持續改善及追求盡善盡美，以識別并消除浪費”。其基本的方法是拉動式生產，即根據客戶需要的產品和數量實時安排生產，因此其長遠的目標是“零庫存”生產。

沖壓生產因其工藝的特殊性，與流水線裝配類的工藝有較大區別。當前汽車行業產品種類繁多，一個大型的整車工廠往往需生產多種不同的車型，而配套的沖壓車間每個車型分別需要生產不下十種沖壓零部件，綜合測算下來是流水線裝配車間產品數的十倍以上，是“多品種，小批量”生產模式的典型代表。也因此，沖壓成為應用精益生產方式的前沿陣地，且目前國內合資/自主車企基本都在學習應用，但因中國國情、技術等多方面因素影響，應用效果十分微弱。中國車市因其起步較晚，體量巨大，到目前為止仍未完全成熟或飽和，汽車產品仍以銷量分勝負、大批量的生產成為常態，同時中國的工業發展在國際環境中亦不占優勢。在大部分發達國家完全達成工業3.0（自動化），向著工業4.0（智能化）邁進時，我們仍未真正達到工業3.0狀態。

在此環境下，不斷應用精益生產方式，實施現場管理與改進，消除特殊的、降低固有的損失、優化資源利用率，最終達成生產效率的提高和成本投入的降低顯得至關重要。

沖壓生產運行管理與效率提升主要思路

業內衡量綜合生產運行效率的指標為：設備綜合效率（Overall Equipment Effectiveness），其計算公式如下：OEE＝可用率×表現性×質量指數。其中：可用率=操作時間/計劃工作時間；表現性=總產量/(操作時間/理想加工一單位產品的周期時間)=總產量/(操作時間×理想生產速率)；質量指數=良品/總產量。

利用OEE的一個最重要目的就是減少一般制造業所存在的六大損失（停機損失、換裝調試損失、暫停機損失、減速損失、啟動過程次品損失和生產正常運行時產生的次品損失）。圖1是六大損失的說明及其與OEE的關系。

本文以上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司沖壓車間為例，從降低以下兩個損失著手，提升效率：

⑴換裝調試損失。通過優化切換過程和生產計劃安排，降低切換過程的絕對時間損失和相對時間占比，提高“有效率”；

⑵減速損失。通過開展SPM（Stroke Per Minute）目標設定和管理工作，逐步提高“表現性”，同時設定ASPM（Actual Stroke Per Minute）目標，應用TIP工具分析問題，提升運行穩定性。

圖1 六大損失與OEE的關系

降低換裝調試損失

⑴絕對切換時間優化。

絕對切換時間分為兩部分：模具切換和板料切換。目前板料切換依靠雙工作臺和定位刻度線固化設置，基本可以在機外完成準備工作，并不停線完成切換，故在此重點討論如何降低模具切換的停線時間。

目前大多數車企均采用全自動整線換模方式進行切換，其過程速度受硬件設備、自動化技術和程序優化等多方面影響，實際表現各有不同。上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司采用濟南二機床集團公司的先進壓機制造技術，自動化系統采用了瑞士GUDLE技術，其切換時間控制基本做到世界相同類型設備的水平，2016年1月至10月平均單次模具切換停留線時間見表1。

表1 2016年1月至10月平均單次模具切換停線時間

從表1可以發現，10月平均單次9.20min的損失時間明顯過多，其一是與沖壓多品種，小批量生產的頻繁變化有關，其二是切換過程尚有多處可以優化提升之處。

為降低切換損失，通過分解模具停線切換過程的設備和人員所有動作內容，得出如圖2所示的模具自動切換流程圖。

分析壓力機自動切換邏輯，發現圖中紅色字體步驟動作時，壓力機滑塊處于靜止狀態，重力勢能相對穩定，過程時間約2min。經過研討，實施“單臺壓力機光柵”代替“整線安全門聯鎖”機構的能量鎖定功能，實現了人工更換端拾器工作與設備動作的并行，在實際應用中規范標準化作業，解決問題點和瓶頸點，將切換過程工作梳理明確，使得整體切換損失大大降低。

表2是以實際運行的真實數據為基礎，單批次生產600沖次，SPM為10沖次/分鐘時，模具切換時間占比將由10月的13.3%下降至12月的11.2%，直接為“有效率”的提高貢獻2.1個百分點。

圖2 模具自動切換流程圖

表2 2016年10月至12月平均單次模具切換時間

⑵切換時間占比優化。

前面講到降低模具切換的停線時間對“有效率”提升的貢獻，同時也帶出了切換時間占比的概念：切換時間占比＝切換停線時間÷（切換停線時間+故障停線時間+生產沖次批量÷SPM節拍目標）×100%。

在理論計算時，將故障停線時間設置為0，則切換時間占比＝（SPM節拍目標×切換停線時間÷（切換停線時間×SPM節拍目標+生產沖次批量））×100%，由此可知，公式中三個要素對占比的影響是：生產沖次批量越高，切換時間占比越低。

可以看到，SPM節拍目標的降低和生產沖次批量的提高與“多品種，小批量”生產模式下的精益生產是背道而馳的。因此，除了不斷降低絕對的模具切換時間外，如何合理管控生產批量，最大限度利用庫存資源，保持生產運行的穩定高效才是關鍵。

1)庫存與生產批量控制。

沖壓生產的庫存成本主要集中在自制件庫存，一般采用PFEP（單一零件物流需求）清單和MIN/MAX庫存控制工具管理，而生產批量在很大程度上都是由自制件的MIN/MAX決定的，故庫存與生產批量必須整體分析和管控。

結合當前行業現狀，“零庫存”的沖壓生產還不能實現，故庫存控制管理的思路是在已有資源前提下：以需求為導向，實現動態庫存，提高利用率。已有庫存資源的利用測算有兩個主要的指標：容積率=（庫房可用面積÷庫房建筑面積）×100%；利用率＝（已用面積÷庫房可用面積）×100%，其中容積率在廠房設計時確定，一般不做BU改動，而利用率的保證是我們庫存管理時需要重點考慮的。

為實現庫存的動態管理和持續優化，我們按以下的思路回顧PFEP和MIN/MAX：

圖3 客戶需求

①每月下旬核算已鎖定的客戶需求（下游車間上線計劃），分析各自制件需求量和交貨時間要求，如圖3所示。Layout布局設置，定義需要做出調整的自制件的PFEP和MIN/MAX值，圖4為庫房Layout。

圖4 庫房Layout

庫位設定過程需結合需求量，考慮沖壓生產時的入庫物流和配送過程的路程，盡量的減少距離，同時需考慮盡量減少入庫和配送過程的作業干涉，保證物流順暢；MIN/MAX值設定需在充分考慮下月鎖定和后續預測需求的前提下，提高庫房面積的利用率。我們2016年實行動態庫存管理以來，全年累計開展16次調整，在保持利用率的同時，不斷響應客戶需求變化，優化庫存設置，均衡了各零件周轉率，減少大量的多余操作和風險，降低了庫存成本。

生產批量的管控思路：

制造業對生產批量的認知從最初的“單一產品，大批量”逐漸發展到現在的“多品種，小批量”模式，越來越追求需求式、柔性化生產和快速響應市場的能力。從MIN/MAX的定義中（MIN＝一個供貨緊急響應時間周期內零件的需求數量，MAX＝MIN庫存與供貨周期內需求零件數量的總和）可以知道，合理的生產批量不僅來源于自制件MIN/MAX，同時與客戶的需求量、供貨周期關系密切。

理想關系式：生產批量＝MAX-MIN＝供貨周期內需求零件數量。在這種狀態下，庫存都將成為有效庫存，可以很好的進行管理和預警應用。如前所述，實際沖壓運行時，MIN/MAX的設定不僅考慮了生產批量的滿足，同時還最大限度的利用了庫存場地和工具料架資源，預測了后續客戶的需求變化，往往MAX-MIN大于生產批量。故此，實際運行中的關系式一般會處于這個狀態：生產批量≈供貨周期內需求零件數量≤MAX-MIN。

因生產批量的底線由準備時間決定，準備時間=外部模具/板料準備時間+模具切換停線時間。越快的準備能力與切換速度，就越能夠提升我們應對“多品種，小批量”生產模式和市場需求的變化。而合理的生產批量設定等同于合理的“供貨周期”，也就是各產品的生產周期。生產周期主要由模具保養工作開展、模具問題維修處理過程和模具/物料轉運過程的時間消耗來確定，當前一般將周期定義為不小于24小時，再結合周期時間內的客戶需求量，制定各產品生產批量目標，作為生產安排的規范。生產批量目標見表3。

表3 生產批量目標

同時，將PFEP/MIN/MAX的動態調整和生產批量的設定形成流程規范，定期開展回顧，不斷依據實際運行的輸出和效果，調整改進，逐步達到理想關系式的狀態，提高運行穩定性，進而提升效率。

《簡述沖壓生產運行管理與效率提升的思路和應用（下）》見《鍛造與沖壓》2017年第20期

黃建忠，助理工程師。主要從事汽車覆蓋件沖壓工藝分析、沖壓工藝設計、沖壓工藝審核與管理工作,應用FMEA和節拍管理工具,在制造車間應用精益生產模式，開展運行分析與改進。