快速換產在鍛造車間的應用探索

文／李澤全，張毅峰，孫岳，繆鋒·中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司

快速換產在鍛造車間的應用探索

文／李澤全，張毅峰，孫岳，繆鋒·中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司

本文以快速換產為目標，結合鍛造車間產品的特點和生產現狀，分析了現行換模作業存在的問題，根據快速換產的核心理念和方法，提出了鍛造車間實現快速換產的方法和思路。

在精益生產理論應用日臻廣泛的今天，快速換產作為精益生產的核心工具之一，正得到越來越多的研究和關注?？焖贀Q產是由豐田汽車的工業工程師新鄉重夫（Shigeo Shingo）博士于1969年提出。因為采用這種方法可以把換模時間降低到10分鐘以下，所以Shingo博士將其也稱為單個分鐘換模。在其后豐田的另一位工藝專家大野耐一又提出了換模時間向秒挑戰的主張，并使日本的一些汽車工廠的換模時間發展到以秒來計算。但直到20世紀80年代快速換產在西方世界得到推廣后，人們才對此有了一個清晰的認識。

快速換產是企業在完成精益基礎文化建設，基本實現拉動式生產方式轉變后實施小批量生產以降低庫存必不可少的一個工作模塊。目前，隨著鍛造車間產品“小批量、多品種”柔性制造特點的凸顯，先前推動式生產方式在設備利用率、庫存、成本、交付期等方面的不適應性就體現了出來。在這樣的背景下，我們在快速換產技術上開始了不斷的應用探索，著力實現鍛造車間快速換產的目標。

快速換產概念

Shingo博士通過研究豐田汽車的模具更換過程，發現模具的更換過程可以分為內換模作業（即必須在機器停止運轉時方可進行的換型內容）和外換模作業（即在機器運轉時亦可進行的換型內容）。內換模作業時，機器必須停止運轉，如更換模具本身等；外換模時，機器仍然可以運轉，不影響正常的產出，如準備工具、清理模具等。因換模時間沒有進行生產，沒有創造價值，故模具的更換是一種浪費。而快速換產的核心理念就是將內部換模作業向外部換模作業轉移，并對內部換模作業和外部換模作業進行不斷地優化和改善，把產品模具的切換時間縮減到最短，且處于最小浪費狀態。

鍛造車間現狀分析

圖1統計圖表是鍛造車間近3年同期換產頻次統計情況，通過表格我們可以清楚的看出同期的換產頻次是逐年上升的，尤其是2017年，換產頻次陡增。從圖2產量統計圖表可以看出同期的產量沒有顯著的增長。以4月份為例，2017年的產量相比2015年和2016年增長8%左右，而2017年的換產頻次卻比2015年和2016年增加60%以上。在產量沒有明顯變化的情況下，換產的頻次出現如此大的變化說明產品類型的增加和（或）產品批量的減少。2015年、2016年換產頻次相對較低，車間換產壓力不算大。但2017年以來換產頻次已然加大，換產效率低下的情況已經很大程度地影響到了車間生產對訂單的響應速度，即一旦出現重大的生產異常，幾乎無法滿足產品交付期。另外，換產效率低下也使得車間主設備PZS1050f電動螺旋壓力機停機時間過長，等待浪費嚴重，設備利用率不高，根本沒有充分發揮出其應有的價值。

圖1 近3年車間換產頻次統計圖

圖2 近3年車間產量統計圖

現行換產流程分析

快速換產理論中指出，區分內外換產作業的重要依據是停機與否。我們以換模流程為對象，對其進行根本性、創新性的思考和分析，努力使現有流程柔和的改進以符合變革目標的需要。從圖3中不難看出，現行的換模流程中幾乎全部是內部換產時間，大量的準備工作在機器停機后才開始，并且很多的操作是串行完成，這就造成了拉動式生產模式下仍存在著較長的換模時間。

那么如何來縮減換產時間，快速換產理論中列出了三個步驟：第一，區分內部和外部換產作業，在機器生產其他批次的產品時而不是在停機后完成外部換產作業；第二，盡量將內部換產作業轉化為外部換產作業，以使內部換產作業也能在機器生產其他批次的產品時完成；第三，不斷改進或優化組成內部換產作業和外部換產作業的因子。

圖3 車間現行的換模流程

改善思路和方法

在區分了現行換模流程中的內部和外部換產作業后，我們按照快速換產的方法和核心理念，主要進行了以下幾個方面的改進和構想：

⑴制定目標換模流程（圖4）。

圖4 車間目標換模流程

目標換產流程實現的前提是車間再購置一套標準模板和模架，這樣可以通過成立專門的換產小組，按照規定的換產流程和標準作業要求，提前做好工具準備、B模具的出庫、加熱、安裝等外換產作業內容，并確保內換產作業開始后萬無一失。當主設備停機卸除、轉運完A模具后，可立即轉運、安裝B模具，完成內換產作業內容并開機繼續生產。而A模具后續的拆解、清潔、吊運入庫等工作均由換產小組在設備開機后再完成。此改進構想將大部分的內換產作業轉化為外換產作業，車間平均換模時間也可由原來的100min縮減到30min以內。此外，我們將進一步探索方法來降低因換模造成的停機損失，提升生產的快速應變能力，使人員得以充分利用，生產效率和機臺開動率得以提升。

⑵優化模具管理。為了滿足快速換產的需要，我們首先依據模具自重、取用頻次、搬運便利性等對存儲區域重新布局，有效實現模具的定置化管理（圖5）；其次設計了逆向的U形模具管理板塊（圖6），規范了模具的流轉程序，減少了物流搬運浪費；最后將模具的在庫狀態、維修狀態、所在區域等信息通過看板實現目視化管理，并編制了模具維修、模具檢測、模具裝配等重要環節的標準化作業指導書。通過以上三方面的改進，我們成功建立了科學而有效的模具管理機制，優化了外部換產作業內容。

圖5 模具定置化管理

圖6 U形模具管理布局

⑶設備TPM管理。設備維護作為快速換產的前期準備工作（即外換產作業）及過程的重要保障．我們從兩個方面進行有效管控：①培養了重點設備應急維修相關方，合理儲備了關鍵零部件，能夠立即對出現故障的設備進行維修；②制定了全面的生產維修(TPM)計劃，包括定期進行預防性維修。我們每月對關鍵設備運行狀況進行定期現場監測、判斷，確定設備的技術狀況。通過對設備的動態管理和預知性維修，把停產時間降至最低。

⑷工具精益化管理。換模前工具的完好情況、工具的擺放位置情況、工具的使用搭配等均是快速換產中外換產作業的重要因子。若工具管理缺乏有效性、實時性、計劃性，便會使重復的搬運時間增加，尋找等待的時間增加，而恰恰這兩項時間又是整個換模過程里浪費時間最長、占比最大的。因此，我們對換模時所用的工具、螺栓、定位銷、頂桿、承擊塊等分門別類地上架定置管理，并用銘牌將工具的規格逐個標識，全面實現目視化管理。另外，專門配備了工具小車，將換模所用的工具分層分格，全面地、系統地、集中性地轉移至換模區，從根本上消除來回跑動拿取工具產生的浪費。

結論

實現鍛造車間的快速換產，首先采用快速換產技術對換模流程進行剖析，盡可能的變內換產作業為外換產作業。然后再利用精益理念和方法分別對內換產作業和外換產作業進行優化。最后通過作業指導書將操作規范化、標準化、穩定化。本文就是結合自身車間的特點，找出了適合自身發展的快速換產模式。筆者將持續探索和研究，以期進一步縮短車間換模時間，建立操作性較強的實施模式并取得更顯著的效果。