基于價值流分析的鉸鏈生產(chǎn)改善研究

吳嘉琪，黃澤豪，王秋怡，胡凱璇，賴麗娟，周大為

（北京理工大學(xué)珠海學(xué)院工業(yè)自動化學(xué)院，廣東珠海 519088）

0 引言

全球化市場競爭越加激烈，國內(nèi)市場對鉸鏈的需求逐年增加，不少中小型公司的鉸鏈生產(chǎn)訂單量驟增，某公司的鉸鏈產(chǎn)能卻基本不變。本文通過對鉸鏈生產(chǎn)流程進(jìn)行改善優(yōu)化，提高該公司的鉸鏈產(chǎn)能。

運(yùn)用價值流圖和精益生產(chǎn)的科學(xué)管理方式能幫助該公司解決產(chǎn)線生產(chǎn)周期長、效率低等問題，從而提高企業(yè)競爭力。祝海威[1]認(rèn)為價值流管理是中小制造企業(yè)提高競爭力最直接有效的工具，進(jìn)行全面的價值流分析能明確企業(yè)的核心問題。顏紅軍[2]通過繪制價值流圖對某企業(yè)產(chǎn)線進(jìn)行綜合分析，最終解決了產(chǎn)品交付期長的問題。耿立校、趙茂松和孫蒙蒙[3]結(jié)合價值流分析，從精益思想對案例中的生產(chǎn)線進(jìn)行研究提高生產(chǎn)效率。王吉林[4]對某汽車生產(chǎn)線中的焊接設(shè)備進(jìn)行改善，運(yùn)用快速換模思想縮短了換模時間。顧惠紅和周炳海[5]為了有效消除換模過程中的一些不合理操作流程運(yùn)用合并操作實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)。孫妮霞和李棋[6]基于連續(xù)模沖壓的自動化線進(jìn)行連續(xù)模沖壓的設(shè)計(jì)，解決了車間靈活生產(chǎn)的需求。王偉杰[7]根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)資料繪制價值流圖并加以分析，減短了該企業(yè)的物料堆放時間。郝冠男和鄧立君[8]針對以多品種小批量為特征的生產(chǎn)型企業(yè)以快速換模技術(shù)為理論指導(dǎo)對生產(chǎn)包裝車間開展分析，通過區(qū)分縮短內(nèi)外部作業(yè)優(yōu)化換模作業(yè)流程，提高效率。廖樹昌[9]從避免各種浪費(fèi)的角度對沖壓車間實(shí)行快速換模改善，幫助企業(yè)產(chǎn)生良好的社會效益。寧海濤[10]運(yùn)用精益生產(chǎn)的理論和方法對某汽車生產(chǎn)線的沖壓車間進(jìn)行改善。

圖1 OBX18

圖2 OBN14

該公司的鉸鏈生產(chǎn)線主要承擔(dān)OBX18及OBN142種規(guī)格系列的鉸鏈生產(chǎn)，如圖1、圖2所示。本文以O(shè)BN14作為代表產(chǎn)品研究。與2018年的訂單需求相比，OBN14的需求量增長72 564 pcs，但需求量增加而鉸鏈產(chǎn)能不變。其中鉸鏈焊接每天產(chǎn)出約1 200 pcs，換線的頻率15～20次/月，每次換線時間短則為1 h，長則2 h，故產(chǎn)量基本上達(dá)不到1 200 pcs/天，致使交付周期長。

基于鉸鏈的需求量驟增，該公司的鉸鏈產(chǎn)能卻基本不變的狀況，為了使鉸鏈產(chǎn)能適應(yīng)市場變化，實(shí)現(xiàn)多品種小批量的柔性生產(chǎn)。有效增加鉸鏈產(chǎn)能，提高生產(chǎn)效率，減少時間成本，對該公司進(jìn)行全面的價值流分析并改善優(yōu)化勢在必行[1]。

圖3 現(xiàn)狀價值流圖

1 現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)狀價值流圖

圖3所示為現(xiàn)狀價值流圖，OBN14產(chǎn)品的交貨期高達(dá)49.98天，加工時間僅有256.8 s，庫存(包括原材料、在制品、成品)過大，高達(dá)30 000 pcs。因此整個生產(chǎn)流程有很多的改善機(jī)會來降低產(chǎn)品交貨期。

圖4 焊接車間平面

1.2 存在的問題

通過實(shí)際觀察該公司生產(chǎn)線的鉸鏈生產(chǎn)，分別從PLWTQMP的7個方面對價值流圖進(jìn)行多次提問[2]，發(fā)現(xiàn)主要存在如下問題。

（1）針對精益生產(chǎn)中的7種浪費(fèi)，對現(xiàn)狀圖價值流圖進(jìn)行系統(tǒng)分析[3]，發(fā)現(xiàn)沖壓落料和沉孔工序的操作參數(shù)相似，整平和側(cè)切工序的操作參數(shù)相似，但被分為4道工序，導(dǎo)致上下料次數(shù)多、搬運(yùn)次數(shù)多，增加了等待時間，增加人工和時間成本，延長了生產(chǎn)周期。

（2）鉸鏈的焊接換模時間（高達(dá)2 h）較長，且換線調(diào)機(jī)時存在較多的不良品需進(jìn)行返工。在多品種小批量生產(chǎn)模式下，需要經(jīng)常換模，因此換模占用了大量的生產(chǎn)時間，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長[4]。

如圖4所示，焊接機(jī)由1人操作，操作員在1號模具前操作，焊接激光器在4號模具口進(jìn)行焊接。焊接模式有2種，分別是自動模式與半自動模式。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)無論是自動模式或手動模式，都需要工人手動進(jìn)行調(diào)機(jī)，耗費(fèi)較多的人力和時間，存在極大的改善空間。

1.3 原因分析

利用因果圖分別從人員、焊接機(jī)、原材料、方法、模具等方面尋找焊接換線時間長的原因，如圖5所示。焊接換模時間長的主要原因如下。

（1）作業(yè)方法標(biāo)準(zhǔn)化不徹底，導(dǎo)致材料無明確規(guī)定的側(cè)切角度，操作員按照自己習(xí)慣加工[5]。

（2）煙霧處理器與使用的保護(hù)氣不適配，易形成焊渣，且不利于機(jī)器和模具的保養(yǎng)。

（3）頁片推動不到位，導(dǎo)致放置偏移。必須停工調(diào)整重新定位。

圖5 焊接時間長因果圖

表1所示為處理焊接問題所需時間，工人每天清理焊渣需花費(fèi)60 min，在清理焊渣時必須停工，生產(chǎn)周期就延長60 min。并且在全自動模式下，頁片無法達(dá)到精準(zhǔn)定位，需要工人去手動調(diào)整。

表1 處理焊接問題所需時間

2 改善方案

2.1 連續(xù)模的投入與改善

基于連續(xù)模具有全自動化、高效性、便攜性、高效益和高質(zhì)量的特點(diǎn)[6]，通過引入把沖壓落料、整平面度、側(cè)切角度、沉孔4個工序連續(xù)完成的沖床，投入連續(xù)模進(jìn)行精益生產(chǎn)。壓力機(jī)在1次行程中，依次在4個位置上同時完成4道工序的沖模，從而縮短等待與在制品堆積的時間[7]，減少產(chǎn)品所需工時，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省人工和時間成本，從而生產(chǎn)更多產(chǎn)品。

2.2 焊接工藝的快速換模

通過實(shí)際觀察焊接車間的焊接工藝，將每次換線的步驟按順序記錄，發(fā)現(xiàn)不同操作者換線的順序存在較大差異。由于缺少1個理想的換模作業(yè)時間推移圖，導(dǎo)致生產(chǎn)沒有清晰的標(biāo)準(zhǔn)。為了提高生產(chǎn)效率和保障操作者的安全，在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對焊接工藝內(nèi)外部時間進(jìn)行初步地區(qū)分。通過使用SMED進(jìn)行分析，可知改善前員工沒有內(nèi)部、外部作業(yè)之分，所有的換模準(zhǔn)備都在停機(jī)時才開始，存在傳統(tǒng)換模中典型的浪費(fèi)[8]。

圖6 半自動換自動時間推移圖

圖7 半自動換半自動時間推移圖

目前現(xiàn)狀的單人焊接工藝有很長的換模、清理與回收、調(diào)試機(jī)器、調(diào)試感應(yīng)器的過程，所有的外部作業(yè)都是可以在換模前準(zhǔn)備的，而清理模具可在換模后進(jìn)行。通過實(shí)行并行作業(yè)方法使單人的焊接工藝變成雙人，能減少人力浪費(fèi)[9]。具體方案是安排一個作業(yè)員B，當(dāng)作業(yè)員A在進(jìn)行焊接工藝時，讓作業(yè)員B進(jìn)行換模準(zhǔn)備。當(dāng)作業(yè)員A完成焊接工藝，進(jìn)行模具清理、物料回收時，讓作業(yè)員B拆卸保護(hù)器、調(diào)試機(jī)器、裝上待加工產(chǎn)品的模具并調(diào)試感應(yīng)器。經(jīng)過分析，對現(xiàn)狀做出理想的時間推移圖，如圖6、圖7所示。

針對材料無明確側(cè)切角度問題，采用制作測量頁片側(cè)切角度的質(zhì)檢工具方法，能避免因側(cè)切角度沒達(dá)到要求而引起與軸的不緊密連接。針對機(jī)器煙霧處理效果差形成焊渣的問題，通過更換煙霧處理方式，能減少清理焊渣的次數(shù)。針對模具頁片推動不到位的問題，通過將兩側(cè)推動改為四角推動的方法，能解決頁片放置偏頗的問題，有效降低不良率。

3 改善效果

3.1 投入連續(xù)模改善效果

改善前，沖壓落料、沉孔、整平、側(cè)切4個工藝獨(dú)立進(jìn)行，上下料次數(shù)高達(dá)8次，完成4個工藝的時間為49.4 s，1個月的在制品堆積時間長達(dá)11.6天。投入連續(xù)模后，4個工序同時沖模，上下料次數(shù)只有2次，4個工序的完成時間為31.4 s，對比改善前減少了18 s，并且沒有在制品堆積。按照該公司每天生產(chǎn)871個產(chǎn)品計(jì)算，1個月內(nèi)減少的在制品堆積時間能多生產(chǎn)10 103個頁片，有效提高了鉸鏈生產(chǎn)產(chǎn)能，減少中間環(huán)節(jié)的搬運(yùn)浪費(fèi)，提高自動化水平[10]。

3.2 快速換模改善效果

對焊接工藝內(nèi)外部時間進(jìn)行區(qū)分并使用SMED分析后，得到改善前后時間對比表，如表2所示。從表中可以看出，改善后內(nèi)部準(zhǔn)備增加38.6%，總時長減少43.91 min。

表2 改善前后時間對比表

改善材料的無明確側(cè)切角度、機(jī)器煙霧處理效果差、模具頁片推動不到位的問題后，每次處理焊渣的時間由60 min減少為15 min，每天減少處理焊渣3次。把推動方式由兩側(cè)推動定位改為四角推動定位，能準(zhǔn)確進(jìn)行定位，無需重新定位。通過計(jì)算每天能減少47.5 min的時間浪費(fèi)，每月能減少1 425 min的時間浪費(fèi)。

按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書和時間推移圖進(jìn)行的單次換模可以將焊接換模時間縮短1/2，表3所示為改善前后焊接工藝的換模總時長對比。通過改善焊接工藝的換模，每月減少38.39 h的時間成本，一天生產(chǎn)871個產(chǎn)品，則改善后減少的時間可多生產(chǎn)1 393個產(chǎn)品。

表3 改善前后焊接工藝的換模總時長對比

表4 某公司鉸鏈生產(chǎn)線改善效果對比表

圖8 未來價值流圖

3.3 整體改善效果對比

使用價值流圖分析、投入連續(xù)模、實(shí)現(xiàn)快速換模的方法，對該公司鉸鏈生產(chǎn)線的換模時間長、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)能突破不大等問題進(jìn)行分析改善，找出各方面中存在的非增值行為并進(jìn)行改善優(yōu)化，從而減少時間成本與人力成本的浪費(fèi)，提高產(chǎn)線產(chǎn)能。表4所示為本次研究的改善效果對比表。

通過投入連續(xù)模，使得4個工藝時間每月減少5.45天，且減少在制品的堆積時間11.6天。通過實(shí)現(xiàn)焊接工藝的快速換模，減少了3次清理焊渣的次數(shù)，且全自動模式不再需要工人手動定位。把內(nèi)部準(zhǔn)備作業(yè)轉(zhuǎn)換為外部準(zhǔn)備作業(yè)，使得內(nèi)部準(zhǔn)備作業(yè)時間減少了7.75 min。最終，實(shí)現(xiàn)快速換模后，每月?lián)Q模總時長減少1.6天。

通過投入連續(xù)模、實(shí)現(xiàn)快速換模方法，使得這2部分的工藝時長從17.28天縮短到了10.23天，減少了7.05天。圖8所示為改善后得到的未來價值流圖。

4 總結(jié)

本研究結(jié)果說明了通過價值流圖分析、快速換模、投入連續(xù)模的方法能有效提高該公司的鉸鏈生產(chǎn)產(chǎn)能。從未來價值流圖可以發(fā)現(xiàn)，通過改善優(yōu)化鉸鏈生產(chǎn)線，該企業(yè)實(shí)現(xiàn)了多品種小批量的柔性生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率的同時減少了時間成本，解決了企業(yè)生產(chǎn)周期長、非增值活動占比大的問題。價值流分析可作為一種有效的工具運(yùn)用于其他生產(chǎn)企業(yè)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線改善。