專用壓力容器工藝與生產(chǎn)優(yōu)化研究

張建軍，趙積鵬，于斌(蘭州空間技術(shù)物理研究所，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

隨著我國(guó)高新技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，特殊需求的產(chǎn)品性能指標(biāo)縱向提升和功能橫向拓展，對(duì)產(chǎn)品研制周期和計(jì)劃節(jié)點(diǎn)要求也越來(lái)越嚴(yán)格。隨著領(lǐng)域內(nèi)任務(wù)裝備的發(fā)展需求，從整機(jī)帶動(dòng)分系統(tǒng)、單機(jī)批生產(chǎn)項(xiàng)目的大力發(fā)展，專用產(chǎn)品生產(chǎn)已由單件或小批量逐步過(guò)渡到批生產(chǎn)階段。

我國(guó)的空間技術(shù)領(lǐng)域經(jīng)歷50年的發(fā)展建設(shè)，已經(jīng)形成以專業(yè)科研和生產(chǎn)聯(lián)合體，以主要業(yè)務(wù)為核心，相關(guān)技術(shù)或核心能力延伸形成的產(chǎn)品鏈為業(yè)務(wù)構(gòu)成框架，以系統(tǒng)研制鏈條、核心技術(shù)或資產(chǎn)為聯(lián)系紐帶的且產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)不同的多個(gè)科研與生產(chǎn)單位組成的經(jīng)營(yíng)實(shí)體[1]。

專用特種推進(jìn)分系統(tǒng)貯箱、氣瓶等單機(jī)產(chǎn)品是特殊平臺(tái)產(chǎn)品中重要的組成部分，對(duì)主機(jī)任務(wù)研制周期有重要的影響。提高推進(jìn)分系統(tǒng)貯箱、氣瓶研制效率、縮短研制周期，對(duì)提高產(chǎn)品履約能力、整機(jī)研制保成功、提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有著重要的意義。

隨著科研事業(yè)發(fā)展及相關(guān)應(yīng)用需求提升，整機(jī)研制生產(chǎn)任務(wù)快速提升，已呈現(xiàn)多領(lǐng)域、多類型、多任務(wù)、多品種、小批量生產(chǎn)、高密度單機(jī)產(chǎn)品交付的態(tài)勢(shì)；研制周期、性能指標(biāo)和質(zhì)量等級(jí)的要求也進(jìn)一步提高，產(chǎn)品數(shù)量種類越來(lái)越多、研制周期越來(lái)越短、技術(shù)難度越來(lái)越大、質(zhì)量要求越來(lái)越高，對(duì)產(chǎn)品型譜化、系列化、模塊化等組批投產(chǎn)提出了更高要求。針對(duì)任務(wù)形勢(shì)與存在的問(wèn)題，本文簡(jiǎn)要介紹專用壓力容器領(lǐng)域生產(chǎn)優(yōu)化管理的計(jì)劃方案以及實(shí)施的效果。

1 生產(chǎn)策劃方案

1.1 形勢(shì)分析

根據(jù)形勢(shì)和任務(wù)要求，企業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)。如：批產(chǎn)任務(wù)多品種、小批量，具有獨(dú)特性、定制性和非均衡性，同類產(chǎn)品技術(shù)成熟度、技術(shù)狀態(tài)不統(tǒng)一，導(dǎo)致研制成本居高不下。各領(lǐng)域、各項(xiàng)目的整機(jī)、分系統(tǒng)、單機(jī)計(jì)劃節(jié)點(diǎn)不統(tǒng)一，存在相互爭(zhēng)奪資源的現(xiàn)象，導(dǎo)致任務(wù)研制過(guò)程中的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等資源的配置不協(xié)調(diào)。任務(wù)批產(chǎn)階段的風(fēng)險(xiǎn)主要受技術(shù)狀態(tài)、生產(chǎn)工藝、管理模式、人力資源等方面風(fēng)險(xiǎn)源的影響。

某批生產(chǎn)項(xiàng)目，是指在給定的周期內(nèi)，在一定生產(chǎn)條件下，按照特定的產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)，完成大批量性能穩(wěn)定、狀態(tài)一致的主機(jī)任務(wù)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。專用領(lǐng)域貯箱、氣瓶等單機(jī)產(chǎn)品需求數(shù)量急劇增加，從以主機(jī)研制為主的單件、小批量生產(chǎn)模式向預(yù)研、研制和批生產(chǎn)并行的生產(chǎn)管理模式轉(zhuǎn)變，從而對(duì)生產(chǎn)線建設(shè)、組織機(jī)構(gòu)改革、生產(chǎn)流程優(yōu)化、管理模式轉(zhuǎn)變、設(shè)計(jì)、工藝產(chǎn)品化及標(biāo)準(zhǔn)化等方面提出了更高的要求[2]。

專用領(lǐng)域貯箱、氣瓶等單機(jī)產(chǎn)品數(shù)量的增長(zhǎng)、任務(wù)需求的變化對(duì)科研生產(chǎn)提出了更高的要求，需從生產(chǎn)管理、生產(chǎn)策劃、組織模式上更充分保障項(xiàng)目產(chǎn)品的計(jì)劃節(jié)點(diǎn)、質(zhì)量和可靠性，

提高項(xiàng)目任務(wù)的成功率，增加項(xiàng)目產(chǎn)品產(chǎn)能和效益，提升項(xiàng)目科研生產(chǎn)的效率，滿足科研、生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展需求。

1.2 能力分析

現(xiàn)有條件具備貯箱、氣瓶生產(chǎn)線，具備專用壓力容器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、測(cè)試的完整研制能力。產(chǎn)品主要有表面張力貯箱、橡膠隔膜貯箱、金屬隔膜貯箱、金屬高壓氣瓶、復(fù)合材料高壓氣瓶、異型結(jié)構(gòu)壓力容器以及電推進(jìn)、電位控制單元、車載供氣裝置等流體分配模塊產(chǎn)品。其中，專用貯箱、氣瓶一般為通用產(chǎn)品，采用組批滾動(dòng)投產(chǎn)和貨架式管理模式。在生產(chǎn)管理方案優(yōu)化前，存在各領(lǐng)域任務(wù)搶占生產(chǎn)資源、生產(chǎn)計(jì)劃不協(xié)調(diào)等問(wèn)題亟需解決。

1.3 特性歸集

成組技術(shù)(GT-Group technology)作為一種專門(mén)針對(duì)多品種、中小批量生產(chǎn)而提出的組織管理技術(shù)，是多品種、中小批量生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行批生產(chǎn)有效的組織管理手段[3]。推進(jìn)批生產(chǎn)管理體制的創(chuàng)新，成組技術(shù)的先進(jìn)管理思想是極為重要的，成組技術(shù)是利用相似性原理對(duì)多品種生產(chǎn)零件、部件進(jìn)行簡(jiǎn)化、統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化。統(tǒng)計(jì)資料表明，在任何一類機(jī)械產(chǎn)品中，各類零件在整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律極為相似。其中的特殊件，也就是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的零件約占5%～10%，標(biāo)準(zhǔn)件約占20%～25%，大量的結(jié)構(gòu)相似件約占70%左右。對(duì)于約占70%左右的相似件，是開(kāi)展成組技術(shù)的主要對(duì)象，這對(duì)特殊產(chǎn)品的生產(chǎn)同樣適用[4]。根據(jù)壓力容器材料、結(jié)構(gòu)、工藝特性，針對(duì)同類零件材料、結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程的產(chǎn)品進(jìn)行組批投產(chǎn)。專用壓力容器研制生產(chǎn)滿足多品種、小批量的五個(gè)典型特征[5]，包括產(chǎn)品的專用性強(qiáng)、研制階段性明顯、工藝過(guò)程離散、生產(chǎn)組織主要采用訂貨裝配型和生產(chǎn)的組織方式主要按工藝專業(yè)化原則。

貯箱、氣瓶成熟產(chǎn)品構(gòu)造的相似性和零件的相似性，在一定條件下決定了制造工藝過(guò)程的相似性，相似性產(chǎn)品各加工環(huán)節(jié)所用加工方法和設(shè)備基本相同，加工工藝路線相似。在材料相似性方面，貯箱、氣瓶產(chǎn)品用原材料、零件毛坯成型方法以及熱處理方法具有一致性；在結(jié)構(gòu)相似性方面，貯箱、氣瓶產(chǎn)品的構(gòu)成零件主要分為回轉(zhuǎn)體形狀的半球類、接嘴類、筒類、板類零件等[6]。在工藝相似性方面，相似性產(chǎn)品各加工環(huán)節(jié)所用加工方法、設(shè)備，加工工藝、工裝夾具，檢驗(yàn)量具也相同或相似。

1.4 成熟度確定

確定XX產(chǎn)品定型基線，對(duì)基線產(chǎn)品的成熟度進(jìn)行確認(rèn)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、試驗(yàn)、驗(yàn)收技術(shù)文件完整性；技術(shù)指標(biāo)要求與任務(wù)書(shū)的覆蓋性和可達(dá)性；產(chǎn)品質(zhì)量、在用服役情況等。通過(guò)產(chǎn)品歸類、定型基線選取以及產(chǎn)品成熟度的確定與信息綜合梳理，形成了規(guī)范化產(chǎn)品系列，有利于保證產(chǎn)品的性能、可靠性[7]。

1.5 工藝定型與標(biāo)準(zhǔn)化

在充分繼承成熟經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，完善設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、試驗(yàn)、管理等環(huán)節(jié)，形成了整套產(chǎn)品的定型文件，實(shí)現(xiàn)了成熟、通用產(chǎn)品的去單一任務(wù)化。同時(shí)，提出工藝 “模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化”策略，不斷推進(jìn)成熟、先進(jìn)工藝成果納入標(biāo)準(zhǔn)或工藝規(guī)范工作，在原有成果基礎(chǔ)上，通過(guò)推進(jìn)工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化，減少重復(fù)勞動(dòng)、提高工作效率、降低技術(shù)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

工藝標(biāo)準(zhǔn)化和成組技術(shù)是制造企業(yè)生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的迭代優(yōu)化，需做到產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊化、制造工藝與工藝準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)制造專業(yè)化、生產(chǎn)技術(shù)柔性化[8]。

1.6 組批管理

滾動(dòng)組批生產(chǎn)以工藝流程為主線，在當(dāng)年任務(wù)需求和未來(lái)需求預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)線均衡生產(chǎn)要求，確認(rèn)年度投產(chǎn)批次數(shù)及批量，實(shí)施零部件按批加工、產(chǎn)品分組裝配組焊的生產(chǎn)模式，滾動(dòng)組批生產(chǎn)實(shí)施流程如圖1所示。在物資配套方面，通用產(chǎn)品物資需求明確，實(shí)施滾動(dòng)儲(chǔ)備，即當(dāng)年儲(chǔ)備次年物資需求。

圖1 滾動(dòng)組批生產(chǎn)實(shí)施流程

1.7 生產(chǎn)策劃

年度投產(chǎn)詳細(xì)策劃，依據(jù)年初需求計(jì)劃，結(jié)合未來(lái)潛在需求分析，確認(rèn)各產(chǎn)品年度投產(chǎn)數(shù)量。未來(lái)需求趨于減少的產(chǎn)品，實(shí)施按需投產(chǎn)；未來(lái)需求較多的產(chǎn)品，按實(shí)際+需求及潛在需求確定年度投產(chǎn)數(shù)量。進(jìn)行研制生產(chǎn)準(zhǔn)備狀態(tài)檢查，依據(jù)相關(guān)策劃與管理辦法，在產(chǎn)品投產(chǎn)前從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”及外協(xié)保證等方面確認(rèn)與產(chǎn)品基線的一致性，由相關(guān)人員確認(rèn)、批準(zhǔn)后實(shí)施投產(chǎn)。

1.8 生產(chǎn)計(jì)劃

年度投產(chǎn)批次數(shù)與批量策劃：依據(jù)任務(wù)需求節(jié)點(diǎn)及各產(chǎn)品批量與生產(chǎn)周期之間的關(guān)系確定年度投產(chǎn)批次數(shù)、每批投產(chǎn)數(shù)量及投產(chǎn)時(shí)間。專用大型貯箱、中小型貯箱、專用氣瓶按策劃數(shù)量進(jìn)行組批；XX專用貯箱、氣瓶一般以用戶訂單數(shù)量作為投產(chǎn)批量。零件投產(chǎn)數(shù)量確認(rèn)：投產(chǎn)前，對(duì)各產(chǎn)品每批次零組件需求數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合“貨架庫(kù)”庫(kù)存數(shù)量、過(guò)程合格率、庫(kù)存警戒線及在成組技術(shù)下的最佳投產(chǎn)量，確定各類零件每批投產(chǎn)數(shù)量及是否需要分組實(shí)施。在裝配組焊方面，依據(jù)任務(wù)需求計(jì)劃和裝焊資源產(chǎn)能，年初對(duì)全年裝焊工作進(jìn)行策劃，在保證需求節(jié)點(diǎn)前提下，盡可能增加每組同類產(chǎn)品焊接數(shù)量，優(yōu)化裝焊周期。

針對(duì)大型表面張力貯箱，經(jīng)對(duì)零組件分類，共分為大型、板類、篩網(wǎng)類、軸套類和接嘴類五類零件。其中大型零件包括半球、筒體、球缺；板類零件包括各類收集器支壓板、導(dǎo)向板；篩網(wǎng)類零件包括各類收集器組件篩網(wǎng)；軸套類零件包括各類收集器骨架以及其他軸套類零件，接嘴類零件包括氣口、液口，具體生產(chǎn)組織方式如圖2所示。

圖2 表面張力貯箱生產(chǎn)組織方式

2 生產(chǎn)模式策劃

根據(jù)表面張力貯箱產(chǎn)品特性，主要分別大型殼體、板式零件、篩網(wǎng)零件和接嘴類零件四大部分。

2.1 大型殼體投產(chǎn)模式

大型殼體零件屬特種壓力容器的核心部件，質(zhì)量要求高、加工精度高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，性能優(yōu)劣直接影響產(chǎn)品性能水平，其加工質(zhì)量與效率一直制約著整體效率的提高[9]。大型零件的機(jī)械加工采用大型數(shù)控車床、球面車床等專用設(shè)備加工，該類零件的生產(chǎn)能力受設(shè)備的生產(chǎn)能力限制較大，設(shè)備能力是影響零件加工效率的主要因素，所以大型零件的生產(chǎn)采用“流水作業(yè)”，充分利用設(shè)備資源。

2.2 板類零件生產(chǎn)模式

板類零件的生產(chǎn)工序一般包括車、鉗、線切等，生產(chǎn)工序相對(duì)較少，但零件需求數(shù)量較多，占用生產(chǎn)線設(shè)備包括車加工、鉗工加工、線切加工設(shè)備等。由于受生產(chǎn)線上的生產(chǎn)設(shè)備限制，投入到板類零件的設(shè)備相對(duì)有限。通過(guò)結(jié)合設(shè)備能力對(duì)投產(chǎn)數(shù)量、投產(chǎn)批次與生產(chǎn)周期關(guān)系進(jìn)行分析，通過(guò)控制板類零件每批(組)投產(chǎn)數(shù)量、投產(chǎn)批次，可使該類零件批次間銜接最緊密，保證流水生產(chǎn)，周期最短。

2.3 篩網(wǎng)零件生產(chǎn)模式

篩網(wǎng)零件的生產(chǎn)工序一般包括下料、清洗、泡破點(diǎn)檢驗(yàn)等，生產(chǎn)工序少，工藝過(guò)程具有高度相似性，各零件具有相同的加工工序的工序順序，生產(chǎn)設(shè)備均為專用設(shè)備。因此其生產(chǎn)模式采用傳統(tǒng)的“加工流水線”生產(chǎn)模式，該生產(chǎn)模式有利于按零件的加工順序布置加工設(shè)備，組織流水生產(chǎn)，該生產(chǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)接近于大量生產(chǎn)。同時(shí)根據(jù)表面管理裝置特點(diǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中，以內(nèi)芯組件的組焊工序?yàn)榉纸琰c(diǎn)，將加工流程分為零組件機(jī)加階段和產(chǎn)品的組焊階段，在零件的生產(chǎn)階段將收集器、管路、球缺、半球等劃分為公用零組件；將筒體、防晃錐等劃分為特殊零組件，公用零組件按組批的方式滾動(dòng)投產(chǎn)，特殊零組件按小批次組織生產(chǎn)[10]。

2.4 接嘴類零件生產(chǎn)模式優(yōu)化

接嘴類零件包括氣口、液口等，該類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此生產(chǎn)工藝過(guò)程相對(duì)較長(zhǎng)，生產(chǎn)工序較多，涉及的生產(chǎn)設(shè)備也相對(duì)較多，且每工步均需有專用的工裝來(lái)輔助完成，但該類零件的數(shù)量只占零件總數(shù)量的5%。因此該類零件的生產(chǎn)模式采用現(xiàn)有的“單件生產(chǎn)模式”。

3 優(yōu)化方案實(shí)施與討論

通過(guò)生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)型及組批生產(chǎn)管理模式探索，貯箱、氣瓶生產(chǎn)線在人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等方面實(shí)現(xiàn)了“去單一任務(wù)化”的批生產(chǎn)管理目標(biāo)，生產(chǎn)效率、產(chǎn)品合格率及產(chǎn)能均得到了大幅提高。

3.1 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性提升

通過(guò)綜合實(shí)行生產(chǎn)管理優(yōu)化方案，零組件的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性得到了大幅提升，大型殼體加工效率提供26%，篩網(wǎng)式零件加工效率提升42%,其他零件加工效率提高30%，產(chǎn)品交付合格率100%、任務(wù)成功率保持100% 。

3.2 交付周期大幅縮短

通過(guò)貨架式零部件滾動(dòng)投產(chǎn)及庫(kù)存警戒線的建立，生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了均衡化生產(chǎn)，以某大型表面張力貯箱為例，其交付周期由任務(wù)管理時(shí)期的9個(gè)月縮短到了目前的4個(gè)月。

3.3 生產(chǎn)效率和效益提升

生產(chǎn)線推行滾動(dòng)組批管理模式后，產(chǎn)能和效益均得到了提升，貯箱、氣瓶生產(chǎn)線產(chǎn)能大幅提升，節(jié)點(diǎn)完成率100%。

3.4 產(chǎn)品隊(duì)伍能力提升

通過(guò)組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以型號(hào)批生產(chǎn)目標(biāo)為目標(biāo)導(dǎo)向，達(dá)到了用人少、效率高的目標(biāo)，整體隊(duì)伍能力得到了提升，從而保證了特殊生產(chǎn)任務(wù)的順利完成。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)當(dāng)前特需任務(wù)形勢(shì)與自身能力建設(shè)情況進(jìn)行了綜合分析，從所研制生產(chǎn)的特種容器的材料、結(jié)構(gòu)、工藝等特性出發(fā)，將成組技術(shù)應(yīng)用到專用壓力容器生產(chǎn)計(jì)劃管理中，把整體生產(chǎn)分解為大型零件、板類零件、篩網(wǎng)類零件、軸套類零件共五大類，通過(guò)合理組批投產(chǎn)、科學(xué)利用生產(chǎn)資源等手段，使任務(wù)生產(chǎn)效率得到大幅提高，相應(yīng)貯箱、氣瓶類產(chǎn)品研制周期縮短，為專用科研生產(chǎn)保成功奠定了基礎(chǔ)。

綜合產(chǎn)品成熟度確認(rèn)、工藝定型與標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)策劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備狀態(tài)檢查、“去單一任務(wù)化” 生產(chǎn)等手段，使設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)銜接更緊密，規(guī)避了潛在的研制生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)資源的利用率更加均衡，提高了生產(chǎn)效率。通過(guò)生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)型和生產(chǎn)優(yōu)化方案實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性提升、交付周期大幅縮短、生產(chǎn)效率和效益提升和產(chǎn)品隊(duì)伍能力。