TPM全面生產管理在水泥企業的應用

吳愛軍，饒銳

GDNF公司5 000t/d水泥熟料生產線于2004年投產，最初設計產能為年產155萬噸水泥熟料，回轉窯規格：φ4.8m×72m，生料磨型號：ATOX50輥磨。經過多次改造，熟料產量始終＜6 200t/d，2019年年均生產能力6 105t/d，與同類型同型號窯企業熟料產量＞7 000t/d的企業相比，生產能力有較大差距。另外，在生料系統中，僅生料磨一項的年度維修費用，即占了整個企業維修費用的31%以上，且維修工時長，消耗了大量的維修工時。

為有效解決以上問題，GDNF公司采用了TPM（Total Productivity Management）全面生產管理方法，按照明確工作方向、實施組織保障、進行現狀調查、開展原因分析、提出改善措施五步工作流程，開展了5Why分析、相關性分析及4M分析等工作，有效提升了企業管理水平、促進了企業生產經營指標提升、減少了因設備故障而造成的損失，實現了提產增效的目標。

1 明確工作方向

針對GDNF公司面臨的產能制約問題，我們設定了保證熟料產量達到6 400t/d的工作目標。運用回溯法和相關性分析法，根據物料平衡計算結果，在不改變生產工藝的前提下，回溯物料配比及平衡量，具體見表1。

如表1所示，若要達到熟料產量6 400t/d這一目標，生料產量下限為416t/h，石灰石產量下限為346.6t/h。考慮到規避峰電時間段（8：00-12：00；17：00-21：00）以及礦山開采時限和運輸時間等因素，生料磨的最優日運行時間為16h，石灰石破碎機的最優日運行時間為6～12h。

表1 GDNF公司物料平衡表

綜合考慮以上物料平衡計算以及相關影響因素，明確了以下工作方向：基于日最優運行時間分析的生料磨理論產量范圍為416～624t/h，結合國內外同類型設備實際工況，生料磨產量設定為560t/h左右，石灰石破碎機產量范圍為693.2～1 386.4t/h。

2 實施組織保障

成立TPM管理改善小組，明確職能分工、減少管理層級；針對具體問題跨部門跨專業通力協作，提高溝通協作效率；通過轉換思維方式，從多個方面對問題進行分析并加以改善。GDNF公司TPM改善小組組織結構如圖1所示。

圖1 TPM改善小組組織結構

組織機構明確后，需明確小組成員的職能分工，GDNF公司TPM改善小組成員的職能分工如表2所示。

表2 GDNF公司TPM改善小組成員的職能分工

3 進行現狀調查

TPM管理活動的評價指標為設備綜合效率（OEE，Overall Equipment Effectiveness），它是用來表征設備理論生產能力和實際生產能力對比的一種測量工具。GDNF公司OEE設備綜合效率指標的組成分解如圖2所示。

從圖2可以直觀地看出，影響設備綜合效率的主要因素為停機時間、降速減產以及不合格批次。

圖2 GDNF公司OEE設備綜合效率指標的組成分解

3.1 故障、減產降速統計分析

如圖3、4所示，GDNF公司生料磨系統于2019年因故障停機79次，停機時長142.5h，除去原材料品質所導致的堵料停機，其他停機均為設備突發故障所致，均為事后維修。

圖3 2019年GDNF公司生料磨減產降速次數統計（單位：次）

GDNF公司生料磨系統于2019年的計劃停磨時間長達845.9h，減去大修停機時間653.4h，平均每天需停機約2.5h進行磨內維護，維護時間過長；另外，每次磨內維護需要約6～8人協同完成（崗位人員2名，機修工3～4名，電工1～2名），且不包括現場安全員以及中控操作人員。

3.2 產量調查

如圖5所示，GDNF公司2019年生料磨年均產量為461t/h，結合物料平衡計算，我們將生料磨產量目標設定在490～500t/h，故障目標停機時間減少50%，處于前文所確定的目標范圍。

圖4 2019年GDNF公司生料磨減產降速時長統計（單位：h）

圖5 GDNF公司2019年生料磨產量統計（單位：t/h）

4 開展原因分析

TPM管理活動所使用的原因分析工具系統圖見圖6。

圖6 TPM管理活動所使用的原因分析工具系統圖

根據前文所述生產現狀調查結果顯示，生料系統故障點和制約因素很多。在此僅圍繞產量、維修費用及維修工時三個方面，選取有代表性的生料磨主機為案例進行分析，以直接體現5Why分析、相關性分析、4M分析等管理工具的使用方法。

4.1 5Why分析法

5Why分析法也稱“5問法”，通俗來講，就是逐次遞進問5個為什么。文獻[1-3]對5Why分析法的定義、使用方式等進行了詳細論述，在此僅介紹其在水泥行業中的應用。

5Why分析法是一種基于設備（零部件）關聯性的物理分析方法。若要剖析設備零部件之間的關聯方式，需要有一種較為直觀的表征方式。因為TPM管理活動中的一項關鍵目標就是全員參與，需要做到即使不是相關專業人員，也能通過5Why分析直觀了解其中原理，這里使用示意圖的方式進行敘述。

（1）設備結構示意

輥磨磨輥、磨盤、液壓拉桿結構見圖7。

圖7 輥磨磨輥、磨盤、液壓拉桿結構示意圖

（2）設備故障模式分析

根據實際故障發生情況，生料磨故障模式分析選取液壓拉桿作為分析對象。按照5Why分析法，從故障設備出發，先區分故障類別及故障現象，再針對故障現象，逐層遞進展開分析，具體分析展開示范見表3～表5。

本文提供了一個如何使用5Why分析法的較為清晰的路線，但考慮本文篇幅，表3～表5僅分析了一種故障現象的第一層原因，其他過程不再贅述。

表3 生料磨液壓拉桿5Why分析（1）

表5 生料磨液壓缸5Why分析（3）

4.2 相關性分析

TPM管理相關性分析是指，根據生產工藝原理、流程，從源頭出發，逐道工序進行分析，直至發現問題所在工序結束。

以GDNF公司生料生產工藝為例，四種原材料由車輛運輸進廠，通過破碎機破碎成規定范圍大小的物料，經皮帶輸送設備輸送至堆料機進行均勻堆料；取料機根據“橫鋪直取”的原則進行取料，再由皮帶輸送設備輸送至調配站相應的料庫進行存儲；調配站中的四種物料根據配比要求，由皮帶秤定量輸送，搭配混合為原料后，由帶式輸送機運至生料磨下料小倉，穩定下料到板式喂料秤，定量喂入生料磨；原料經生料磨研磨成規定范圍大小的生料后，被向上的氣流帶入選粉機分離器進行氣固分離，生料因重力向下，通過螺旋輸送機、空氣輸送斜槽以及斗式提升機進入生料均化庫，直至整個生料生產流程結束。

表4 生料磨液壓拉桿5Why分析（2）

根據工藝原理制作的生料產量與工序相關性分析如表6所示。表6直觀地體現了與生料產量相關的工序，明確對應工序后再逐一進行排查。

結合圖6和表6可見，在不改變當前生產工藝的情況下，另一個提升產能的方法是改善原料粒度控制。結合表3可以看出，原材料粒度對系統產量、磨機電耗、料層波動等有一系列影響，若要減少生料磨做功，需從原料粒度控制方面著手。根據回溯推理理論，結合上述相關性分析，逐個工藝環節逆推可以看出，與原材料粒度相關的環節僅有破碎環節。在破碎環節，既要控制好粒度，又不能增加破碎機做功。

表6 生料產量與工序的相關性分析表

破碎工藝流程為，礦山開采出的礦石，經運輸車輛運進廠內，送入破碎機，物料經破碎機破碎成規定大小的物料，再由皮帶輸送機運走。從礦石破碎原理可以看出，若要使物料粒度破碎合格且不增加破碎機電耗，只能從提高破碎機做功效率出發，區分并減少破碎機的不必要做功和重復做功。開采進廠的礦石大小不一，其中，顆粒較小的物料不必再進行破碎，這是不必要的做功。而有些大的物料進入破碎機破碎，粒度合格后未及時出破碎機，仍受到破碎機錘擊，這種做功即是重復做功。基于這樣的思路，結合前饋控制原理，考慮在物料破碎前先行篩選，小于破碎要求的物料直接落入皮帶輸送機。

原料粒度控制改善思路如圖8所示，在礦石進廠前對體積過大的物料進行搭配運輸，不允許出現物料全部是大石塊的情況，大小不一的物料搭配使用（當前技術手段難以使所有礦石均達到規定粒度大小，也無法做到不允許大石塊進廠）。篩選機安裝在破碎機之前，小于破碎要求的物料經篩選，直接落入皮帶輸送機。

圖8 原料粒度控制改善思路

4.3 4M分析法

4M分析法也稱“人、機、料、法”分析法（Man、Machine、Material、Method）。經過不斷的發展，之后相繼出現4M1E法（加入了環境）以及5M1E法（加入了測量和環境），分析維度有拓展，但基本分析思路沒有改變。即此類分析都是針對同一個問題，從不同的維度進行分析，最后匯總得出結論。

常見的4M分析工具有魚骨圖及4M控制矩陣。魚骨圖的優點是可以直觀呈現問題原因，且具有一定的邏輯性，與5Why分析的思維導圖類似；缺點是不利于數據統計與改善措施制定。這里僅通過案例對4M控制矩陣分析工具進行論述。

選取生料磨作為案例分析對象，對GDNF公司2019年實際數據進行盤點，制作4M控制矩陣。矩陣分布表見表7，表7中各列具體內容分解如表8～10所示。

表7 生料磨4M分析控制矩陣表

生料磨的4M分析控制矩陣分為料、機、法三部分。在原料項中，列出了與生料磨有關的所有原料檢測控制項目以及管理要求（見表8）；在設備項中，根據生料磨系統的主電機、減速機、稀油站、磨機等設備組成，從設備清掃、點檢、潤滑、更換、調整五個日常管理項出發，列出了具體的管理要求（見表9）；在防錯方法項中，結合設備項的設備組成，再分為設備性能參數及操作要求兩小項，分別列出實際的管理要求（見表10）。

表8 生料磨4M分析控制矩陣表（原料項）

表9 生料磨4M分析控制矩陣表（設備精度項）

表10 生料磨4M分析控制矩陣表（防錯方法項）

很顯然，關于4M分析中的“人（MAN）”這一維度，已在實際的檢測、點檢、潤滑、操作等工作中提出了具體的控制要求，實現這些要求時，即可避免因“人”的因素導致的問題發生。例如，表9中主電機的清掃，要求每天一次，且達到表面無積灰、無油漬；主電機的點檢，要求每班兩次，且點檢涵蓋前后軸瓦溫度、震動、聲音等的測量，這些都是對于“人（MAN）”這一維度的具體要求。

5 提出改善措施

在此階段，對應前文所進行的各種分析結果提出改善措施。其中，5Why分析主要是針對以往設備故障以及減產降速情況進行根本性的原因分析，提出避免同樣的情況再次發生的措施，從而提高設備運行時間，達到提高產量的目的；4M分析主要是以設備穩定運行為目的，從控制工藝參數的穩定性出發，列出針對性控制要求的控制矩陣改善措施；相關性分析主要是從工藝原理、工藝流程出發，以本次活動開展的主要目的為源頭，以回溯推理的原則，找出與課題相關的影響因素，最后有針對性地提出改進措施。

結合前文所述的相關性分析，以原料磨原料粒度控制為例，進行改善措施實施說明。如圖9所示，增加篩選機之后，通過縮小篩條間隙，控制原料過篩粒度；如圖10所示，通過調整承擊砧角度，增加破碎機內物料容量。

圖9 調整篩選機篩條間隙（由80mm改為35mm）

圖10 調整破碎機承擊砧板角度（由55°改為72°）

6 結語

以生料粉磨系統為TPM全面生產管理方法實際使用的案例，通過明確方向、組織保障、現狀調查、原因分析以及實施改善等一系列活動的開展，GDNF公司在生料粉磨系統的管理方面取得了較大程度的提升，改善情況如圖11、圖12、圖13所示。

圖12 GDNF公司生料磨故障改善情況（2019年～2020年）

由圖11～圖13可見，生料磨產量同比提高61.97t/h，故障停機時間同比下降56.2%，破碎機產量提高130t/h，破碎機電耗下降0.25kW·h/t，粒度合格率提高5%，全面實現了開展TPM活動前期所設定的各項目標。

圖11 GDNF公司生料磨產量改善情況（2019年～2020年）

實踐表明，在水泥企業推行TPM全面生產管理活動，可以使企業管理方向更加明確，減產降速及設備故障原因分析更加徹底，設備維護保養理論與實踐聯系更加緊密，企業生產操作工作流程更加科學，員工工作效率大幅提高，能夠有效助力水泥企業管理水平和經營效益的提升。