PDCA循環法在核電模塊裝配過程中的應用

王庭兵

(西安交通大學核科學與技術學院，陜西 西安 710049)

0 引言

核電廠安全級控制系統主要由現場控制站、安全顯示站、網關站、工程師站等組成，以上各系統由一些基礎模塊部件組成，如基礎背板、信號輸出模塊、信號輸出模塊、擴展模塊、通信模塊、控制模塊、調理模塊等。不同模塊執行不同的功能，如數據采集、邏輯處理、運算，轉換、隔離、信號分配等，是執行功能的核心部件。無論涉及何種模塊，組裝都是必須完成的過程，是儀控產品生產過程中的必經環節，只有模塊裝配完成后，才能在不同的功能控制柜上發揮相應的作用。模塊裝配的效率會直接影響整個項目的供貨進度，在確保產品質量的前提下提高模塊裝配效率是生產環節提質增效的重要手段。

1 PDCA循環法概述

PDCA是解決問題的一種重要工具和方法，主要包括4個階段：

(1)P階段(Plan，計劃階段)。計劃職能包括目標和方針的確定，以及活動實施計劃的制訂。

(2)D階段(Do，執行階段)。根據已知的信息進行方案設計和工程實施。

(3)C階段(Check，檢查階段)。包括4C管理：Check(檢查)，Communicate(溝通)，Clean(清理)，Control(控制)，根據上一階段的設計和實施情況對過程和產品質量進行監視和測量，并報告結果。

(4)A階段(Action，處理階段)。包括2A：Act(執行，對總結檢查的結果進行處理)，Aim(按照目標要求行事，如改善、提高)。

2 計劃階段

2.1 現狀調查

某核電項目工程樣機包含控制機柜40臺，涉及模塊種類30種，數量5000余張。由于該項目有嚴格的工程時間節點要求，在模塊裝配工藝復雜、產品數量眾多、種類復雜、人員有限、時間緊迫的情況下，按工程節點完成全部模塊裝配十分重要，因此在此過程中急需提高工作效率。

對該工程樣機中模塊裝配耗費時間較多的模塊進行統計，見表1。

表1 某工程樣機模塊裝配時間統計

項目計劃要求在5個工作日內完成任務，該模塊需要安排18人進行裝配，人力耗費較大。綜上所述，問題的癥結是模塊裝配效率低。

2.2 目標設定

根據調查結果，以提高模塊裝配效率為突破點。經調查，當前該模塊的組裝效率為28min/塊；設定目標，將該模塊裝配時間縮短為≤10min/塊。

2.3 要因確認

為了確認模塊裝配在各個工藝環節對裝配時間的影響因素，針對問題癥結開展原因收集，按照生產制造五要素5MIE(人、機、料、法、環)的影響因素，采用頭腦風暴法，列出可能對生產裝配效率產生影響的原因，采用統計分析、測量數據對比、現場實踐操作、現場環境模擬和試驗、觀察操作方法等手段對末端原因進行逐一分析和確認，具體如下。

2.3.1 人員配置情況

全年人員招聘計劃為4人，實際到崗人數為4人，完成率100%，人員招聘計劃按時完成。全年生產裝配員工共計38人，離職人數為2人，占比5.2%，不影響總體生產進度安排。

結論：人員配置到位，非要因。

2.3.2 人員培訓情況

全年包括能力提升培訓10次，項目產前培訓2次，各類專業培10次，合計22次，參加人員比例約為98%。

結論：培訓次數及參訓人數均按計劃完成，非要因。

2.3.3 人員資格差異

生產裝配員工共38人，其中有技師職稱2人、高級工職稱6人，其余為中級工職稱。部分裝配員工為新入職的員工，由于技能還不熟練，對裝配效率有一定影響。通過統計和分析發現，此部分技能不熟練的員工占比較少(4～5人)。

結論：人員資格差異，非要因。

2.3.4 基礎設施配置

裝配模塊時，采用手動流水作業，模塊裝配車間采用5臺防靜電桌配置成手動流水線。該裝配車間共6條生產線，目前能滿足所有項目的模塊裝配需求。

結論：基礎設施配置不完善，非要因。

2.3.5 裝配和搬運工具

操作人員采用的擰緊工具和轉運工具(如手動螺絲刀、尖嘴鉗、活動扳手、小推車等)，在模塊裝配中對部分模塊裝配時需要緊固螺釘的工序進行統計分析，見表2。

表2 模塊裝配螺釘緊固工序及螺釘數量統計

通過觀察操作人員裝配和轉運模塊的方法，經過分析、統計、工時測算得出數據如下：①使用手動螺絲刀拆除模塊螺釘的平均時間為10s/顆；②安裝和擰緊模塊螺釘的時間為13～15s/顆；③使用通用防靜電箱轉運模塊時，每個防靜電箱存放約20張3U模塊，每張模塊中間必須增加防靜電泡沫緩沖隔開，模塊存放和轉運耗費時間長；④在轉運過程中，由于防靜電箱中的模塊未固定，容易出現移動，產生碰撞，可能造成損壞，影響模塊質量。

結論：裝配和搬運工具不適用，是要因。

2.3.6 裝配工序不合理

安全級DCS系統中的功能模塊，在內外部結構及裝配流程方面具有不同的特點。根據對功能模塊裝配特點的分析，對該模塊的裝配工序及用時進行分析統計，見表3。

表3 模塊裝配工序及工時統計

(續)

對操作人員裝配模塊時進行觀察、分析和工時測算，得出結論：加工工序的先后順序對裝配效率有較大影響。

結論：模塊裝配工序分工不合理，是要因。

2.3.7 缺少標準作業流程

目前，模塊裝配根據不同的模塊結構分別設置了不同的工藝流程，根據前面的模塊類型分類分別設置了三種工藝流程。這三種工藝流程對優先級邏輯選擇模塊的裝配描述均較為籠統，且不夠詳細，裝配人員在裝配該模塊時，由于缺少該模塊的標準作業流程，對于某些細小的步驟理解不夠到位，裝配過程進展緩慢。

結論：缺少標準作業流程會直接影響裝配效率，是要因。

通過以上原因分析，最后確認三個要因如下：①裝配和搬運工具不匹配；②裝配工序不合理；③缺少標準作業流程。

2.4 對策制定

根據以上確定的三個要因，針對缺少標準作業流程和裝配工序不合理，主要通過優化當前工藝流程、制定合理的流程，根據優化以后的流程通過編制標準的作業指導書實現固化，同時對當前的裝配和轉運工具優化選型。

3 執行階段

制定對策表后，按照對策落實措施，具體做法如下。

3.1 進行裝配工具調研

選取適用于模塊裝配螺釘擰緊力矩要求的工具，見表4。

使用扭力測試儀對選型的電動工具進行扭力測試，測試結果均達到扭力要求。

3.2 設計轉運工具

對各類模塊結構進行分析、測量尺寸，設計和制作對應的轉運工具。為了滿足模塊轉運的高效率和庫房存放物料數量的最大化，根據現有貨架尺寸的要求對PCBA/模塊防靜電周轉箱進行設計，最后確定防靜電周轉箱尺寸為:長570mm×寬370mm×高300mm。

3.3 優化工序

優化設計工序，實現工序同步，減少等待時間，提高效率，如圖1所示。

該模塊配置裝配人員4人。A、B、C三道工序由員工甲、乙、丙3人同時開始加工，實現工序同步。待B、C工序完成后，D工序員工丁開始加工。由于D為該模塊裝配的瓶頸工序，耗時較多，因此在B、C工序部分完成時，將加工B、C工序的員工乙和丙調配到E和F、G、H、I、J工序進行加工(E工序耗時為120s，F、G、H、I、J工序耗時為113s)，可以基本達到工序同步，同時完成裝配。D工序原材料(B、C工序的產品)待用盡時，再將乙和丙員工調配到B、C工序加工。如此進行循環，直至完成整個裝配工作。

表4 螺釘擰緊工具及力矩要求對應表

該生產模式借鑒精益生產中分割作業單元生產方式(分工作業+相互協助)，降低了生產資源的需求(如機器設備、工具、場地的投入)，生產柔性好，適合多品種、小批量式生產需求。

3.4 標準流程建立

制作標準作業流程和示意圖，并按照流程實施，記錄完成時間。

4 檢查階段

通過對策實施，對目前項目模塊生產的裝配時間進行統計。通過改進，模塊裝配效率有較大提高，模塊裝配平均時間由之前的28min降到9.78min，裝配效率提高了65%，達到預期目的。

5 處理階段

通過本次改進取得了一定的成果，在結合之前模塊裝配經驗的基礎上制定以下鞏固措施：

(1)將電動扭力螺絲刀和扭力測試儀確定為模塊裝配標準工具，納入生產系統統一管理，將模塊轉運車和防靜電周轉箱形成標準化配置，形成模塊裝配的標準資源配置。

(2)培訓操作人員使用標準化工具。在新的裝配工藝流程和方法下，裝配員工熟練使用工具，裝配效率維持在目標值以上。

6 結語

PDCA循環管理法作為一種過程管理工具，在核電安全級儀控產品的生產中得到了很好的應用和實踐，為保障項目的進度和管控過程質量風險等起到積極作用且效果良好。

在核電的儀控生產中，企業應充分借鑒PDCA循環法的精髓，邊計劃、邊執行、邊檢查、邊總結、邊改進。采用PDCA循環法可有效改善生產方式，使項目推動更加順暢，有效保障供貨節點，在核級儀控生產中得到了很好的實踐和應用。