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齒輪生產線及其改善

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齒輪生產線及其改善

本文作者:張宇金壽松馮定忠楊東坡作者單位:浙江工業(yè)大學

價值流圖

價值流是指產品從原材料轉變?yōu)槌善返娜窟^程,即將產品和服務提供給顧客的一系列活動.它包括增值過程和不增值過程,是產品生產過程中物料流和信息流的綜合表達.價值流圖[1]是一種分析和優(yōu)化整個價值流的可視化工具.它將現(xiàn)場觀察到的物料流和信息流數(shù)據(jù)以圖示的方法表達出來,用來了解企業(yè)的經營現(xiàn)狀和未來狀態(tài).使用價值流圖分析技術,可以從整體的角度系統(tǒng)分析問題[2],辨識并減少生產過程中的不增值部分,將增值活動組織成有序的連續(xù)過程,并為生產線的改善提供優(yōu)先次序和預期目標.價值流圖已經被證明是一種有效的改善手段,被廣泛地應用于各個領域[3-5].在完成對信息流、物料流和生產活動的調查后,根據(jù)產品價值流動的過程,沿物料流和信息流的方向,應用價值流圖的特定符號,結合收集的數(shù)據(jù),可繪制出價值流圖(見圖1).我們選定的某齒輪公司是一家大型齒輪散件生產企業(yè),產品涉及汽車、工程機械、摩托車、電動工具等領域.因為激烈的競爭和整體消費市場的低迷,該公司在拓展市場的同時,迫切需要對現(xiàn)有生產系統(tǒng)進行改善.本文通過齒輪生產線價值流現(xiàn)狀圖的繪制,分析并找出齒輪生產線的各種問題,應用工業(yè)工程和精益生產手段消除生產中的不增值部分,并利用連續(xù)拉式系統(tǒng)設計價值流未來圖[6],達到對齒輪生產線改善并提高經濟效益的目的.

齒輪生產線價值流現(xiàn)狀圖

我們選定的SH公司的主減速從動齒輪A是盤齒車間需求量最大的產品之一,但受產能限制,常常不能按計劃交貨.由客戶的訂單需求得知,產品A的月需求為30000件,有效工時為30d,生產線采用兩班制,每班11h,生產節(jié)拍P=TP/OP=79.2s.其中:TP表示每月可用生產時間;OP表示產品每月的需求量.采用秒表法對A產品齒輪生產線各工序的操作時間進行多次測量,取得平均值即為周期時間.對相關現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集,并結合物料流和信息流分析,繪制出A產品的價值流圖(見圖2).

齒輪生產線現(xiàn)狀分析

1生產線布局分析

A產品齒輪生產線采用制造單元化設計,即若干道連續(xù)工序所需的設備組成一個制造單元,若干個制造單元共同完成某產品的加工.經過實地觀測,對于A產品的制造流程,各單元的位置比較分散,在制品的運輸距離較遠,導致A產品的搬運路徑過長,并與其他產品的路徑互相干擾;而且,某些單元內操作距離過長,設備位置不合理,影響了在制品的流動(見圖3).

2生產線作業(yè)分析

(1)生產計劃不合理.由價值流圖可知,A產品生產線采用推式生產,生產計劃以周計劃形式下達,因此產能不穩(wěn)定,在制品周轉時間較長,致使生產線中各單元的生產協(xié)調性較差,各單元出入料口在制品堆積.每個單元在制品的堆積量平均為2~3個批量,而熱處理線在制品達到6個批量,在制品嚴重滯留.(2)滾齒工序耗時最長,單件平均加工周期大于生產節(jié)拍,是整個流程的瓶頸工序,影響了生產線的產能和平衡運行.(3)磨內孔和珩齒工序設備陳舊,需要經常維修,設備利用率低,延誤了正常生產.(4)熱后各工序的連續(xù)性差,在制品堆積現(xiàn)象較嚴重,不僅增加了庫存管理成本,而且影響生產線的5S管理(整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)).(5)外協(xié)倉庫與成品倉庫亂堆放現(xiàn)象嚴重,未按標識區(qū)域擺放,間接影響了進出貨效率.(6)信息流復雜.車間管理人員需要安排大部分工序的生產計劃并實時管理,隨時需要各制造科和班組配合,各部門協(xié)調性較差,過程復雜且效率較低.

生產線改進方案的制定

1生產線各工序作業(yè)的改進

應用ECRS原則(取消、合并、重排、簡化)以及程序分析法對各工序進行優(yōu)化改善.

(1)優(yōu)化自動精車單元

該單元共完成兩個精車、鉆孔和擴孔工序.其中的精車工序由機械手完成上下料,并在兩道工序之間完成一道自檢.操作員在傳送帶1上放置待加工工件,從傳送帶2上取出工件,完成其后的鉆孔和擴孔工序.原生產單元所有設備為一字型排列,且為了將所有設備靠外布置,傳送帶1位置靠后,上料極不方便.操作員傳遞在制品距離過長,形成浪費.現(xiàn)將傳送帶、車床、加工中心和手鉆的布局改為U型,減少了走動浪費,縮短了操作時間,同時節(jié)約了場地.

(2)優(yōu)化滾倒剃單元

由于精車單元和外協(xié)同時向后工序供貨,而滾齒機的加工時間為356s,共有兩臺設備,一次加工兩件,單件加工時間為89s,大于節(jié)拍時間79.2s,屬于唯一瓶頸工序.我們在此單元內增加一臺滾齒機,使單件生產周期小于生產節(jié)拍,有效提高了產能和生產平衡性.

(3)優(yōu)化熱后磨孔珩齒單元

產品熱處理之后在磨孔珩齒單元完成車內孔、磨內孔、珩齒和全檢位置度工序.該U型單元檢測臺位置靠內,導致操作員完成珩齒后還需返回檢測臺檢測,有時僅憑個人經驗目視檢驗.現(xiàn)將珩齒機與檢驗臺位置對調,可以確保檢測工序的有效進行,也間接保證了產品質量.在此單元重點推行TPM(全面生產保全),提高了設備利用率.

2生產單元的合并

生產流程中的主要浪費是各工序的過量生產和在制品庫存,盡可能地合并工序是解決這些問題的主要手段.由于實際生產中加工設備的限制,無法將全部工序連接成一個流程,但通過現(xiàn)場實際調查,可以實現(xiàn)在原有單元基礎上對生產單元的進一步合并.參見圖4.對于熱前工序,由于自動精車單元a與滾倒剃單元b距離較近,因此可合并為一個單元,取消a單元的出料架和b單元的進料架,實現(xiàn)熱前工序一個流生產.同理,熱后工序中的拋丸、打標記和抽檢工序可以與單元f合并,拋丸工序結束后按批量運送至打標機.將打標機從打標房移動至單元f附近,因打標工序時間很短,所以此工序可以與其他產品混流,以此提高打標機使用效率;抽檢工序不再按批量進行檢驗,而是在加工過程中進行隨機抽樣,減少了因等待而引起的浪費,并保證了整個生產的連續(xù)性.上述合并實現(xiàn)了各工序的有效銜接,為拉式生產提供了有利條件(見表1).

3結合拉式生產建立的連續(xù)流程

拉式生產以準時化生產為核心,以看板作為信息傳遞工具,由后道工序的需求拉動前道工序的生產.各工序根據(jù)生產情況、作業(yè)計劃和下工序要求進行生產準備和作業(yè)執(zhí)行.連續(xù)流程指生產和運輸產品通過的一系列工序盡可能地連續(xù)化,可以有效減少在制品庫存以及提高勞動效率.生產計劃部門預測的偏差和客戶需求的變動,以及各工序之間信息交換的不流暢,導致實際生產不能按預定計劃進行,各工序存在大量在制品庫存,無形中增加了管理和庫存成本.以拉式生產建立連續(xù)生產流程,可有效降低上述生產成本,提高勞動效率.在以上建立的幾個連續(xù)流程之間,引入超市拉式系統(tǒng).超市拉式系統(tǒng)(見圖5)是指在以批量生產的工序和其下工序之間設立的產品超市系統(tǒng).通過下工序從超市中取貨,向上工序傳遞生產指令,以需求拉動生產.超市拉式系統(tǒng)可以在按計劃生產的同時,實現(xiàn)生產系統(tǒng)對生產過程的實時微調和均衡生產.對于一般的流程,在下工序設立一個先入先出通道,將容量設為2個批量,每批120件,當產品超市內產品超過容量時對上工序發(fā)出停止生產的指令.由于熱處理工序之后工件溫度較高,無法立即拋丸,需要冷卻后進行,因此工序產品超市容量設為4個批量,且此通道可與其他產品共用,以提高拋丸機利用率.以上改進以產品超市取代工序在制品庫存,有效降低了各工序在制品數(shù)量和等待時間,建立了有效的連續(xù)流程,并初步實現(xiàn)了拉式生產.

齒輪生產線的價值流未來圖

改進方案設計完成之后,重新定義各項生產任務,確定各工序和部門的職責劃分和協(xié)作關系,并制定相應的改善推進計劃.根據(jù)上述改進方案,繪制齒輪生產線改進后的價值流未來圖(見圖6).經過改善后,生產線得到以下幾個方面的改進:①改進后的生產線理論日產能由原來的890件提高至1200件,滿足了顧客的需求;②總生產周期縮短,增值時間由715s縮短為676s,增值比由1.02%提高至2.12%,且各工序生產時間較為均衡;③在制品庫存明顯減少,生產的連續(xù)性有很大提高.對現(xiàn)狀圖和未來圖的比較分析可以得到表2.

結束語

(1)用價值流圖可以全面分析生產系統(tǒng),用精益生產的方法消除瓶頸和浪費,實現(xiàn)管理人員對整個系統(tǒng)的管理和控制.(2)本文使用價值流圖對齒輪生產線進行現(xiàn)狀分析和精益改善,同時引入超市拉式系統(tǒng)優(yōu)化工序流程.對價值流現(xiàn)狀圖和未來圖的比較分析可知,該改進方案有效縮短了生產系統(tǒng)的周轉時間,減少了在制品庫存,規(guī)范了整個制造流程,生產線的產能、增值比、平衡率和人均效率都有較大改善,提高了企業(yè)的市場競爭能力.

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