杜世舉 郭炳麟 劉民

摘要：工藝流程改進(jìn)及設(shè)施布局優(yōu)化是工業(yè)工程體系中的重要方法，是企業(yè)改進(jìn)和自我提升的有效手段。通過(guò)采用流程程序分析、人機(jī)作業(yè)分析、作業(yè)相關(guān)圖分析，文章對(duì)釹鐵硼成型工序的工藝流程進(jìn)行分析，找出流程中存在的不足，并通過(guò)改進(jìn)工藝流程、改造設(shè)備、調(diào)整設(shè)備的布局實(shí)現(xiàn)工藝流程改進(jìn)和設(shè)施布局優(yōu)化，從而提高企業(yè)生產(chǎn)力和效率。

關(guān)鍵詞：工藝流程改進(jìn)；布局優(yōu)化；程序分析；工業(yè)工程；釹鐵硼磁體；成型工藝 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TF124 文章編號(hào)：1009-2374（2016）29-0043-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.018

1 概述

釹鐵硼磁體作為稀土永磁的巔峰之作，自20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)展迅速，其超強(qiáng)的永磁性能極大地促進(jìn)了各種節(jié)能電機(jī)的發(fā)展，在新能源成為時(shí)代主流之時(shí)，釹鐵硼磁體當(dāng)仁不讓地成為了全球工業(yè)發(fā)展的原動(dòng)力。作為稀土出產(chǎn)大國(guó)，中國(guó)成為了稀土永磁，特別是釹鐵硼磁體的出產(chǎn)大國(guó)，擁有著200余家、占據(jù)了世界九成以上的釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)。但八成以上的中國(guó)企業(yè)選擇的仍是低成本策略，只有比較低端的技術(shù)水平，管理也比較粗放，通常勞動(dòng)密集、效率低下。只有一成的中國(guó)企業(yè)選擇產(chǎn)品差異化策略，在VCM、工業(yè)電機(jī)、新能源汽車用磁體等高端應(yīng)用上與日本同行分享市場(chǎng)。

近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)民生活水平的提高，“中國(guó)制造”的勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)已經(jīng)開(kāi)始減弱，而位于行業(yè)前端的日本企業(yè)和中國(guó)頂尖企業(yè)占據(jù)了高端產(chǎn)品和高技術(shù)產(chǎn)品的大部分市場(chǎng)份額。留給中小企業(yè)的生存空間在逐漸減小，2014年已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)大面積的企業(yè)停工或倒閉轉(zhuǎn)行的現(xiàn)象。

在面臨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)之時(shí)，中小企業(yè)生存困難，占有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的大企業(yè)的盈利空間也在下降，為了保證市場(chǎng)地位和競(jìng)爭(zhēng)力，在國(guó)際市場(chǎng)上占有一席之地，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)正在苦練內(nèi)功，致力于自我改善，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)力和競(jìng)爭(zhēng)力。而在自我改善的諸多手段中，工業(yè)工程及其諸多成熟的理念和方法成為了許多企業(yè)的首選。

2 工業(yè)工程理論及應(yīng)用

工業(yè)工程理論和方法包括多個(gè)方面，其中工藝流程改進(jìn)通過(guò)充分利用現(xiàn)有資源，有效處理企業(yè)內(nèi)部關(guān)系，持續(xù)關(guān)注整個(gè)流程，最終實(shí)現(xiàn)提高效率和競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)。通過(guò)員工參與，利用準(zhǔn)時(shí)制、流程控制統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)布局優(yōu)化、方法研究等方法實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)涵式發(fā)展，充分挖掘企業(yè)內(nèi)部潛力。而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)布局優(yōu)化是企業(yè)自我改進(jìn)的重要手段之一，通過(guò)繪制作業(yè)相關(guān)圖、從至表、人機(jī)作業(yè)分析，利用指派模型、重力模型、線性規(guī)劃法等進(jìn)行設(shè)備布置方式的調(diào)整，從而優(yōu)化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)布局，減少物料搬運(yùn)、減少人員和人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。作為工業(yè)工程體系中工作研究的又一基礎(chǔ)技術(shù)，方法研究以作業(yè)系統(tǒng)為研究對(duì)象，包括了程序分析、作業(yè)分析和動(dòng)作分析，一般可以在“無(wú)低費(fèi)”的情況下，通過(guò)改進(jìn)作業(yè)流程和操作方法，充分利用企業(yè)內(nèi)部資源，提高生產(chǎn)率，降低成本，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。準(zhǔn)時(shí)制、看板管理、零庫(kù)存生產(chǎn)和單件流生產(chǎn)作為日本企業(yè)精益生產(chǎn)的核心方法，也被國(guó)內(nèi)企業(yè)作為消除浪費(fèi)的重要方法而廣泛采用。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，早在十年前，在中國(guó)已有上百家企業(yè)不同程度地應(yīng)用工業(yè)工程，獲顯著效果的達(dá)30余家。這些應(yīng)用涉及到汽車、鋼鐵、機(jī)械制造、家電、建材、資訊等十幾個(gè)行業(yè)，包括第一汽車集團(tuán)、一汽大眾有限公司、廣東科龍集團(tuán)、廣東美的集團(tuán)以及東南沿海的許多企業(yè)都已經(jīng)將應(yīng)用工業(yè)工程作為企業(yè)管理水平的重要手段，并取得了顯著效果。而在近十年工業(yè)工程的發(fā)展更為迅猛，清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等知名高校均設(shè)立了工業(yè)工程專業(yè)，每年為社會(huì)培養(yǎng)大批專業(yè)人才，各大企業(yè)也選派骨干人員在工業(yè)工程領(lǐng)域進(jìn)修。在釹鐵硼行業(yè)，安泰科技等行業(yè)知名企業(yè)為了與日本同行進(jìn)行高端產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，已成立了專門(mén)的IE團(tuán)隊(duì)，通過(guò)利用業(yè)務(wù)流程再造、工藝流程改進(jìn)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)布局優(yōu)化等理論和方法提升企業(yè)生產(chǎn)力和競(jìng)爭(zhēng)力。

3 成型作業(yè)現(xiàn)狀分析

釹鐵硼磁體的成型工藝分為粘接和燒結(jié)兩種。燒結(jié)釹鐵硼的生產(chǎn)屬于比較典型的粉末冶金成型工藝，主要包括冶煉、制粉、成型、燒結(jié)和熱處理五個(gè)步驟。其中成型工序是將微米級(jí)的金屬釹鐵硼粉末按照一定形狀和重量，利用磁場(chǎng)成型壓機(jī)進(jìn)行取向壓制成為壓坯的工藝過(guò)程。該工藝過(guò)程傳統(tǒng)做法包括粉體稱重分裝、磁場(chǎng)成型、等靜壓及物料的搬用和儲(chǔ)存等過(guò)程，在國(guó)內(nèi)燒結(jié)釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)中該過(guò)程均是勞動(dòng)最為密集的一道工序。國(guó)外企業(yè)通常采用的方法是利用全自動(dòng)壓機(jī)，實(shí)現(xiàn)從粉料稱重分裝、加料、磁場(chǎng)成型、出料全流程的自動(dòng)化，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)近幾年開(kāi)發(fā)或引進(jìn)的全自動(dòng)成型工藝及設(shè)備也已經(jīng)開(kāi)始批量生產(chǎn)，但全自動(dòng)成型方式的固定資產(chǎn)投資高、換模時(shí)間長(zhǎng)、模具成本高，在靈活性上不占優(yōu)勢(shì)。因此傳統(tǒng)人工成型方式仍有其巨大生存空間，而如何將現(xiàn)有人工成型方式進(jìn)行改進(jìn)，減少人員占用，提高生產(chǎn)效率，減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度成為了企業(yè)的重點(diǎn)研究對(duì)象。

圖1是某企業(yè)典型的成型車間布置圖，車間中按照工藝分為四個(gè)部分：粉料存放區(qū)、稱粉區(qū)、磁場(chǎng)壓機(jī)成型區(qū)及等靜壓區(qū)。

其中，粉料存放區(qū)布置于車間一角，由配送員用物流小車配送到稱粉區(qū)，每次可配送10袋共150kg。稱粉區(qū)布置于車間中部，稱完并分裝好的粉料用小塑料袋包好，置于托盤(pán)中暫存。小包粉料視產(chǎn)品不同重量在幾十克到幾百克不等，當(dāng)暫存托盤(pán)達(dá)到約15kg時(shí)更換暫存托盤(pán)。當(dāng)磁場(chǎng)壓機(jī)成型區(qū)的設(shè)備需要粉料時(shí)，磁場(chǎng)壓機(jī)操作者按照工藝單在稱粉區(qū)領(lǐng)料和壓制成型，壓制成型的壓坯進(jìn)入后續(xù)流程操作和周轉(zhuǎn)。

經(jīng)觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，目前人工成型方式工藝流程中每日相關(guān)數(shù)據(jù)如下：（1）每日需成型產(chǎn)品重量3237.5kg；（2）綜合產(chǎn)品單重為130g；（3）稱粉機(jī)節(jié)拍為23s，稱粉機(jī)操作員每人可同時(shí)操作兩臺(tái)，共有稱粉人員11名（兩班合計(jì)）；（4）磁場(chǎng)壓制成型單模28s，壓機(jī)操作員每人操作一臺(tái)，共有成型人員26名（兩班合計(jì)）；（5）現(xiàn)有配送員1名（組長(zhǎng)兼任）。

經(jīng)定性分析，目前該工序存在問(wèn)題主要有：（1）設(shè)備均采用工藝專業(yè)化布置，機(jī)群之間搬運(yùn)多，搬運(yùn)勞動(dòng)強(qiáng)度大，每日搬運(yùn)量6475kg；（2）設(shè)備利用率遠(yuǎn)高于操作者，操作者空閑時(shí)間較多；（3）人員數(shù)量多，管理難度大。

通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)的定量分析和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況的定性分析，初步認(rèn)為改進(jìn)成型工藝流程和優(yōu)化該生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)布局可以有效減少人員和取得較好的效果。

4 成型的流程程序分析

流程程序分析是程序分析中最基本、最重要的分析技術(shù)。它以產(chǎn)品或零件的制造全過(guò)程為研究對(duì)象，把加工工藝劃分為加工、檢查、搬運(yùn)、等待和儲(chǔ)存五種狀態(tài)加以記錄，并利用“5W1H”“ECRS四大原則”加一表進(jìn)行作業(yè)的分析與改善。成型工藝具體的流程現(xiàn)狀描述如圖2“現(xiàn)行方法”欄所示：

通過(guò)圖2中“現(xiàn)行方法”欄中的流程程序分析，發(fā)現(xiàn)稱粉后人工分裝裝袋占用大量人員和工時(shí)，粉料從暫存區(qū)到磁場(chǎng)壓機(jī)成型之間存在兩次物料搬運(yùn)，搬運(yùn)距離2926m，經(jīng)計(jì)算搬運(yùn)重量為6475kg，人工分裝耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，搬運(yùn)勞動(dòng)強(qiáng)度大，那么可以進(jìn)一步研究粉料分裝工作是否可由成型車間其他人員來(lái)完成，從而實(shí)現(xiàn)工作內(nèi)容的合并和人員勞效的提高。

5 磁場(chǎng)壓機(jī)成型人-機(jī)作業(yè)分析

通過(guò)對(duì)成型車間磁場(chǎng)壓機(jī)成型人員進(jìn)行觀測(cè)計(jì)時(shí)，并將稱粉機(jī)稱粉后的分裝工作加入作業(yè)中，得到磁場(chǎng)壓機(jī)成型人-機(jī)作業(yè)圖，如表1所示：

表1顯示磁場(chǎng)壓機(jī)成型人員在加入稱粉分裝過(guò)程的分裝工作后，人員利用率提高了14.3%，達(dá)到了46.4%，人員工時(shí)仍可以滿足這一項(xiàng)工作要求。因此，下一步需要考慮稱粉機(jī)布置位置的選擇，以便將磁場(chǎng)壓機(jī)成型人員到稱粉機(jī)之間的距離最小化，縮小人員移動(dòng)和搬運(yùn)距離。

6 成型車間作業(yè)相關(guān)分析

為了進(jìn)一步明確成型車間作業(yè)的布置方案，按照作業(yè)相關(guān)圖法對(duì)成型車間各個(gè)作業(yè)的關(guān)系密切程度進(jìn)行分析。

作業(yè)的密切程度按照表2確定：

圖3是成型車間四個(gè)區(qū)域的作業(yè)相關(guān)圖：

由圖3可知，稱粉區(qū)與磁場(chǎng)成型區(qū)布置在一起可以縮小成型人員的移動(dòng)和搬運(yùn)距離，所以應(yīng)盡可能將其布置在一起。

7 設(shè)施布局優(yōu)化

成型車間四個(gè)工序的設(shè)施采用工藝專業(yè)化布置，這種布置方式能更有效地利用機(jī)器，分配設(shè)備和人力時(shí)，有高度的靈活性，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備或一組設(shè)備故障時(shí)不影響整條生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)，工作調(diào)度比較靈活。但其缺點(diǎn)在于搬運(yùn)距離遠(yuǎn)，占用專門(mén)的人員，人員利用效率低。

通過(guò)上述分析，可以對(duì)成型四個(gè)工序的布局進(jìn)行優(yōu)化，將稱粉機(jī)和磁場(chǎng)壓機(jī)按照成組式布置方式布置，一臺(tái)稱粉機(jī)與一臺(tái)磁場(chǎng)壓機(jī)組成一組，稱粉機(jī)直接安裝到磁場(chǎng)壓機(jī)旁，由壓機(jī)操作人員操作，形成“一個(gè)流”作業(yè)。

改進(jìn)后的設(shè)備布局如圖4所示：

通過(guò)布局優(yōu)化之后，最大程度滿足了稱粉機(jī)和磁場(chǎng)壓機(jī)的作業(yè)關(guān)系臨接需要，車間內(nèi)因?yàn)閴簷C(jī)操作員領(lǐng)料帶來(lái)的人員流動(dòng)大幅減少，僅有粉料存放區(qū)至磁場(chǎng)壓機(jī)的配送人員流動(dòng)和壓坯周轉(zhuǎn)流動(dòng)。而且稱粉區(qū)域空出來(lái)的面積可以另作他用，如布置磁場(chǎng)壓機(jī)使用的工裝、模具等，從而使得車間布局更加整齊，布局進(jìn)一步優(yōu)化。不足在于如果一臺(tái)稱粉機(jī)或壓機(jī)故障時(shí)，所在組設(shè)備均會(huì)停產(chǎn)，從而影響整體產(chǎn)能。該風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策可以采用多能工機(jī)動(dòng)調(diào)配方式、利用組中未故障設(shè)備的能力進(jìn)行生產(chǎn)，以減小故障帶來(lái)的不利影響。

8 成型工藝流程改進(jìn)

通過(guò)設(shè)施布局優(yōu)化，減少工藝步驟：減少了物料的重復(fù)搬運(yùn)、消除稱粉之后的物料暫存，合并磁場(chǎng)壓機(jī)成型和稱粉后粉料分裝工作，減少過(guò)程中使用工裝，減少稱粉分裝人員11名。通過(guò)改進(jìn)，工藝流程由粉料儲(chǔ)存、稱粉分裝、磁場(chǎng)成型、等靜壓四個(gè)工序變更為粉料儲(chǔ)存、稱粉分裝及磁場(chǎng)成型、等靜壓三個(gè)工序，整個(gè)成型工藝流程得到了本質(zhì)性的改進(jìn)，改進(jìn)后的工藝流程如圖2“改善方法”所示。

9 改善效果

在流程該改進(jìn)方案和布局優(yōu)化方案確認(rèn)評(píng)估之后，經(jīng)分步調(diào)整設(shè)備布局并陸續(xù)按照新的工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)之后，實(shí)際取得的效果和理論計(jì)算分析結(jié)果非常吻合，改善前后的對(duì)比照片如圖5、圖6所示：

取得的成果如表3所示：

10 結(jié)語(yǔ)

釹鐵硼稀土永磁材料從誕生至今剛剛歷過(guò)去30年時(shí)間，工業(yè)化生產(chǎn)僅有不足20年，在生產(chǎn)與運(yùn)作管理過(guò)程中存在許許多多的不足和問(wèn)題，如何讓企業(yè)持續(xù)改進(jìn)，持續(xù)提高生產(chǎn)力和效率，系統(tǒng)利用工業(yè)工程相關(guān)理論和方法成為了眾多企業(yè)的最佳選擇。

文章在燒結(jié)釹鐵硼成型工藝流程改進(jìn)和布局優(yōu)化過(guò)程中，比較系統(tǒng)地利用了流程程序分析、人-機(jī)作業(yè)分析、作業(yè)相關(guān)分析等方法，通過(guò)合并、消除部分工作，改進(jìn)了成型工藝流程，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)了成型車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布局方案和人員調(diào)配和管理方案并付諸實(shí)施，取得了減少人員數(shù)量、提高勞動(dòng)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等效果。以此為引，希望能為釹鐵硼企業(yè)普及利用工業(yè)工程方法起到一定的啟發(fā)作用。

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作者簡(jiǎn)介：杜世舉（1980-），男，甘肅人，安泰科技股份有限公司工程師，在讀碩士研究生，研究方向：工業(yè)工程、機(jī)械工程及其自動(dòng)化；郭炳麟（1963-），男，內(nèi)蒙古人，安泰科技股份有限公司教授級(jí)高工，研究方向：工業(yè)工程、材料科學(xué)與工程研究；劉民（1981-），男，山東人，安泰科技股份有限公司工程師，研究方向：工業(yè)工程、自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：蔣建華）