文 化，佟信任，雷 蕾

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州545007）

大型結構件是裝載機產(chǎn)品的核心部件，是裝載機大型鋼結構件（前車架、后車架及動臂），后車架因結構大，構成部件多，制造流程長，一直是需要不斷提升的核心產(chǎn)品。隨著近年公司的市場比拼，市場對裝載機的需求持續(xù)增加，對產(chǎn)品質量的要求不斷提高，面對激烈的市場競爭，離散型的生產(chǎn)過程已經(jīng)無法滿足市場需求。所以迫切需要改善制造生產(chǎn)流程，對現(xiàn)有的生產(chǎn)過程進行分析，用更精益的方式優(yōu)化工藝流程和工序，對產(chǎn)線進行精益布局，使制造生產(chǎn)流程更加流暢，以較低的成本及較高的效率提升產(chǎn)品競爭力。

1 精益制造簡介

精益制造就是在制造過程中，充分運用精益生產(chǎn)的理念和方法，圍繞制造周期進行快速生產(chǎn)，盡可能又快又好又順暢地將產(chǎn)品制造并交付給顧客的制造過程。精益生產(chǎn)在美國麻省理工學院在日本豐田生產(chǎn)方式的應用基礎上總結而來，是誕生于美國的工業(yè)工程在日本豐田汽車制造公司的系統(tǒng)化運用案例，圍繞產(chǎn)品制造以及時提交顧客，提高安全、質量、效率，降低制造成本。精益生產(chǎn)以工業(yè)工程的生產(chǎn)計劃與控制、流程設計和優(yōu)化、供應鏈管理、質量工程，嚴格進行零管理庫存管理，綜合了多品種小批量的少投入多產(chǎn)出方面優(yōu)勢，以準時化和自動化的綜合性運用，在交貨期的各環(huán)節(jié)消除一切浪費，無停滯、無等待、零庫存、高品質地快速適應顧客的需要而生產(chǎn)，在工程機械制造過程中非常值得研究和推廣運用。精益制造運用精益生產(chǎn)的理念消除浪費，運用精益的工具（工藝流程優(yōu)化、生產(chǎn)線布局、TOC（Theory of constraints Theory of constraints）瓶頸理論、線平衡、增值和非增值時間、質量統(tǒng)計分析、標準化等），追求一個流、流暢制造，各制造環(huán)節(jié)緊密協(xié)同和配合，信息和資源優(yōu)化配置，最終實現(xiàn)精益化的制造。

2 精益制造對大型結構件生產(chǎn)線及其生產(chǎn)現(xiàn)狀進行調查

2.1 典型產(chǎn)品分析

由于后車架質量問題影響整機裝配占比37%，產(chǎn)能不足造成缺件影響整機裝配占比21%，影響因素排名分別居第一、二位，嚴重影響大型結構件的交付及時性和質量。公司預測后車架的年產(chǎn)量為16141件，而C系列后車架產(chǎn)量13236件，占總產(chǎn)量的82%，按每天22.5天工作制，每天有效作業(yè)時間420分鐘，每天產(chǎn)能需求為49件/天，實際產(chǎn)量只有27件/天，所以C系列后車架質量及產(chǎn)能急需精益制造的提升，以滿足裝配工廠準時化需要。

2.2 C系列后車架生產(chǎn)系統(tǒng)分析

針對C系列后車架的質量和產(chǎn)能問題，研究的對象是C系列后車架生產(chǎn)系統(tǒng)，它由來料輸入，通過生產(chǎn)系統(tǒng)的活動過程，產(chǎn)出C系列后車架，主要工序為9道工序：大梁拼搭、拼搭、焊接、鏜鉸接孔、鉆孔、拼焊圓鋼、手電鉆及攻絲、修磨、涂裝，每個作業(yè)過程均對C系列后車架的質量和產(chǎn)能造成影響，因此需要進一步分析其工藝流程以便對該工藝流程進行改善。

2.3 工藝流程分析

詳細記錄整個工藝流程，是系統(tǒng)性全面性改進生產(chǎn)系統(tǒng)的重要精益手段和方法，因此對C系列生產(chǎn)系統(tǒng)所有的工藝流程進行系統(tǒng)的檢查和記錄，發(fā)現(xiàn)所有加工活動有18次，搬運活動有43次，緩存停滯有15處，檢驗檢查有2處，工藝流程如圖1所示。通過對工藝流程的分析，看出加工活動比較多，生產(chǎn)過程相對復雜，其次是搬運活動占據(jù)了整個活動的近一半多，是完全不增值的浪費環(huán)節(jié)，需要重點加以精益改進。緩存位置多，物料停滯多，對生產(chǎn)周期的影響較大，不利于快速生產(chǎn)，需要盡可能消除。過程檢驗點少，只放在一頭一尾，對過程的質量控制偏弱，極易到最后環(huán)節(jié)才發(fā)現(xiàn)不合格品，影響生產(chǎn)質量和成本。

圖1 C系列后車架工藝流程

2.4 整體生產(chǎn)布局經(jīng)路分析

繪制C系列后車架生產(chǎn)布局、物流路線并分析后，發(fā)現(xiàn)后車架離散作業(yè)多，起吊多，存在浪費的停滯點多，生產(chǎn)區(qū)域占用了4個大廠房車間，占地面積高達4 904 m2；物流作業(yè)交叉及逆流多，流轉跨度大，流轉距離177 m，其生產(chǎn)路徑如圖2所示。對每個緩存區(qū)域進行半成品數(shù)量記錄和統(tǒng)計，連續(xù)記錄7天（按經(jīng)驗統(tǒng)計一周時間）的每天庫存量，制品平均日存量高達150臺，是目標天產(chǎn)量的2.88倍。

圖2 C系列產(chǎn)品生產(chǎn)徑路圖

2.5 生產(chǎn)過程進行時間測量

通過動作時間分析，確定每個工序的增值時間、非增值時間，為繪制線平衡墻提供基礎數(shù)據(jù)，為精益的生產(chǎn)布局提供了改進依據(jù)。通過對各工序的時間測定，整個作業(yè)周期的平均增值時間比=64%，如表1所列，非增值主要由吊運、行走、調整時間長造成，所以需要消除各工序不必要的非增值時間，有效利用增值的時間，提高增值時間比。

表1 作業(yè)時間統(tǒng)計表

2.6 線平衡現(xiàn)狀及分析

將所有工序時間測量完成后，對工序時間繪制成生產(chǎn)線平衡分析圖[2]，如圖3所示。通過對C系列后車架的比較分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線節(jié)拍時間為18.5分鐘/件，不能滿足8.6分鐘/件顧客節(jié)拍要求，超出顧客需求節(jié)拍8.6分鐘/件的瓶頸工序[2]集中體現(xiàn)在拼搭圓鋼、鏟毛刺、修磨（瓶頸1）；正面鉆、手電鉆（瓶頸2）；二次拼、總拼（瓶頸 3）；大梁半自動焊接（瓶頸4）；拼搭、總拼（瓶頸5）。瓶頸點的5個工序嚴重影響了整個生產(chǎn)線的制造節(jié)拍，相互間的不平衡造成了中間環(huán)節(jié)的庫存。

圖3 C系列工序平衡分析圖

通過分析可知，線平衡率[1]僅為56.5%，平衡損失率[1]為43.5%，生產(chǎn)過程存在嚴重的不平衡，需要進行瓶頸和平衡改善。

2.7 質量內反饋前3位問題分析

質量是影響整理裝配的第一影響因素，通過質量內反饋數(shù)據(jù)分析，C系列后車架內反饋問題主要是孔偏、尺寸超差、漏拼、錯拼，占比88.8%，也是后車架質量問題影響整機裝配37%的主要原因，其返修的影響時間盡達54.7 min，如表2所列。

表2 質量內反饋分析表

2.8 安全風險分析

安全一直是有效作業(yè)的前提，作業(yè)安全風險高，也極易造成重大安全事故，通過對物的不安全因素和人的不安全行為的觀察，員工在整個作業(yè)過程中的行為均合理，但使用大行車對后車架吊運和翻轉次數(shù)明顯較高達39次，這樣員工就處于高風險的作業(yè)環(huán)境中，使用行車進行車架流轉安全風險高。

3 改進目標設定

為達成裝配工廠對質量和產(chǎn)能的精益制造目標，需要確定整體項目的目標質量Q、安全S、效率R、成本C，以目標導向來實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的整體精益制造提升：

（1）質量內反饋率：降低42%，達成公司年度質量內反饋率1.9%目標。

（2）生產(chǎn)節(jié)拍時間：降低54%，實現(xiàn)顧客需求節(jié)拍內準時完成后車架的生產(chǎn)。

（3）日平均庫存：降低30%，減少庫存資金的占用。

（4）單臺工件大行車使用次數(shù)：降低30%，降低行車高風險作業(yè)的作業(yè)位數(shù)。

4 改進方法

4.1 整體精益改進思路

針對工藝流程需要工業(yè)工程ECRS（E-Eliminate取消、C-Combine合并、R-Rearrange重排、S-Simplify簡化）四大原則[2]，優(yōu)化后車架生產(chǎn)工藝流程，首先取消可以取消的工序，然后再進行合并、重排、簡化。運用工作研究和設備改善，來優(yōu)化工序，使得工序作業(yè)時間縮短，達成同步作業(yè)，增值時間占比率提高。運用線平衡識別瓶頸，并分析優(yōu)化，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的平衡率，較低平衡損失。在實現(xiàn)同步化作業(yè)的基礎上，完成一個工序作業(yè)后產(chǎn)品可以快速流到下個工序，逐步形成單元化生產(chǎn)的精益布局，同時改進流轉的方式，取消部分行車吊運。在實施同步化生產(chǎn)和精益布局后，進行部分設備的自動化改造，減少工序之間的不必要的物料存量。優(yōu)化工序，優(yōu)化布局，優(yōu)化設備，需要進一步保證工藝和工裝的保障能力，工藝標準化、工裝的便捷化、員工技能的良好發(fā)揮，實現(xiàn)安定化的生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過程當中的波動。

4.2 瓶頸工序優(yōu)化，節(jié)拍同步

運用ECRS原則，進行工藝流程系統(tǒng)化改進，如圖4所示。通過一體化設計優(yōu)化，直接下料形成電瓶箱部件，取消電瓶箱焊接的工序。將反面鉆的工序前移到供應商，直接部件來料使用。二次拼搭合并到拼搭過程當中，在一個工序就將所有的拼搭作業(yè)完成。將大梁鉆孔的工序前移到大梁拼搭，減少鉆孔的定位時間。優(yōu)化總拼的工藝，減少人工劃線定位拼搭，設計一體化的拼搭工裝，員工直接進行拼搭點焊，作業(yè)效率提升，拼搭的質量獲得了較大的提高。正面鉆作業(yè)時間長，進行拆分，形成多個工位串聯(lián)作業(yè)。修磨和鏟毛刺的作業(yè)時間的長，進行拆分作業(yè)。大梁的半自動焊時間長，需要人手推設備進行焊接，勞動強度大，存在著非增值時間，于是改進為全自動化的焊接，人工不再進行干預。

圖4 工藝流程優(yōu)化圖

4.3 瓶頸工序的線平衡優(yōu)化

經(jīng)過工序優(yōu)化之后，瓶頸工序的作業(yè)時間得到優(yōu)化，對各作業(yè)進行觀測確認，將作業(yè)時間形成新的線平衡，如圖5所示，經(jīng)過線平衡率[1]的計算，各工序作業(yè)時間基本同步化，生產(chǎn)線節(jié)拍時間為8.4 min/件，滿足8.6 min/件顧客節(jié)拍要求，消除了多個瓶頸工序。線平衡率從56.5% 提高到87.0%，平衡損失率僅為13%。

圖5 線平衡優(yōu)化圖

4.4 制造單元化，減少行車使用，減少緩存區(qū)及存量

工序同步化，奠定了實現(xiàn)精益布局的基礎，通過工業(yè)工程的產(chǎn)品布局方法運用，將各工序盡可能集中在一個小區(qū)域形成流動生產(chǎn)的作業(yè)方式，部分工序形成一個流。部分工序和工序之間取消行車的吊運。通過精益布局的設計，如圖6所示，庫存數(shù)從15處降低到7處，庫存數(shù)量可以減少到68件，基本消除逆流和交叉流的現(xiàn)象。整個后車架生產(chǎn)物流距離可以從372.3 m減少到153 m，占地面積從4 904 m2減少到3 166 m2，行車數(shù)量9臺減少到5臺，吊運次數(shù)由39次減少到10次。

圖6 生產(chǎn)布局優(yōu)化

4.5 提高工藝、工裝質量保障能力

大梁半自動化焊接設備進行自動化改造，自動夾緊，滑軌流動，減少停滯，整個過程都不需要人工干預，實現(xiàn)全增值化生產(chǎn)，單件作業(yè)時間可以從9.6 min/件減少到7.9 min/件?？偤笝C器人化，自動夾緊焊接，自動流轉小車，減少停滯，設備示意如圖7。

圖7 大梁全自動化焊接、總焊機器人設計圖

4.6 識別質量缺陷的根本原因，進行工藝優(yōu)化

通過質量工具樹圖分析，識別出后車間內反饋率的主要原因，針對左右封板孔位偏問題，發(fā)現(xiàn)如下原因：一是，員工劃線技能不足，定位與標準存在著偏差，需要對員工的技能進行進一步的培訓，技能作業(yè)的偏差；二是，劃線定位樣板尺寸存在著偏差，造成定位基準不符合標準，需要對拼焊模板進行修復。

針對油箱至龍門架孔尺寸超差，經(jīng)過對工裝的三坐標檢測，發(fā)現(xiàn)總拼工裝定位磨損，造成定位尺寸不符合標準，需要對總拼工裝進行修復。

針對圓鋼漏拼拼錯的問題，一是無拼焊工藝文件，員工拼焊沒有標準，需要增加拼焊工藝文件進行指導。二是拼焊物料沒有點檢表，沒有在拼焊前進行檢查，需要增加物料點檢表進行拼焊前檢查。

5 實施與改進過程

5.1 瓶頸1改進

建立修磨線，工序之間增加滑道，將離散型的鏟毛刺方式改進成了流線化的鏟毛刺方式，員工不再彎腰作業(yè)，作業(yè)時間從18.5 min/件降低到7.5 min/件。

5.2 瓶頸2改進

建立制造單元-總焊線，焊接的過程全部由機器人來進行操作，人工只進行補焊，整個過程僅由自動流轉小車流轉，焊接時間由原來的13分鐘/件降低到8.3 min/件。

5.3 瓶頸3改進

將離散型的鉆孔工序改進成制造單元-鉆孔線，設備和設備之間增加滑道，所有的鉆孔在滑道上進行，既保證了鉆孔的穩(wěn)定性又保證了鉆孔效率，作業(yè)時間由原來的 12.5 min/件降低到 8.4 min/件。

5.4 瓶頸4改進

將離散型的大梁焊接工序改進成制造單元-大梁拼焊線，工序和工序之間增加滑道，所有的作業(yè)過程均可在滑道上完成，作業(yè)時間從9.8 min/件減少到8 min/件。

5.5 瓶頸5改進

將一個總拼工裝只能拼搭一種產(chǎn)品的工裝，進行柔性化改造，改進成一個工裝可以拼搭多個產(chǎn)品，逐步形成了所有C系列的單元總拼區(qū)，取消大行車的使用，改造成更小更靈活的KPK葡萄架獨立吊運流轉，作業(yè)時間由原來的9.5 min/件降低到8.4 min/件。

5.6 提高工藝、工裝質量保障能力

質量改進的過程主要抓工裝工藝，員工技能的培養(yǎng)，標準作業(yè)指導書的增補和完善。針對性的開展員工技能操作培訓，重點提高員工的操作穩(wěn)定性，既每做一次基本上都符合標準。重新修復劃線模板，關鍵部位的模板進行多次確認，劃線一次性合格率100%。增加圓鋼拼焊的工藝操作文件，目視化到工位，讓員工掌握更高效更標準的工藝操作方法。拼焊前將零件成套配送，執(zhí)行物料點檢，防止拿錯物料，遺漏物料。質量內反饋率降低到了1.44%。

5.7 形成精益布局

盡可能地實現(xiàn)精益布局，既流線化、流暢化生產(chǎn)，每個過程都可以讓產(chǎn)品快速得以流動，減少產(chǎn)品的不增值等待或停滯，現(xiàn)場區(qū)域更加清晰，路線更加明了，員工操作更加順暢，管理者管理更加輕松高效。

6 效果驗證

經(jīng)過近10個月份改進，質量Q得到提升，安全S風險得到降低、效率R得到提高、成本C的資金占用得到降低，經(jīng)過2個月的數(shù)據(jù)跟蹤，項目精益改進思路和改進方法有效，目標提升效果顯著，改進效果如下：質量內反饋率從3.3%降低到了1.44%，降低率56.4%；生產(chǎn)節(jié)拍時間從 18.5min/件降低到了 8.4 min/件，降低了55%；日平均庫存從150件降低到了68件，降低率54.7%；單臺工件大行車使用次數(shù)從39次降低到了10次，降低率74.3%。

項目年收益高達794萬元。同時也獲得其他無形收益：縮小了作業(yè)的場地面積，從4 904 m2減少至3 166 m2，減少35%。提高了車間的安全性，改善做車間的作業(yè)環(huán)境，損失工作日以上事故多年未出現(xiàn)。員工的參與熱情得到激發(fā)，培養(yǎng)了IE意識，提高了操作技能。

7 結論與展望

7.1 研究結論

大構件的生產(chǎn)方式在中國制造業(yè)中普遍存在，面對市場的多品種小批量的需求，以什么樣的生產(chǎn)系統(tǒng)更好地使用市場競爭的需求，就需要運用精益生產(chǎn)的思想和工具進行企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)地調整及轉型。本課題著重研究了大型構件的工序流程改進和精益布局，通過自主導入工業(yè)工程和精益生產(chǎn)系統(tǒng)方法研究和運用實踐，從柔性、平衡、流線化方面對工序同步化，生產(chǎn)線精益化，設備改進，工藝方法優(yōu)化等方面進行，結果表明，精益改進的總體效果獲得了較為明顯的提升，項目達成預期目標。

7.2 研究展望

精益的研究和運用才處于較初級的階段，離國際標桿企業(yè)的全面、深入運用還有較大的差距，特別是智能化的深度運用，需要經(jīng)工業(yè)工程和精益生產(chǎn)進行深入研究和系統(tǒng)運用，結合不同階段的推進重點，繼續(xù)努力、持續(xù)改進，提升柳工制造運營能力，逐步實現(xiàn)生產(chǎn)制造的信息化、智能化。

通過項目實施，各級人員深入了解IE知識、能更靈活地運用IE技術，今后將從高度智能化、高度自動化、高度無人化方向進行進一步的研究，獲得中國離散型制造業(yè)典型生產(chǎn)方式的突破運用。