離散型鈑金加工車間精益生產(chǎn)體系的構(gòu)建

導(dǎo)語精益化是制造業(yè)管理改善的基石，在現(xiàn)代化企業(yè)管理過程中突顯了重要的應(yīng)用地位，是傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路。以商用空調(diào)鈑金零件生產(chǎn)為例，其訂單涉及多個工序流轉(zhuǎn)加工，設(shè)備呈離散型分布，現(xiàn)場物料堆積嚴(yán)重，訂單流轉(zhuǎn)效率低下，為解決這一困境，本文主要介紹精益生產(chǎn)在離散型鈑金加工過程中的應(yīng)用，通過產(chǎn)品精益設(shè)計(jì)，構(gòu)建從計(jì)劃調(diào)度、資源管理、工序價值流、物流倉儲等多個維度的創(chuàng)新融合，建立前后工序高效精準(zhǔn)拉動系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從訂單排產(chǎn)到生產(chǎn)管理、物流倉儲的全流程精益生產(chǎn)體系。隨著全球化的發(fā)展浪潮不斷推進(jìn)，客戶需求也日益趨向個性化、多樣化，訂單交付周期越來越短，庫存成本越來越高，企業(yè)運(yùn)營過程中的各種資源浪費(fèi)不斷浮出水面，發(fā)展壓力也隨之增大。傳統(tǒng)的離散型生產(chǎn)模式容易形成孤島作業(yè)，物料得不到及時流轉(zhuǎn)，生產(chǎn)過程中各種浪費(fèi)層出不窮，產(chǎn)品質(zhì)量得不到穩(wěn)定有效的保障，對于企業(yè)的發(fā)展極為不利，開展精益生產(chǎn)管理的研究應(yīng)用成為必然之舉。精益生產(chǎn)的核心理念是消除一切無價值的浪費(fèi)現(xiàn)象，需要通過不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低運(yùn)營成本、增強(qiáng)生產(chǎn)柔性化、實(shí)現(xiàn)無廢品和壓縮庫存等保障企業(yè)在市場競爭中的成本優(yōu)勢。精益化生產(chǎn)的主要收益類型如圖1所示?；诰嫔a(chǎn)的理念，改善工廠的輸入、生產(chǎn)過程、輸出等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以生產(chǎn)計(jì)劃為主線優(yōu)化配置物料資源、人員結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)線類型和物料流轉(zhuǎn)，通過精益布局、標(biāo)準(zhǔn)化管理、信息化系統(tǒng)、自動化裝置等手段相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的JIT，即各類型物料按照規(guī)定的節(jié)拍傳遞到需求方，降低中間產(chǎn)品的存放時間，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)相關(guān)的排程、物流、人員等資源高度契合，使生產(chǎn)過程整體最優(yōu)化，消除無效勞動與浪費(fèi)，有效利用資源，達(dá)到用最少的投入成本實(shí)現(xiàn)最大產(chǎn)出效益的目的。圖1精益化生產(chǎn)的主要收益類型應(yīng)用背景商用空調(diào)訂單以定制化為主，其鈑金零件生產(chǎn)加工過程復(fù)雜，訂單涉及到計(jì)劃明細(xì)以及原材料開料、線邊材料庫、沖床加工、激光加工、折彎加工、訂單齊套、鉚接加工、點(diǎn)焊、焊接、打磨、入庫等11個工序站點(diǎn)的物料流轉(zhuǎn)，部分零件還需運(yùn)轉(zhuǎn)到?jīng)_壓區(qū)進(jìn)行成形加工，是典型的離散型生產(chǎn)模式，且在冊零件種類多達(dá)數(shù)萬種，對應(yīng)的打包膜、膠帶、標(biāo)簽、固線鉤、鉚釘、焊條等生產(chǎn)輔料種類繁多，工序間物料周轉(zhuǎn)頻繁，易造成現(xiàn)場物料混亂堆積。為找到問題關(guān)鍵影響因素，結(jié)合帕累托圖、因果圖等輔助工具，采用精益動素分析法，對離散型鈑金加工車間實(shí)際有效加工時間進(jìn)行測算，其中不增值的作業(yè)時間占比高達(dá)24.6%，9.6%的時間浪費(fèi)在等待物流轉(zhuǎn)運(yùn)過程，5.2%的時間浪費(fèi)在確認(rèn)訂單物料操作過程，9.8%的時間用于切換零件種類，訂單庫存率高達(dá)21.5%，訂單平均備料期超過5天，一次合格率RTY低于75%，設(shè)備綜合效率OEE不足70%（綜合效率=時間開動率×性能開動率×合格品率），設(shè)備OEE影響因素測算圖如圖2所示。圖2設(shè)備OEE影響因素測算圖現(xiàn)狀調(diào)研與數(shù)據(jù)分析經(jīng)過對以上問題進(jìn)行溯因分析，得出圖文變更頻繁、設(shè)備布局不合理、計(jì)劃調(diào)度管理混亂、信息交互不及時、原材料編程浪費(fèi)嚴(yán)重這五大末端因素為關(guān)鍵影響因素，這些因素的差異波動最終導(dǎo)致質(zhì)量合格率下降、生產(chǎn)成本升高。圖文變更頻繁商用空調(diào)鈑金件圖文資料采用PLM系統(tǒng)進(jìn)行管理，為減少系統(tǒng)管理過程的圖文簽審環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)員擁有直接上載圖文權(quán)限，隨著數(shù)據(jù)量的日積月累，導(dǎo)致零件圖文種類繁多，各系列設(shè)計(jì)偏差大，加工時需花費(fèi)更多時間進(jìn)行圖文分解與信息核對，設(shè)備加工參數(shù)調(diào)整頻繁，檢驗(yàn)過程也同樣耗時耗力，占用大量生產(chǎn)時間。設(shè)備布局不合理商用空調(diào)鈑金件各加工設(shè)備采用集群布置方式，即同種設(shè)備集中布置在一起，備件模具統(tǒng)一管理，每個集群設(shè)備配置一名工序組長，進(jìn)行作業(yè)管理與工作分配。但實(shí)際上備件更換期較長，模具大多為通用型，一般進(jìn)行月度維護(hù)，且每個組長還需按訂單進(jìn)行任務(wù)分配，這無疑增加了管理的重復(fù)性，導(dǎo)致現(xiàn)場物料流轉(zhuǎn)速度慢，耗費(fèi)大量管理人員。計(jì)劃調(diào)度混亂商用訂單復(fù)雜，計(jì)劃下層涉及到數(shù)十種組件，對應(yīng)上百種散件，計(jì)劃調(diào)度過程由人工編排推動，每日按時區(qū)導(dǎo)出ERP訂單，再進(jìn)行BOM物料分解，采用Excel表格制作生產(chǎn)計(jì)劃明細(xì)，再通過郵件的形式傳達(dá)到數(shù)控編程組，編程結(jié)束再放到網(wǎng)絡(luò)共享文件夾，還需通過郵件通知更新狀態(tài)。整個計(jì)劃調(diào)度過程信息準(zhǔn)確度不受控，存在錯記、漏記等現(xiàn)象，各計(jì)劃均以鈑金日計(jì)劃紙質(zhì)訂單形式在工序間傳遞并以郵件及微信形式上報(bào)完工，調(diào)度員無法有效監(jiān)控生產(chǎn)進(jìn)度，耗費(fèi)大量人力管理且生產(chǎn)狀態(tài)更新滯后，生產(chǎn)過程不透明。進(jìn)度信息滯后訂單加工時員工采用圖文系統(tǒng)查看工藝資料，采用網(wǎng)絡(luò)文件夾查看加工程序，采用工時系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)登記，采用紙質(zhì)單查看計(jì)劃明細(xì)，采用手寫單記錄生產(chǎn)進(jìn)度，采用紙質(zhì)單記錄檢驗(yàn)信息，操作繁瑣，生產(chǎn)信息在各大軟件系統(tǒng)之間產(chǎn)生壁壘，無法有效監(jiān)控，信息未能實(shí)現(xiàn)交互聯(lián)通，導(dǎo)致后工序等待浪費(fèi)嚴(yán)重。原材料排布浪費(fèi)不同訂單的零件種類存在較大差異，這其中也包括了零件材質(zhì)，零件需要排布在原材料上進(jìn)行加工，而數(shù)控編程是將圖形轉(zhuǎn)換為設(shè)備機(jī)器語言，進(jìn)而由設(shè)備識別加工路徑，但傳統(tǒng)的編程基本按訂單進(jìn)行排布，原材料規(guī)格種類繁多，離散訂單在編排過程中產(chǎn)生大量邊角空間，這些邊角最后被當(dāng)作廢品回收處理，造成大量成本浪費(fèi)。針對商用鈑金車間當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)狀，從計(jì)劃排程、設(shè)備布局、生產(chǎn)線配置、訂單齊套、物流轉(zhuǎn)運(yùn)等層次開展全流程作業(yè)數(shù)據(jù)調(diào)研，累計(jì)識別現(xiàn)場不增值浪費(fèi)點(diǎn)167項(xiàng)，其中現(xiàn)場作業(yè)類54項(xiàng)、物料轉(zhuǎn)運(yùn)類32項(xiàng)、信息傳遞類21項(xiàng)、拆垛碼垛打包類42項(xiàng)、其他問題18項(xiàng)，并劃分4大浪費(fèi)等級，工序作業(yè)測算見表1。通過數(shù)據(jù)測量與分析實(shí)施改善決策，商用空調(diào)鈑金加工車間精益生產(chǎn)體系將重點(diǎn)圍繞以上關(guān)鍵問題進(jìn)行打造，采用ECRS方法取消、合并、簡化、重排各類關(guān)鍵影響因素，利用較小投入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出效益最大化。表1鈑金加工流程動作時間測算表精益生產(chǎn)體系構(gòu)建精益生產(chǎn)體系構(gòu)建實(shí)質(zhì)上為價值流增值系統(tǒng)構(gòu)建，包括價值鏈驅(qū)動、全員參與、零件質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化管理與持續(xù)發(fā)展規(guī)劃五大版圖，其拼圖模型如圖3所示，對應(yīng)了精益化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、JIT訂單拉動系統(tǒng)、生產(chǎn)現(xiàn)場6S管理、作業(yè)看板管理、信息化管理系統(tǒng)、精益物流倉儲系統(tǒng)等具體應(yīng)用。圖3精益價值流驅(qū)動系統(tǒng)版圖精益化產(chǎn)品設(shè)計(jì)為滿足市場對產(chǎn)品定制化、多樣化的需求，同一規(guī)格的空調(diào)產(chǎn)品需設(shè)計(jì)多款型號，搭載不同的外觀與功能，應(yīng)對不同的使用場景，這就導(dǎo)致配套的鈑金零件種類繁多，圖文設(shè)計(jì)變更頻繁，生產(chǎn)切換頻繁，大量時間與加工資源浪費(fèi)在不增值的校準(zhǔn)、編程、工裝、模具切換步驟。為提升不同型號產(chǎn)品配套鈑金件的兼容性，需對產(chǎn)品進(jìn)行精益設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化管理，采用仿真設(shè)計(jì)與模擬生產(chǎn)等先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，減少生產(chǎn)輔料的使用，并從源頭確定各型號產(chǎn)品對應(yīng)的X系列鈑金零件結(jié)構(gòu)通用化特征及同系列零件模塊化的BOM電子清單管理。通過BOM的標(biāo)準(zhǔn)化制定，消除因設(shè)計(jì)員或設(shè)計(jì)理念的變化對成熟產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征變化，其對應(yīng)的物料編號進(jìn)行分類分族，嚴(yán)格進(jìn)行設(shè)計(jì)圖文下發(fā)簽審。實(shí)際生產(chǎn)過程中，零件的外形設(shè)計(jì)應(yīng)與設(shè)備的加工性能相匹配，有些零件在滿足尺寸裝配要求的情況下無法在現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行加工或加工質(zhì)量不符合控制限，因此零件的設(shè)計(jì)審核者應(yīng)當(dāng)熟悉應(yīng)用設(shè)備，保障零件的各項(xiàng)參數(shù)能夠正常生產(chǎn)，保障加工工藝符合現(xiàn)有生產(chǎn)條件，并形成該系列精益設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)文件，減少因加工浪費(fèi)造成的交期延后問題。通過產(chǎn)品模塊化精益設(shè)計(jì)，能夠大大縮短設(shè)計(jì)周期，提升設(shè)計(jì)面向生產(chǎn)的保障能力，有利于建立新人標(biāo)準(zhǔn)化培養(yǎng)體系，縮短新人培訓(xùn)周期。JIT訂單拉動系統(tǒng)JIT生產(chǎn)方式的基本思想是“只在需要的時候，按需要的量，生產(chǎn)所需的產(chǎn)品”，即按照總裝的需求進(jìn)行生產(chǎn)，不斷壓縮庫存周期，按需配送。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式以產(chǎn)量作為生產(chǎn)系統(tǒng)能力衡量標(biāo)準(zhǔn)，配置超額的生產(chǎn)物料和人員、設(shè)備，遇到訂單變更或淡季，設(shè)備稼動率直線下降，人員的不增值活動增加，而JIT要求生產(chǎn)計(jì)劃和庫存管理以準(zhǔn)時生產(chǎn)為出發(fā)點(diǎn)，以客戶需求為導(dǎo)向，總裝廠作為鈑金配套的企業(yè)內(nèi)部客戶，客戶只有在收到所需的產(chǎn)品或服務(wù)才會為此付款，因此企業(yè)JIT訂單拉動系統(tǒng)對配套廠的生產(chǎn)物料采用日結(jié)、周結(jié)、月結(jié)的方式，其依據(jù)就是總裝產(chǎn)品的落地?cái)?shù)量對應(yīng)的零部件需求數(shù)量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的物料核算與財(cái)務(wù)核算，有效暴露了生產(chǎn)過量、零件原材料報(bào)廢和其他相關(guān)方面的浪費(fèi)。鈑金生產(chǎn)的各大工序也同樣采用JIT的思想，規(guī)范工藝流程指導(dǎo)工序流轉(zhuǎn)，由后工序的需求為前工序的生產(chǎn)依據(jù)，拉料人員平行準(zhǔn)備訂單、材料，具體到機(jī)臺的生產(chǎn)，拉動原材料的周轉(zhuǎn)，拉動半成品的周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)生產(chǎn)，保質(zhì)保量。此外，拉動系統(tǒng)還配置了均衡化生產(chǎn)線概念，該生產(chǎn)線定義為工藝相關(guān)的所有工序合集，包括了原材料配置、設(shè)備配置、物流路線配置，即產(chǎn)能匹配的各工序組成保障該訂單生產(chǎn)的柔性線體，線體依據(jù)拉動系統(tǒng)的訂單交付周期進(jìn)行配置，各工序設(shè)備完成訂單后即投入到新的均衡化生產(chǎn)線，均衡化生產(chǎn)線的組建需按照實(shí)際的工時定額標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單設(shè)備、單工序的能力測算，形成各工序設(shè)備的能力檔案庫，由訓(xùn)練有素的員工操作設(shè)備。其區(qū)別于傳統(tǒng)的沖壓連線式生產(chǎn)線，是符合商用訂單多工序、多加工特征的柔性化生產(chǎn)配置方案，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的生產(chǎn)響應(yīng)。信息化管理系統(tǒng)信息化作業(yè)看板是指導(dǎo)各機(jī)臺生產(chǎn)的依據(jù)，其具體到機(jī)臺的生產(chǎn)任務(wù)，按照工序流鏈接離散分布的設(shè)備，并在計(jì)劃層面進(jìn)行訂單對應(yīng)到生產(chǎn)線的均衡化分解。信息化管理系統(tǒng)與公司現(xiàn)有系統(tǒng)（ERP、MES、WMS、PDM、BAAN查詢系統(tǒng)、設(shè)備SCADA聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、設(shè)備基礎(chǔ)文檔管理系統(tǒng)、人力資源）等系統(tǒng)相鏈接，方便管理人員與操作員工實(shí)時查詢到生產(chǎn)所需的工藝圖文、加工程序信息，并能快速生成進(jìn)度報(bào)表、產(chǎn)出報(bào)表、質(zhì)量報(bào)表等，通過信息化管理系統(tǒng)建立資源蓄水池，預(yù)先優(yōu)化資源在各訂單的配置，避免特殊情況導(dǎo)致的各工序生產(chǎn)節(jié)拍不匹配，減少人工干預(yù)，解決現(xiàn)場管理薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化作業(yè)流程，提高生產(chǎn)過程管控效率。看板管理作為生產(chǎn)管理信息化的重要體現(xiàn)，分為管理崗位看板和生產(chǎn)崗位看板，生產(chǎn)崗位看板顯示當(dāng)前任務(wù)信息和下個訂單準(zhǔn)備信息，包括對應(yīng)的操作標(biāo)準(zhǔn)、工藝圖文、加工程序、工裝容器、設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)報(bào)工、質(zhì)量點(diǎn)檢及下個訂單等生產(chǎn)所需信息；管理崗位看板能夠清晰地顯示人員配置狀況、當(dāng)前訂單生產(chǎn)進(jìn)度、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，可根據(jù)周期或訂單生成對應(yīng)的原材料報(bào)表、質(zhì)量報(bào)表、人員出勤報(bào)表、整體設(shè)備OEE數(shù)據(jù)及能耗數(shù)據(jù)等，有效提高了生產(chǎn)系統(tǒng)過程控制能力，實(shí)現(xiàn)即時、高效、準(zhǔn)確的精細(xì)化生產(chǎn)管理。鈑金各工序的生產(chǎn)都離不開設(shè)備的使用，設(shè)備聯(lián)網(wǎng)管理是生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，是精益生產(chǎn)管理重要的組成部分，設(shè)備生產(chǎn)集中聯(lián)網(wǎng)管理流程如圖4所示，通過設(shè)備集中聯(lián)網(wǎng)管理，將離散型的設(shè)備連線到信息化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成設(shè)備群管理，以設(shè)備為中心進(jìn)行生產(chǎn)管理與資源配置優(yōu)化，包含設(shè)備信息維護(hù)、異常信息推送、運(yùn)行狀態(tài)記錄等功能，對制品流入流出情況進(jìn)行更新，實(shí)時顯示制品工序流轉(zhuǎn)情況，推送到班組長，指導(dǎo)班組長決策，方便生產(chǎn)現(xiàn)場的快速調(diào)整。圖4設(shè)備生產(chǎn)集中聯(lián)網(wǎng)管理精益物流倉儲系統(tǒng)精益生產(chǎn)的核心在于價值流，對于多工序的分布狀態(tài)，價值流體現(xiàn)在加工過程中的物料增值流轉(zhuǎn)，高效的物流系統(tǒng)則是保障持續(xù)價值流的關(guān)鍵所在。精益物流倉儲系統(tǒng)基于精益化的設(shè)備布局，設(shè)備按照工序流進(jìn)行布置，從原材料到訂單齊套入庫均按照最短路線原則，為減少多個訂單對設(shè)備切換的影響，設(shè)備群可按料厚進(jìn)行搭建，同一材質(zhì)相同料厚的零件對應(yīng)的設(shè)備加工參數(shù)與模具相同。工序之間的物料流轉(zhuǎn)同樣采用拉動式，信息化系統(tǒng)的工序流指導(dǎo)車間的物料運(yùn)輸，即采用公交站點(diǎn)的方式對應(yīng)到具體設(shè)備，訂單工序流對應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)為物流的起始點(diǎn)或終止站點(diǎn)，運(yùn)送到對應(yīng)節(jié)點(diǎn)后由操作人員確認(rèn)訂單接收信息，系統(tǒng)自動更新物料流轉(zhuǎn)狀態(tài)，整個流轉(zhuǎn)過程清晰可見，物流系統(tǒng)則相當(dāng)于虛擬乘務(wù)員。WCS倉儲管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)整體的訂單出入庫管理，實(shí)時更新各類物料的庫存，為生產(chǎn)計(jì)劃制定提供數(shù)據(jù)參考，減少庫存產(chǎn)生。為消除人工查賬與配送周期不足，在保障訂單安全周期的同時最大限度發(fā)揮車間產(chǎn)能，WCS倉儲管理系統(tǒng)按照