齒輪生產線及其改善

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本文作者：張宇金壽松馮定忠楊東坡作者單位：浙江工業大學

價值流圖

價值流是指產品從原材料轉變為成品的全部過程，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］是一種分析和優化整個價值流的可視化工具．它將現場觀察到的物料流和信息流數據以圖示的方法表達出來，用來了解企業的經營現狀和未來狀態．使用價值流圖分析技術，可以從整體的角度系統分析問題［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過程，并為生產線的改善提供優先次序和預期目標．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，結合收集的數據，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，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，迫切需要對現有生產系統進行改善．本文通過齒輪生產線價值流現狀圖的繪制，分析并找出齒輪生產線的各種問題，應用工業工程和精益生產手段消除生產中的不增值部分，并利用連續拉式系統設計價值流未來圖［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．對相關現場數據進行采集，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，因此產能不穩定，在制品周轉時間較長，致使生產線中各單元的生產協調性較差，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）熱后各工序的連續性差，在制品堆積現象較嚴重，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）．（5）外協倉庫與成品倉庫亂堆放現象嚴重，未按標識區域擺放，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化改善．

（1）優化自動精車單元

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，同時節約了場地．

（2）優化滾倒剃單元

由于精車單元和外協同時向后工序供貨，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拍，有效提高了產能和生產平衡性．

（3）優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，但通過現場實際調查，可以實現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性．上述合并實現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．各工序根據生產情況、作業計劃和下工序要求進行生產準備和作業執行．連續流程指生產和運輸產品通過的一系列工序盡可能地連續化，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流程之間，引入超市拉式系統．超市拉式系統（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．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．超市拉式系統可以在按計劃生產的同時，實現生產系統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量和等待時間，建立了有效的連續流程，并初步實現了拉式生產．

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作關系，并制定相應的改善推進計劃．根據上述改進方案，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，生產的連續性有很大提高．對現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，用精益生產的方法消除瓶頸和浪費，實現管理人員對整個系統的管理和控制．（2）本文使用價值流圖對齒輪生產線進行現狀分析和精益改善，同時引入超市拉式系統優化工序流程．對價值流現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的周轉時間，減少了在制品庫存，規范了整個制造流程，生產線的產能、增值比、平衡率和人均效率都有較大改善，提高了企業的市場競爭能力．