齿轮生产线及其改善
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本文作者：张宇金寿松冯定忠杨东坡作者单位：浙江工业大学
价值流图
价值流是指产品从原材料转变为成品的全部过程，即将产品和服务提供给顾客的一系列活动．它包括增值过程和不增值过程，是产品生产过程中物料流和信息流的综合表达．价值流图［1］是一种分析和优化整个价值流的可视化工具．它将现场观察到的物料流和信息流数据以图示的方法表达出来，用来了解企业的经营现状和未来状态．使用价值流图分析技术，可以从整体的角度系统分析问题［2］，辨识并减少生产过程中的不增值部分，将增值活动组织成有序的连续过程，并为生产线的改善提供优先次序和预期目标．价值流图已经被证明是一种有效的改善手段，被广泛地应用于各个领域［3－5］．在完成对信息流、物料流和生产活动的调查后，根据产品价值流动的过程，沿物料流和信息流的方向，应用价值流图的特定符号，结合收集的数据，可绘制出价值流图（见图1）．我们选定的某齿轮公司是一家大型齿轮散件生产企业，产品涉及汽车、工程机械、摩托车、电动工具等领域．因为激烈的竞争和整体消费市场的低迷，该公司在拓展市场的同时，迫切需要对现有生产系统进行改善．本文通过齿轮生产线价值流现状图的绘制，分析并找出齿轮生产线的各种问题，应用工业工程和精益生产手段消除生产中的不增值部分，并利用连续拉式系统设计价值流未来图［6］，达到对齿轮生产线改善并提高经济效益的目的．
齿轮生产线价值流现状图
我们选定的SH公司的主减速从动齿轮A是盘齿车间需求量最大的产品之一，但受产能限制，常常不能按计划交货．由客户的订单需求得知，产品A的月需求为30000件，有效工时为30d，生产线采用两班制，每班11h，生产节拍P＝TP／OP＝79．2s．其中：TP表示每月可用生产时间；OP表示产品每月的需求量．采用秒表法对A产品齿轮生产线各工序的操作时间进行多次测量，取得平均值即为周期时间．对相关现场数据进行采集，并结合物料流和信息流分析，绘制出A产品的价值流图（见图2）．
齿轮生产线现状分析
1生产线布局分析
A产品齿轮生产线采用制造单元化设计，即若干道连续工序所需的设备组成一个制造单元，若干个制造单元共同完成某产品的加工．经过实地观测，对于A产品的制造流程，各单元的位置比较分散，在制品的运输距离较远，导致A产品的搬运路径过长，并与其他产品的路径互相干扰；而且，某些单元内操作距离过长，设备位置不合理，影响了在制品的流动（见图3）．
2生产线作业分析
（1）生产计划不合理．由价值流图可知，A产品生产线采用推式生产，生产计划以周计划形式下达，因此产能不稳定，在制品周转时间较长，致使生产线中各单元的生产协调性较差，各单元出入料口在制品堆积．每个单元在制品的堆积量平均为2～3个批量，而热处理线在制品达到6个批量，在制品严重滞留．（2）滚齿工序耗时最长，单件平均加工周期大于生产节拍，是整个流程的瓶颈工序，影响了生产线的产能和平衡运行．（3）磨内孔和珩齿工序设备陈旧，需要经常维修，设备利用率低，延误了正常生产．（4）热后各工序的连续性差，在制品堆积现象较严重，不仅增加了库存管理成本，而且影响生产线的5S管理（整理、整顿、清扫、清洁、素养）．（5）外协仓库与成品仓库乱堆放现象严重，未按标识区域摆放，间接影响了进出货效率．（6）信息流复杂．车间管理人员需要安排大部分工序的生产计划并实时管理，随时需要各制造科和班组配合，各部门协调性较差，过程复杂且效率较低．
生产线改进方案的制定
1生产线各工序作业的改进
应用ECRS原则（取消、合并、重排、简化）以及程序分析法对各工序进行优化改善．
（1）优化自动精车单元
该单元共完成两个精车、钻孔和扩孔工序．其中的精车工序由机械手完成上下料，并在两道工序之间完成一道自检．操作员在传送带1上放置待加工工件，从传送带2上取出工件，完成其后的钻孔和扩孔工序．原生产单元所有设备为一字型排列，且为了将所有设备靠外布置，传送带1位置靠后，上料极不方便．操作员传递在制品距离过长，形成浪费．现将传送带、车床、加工中心和手钻的布局改为U型，减少了走动浪费，缩短了操作时间，同时节约了场地．
（2）优化滚倒剃单元
由于精车单元和外协同时向后工序供货，而滚齿机的加工时间为356s，共有两台设备，一次加工两件，单件加工时间为89s，大于节拍时间79．2s，属于唯一瓶颈工序．我们在此单元内增加一台滚齿机，使单件生产周期小于生产节拍，有效提高了产能和生产平衡性．
（3）优化热后磨孔珩齿单元
产品热处理之后在磨孔珩齿单元完成车内孔、磨内孔、珩齿和全检位置度工序．该U型单元检测台位置靠内，导致操作员完成珩齿后还需返回检测台检测，有时仅凭个人经验目视检验．现将珩齿机与检验台位置对调，可以确保检测工序的有效进行，也间接保证了产品质量．在此单元重点推行TPM（全面生产保全），提高了设备利用率．
2生产单元的合并
生产流程中的主要浪费是各工序的过量生产和在制品库存，尽可能地合并工序是解决这些问题的主要手段．由于实际生产中加工设备的限制，无法将全部工序连接成一个流程，但通过现场实际调查，可以实现在原有单元基础上对生产单元的进一步合并．参见图4．对于热前工序，由于自动精车单元a与滚倒剃单元b距离较近，因此可合并为一个单元，取消a单元的出料架和b单元的进料架，实现热前工序一个流生产．同理，热后工序中的抛丸、打标记和抽检工序可以与单元f合并，抛丸工序结束后按批量运送至打标机．将打标机从打标房移动至单元f附近，因打标工序时间很短，所以此工序可以与其他产品混流，以此提高打标机使用效率；抽检工序不再按批量进行检验，而是在加工过程中进行随机抽样，减少了因等待而引起的浪费，并保证了整个生产的连续性．上述合并实现了各工序的有效衔接，为拉式生产提供了有利条件（见表1）．
3结合拉式生产建立的连续流程
拉式生产以准时化生产为核心，以看板作为信息传递工具，由后道工序的需求拉动前道工序的生产．各工序根据生产情况、作业计划和下工序要求进行生产准备和作业执行．连续流程指生产和运输产品通过的一系列工序尽可能地连续化，可以有效减少在制品库存以及提高劳动效率．生产计划部门预测的偏差和客户需求的变动，以及各工序之间信息交换的不流畅，导致实际生产不能按预定计划进行，各工序存在大量在制品库存，无形中增加了管理和库存成本．以拉式生产建立连续生产流程，可有效降低上述生产成本，提高劳动效率．在以上建立的几个连续流程之间，引入超市拉式系统．超市拉式系统（见图5）是指在以批量生产的工序和其下工序之间设立的产品超市系统．通过下工序从超市中取货，向上工序传递生产指令，以需求拉动生产．超市拉式系统可以在按计划生产的同时，实现生产系统对生产过程的实时微调和均衡生产．对于一般的流程，在下工序设立一个先入先出通道，将容量设为2个批量，每批120件，当产品超市内产品超过容量时对上工序发出停止生产的指令．由于热处理工序之后工件温度较高，无法立即抛丸，需要冷却后进行，因此工序产品超市容量设为4个批量，且此通道可与其他产品共用，以提高抛丸机利用率．以上改进以产品超市取代工序在制品库存，有效降低了各工序在制品数量和等待时间，建立了有效的连续流程，并初步实现了拉式生产．
齿轮生产线的价值流未来图
改进方案设计完成之后，重新定义各项生产任务，确定各工序和部门的职责划分和协作关系，并制定相应的改善推进计划．根据上述改进方案，绘制齿轮生产线改进后的价值流未来图（见图6）．经过改善后，生产线得到以下几个方面的改进：①改进后的生产线理论日产能由原来的890件提高至1200件，满足了顾客的需求；②总生产周期缩短，增值时间由715s缩短为676s，增值比由1．02％提高至2．12％，且各工序生产时间较为均衡；③在制品库存明显减少，生产的连续性有很大提高．对现状图和未来图的比较分析可以得到表2．
结束语
（1）用价值流图可以全面分析生产系统，用精益生产的方法消除瓶颈和浪费，实现管理人员对整个系统的管理和控制．（2）本文使用价值流图对齿轮生产线进行现状分析和精益改善，同时引入超市拉式系统优化工序流程．对价值流现状图和未来图的比较分析可知，该改进方案有效缩短了生产系统的周转时间，减少了在制品库存，规范了整个制造流程，生产线的产能、增值比、平衡率和人均效率都有较大改善，提高了企业的市场竞争能力．
