“夾具流”的精益生產(chǎn)管理應(yīng)用研究

程曉蒙

(鴻富晉精密工業(yè)(太原)有限公司，山西 太原030032)

1 夾具的生產(chǎn)應(yīng)用

工裝夾具在產(chǎn)品的加工過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，是產(chǎn)品加工過(guò)程不可缺少的物質(zhì)保證，它對(duì)產(chǎn)品的加工質(zhì)量、加工成本及生產(chǎn)效率有著直接的影響。嚴(yán)格控制工裝夾具的生產(chǎn)管理、物流及時(shí)性等要求，不僅能通過(guò)夾具的生產(chǎn)流通過(guò)程協(xié)調(diào)資源，很好地創(chuàng)造夾具的“流動(dòng)價(jià)值”，更使車間管理得以提升。

夾具的結(jié)構(gòu)及其裝拆方式，應(yīng)滿足快速和自動(dòng)夾緊，以減少輔助作業(yè)時(shí)間，提高設(shè)備的加工利用率，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)可靠裝夾，快速及時(shí)定位的批量化生產(chǎn)協(xié)作方式。夾具的生產(chǎn)應(yīng)用，不僅使通用加工設(shè)備(如CNC)更具有柔性，而且還有利于推動(dòng)制造系統(tǒng)的柔性化、自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。比如，“一拖八”柔性加工系統(tǒng)中機(jī)器人的“手爪夾具”，鍛壓自動(dòng)取放料系統(tǒng)中的氣動(dòng)夾具等，都是通過(guò)氣/電控的夾具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾取的過(guò)程。

2 夾具在CNC生產(chǎn)加工過(guò)程的應(yīng)用狀況

目前車間的生產(chǎn)管理工作存在分工不明確、不合理、人員JIT意識(shí)不足、全局觀念不強(qiáng)、維護(hù)和管理水平落后以及工序間的協(xié)調(diào)性較差等問(wèn)題。這些問(wèn)題是導(dǎo)致車間管理水平落后的重要因素。產(chǎn)品的加工質(zhì)量、成本、交貨期是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵，它們是眾多影響因素的綜合體現(xiàn)。因此，提升企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，首先應(yīng)提升車間的生產(chǎn)管理水平，而夾具的應(yīng)用狀況，好比是反映車間管理水平的“晴雨表”。通過(guò)對(duì)夾具在車間生產(chǎn)流程中的調(diào)研和分析，有助于了解車間的管理狀況。

某產(chǎn)品在車間CNC加工過(guò)程中，通過(guò)夾具一次裝夾到位后，經(jīng)過(guò)了物流、加工、檢驗(yàn)、打標(biāo)、清洗等加工過(guò)程，完成了從毛坯到成品的全過(guò)程所需要的加工、裝配手段。在此過(guò)程中，夾具帶著產(chǎn)品在不同工序間進(jìn)行傳遞式流動(dòng)加工，所形成的工藝循環(huán)流動(dòng)，稱為“夾具流”，該夾具稱為流動(dòng)夾具(隨動(dòng)夾具)。通過(guò)“夾具流”，產(chǎn)品完成了在機(jī)加段不同工序間的遞進(jìn)加工。“夾具流”實(shí)際上是一種價(jià)值流，通過(guò)分析，使產(chǎn)品在車間的整個(gè)生產(chǎn)流動(dòng)過(guò)程呈現(xiàn)出來(lái)，從而更好地理解夾具的價(jià)值流動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)“夾具流”中的浪費(fèi)環(huán)節(jié)，提出技術(shù)管理改善方案。

產(chǎn)品的CNC加工過(guò)程，具有切削量較大、加工部位多、刀具種類及數(shù)量較多、產(chǎn)品尺寸及外觀精度要求高、生產(chǎn)批量大等生產(chǎn)加工特點(diǎn)。因此，產(chǎn)品在CNC機(jī)加過(guò)程分解成若干道工序，在不同工序中制定合理的CNC負(fù)荷分配計(jì)劃，以滿足產(chǎn)品的加工質(zhì)量及產(chǎn)能要求。

圖1表示了流動(dòng)夾具在CNC生產(chǎn)加工中的循環(huán)過(guò)程。產(chǎn)品通過(guò)夾具一次裝夾到位后，在CNC不同工序，以及輔助加工環(huán)節(jié)之間，進(jìn)行物流傳遞，實(shí)現(xiàn)“夾具流”。最終夾具流回到拆裝工段，拆卸下已加工好的產(chǎn)品，裝夾上待加工的產(chǎn)品，重新投入“夾具流”中，進(jìn)入下一個(gè)產(chǎn)品的加工循環(huán)過(guò)程。

流動(dòng)夾具作為產(chǎn)品在各工序的加工載體，在生產(chǎn)中進(jìn)行了周而復(fù)始的裝拆加工過(guò)程，有效保證產(chǎn)品在各工序間的加工基準(zhǔn)一致性，滿足了產(chǎn)品的加工精度等質(zhì)量要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)內(nèi)的快速裝夾，減少加工輔助時(shí)間，提高加工效率。

3 影響流動(dòng)夾具生產(chǎn)投入比例的因素

流動(dòng)夾具的生產(chǎn)投入資金，通過(guò)“夾具流”可以全部納入到產(chǎn)品的加工成本中，但流動(dòng)夾具的生產(chǎn)投入量，及其循環(huán)次數(shù)卻是影響產(chǎn)品加工成本的關(guān)鍵因素。由于機(jī)加CNC的數(shù)控加工過(guò)程有效保證了產(chǎn)品加工CT時(shí)間的準(zhǔn)確性、一致性。因此，在一定的車間生產(chǎn)環(huán)境(布局、物流方式、工藝流程)下，精益的生產(chǎn)過(guò)程中，流動(dòng)夾具與加工設(shè)備的投入比例(配比)是一定的，流動(dòng)循環(huán)頻次也是基本確定的。流動(dòng)夾具與加工設(shè)備的投入數(shù)量比，簡(jiǎn)稱為夾具投入比，以及流動(dòng)夾具的循環(huán)次數(shù)，不僅可以衡量夾具投入量，而且反映了加工工藝狀況及當(dāng)前車間生產(chǎn)管理水平。

流動(dòng)夾具在車間的生產(chǎn)投入量受很多因素影響，比如車間布局、工藝流程、工序數(shù)量、設(shè)備數(shù)量、物流人數(shù)、物流量、產(chǎn)能平衡狀況、生產(chǎn)異常、自動(dòng)化應(yīng)用程度、生產(chǎn)管理方式等等。其中，車間生產(chǎn)管理方式的不規(guī)范性、無(wú)序性、盲目性會(huì)給夾具的投入量、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工質(zhì)量帶來(lái)較大的影響，使得夾具的實(shí)際投入量波動(dòng)較大。流動(dòng)夾具的投入比超出額定(精益)投入配比后，比值越大，其生產(chǎn)循環(huán)周轉(zhuǎn)次數(shù)越少。“夾具流”流通得越慢，夾具的有效利用率越低，投入成本越高，而且對(duì)生產(chǎn)作業(yè)人員的惰性影響越強(qiáng)烈。

夾具投入比具體的影響因素及分析過(guò)程如下:

(1)生產(chǎn)過(guò)程中，參與流動(dòng)夾具的物流員數(shù)量、作業(yè)積極性、物流及時(shí)性不僅對(duì)產(chǎn)能產(chǎn)生較大的影響，而且對(duì)夾具的投入量也產(chǎn)生較大的影響。由于物流作業(yè)不及時(shí)，導(dǎo)致某些加工環(huán)節(jié)中容易出現(xiàn)“堆料”現(xiàn)象，從而不得不增加夾具的投入量。因此，有效控制生產(chǎn)循環(huán)過(guò)程中的夾具投入量，不僅能夠較好地控制生產(chǎn)成本投入，而且有利于提高作業(yè)人員的工作積極性，還可以提高車間的精益生產(chǎn)管理水平。

(2)不同的生產(chǎn)方式下，夾具的投入量也會(huì)有所不同，比如“一拖八”機(jī)器人柔性加工、雙工位成組加工方式與人工作業(yè)、單工位加工所需要的夾具量是不同的。

(3)加工工藝流程的中間環(huán)節(jié)越多，所需投入的夾具數(shù)量也越大。

(4)車間布局，以及組織管理方式會(huì)影響到物流的及時(shí)性，同時(shí)還會(huì)影響到夾具的生產(chǎn)投入量。

(5)流動(dòng)夾具的投入數(shù)量影響到“夾具流”的流暢性，而且直接影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行連續(xù)性、穩(wěn)定性，一旦生產(chǎn)發(fā)生中斷(停產(chǎn)、休息)，夾具的流動(dòng)就必然要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能恢復(fù)正常。產(chǎn)品工藝流程越復(fù)雜，生產(chǎn)管理系統(tǒng)恢復(fù)得就越慢。

(6)生產(chǎn)異常的出現(xiàn)導(dǎo)致加工設(shè)備不得不停歇，整體產(chǎn)能會(huì)受到影響，“夾具流”的連續(xù)性也會(huì)受到影響，對(duì)夾具的需求量會(huì)增加。

因此，夾具的生產(chǎn)投入量，應(yīng)結(jié)合車間實(shí)際生產(chǎn)工藝、組織管理狀況，在滿足“夾具流”最小需求量的條件下，盡量降低“夾具流”中斷的發(fā)生，并根據(jù)異常出現(xiàn)的頻次、時(shí)間消耗的多少來(lái)決定夾具的實(shí)際投入數(shù)量。

4 “夾具流”精益生產(chǎn)過(guò)程分析

精益的夾具投入比，及周轉(zhuǎn)次數(shù)，不僅能有效保證設(shè)備的加工利用率，確保產(chǎn)能，降低生產(chǎn)投入成本，同時(shí)可以提高車間的精益生產(chǎn)管理水平。“夾具流”的流動(dòng)速度越快，夾具的使用頻率越高，產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益越顯著。

通過(guò)對(duì)車間某產(chǎn)品CNC加工過(guò)程的“夾具流”進(jìn)行全過(guò)程的跟蹤調(diào)研，對(duì)工藝流程中裝夾、加工、檢驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)中，流動(dòng)夾具因加工、等待、異常等停滯的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量分析，以了解流動(dòng)夾具在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的有效利用情況。

某車間CNC數(shù)量為240臺(tái)，流動(dòng)夾具投入量為2 400套，夾具投入比為10∶1，產(chǎn)能每班約6 130套產(chǎn)品。流動(dòng)夾具單班理論平均循環(huán)頻次為，6 130/2 400=2.6次/班，這說(shuō)明夾具的生產(chǎn)利用率較低，“夾具流”的流動(dòng)及時(shí)性較差。流動(dòng)夾具平均循環(huán)時(shí)間為8 300 s(2.3 h)，其中CNC標(biāo)準(zhǔn)純加工時(shí)間為1 200 s，其他工位(檢驗(yàn)、打標(biāo)等)所占時(shí)間為900 s，物流時(shí)間為1 000 s。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，必要的加工全過(guò)程(包括物流)總共需要3 100 s，停滯時(shí)間(異常、等待)約占5 200 s，占“夾具流”總時(shí)間的63%，而純加工時(shí)間(CNC+輔助工序)為2 100 s，占“夾具流”總時(shí)間約25%，物流時(shí)間占“夾具流”總時(shí)間約12%。因此，“夾具流”在產(chǎn)品加工全制程中75%所消耗的時(shí)間是無(wú)效作業(yè)時(shí)間(物流+等待)。

流動(dòng)夾具在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的分析表明，待加工產(chǎn)品真正處于加工及檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)的時(shí)間僅占生產(chǎn)周期的20%～25%，而75%～80%的時(shí)間都處于物流搬運(yùn)，或因各種因素導(dǎo)致“夾具流”停滯的狀態(tài)。通過(guò)“夾具流”，了解到車間生產(chǎn)管理存在較大的改善空間。

優(yōu)化“夾具流”，以減少夾具生產(chǎn)投入量，并提高其利用率。具體措施如下:

(1)降低CNC等加工設(shè)備異常率，以減少“夾具流”的停滯、斷流的情形發(fā)生。

(2)減少各環(huán)節(jié)中夾具的在制量，尤其是減少CNC旁的待加工夾具的在制數(shù)量，以減少流動(dòng)夾具排隊(duì)等待加工的浪費(fèi)現(xiàn)象。

(3)減少單次物流量，增加物流人員的物流循環(huán)次數(shù)，降低物流人員的等待，增強(qiáng)物流人員的物流JIT(及時(shí)性)意識(shí)。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化改善后，實(shí)際滿足“夾具流”順暢流動(dòng)所需的夾具數(shù)量?jī)H為1 500套，只占原有夾具投入量的6 3%，節(jié)省了900套的夾具。夾具投入比由原來(lái)的10∶1，縮小為約6∶1，同時(shí)，提高了流動(dòng)夾具的周轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)，達(dá)到了每班循環(huán)4.2次，大大改善了車間資源的合理利用。

夾具與設(shè)備的投入比例關(guān)系的研究表明，“夾具流”是車間精益生產(chǎn)管理研究的重點(diǎn)。以較小的、合理的夾具投入量，來(lái)提升加工設(shè)備的利用率，提升車間整體的運(yùn)行效率，從而實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)管理。因此，合理配置車間資源，讓資源利用率最大化、最合理化，追求最小夾具投入比，及最高的夾具流動(dòng)循環(huán)次數(shù)是精益生產(chǎn)管理中的關(guān)鍵。確保流動(dòng)夾具在各加工工序生產(chǎn)循環(huán)過(guò)程中的及時(shí)有效性，既是車間生產(chǎn)管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是提高生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

5 夾具的車間精益生產(chǎn)管理

在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)必須在技術(shù)開發(fā)、交貨周期和成本控制等方面確立優(yōu)勢(shì)，而工裝夾具等資源在車間生產(chǎn)過(guò)程中能否得到合理的利用，直接決定了企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)能否正常的運(yùn)行。提高工裝夾具利用率，提高機(jī)床負(fù)荷率，降低夾具投入比，從而降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

夾具在車間的生產(chǎn)管理中，既要做到供應(yīng)充足，周轉(zhuǎn)快速，保證工裝夾具供應(yīng)的及時(shí)性和高效性，以避免工裝夾具投放數(shù)量不足，而使整個(gè)生產(chǎn)線停產(chǎn)，又要盡可能減少夾具的生產(chǎn)周轉(zhuǎn)數(shù)量。夾具的車間精益生產(chǎn)管理要求體現(xiàn)在以下方面:

(1)降低工裝夾具的生產(chǎn)投入量和消耗量，提高其循環(huán)周轉(zhuǎn)次數(shù)，以較少的工裝投入，取得較大的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

(2)夾具投入量應(yīng)滿足工藝流程各環(huán)節(jié)的實(shí)際生產(chǎn)的最低需求量，確保“夾具流”的流動(dòng)順暢。

(3)降低生產(chǎn)異常停滯的頻繁發(fā)生，確保生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)通過(guò)“夾具流”中的過(guò)程檢驗(yàn)，了解夾具對(duì)產(chǎn)品加工異常的影響，及時(shí)處理不良之流動(dòng)夾具，并提出對(duì)夾具結(jié)構(gòu)及功能的改進(jìn)要求。

(5)柔性制造系統(tǒng)(如“一拖八”機(jī)器人柔性加工系統(tǒng))對(duì)工裝夾具的數(shù)量、分配及物流等過(guò)程的及時(shí)性提出了更高的要求。

(6)均勻分配“夾具流”各工位的負(fù)荷狀況，以提高生產(chǎn)率。

(7)工裝夾具確保了產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖的工藝可執(zhí)行性。而產(chǎn)品信息的準(zhǔn)確性，車間生產(chǎn)管理的規(guī)范性，是工裝夾具確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，以及車間精益生產(chǎn)管理的前提。

(8)夾具投入比，是企業(yè)計(jì)劃管理、設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)調(diào)度、制造與采購(gòu)、成本核算的重要依據(jù)。因此，慎重確定夾具投入比，并不斷提出精益的目標(biāo)。

(9)各相關(guān)單位(產(chǎn)品開發(fā)、工裝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理等)應(yīng)保持密切溝通、協(xié)作、相互學(xué)習(xí)是車間要實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)管理的重要保證。

6 結(jié)語(yǔ)

“夾具流”作為產(chǎn)品價(jià)值流的一種形式，具有精益管理應(yīng)用研究?jī)r(jià)值，對(duì)于改變車間實(shí)際生產(chǎn)管理中的不良狀況，已經(jīng)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。“夾具流”的精益生產(chǎn)管理水平、技術(shù)進(jìn)步牽涉到企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、成本和交貨能力，是一項(xiàng)綜合性的工作，需要企業(yè)各部門的重視與配合。“夾具流”的精益生產(chǎn)研究大大提高了車間運(yùn)行效率及資源利用率，降低了生產(chǎn)成本。因此，對(duì)“夾具流”的精益生產(chǎn)研究，既是車間生產(chǎn)管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是提升企業(yè)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

［1］李國(guó)棟.夾緊順序與夾具布局的同步優(yōu)化及穩(wěn)定性分析［D］.大連:大連理工大學(xué)，2008.

［2］侯偉.工裝全生命周期管理關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)，2006.

［3］周炳海，施海鋒，童勁松.柔性制造系統(tǒng)中的工裝管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，14(2).

［4］劉子先，李菊棟，萬(wàn)平.全員生產(chǎn)維護(hù)對(duì)提高現(xiàn)場(chǎng)管理水平作用［J］.工程機(jī)械，1999(3).

［5］許輝.工裝管理與方式［J］.東方電機(jī)，2003(1).

［6］邁克·魯斯，約翰·舒克.價(jià)值流圖析［M］.人民交通出版社，1999.

［7］程曉蒙.機(jī)器人集成柔性加工系統(tǒng)及精益生產(chǎn)［J］.金屬加工，2010(9).