精益工位器具設計與應用

國旭華，李宏偉，張寶東，高金良，王洪臣，趙　明

(1.北京北方車輛集團有限公司 工藝技術中心，北京 100072；2.北京市特種車輛部件先進制造與評估工程技術研究中心，北京 100072；3.中國兵器工業規劃研究院，北京 100053)

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精益工位器具設計與應用

國旭華1,2，李宏偉1,2，張寶東1,2，高金良1,2，王洪臣1,2，趙明3

(1.北京北方車輛集團有限公司 工藝技術中心，北京 100072；2.北京市特種車輛部件先進制造與評估工程技術研究中心，北京 100072；3.中國兵器工業規劃研究院，北京 100053)

工位器具是車間生產活動中用于儲存、運輸產品的輔助器具，它本身不產生價值，但又不可不用，且占據了可觀的生產費用。精益生產利潤主義經營思想的核心是通過徹底消除浪費和提高效率來降低成本，從而實現利潤最大化的目標。將精益的理念應用于工位器具的設計中，依據生產綱領配置數量，滿足存放、轉運和儲備的需要，定制裝載數量、搬運方式和放置方法，減少或消除儲運產生的浪費，降低所占用的生產成本，用減法實現利潤最大化的目標。

工位器具；精益；浪費

工位器具是在產品的制造過程中，用于成品、半成品和毛坯等裝載、轉運和存放的一種工具，它是車間生產重要的組成部分。用精益的理念落實工位器具，是消除浪費、提高生產效率、保證生產安全以及建設現代化車間的必然選擇[1-2]。本文針對用于車體薄壁大部件加工和組合車間的工位器具，圍繞減少浪費，提升效率來進行精益工位器具的設計與應用。

1　精益工位器具配置原則

精益工位器具的配置原則如下。

1)數量配置。工位器具應結合生產綱領配置，數量的設置應滿足一天生產或設定的時間節拍需求，包括存放、周轉及周轉占用。在滿足需求的前提下，應使數量盡量少，以減少空間占用浪費。

2)載量配置。用于組合或裝配工位的工位器具，設計中應按照產品基數成套存儲轉運，以減少轉運停滯時間浪費，準時轉移按量補充。

3)均衡配置。車間內各工位的工位器具數量配置應均衡，以減少物流配送、轉運次數，減少物流通道擁擠浪費。

2　搬運經濟原則

圖1　儲運工位器具

生產現場的搬運活動一般需要4項作業：集中、搬起、升起和移走，產品存放不落地是最基本要求。對于大部件產品，減少搬運浪費尤為重要，這是因為大部件每一項搬運作業都包含了更多的成本。改善工位器具的功能，將儲存與轉運的工位器具合并為一(見圖1)，合并后，作托盤可裝載、存放；作運載工具可隨時移動，搬運操作次數由4次直接縮減為1次，浪費顯著減少。這樣的工具既可減少人力浪費、動作浪費、時間浪費以及搬運設備與工具的占用，還能減少更大的浪費——產品可能的破壞。

3　轉運經濟原則

生產車間常用的轉運工具包括推車、牽引車、叉車、吊車和電規車。對5種方式進行比較，生產經濟成本依次增加，方便快捷性依次降低。電規車、吊車通常為整個車間共用，調度使用除能耗增加、等待浪費外，還使安全成本增加；牽引車、叉車相對能耗及時間浪費減少；而使用推車則最為精益。因此，在工藝編制及工位器具設計中，應優先選用更方便快捷的工具——推車，當轉運能力不夠時，再使用牽引車和叉車，最后選擇吊車和電規車。由此工位器具設計中，可依據載重適當設置多種接口，如膠輪、插槽與吊耳等(見圖2)，重載時用動力轉運，空載時可人工推動，實現搬運的最低成本。

圖2　工位器具轉運接口

4　定制產品放置原則

定制產品放置原則如下。

1)大零部件存取費時費力，用工位器具定制產品放置，可減少存取過程浪費。零部件存放姿態可以水平、垂直或其他姿態，工位器具應結合本道工序下線及下道工序上線姿態進行定制，既要考慮本道工序存放方便，也要充分考慮下道工序抓取便利，避免二次抓取或多次抓取，尤其要避免翻轉等動作。一次到位，減少抓取浪費，降低安全風險。

2)工位器具也應定點入位放置，根據工位器具裝載狀態，生產和管理者可實時掌握產品的信息，正確判斷生產狀態，杜絕過量生產。

5　減少損傷浪費

薄壁大零部件的特點是剛度差，怕擠壓，而隔離工件是避免擠壓損傷的有效措施，用工位器具實現隔離，可顯著減少擠壓損傷浪費。薄壁大零部件主要分為板件、異形沖壓件及異形焊接件。通過對產品進行梳理，大致可分為下述4類工位器具。

1)豎置隔板式。工位器具內設置多個立板或立柱作隔板，產品豎置其中，彼此不接觸。這種工位器具裝載多，存取任一產品方便，適宜高度尺寸<1 500 mm的板件總成(見圖3)。

圖3　豎置隔板式工位器具

2)托盤式。當產品尺寸較大(長和寬均>1 500 mm)時，出于安全因素，應將產品平置。若產品高度尺寸允許時，可將2個或數個工位器具堆放，節省空間減少浪費(見圖4)。對于板件產品，由于不怕擠壓，可將板件產品直接疊放置于托盤中(見圖5)，節省空間，發揮最大儲運能力。

圖4　托盤式工位器具1

圖5　托盤式工位器具2

3)折臂式。對于異形沖壓件及異形焊接件，因壁薄或其部件表面含有許多小的零部件，任何擠壓都將造成產品傷害。采用折臂式工位器具，可保證產品相互隔離，同時讓1個工位器具存放更多數量的產品，既避免損傷，又節省空間、減少浪費(見圖6)。

圖6　折臂式工位器具

4)專用托架。該器具用于異形結構產品，如帶空間弧度或角度的大零部件。由于其尺寸大、質量大和重心不穩定，極易受到損傷，設計外形與產品貼合的工位器具，可減少變形；同時，成組放置可穩定重心，避免損傷浪費(見圖7)。

圖7　專用托架工位器具

6　減少吊運浪費

傳統吊運方式主要是繩索、吊鉤和抓鉤，往往導致大部件產品在儲存、轉運過程中出現二次變形，從而造成返修浪費。采用新型吊具，如磁力吊、橫吊鋼板起重鉗和豎吊鋼板起重鉗，配合新型工位器具，可有效減少產品吊運變形產生的浪費。

7　結語

工位器具是生產制造活動中不可缺少的輔助器具，盡管其自身不產生增值，但又必須使用，且對生產作業成本產生不可忽視的作用。用精益生產的理念設計改進工位器具，通過減少作業活動中搬運、動作、等待、不良品和安全成本等造成的各種浪費，降低了生產作業成本，增加了企業效益，從而為實現利潤最大化做出了貢獻。

[1] 劉樹華，魯建廈，王家堯. 精益生產[M].北京：機械工業出版社，2012.

[2] 宋文強. 現場精細化管理[M].北京：化學工業出版社，2011.

責任編輯馬彤

Design and Application of Lean Working Position Apparatus

GUO Xuhua1,2, LI Hongwei1,2， ZHANG Baodong1,2, GAO Jinliang1,2, WANG Hongchen1,2, ZHAO Ming3

(1.The Institute of Technologe, Beijing North Vehicle Group Corporation, Beijing 100072, China; 2.Beijing Special Vehicle Parts Engineering Research Center for Advanced Manufacturing and Evaluation, Beijing 100072, China;3.China North Industries Planning and Research Institute, Beijing 100053, China)

The working station apparatus is the auxiliary equipment for storage and transportation of the workshop production activities. It does not produce value, but it must be used, and occupy considerable production costs.In lean production， the core of profit management thought is through to eliminate waste and improve efficiency to reduce the cost, so as to realize the goal of profit maximization. The concept of lean production is applied to the design of the working station apparatus. According to the production program to determine the number of configuration, meet the needs of transportation and storage, custom-made loading quantity, custom-made handling way, custom-made placement method, reduce or eliminate occurred waste in during storage and transportation, reduce what they occupy the cost of production, and use subtraction achieve the goal of profit maximization.

working station apparatus, lean, waste

TG 751.2

B

國旭華(1962-)，女，研究員級高級工程師，主要從事特種車輛設計制造等方面的研究。

2015-11-24