數字化工藝與精益生產在鐵路救援起重機制造過程中的探索

王化勝 吳景洋 譚宗保 王成波 中車齊齊哈爾車輛有限公司

序言 發展現狀及存在的問題

鐵路救援起重機是專門對鐵路事故中的鐵路機車車輛或其它障礙物進行起吊清理的特種用途車輛。具有某種專門用途或者是特(種)殊用途的貨車。由于市場規模不大，生產模式一般為單件或者小批量。目前生產成本較高，效率較低，始終制約著的鐵路救援起重機業務發展。主要原因：(1)生產過剩的浪費：由于生產計劃不準時造成的生產提前，浪費人員、設備、原材料；(2)制造不良的浪費：零部件的報廢、返工，浪費材料、工時、設備等資源；（3）停工等活的浪費：由于機械故障、等待上道工序；（4）組裝本身浪費：由于組裝工序不合理或者零件本身配合不合理，或者操作者技能水平差異，造成零部件反復拆裝；（5）搬運的浪費：物料沒有在規定的位置，造成轉運距離過長；（6）庫存浪費：原材料、半成品提前購買或者過多生產，并且產生管理費用。

數字化工藝，即可使制造部門設計數字化產品的全部生產流程，在部署任何實際材料和機器之前進行虛擬推演，已廣泛應用于航空航天，船舶、汽車工業, 并取得良好成效。國際著名的制造業統計權威刊物CIMdata統計得出：典型部件裝配周期縮短60%，飛機裝配周期縮短10%以上，裝配工藝設計周期縮短30%～50%，裝配返工率減少50%，裝配成本減少20%～30%。然而，目前數字化工藝與制造技術應用與鐵路運輸設備生產方面還處于起步階段，并沒有成套可借鑒的成熟方案，結合前期初步探索和對精益生產的理解，數字化工藝與精益生產相結合的方法，對目前起重機生產制造存效率低下有所幫助。

1 關于數字化工藝

1.1 數字化制造

從定義來說，數字化制造是指在數字化技術和制造技術融合的背景下，并在虛擬現實、計算機網絡、快速原型、數據庫和多媒體等支撐技術的支持下，根據用戶的需求，迅速收集資源信息，對產品信息、工藝信息和資源信息進行分析、規劃和重組，實現對產品設計和功能的仿真以及原型制造，進而快速生產出達到用戶要求性能的產品整個制造全過程。從一般的解決方案中，數字化制造主要由四個部分組成，對應的關系及涉及的內容如圖1所示：

圖1 數字化制造解決方案模型

1.2 簡化模型

數字化制造本身是一個系統的工程，每個過程都需要具備一定的基礎知識及實際數據作為支撐。在實際應用中，不必面面俱到，挑選適合因素來實施就好，這樣即節省了學習吸收的時間，又能在最短的時間內見到效益。對于鐵路救援起重機，為方便實施，提供一個基礎的簡化的模型。這里去掉了工廠布局優化，去掉了人因工程及機械運動等部分。這樣，整個過程變得簡潔明了，在不影響整體效果的情況下，更具有操作性和實際意義。圖2給出了符合現狀的數字化制造模型。

圖2 符合現狀的簡化模型

1.3 輸入輸出

根據給出了數字化工藝在鐵路救援起重機實施過程中模型，可對其分解，得到每個環節的輸入輸出模型，這樣，可以把數字化工藝從理論模型轉為可以實際操作的模型。對于3D工藝規劃，屬于數字化制造的基礎階段，主要以輸入為主，其所需輸入如圖3所示。對于3D工藝仿真，3D工藝規劃輸出結果作為輸入的一部分，除此之外，還包括工位布局、物料布局、過程定額等，并把過程所需要的人員進行定編，確定工作量。

圖3 3D工藝規劃輸入

圖4 3D工藝仿真輸入

當完成3D工藝仿真文件，接下來，其輸出結果會帶來如下的實際意義。首先是一個組裝的仿真動畫，這個仿真動畫會規定好物料的擺放位置，工位布局，這個物料擺放位置能解決現場物料亂放的問題，解決第5種浪費，過程中會根據生產實際直觀的體現工作量，得到的過程組裝時間，解決了第3種浪費，過程人員定編，會清晰的了解生產所需人數，解決了第1中浪費；其次是一個可視的工藝指導文件，又可消除由于人員技能水平不平均造成的零部件反復拆裝的浪費，解決了第4種浪費，對關鍵組裝部位進行工藝說明，可以避免制造不良的浪費，也是就解決了第2種浪費，根據組裝過程的先后順序確定零部件的生產制造節拍或者購買時間，制定合理生產計劃及采購計劃，又解決了第6種浪費。圖5給出了在鐵路貨車組裝過程種的技術探索。

圖5 前期在鐵路貨車組裝過程中的探索

2 具體實施

從上述輸入輸出來看，整個階段需要多部門配合協同完成。根據現有運作模式和條件，項目管理模式更符合自身特點。該項目的整體靈魂是導入精益生產的理念，即“零浪費”作為其終極目標，數字化工藝為核心技術手段，項目管理模式作為運行實施平臺。從一般的項目管理來說，項目管理分為項目啟動、項目計劃、項目實施、項目驗收四個階段。首先要確定一個對象，并針對該對象立項。

2.1 項目啟動

項目啟動是項目管理的第一個環節。概括來講，一個項目管理要進行兩項活動，即項目管理的活動和項目本身的活動。項目管理的活動主要包括立項申請、組建項目團隊、編寫項目任務書和召開項目開工會四項。其中，立項申請是進行項目管理活動時可做可不做科目，其他三項是必做科目。為了方便理解，將數字化工藝四個階段項目團隊人員如圖6所示。

圖6 項目團隊人員組建

2.2 項目計劃

項目計劃作為項目管理的第二個階段，在項目管理中起承上啟下的作用。在項目管理中，項目計劃階段主要包括四方面內容：進度計劃管理、成本計劃管理、風險計劃管理和溝通計劃管理。對于本項目，考慮自身情況及項目復雜程度，本著易操作的原則，只將進度計劃管理納入其中。進度計劃管理主要是對項目人員工作量和時間進行一個約束，使得整個項目能夠有序進行。整個項目分為四個階段，項目主計劃框架如圖7所示。

圖7 項目主計劃框架

2.3 項目實施

項目啟動與項目計劃都是為項目實施服務的，再好的計劃如果沒有實施，都無法輸出滿意的結果。項目管理者要制訂有價值的計劃，同時也要確保有足夠的條件來保證項目的成功實施。項目管理中的實施階段主要包括項目溝通、項目監控、變更管理和成本控制四個方面。由于該項目屬于技術和管理相結合項目，難度大，不確定因素多。下面對整個實施過程進行詳細解讀。

圖6給出了3D工藝規劃階段所需的項目人員，該階段主要是完成鐵路救援起重機3D模型建立及組裝，包括零部件、管線件、工裝類，所有模型需要精確表達，以確定后續結果的權威性以及指導意義，3D工程師納入本階段的項目核心成員CP,對應工藝在本階段給予一定的解答和指導，屬于外圍成員EP。

圖6給出了3D工藝仿真階段所需的項目人員，該階段主要完成鐵路救援起重機的組裝仿真。組裝工藝需要完成工位布局及物料布局，必要時3D工程師建立產線布局，根據整體的工藝規劃，建立3D組裝過程。定額、勞資及現場有經驗的電氣、液壓、高技能人員入駐項目，核定組裝工藝過程及組裝過程人員定編及定額。此階段工藝及3D技術人員同屬項目核心成員CP，定額、勞資及現場的電氣、液壓、組裝人員屬于項目外圍成員EP。

3D文檔輸出階段主要涉及到作業指導書（視頻）類的合成及關鍵工藝要求和說明，以及工藝文檔的整理，這個階段3D技術人員和工藝人員同屬項目核心成員CP。對于生產執行，根據仿真結果可以對整個生產過程進行精確排產，排產過程也可作為采購的依據。整個過程需要生產及計劃人員介入，此外，整個過程需要有工藝人員進行現場寫實，對不合理進行采集，最終優化工藝，形成PDCA循環，持續改善。

2.4 項目收尾

項目收尾是項目管理的最后一個環節，主要包括項目的評估驗收、項目的總結、文檔的歸檔的方面。在某個固定車型生產過程中，只需要將整個數字文件歸檔，以后就能重復利用這些數據文件，用于下次生產活動。真正做到一勞永逸，減少重復勞動，提升整體效率。

3 結語

本文通過現狀分析，總結出了目前鐵路救援起重機制造過程中主要存在的6種浪費現象。以數字化制造為技術手段，得到了符合實際特點的實施模型，并在此基礎上，分析闡釋了相關輸入輸出文件及在生產中的實際意義。最終，以精益生產-即“零浪費”作為其終極目標，以數字化工藝為核心技術手段，以項目管理模式作為運行實施平臺，給出了一種實際可實施的方案，這種方案可以消除目前存在的主要6種浪費現象，并可對以往的組裝經驗進行總結積累并重復使用并改善，對下一步的實際應用有一定的參考借鑒意義。整個項目過程中，并沒有完整可借鑒的案例，且技術水平要求較高，工程實施難度較大，需跨部門協作，這些環節都可能產生新的未知問題。