精益生產(chǎn)流在復(fù)雜殼體零件加工中的應(yīng)用

田東縉 張 童 王 震 柴新建 于宏昭

中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司六〇分廠 西安 710077

1 現(xiàn)狀分析

隨著精益生產(chǎn)思想的推廣和應(yīng)用,企業(yè)自上而下各個(gè)部門都在使用精益思想來改變生產(chǎn)被動的現(xiàn)狀,減少加工過程中的浪費(fèi)現(xiàn)象,企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)層逐漸感受到精益生產(chǎn)的優(yōu)越性[1]。作為制造型企業(yè),要想在新的市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下得以生存,獲得長久發(fā)展和可觀利潤,就必須改變現(xiàn)有生產(chǎn)模式,采用科學(xué)的全新加工方式,減少生產(chǎn)浪費(fèi),縮短產(chǎn)品加工周期,降低加工成本,提高企業(yè)的核心競爭力,在激烈的競爭中贏得先機(jī)[2-3]。

殼體零件外形主要由不規(guī)格曲面構(gòu)成,型面陡峭,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,型面、型腔尺寸多,內(nèi)部主要為孔系,各孔系之間相互貫通,縱橫交錯,特別是長徑比大的油路孔,交錯復(fù)雜,數(shù)量和深度差異性大。因此,在加工殼體零件時(shí),需要根據(jù)加工流程選用不同的加工設(shè)備,殼體零件越復(fù)雜,加工流程越煩瑣,占用的設(shè)備數(shù)量越多,加工周期越長。據(jù)統(tǒng)計(jì),一般復(fù)雜殼體零件每批的投入量為50件,平均加工周期為2～3個(gè)月。生產(chǎn)部門為了更好地滿足客戶需求,大量投入在制品批次,造成現(xiàn)場復(fù)雜殼體零件一般有兩三批,導(dǎo)致現(xiàn)場在制品冗余,不能快速響應(yīng)客戶的需求,市場應(yīng)變能力差[4]。為了從根源上解決此類問題,采用精益思想,在復(fù)雜殼體零件加工中應(yīng)用精益生產(chǎn)流。

2 研究內(nèi)容

工藝規(guī)程[5]是指導(dǎo)現(xiàn)場加工的指令性文件,其中的流程設(shè)計(jì)直接影響現(xiàn)場的生產(chǎn)組織方式,對整個(gè)零件加工周期起決定性作用。為了縮短零件的加工周期,提升復(fù)雜殼體零件的加工競爭力,減少在制品的批次和數(shù)量,避免復(fù)雜殼體零件冗余生產(chǎn),必須以工藝流程為主導(dǎo),對整個(gè)加工流程進(jìn)行分析和改進(jìn)。經(jīng)過對復(fù)雜殼體零件加工流程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,復(fù)雜殼體零件的加工流程主要分為三個(gè)階段:粗加工、半精加工、精加工。粗、精加工只是對零件局部位置的部分尺寸進(jìn)行加工,加工內(nèi)容少,工作量小,占整個(gè)復(fù)雜殼體零件加工流程的比例小,因此,這兩個(gè)階段不是筆者研究的內(nèi)容。半精加工階段主要對整個(gè)復(fù)雜殼體零件的外形和內(nèi)孔尺寸進(jìn)行全面加工,加工工序多,工作量大,加工時(shí)間占整個(gè)加工周期的近60%。復(fù)雜殼體零件加工各階段時(shí)間占比如圖1所示。半精加工階段主要承擔(dān)復(fù)雜殼體零件的幾乎所有加工內(nèi)容,工作量大,對整個(gè)復(fù)雜殼體零件的加工周期影響大。因此,筆者選定半精加工階段作為研究內(nèi)容,對該階段的工藝流程按照精益生產(chǎn)思想進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)[6]。

▲圖1 復(fù)雜殼體零件加工各階段時(shí)間占比

3 精益生產(chǎn)流方案

精益生產(chǎn)的精髓是減少等待,消除浪費(fèi),創(chuàng)造價(jià)值。對于復(fù)雜殼體零件而言,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工藝流程長,工序加工時(shí)間不均衡。為了更好地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜殼體零件加工過程中的精益性,需要遵循四個(gè)方面的要求。

(1) 設(shè)備選用。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜殼體零件的精益生產(chǎn),首要條件是加工設(shè)備必須通用性強(qiáng),加工精度滿足尺寸精度要求,并且運(yùn)行可靠性高,故障率低。

(2) 能力測算。所加工的復(fù)雜殼體零件數(shù)量必須與所選用的設(shè)備能力相匹配,保證設(shè)備的加工能力能夠滿足復(fù)雜殼體零件產(chǎn)量的需求。

(3) 流程規(guī)劃。按照精益生產(chǎn)的思想,減少等待,實(shí)現(xiàn)加工過程的精益化[7],必須保證流程運(yùn)行過程中無間斷,連續(xù)加工,相應(yīng)的生產(chǎn)方式由拉動式變?yōu)橥苿邮?減少加工工序之間的庫存,方便現(xiàn)場組織生產(chǎn)。

(4) 均衡生產(chǎn)。各工序的加工內(nèi)容和刀具的數(shù)量必須滿足加工設(shè)備參數(shù)的要求,加工時(shí)間基本均衡,各工序之間的平衡率需達(dá)到90%以上[8]。

綜合以上四個(gè)方面,為了確保復(fù)雜殼體零件加工流程的精益化,減少等待,消除浪費(fèi),需要選定設(shè)備,進(jìn)行能力測算,還需要進(jìn)行流程的精益化規(guī)劃,保證加工過程中的均衡生產(chǎn),這樣才能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜殼體零件的精益化加工。

精益工藝設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

▲圖2 精益工藝設(shè)計(jì)流程

4 傳統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)復(fù)雜殼體零件的工藝流程時(shí),往往會忽視設(shè)備加工能力、生產(chǎn)節(jié)拍、加工工序之間的平衡。以重點(diǎn)型號設(shè)備中的復(fù)雜殼體零件為例,傳統(tǒng)的工藝流程設(shè)備不固定,加工能力無節(jié)拍可言,各工序之間的加工時(shí)間嚴(yán)重不均衡,導(dǎo)致現(xiàn)場在加工時(shí)經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)備資源沖突的現(xiàn)象。即使在正常加工過程中,也會出現(xiàn)停機(jī)等待的現(xiàn)象。造成這一現(xiàn)象的原因主要是各工序之間時(shí)間不均衡。

某復(fù)雜殼體零件的傳統(tǒng)加工工藝流程如圖3所示。加工工序共十道,由于工序多,占用設(shè)備多,設(shè)備無法選定,且工序之間的平衡性差,造成平衡率僅有58.8%。復(fù)雜殼體零件傳統(tǒng)加工工藝流程加工時(shí)間見表1。

▲圖3 復(fù)雜殼體零件傳統(tǒng)加工工藝流程

表1 復(fù)雜殼體零件傳統(tǒng)加工工藝流程加工時(shí)間

5 精益工藝流程設(shè)計(jì)

按照精益生產(chǎn)思想,對復(fù)雜殼體零件半精加工階段的十道工序進(jìn)行加工工藝流程重新設(shè)計(jì)。

5.1 設(shè)備選用

復(fù)雜殼體零件的加工對象主要是型面、型腔、孔系,這類特征適用于在加工中心上進(jìn)行加工。因此,選用的設(shè)備有三軸、四軸、五軸加工中心。

三軸加工中心主要加工單一平面上的型面及孔系特征,四軸加工中心主要加工四周的型面及孔系特征,五軸加工中心主要加工雙角度型面、油路孔及孔系特征。

根據(jù)復(fù)雜殼體零件的特點(diǎn)和生產(chǎn)現(xiàn)狀,筆者選用DMC64V三軸加工中心、MCI16四軸加工中心、DMU系列五軸加工中心,加工精度都能滿足尺寸要求,并且設(shè)備穩(wěn)定可靠,故障率低。

5.2 能力測算

能力測算指按照所加工的產(chǎn)品,對需要的節(jié)拍和所需設(shè)備的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算。

(1) 節(jié)拍計(jì)算。按照復(fù)雜殼體零件數(shù)量和種類,對復(fù)雜殼體零件的加工節(jié)拍進(jìn)行計(jì)算[9]。復(fù)雜殼體零件每月必須交付,按照全年工作250 d,1 d工作時(shí)間20 h計(jì)算,若設(shè)備利用率為60%,則全年工作5 000 h,月平均工作時(shí)間為416 h,計(jì)算得到復(fù)雜殼體零件的生產(chǎn)節(jié)拍為每臺147 min。

(2) 設(shè)備加工能力計(jì)算。設(shè)備加工能力指生產(chǎn)復(fù)雜殼體零件的實(shí)際加工能力[10]。通過設(shè)備加工能力計(jì)算,生產(chǎn)復(fù)雜殼體零件共需加工設(shè)備五臺,其中三軸、四軸加工中心各一臺,五軸加工中心三臺。

5.3 流程設(shè)計(jì)

分析復(fù)雜殼體零件的加工流程,首先是定位孔的加工,其次是型面、型腔、孔系的加工。結(jié)合所選用的設(shè)備,對十道加工工序進(jìn)行重新設(shè)計(jì),最終確定復(fù)雜殼體零件的加工順序?yàn)槿S加工中心、四軸加工中心、五軸加工中心。復(fù)雜殼體零件精益加工工藝流程如圖4所示。

▲圖4 復(fù)雜殼體零件精益加工工藝流程

5.4 能力平衡

按照設(shè)定的加工工藝流程,基于特征相似原則,對加工內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。在保證加工特征的同時(shí),結(jié)合實(shí)際情況,按照刀具標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則,對刀具進(jìn)行精簡[11]。最終經(jīng)過調(diào)整和優(yōu)化,復(fù)雜殼體零件單工序的加工時(shí)間短于節(jié)拍時(shí)間,刀具數(shù)量滿足實(shí)際設(shè)備裝刀數(shù)量要求,確保最終優(yōu)化的加工工藝流程符合加工要求。復(fù)雜殼體零件具體加工數(shù)據(jù)見表2,工序平衡率為93.5%。

表2 殼體零件具體加工數(shù)據(jù)

6 結(jié)束語

筆者對復(fù)雜殼體零件的加工流程進(jìn)行研究,結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)狀況和精益生產(chǎn)流,對加工工藝流程進(jìn)行重新設(shè)計(jì),從加工設(shè)備、能力測算、生產(chǎn)節(jié)拍、工序平衡、刀具平衡等多個(gè)方面,按照節(jié)拍對加工能力進(jìn)行平衡,最終將復(fù)雜殼體零件的工序平衡率由58.8%提高至93.5%,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜殼體零件的均衡化生產(chǎn)和精益流加工,提高了復(fù)雜殼體零件加工的核心競爭力,為企業(yè)搶占制造市場提供了良好的技術(shù)保障。