工業(yè)工程（IE）在機(jī)加工精益生產(chǎn)中的應(yīng)用

竭盡超，莫湘蕓

工業(yè)工程（IE）在機(jī)加工精益生產(chǎn)中的應(yīng)用

竭盡超，莫湘蕓

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000）

工業(yè)工程思維是用系統(tǒng)工程學(xué)及管理學(xué)的思想方法對組織系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和界面進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、優(yōu)化,以達(dá)到低成本、高效率的目標(biāo)。文章運(yùn)行工業(yè)工程方法，確定發(fā)動機(jī)機(jī)加工線的生產(chǎn)改進(jìn)方向。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合生產(chǎn)線的工位圖、線平衡圖、排列圖、動作分析等信息，有針對性的制定具體的、可執(zhí)行的措施，用以降成本、提效率，從而從根本上上提升企業(yè)市場競爭力。

工業(yè)工程；機(jī)加工；精益生產(chǎn)；工藝優(yōu)化

引言

工業(yè)工程（Industrial Engineering 簡稱IE），是將人、設(shè)備、物料、信息和環(huán)境等生產(chǎn)系統(tǒng)要素進(jìn)行優(yōu)化配置，對工業(yè)等生產(chǎn)過程進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、評價(jià)與創(chuàng)新，從而提高工業(yè)生產(chǎn)率和社會經(jīng)濟(jì)效益專門化的綜合技術(shù)，且內(nèi)容日益廣泛。汽車工業(yè)在各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，均起著重要支柱作用，而其中的發(fā)動機(jī)制造技術(shù)以加工精度嚴(yán)格、過程能力要求高著稱，精益生產(chǎn)思想貫徹期間。

本文結(jié)合發(fā)動機(jī)工廠機(jī)加工缸蓋線生產(chǎn)的實(shí)際情況，通過IE方法分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將降低成本、提升生產(chǎn)效率作為目標(biāo)，在攻關(guān)的過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行推廣。通過對缸蓋線的人、物料、設(shè)備、能源以及信息成本構(gòu)成進(jìn)行分析，其中物料成本占據(jù)34.8%，人工成本占據(jù)30.2%，能源成本、設(shè)備成本、信息成本共占35%，根據(jù)二八定律，優(yōu)先對物料成本、人工成本進(jìn)行分析并查找機(jī)會改善。

1 改進(jìn)方向——物料成本

1.1 基于IE思維的統(tǒng)計(jì)分析

通過柏拉圖分析法，對返修數(shù)據(jù)進(jìn)行次數(shù)分布統(tǒng)計(jì)，將問題的原因所在和優(yōu)次關(guān)系指出。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)缸蓋密封結(jié)合面壓傷/麻點(diǎn)為返修問題的第一位，占比87.6%。

1.2 確認(rèn)改進(jìn)方向

為查找底面壓傷/麻點(diǎn)的原因，通過IE思維的流程分析，對缸蓋底面壓傷進(jìn)行分類處理，將缸蓋底面劃分為6個區(qū)域，統(tǒng)計(jì)最近兩周的壓傷位置分布如圖1。

圖1 缸蓋底面壓傷/麻點(diǎn)分布區(qū)域圖

通過以上位置，并結(jié)合缸蓋加工工藝分析，判定壓傷原因?yàn)椋杭庸ず蟮臍埩羟邢餍几街跈C(jī)床夾具和滾輪上，導(dǎo)致工件壓傷。

1.3 改進(jìn)措施制定

1.3.1加工中心CNC鋁屑?xì)埩艚鉀Q

發(fā)動機(jī)缸蓋在加工凸輪軸孔時(shí)，因缸蓋底面與夾具平臺支撐面間隙較小，導(dǎo)致冷卻液流通性差，加工過程中產(chǎn)生的鋁屑不易排出，長時(shí)間生產(chǎn)過程中，平臺支撐面上極易殘留鋁屑導(dǎo)致工件落座不平與缸蓋底面壓傷。針對該種情況，對夾具增加仿形鏤空設(shè)計(jì)，如圖2，用以改善排屑能力。

圖2 缸蓋加工中心夾具底板改進(jìn)前后對比

1.3.2輥道滾輪材質(zhì)研究

缸蓋輸送輥道滾輪的原材質(zhì)是鍍鉻不銹鋼，受鍍鉻層厚度、滾輪倒角等影響，易對缸蓋底面產(chǎn)生劃傷。通過驗(yàn)證，改用聚甲醛材質(zhì)，其是一種表現(xiàn)光滑、有光澤的硬而致密的材料，其強(qiáng)度高、剛度高、彈性好，且因其摩擦系數(shù)小，自潤滑性及耐磨性能都佳。

1.3.3凸輪軸孔加工刀具優(yōu)化，使其在加工中可以更好的斷屑和排屑

改善前刀具導(dǎo)條長度243.2mm，內(nèi)冷孔數(shù)量為7個，內(nèi)冷孔分散分布，導(dǎo)致內(nèi)冷壓力分散；改善后刀具導(dǎo)條長度151mm，內(nèi)冷孔數(shù)量為8個，內(nèi)冷孔集中分布，促使內(nèi)冷壓力集中，加工后殘余切削屑易被沖出，如圖3所示。

圖3 凸輪軸孔刀具內(nèi)冷結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1.3.4主動清除缸蓋水道內(nèi)鋁屑堆積狀況

缸蓋水腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜且內(nèi)壁粗糙，鋁屑等雜質(zhì)易殘留附著在內(nèi)壁上，在運(yùn)輸過程中掉落至夾具和輥道滾輪上，因振動脫落到缸體缸蓋連接面上，導(dǎo)致底面劃傷及長缸體試漏不合格等問題。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制造自動震料設(shè)備，如圖4，用以震蕩出缸蓋水道內(nèi)殘留的鋁屑。

圖4 缸蓋自動震料機(jī)

2 改進(jìn)方向——人工成本

2.1 基于IE思維的統(tǒng)計(jì)分析

2.1.1使用IE技術(shù)——工位布局圖

分析生產(chǎn)模塊操作員工分布，工藝布局現(xiàn)狀需要單模塊運(yùn)行人員配置如下：班長2名，操作工8名，推拉工7名，如圖5。

圖5 生產(chǎn)線單模塊布局圖

2.1.2使用IE技術(shù)——線平衡分析

通過對非循環(huán)操作崗位，循環(huán)操作崗位工作量進(jìn)行線平衡分析（目標(biāo)非循環(huán)92%利用率，循環(huán)手動85%利用率），非循環(huán)操作崗位、循環(huán)操作崗位均存在工作不飽和情況，確定研究方向：①非循環(huán)操作崗位分析--（ECRS）②循環(huán)操作崗位操作內(nèi)容分析--（動作分析）③孤島工位（精加工）--（自動化，投入經(jīng)濟(jì)性分析）。

2.2 確定改進(jìn)方向

①流程簡化：針對班長操作內(nèi)容進(jìn)行分類，簡化確認(rèn)、審計(jì)表格，優(yōu)化問題分析頻次，簡化工作內(nèi)容；②人機(jī)工程改善：對推拉崗位進(jìn)行動作經(jīng)濟(jì)性分析，減少員工在步行過程中分負(fù)重能力；③動作要素測量：針對推拉崗位，CMM操作崗位進(jìn)行推拉要素測量，優(yōu)化相關(guān)步驟和動作；④線平衡：根據(jù)人機(jī)工程優(yōu)化、操作內(nèi)容優(yōu)化后的工作內(nèi)容，進(jìn)行重新線平衡。

2.3 改進(jìn)措施制定

2.3.1流程簡化（排列圖，ECRS）

以班長操作內(nèi)容為例，使用排列圖分析，發(fā)現(xiàn)班長操作的內(nèi)容較多部分在審計(jì)、數(shù)據(jù)、信息確認(rèn)環(huán)節(jié)比較費(fèi)時(shí)，確認(rèn)信息表格、流程可存在優(yōu)化空間，實(shí)行操作記錄電子化可優(yōu)化。

圖6 班長崗位操作要素時(shí)間分布

2.3.2人機(jī)工程改善（動作分析）

圖7 各項(xiàng)操作示意圖

通過對10臺設(shè)備的推拉分析，發(fā)現(xiàn)推拉零件轉(zhuǎn)向抽屜時(shí)，推拉較其他工位費(fèi)時(shí)長，長達(dá)15秒。按照員工操作的舒適程度（手能夠勾及范圍為510mm）員工需要將推動整個推拉抽屜230mm，將零件送至機(jī)床內(nèi)部，動作幅度過大，不便于操作。所以將轉(zhuǎn)型抽屜改善為平臺板，工件在平臺板上完成姿態(tài)旋轉(zhuǎn)，優(yōu)化人機(jī)工程。

2.3.3動作要素測量并優(yōu)化

對1人2崗步行的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，按人身高為1.70m實(shí)際測量走路步數(shù)，在結(jié)合粗加工單元加工實(shí)際情況，加工單元為長方形設(shè)備擺放（10臺設(shè)備均分2排，左右兩邊各5臺），因此為完成10臺設(shè)備推拉操作，員工存在3種可行的步行方案，經(jīng)實(shí)測：

①U形步行方案：需100步，耗時(shí)64秒，長期實(shí)施員工反饋有頭暈感；②Z形步行方案：需116步，耗時(shí)74秒，長期實(shí)施員工反饋易疲勞；③蛇形步行方案：需77步，耗時(shí)38秒，長期實(shí)施后員工感受最佳。但蛇形方案實(shí)施前提是零件需要自動到達(dá)下一臺操作設(shè)備，為此設(shè)計(jì)重力下滑輥道輔助員工操作。

而對于孤島工位，通過設(shè)計(jì)機(jī)器人帶動抓手進(jìn)行設(shè)備自動上下料加工，提升自動化的同時(shí)，減少人工成本。

2.3.4重做線平衡分析進(jìn)行改善后驗(yàn)證

為了將推拉工優(yōu)化，將兩個人的操作合并為一個人的操作，以員工習(xí)慣的走路路經(jīng)，操作時(shí)間達(dá)218秒。動作主要為：步行，放行，抄碼，推拉。滿足1人兩崗的節(jié)拍要求（按85%利用率計(jì)算），符合目標(biāo)節(jié)拍155秒內(nèi)。

3 結(jié)束語

（1）機(jī)加工生產(chǎn)線精益改進(jìn)項(xiàng)目，通過工業(yè)工程的多種分析方法，確定了物料成本、人工成本在精益改善中的優(yōu)先級。并以此為改善方向，運(yùn)用工業(yè)工程思維角度，通過減少缸蓋鋁合金表面壓傷、清除水道內(nèi)殘留切削屑、優(yōu)化工件推拉操作等措施的實(shí)施，解決生產(chǎn)前位問題，提升生產(chǎn)線效率、降低成本，增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力。

（2）本次工業(yè)工程思維在生產(chǎn)線中的應(yīng)用僅是一個起點(diǎn)，通過對現(xiàn)場實(shí)際問題的分析、定義及措施制定、實(shí)施，培養(yǎng)了工業(yè)工程意識，加深的對其理解，為以后的持續(xù)改進(jìn)、新項(xiàng)目提供可靠思路參考。

Industrial Engineering (IE) in Machining the Application of Lean Production

Jie Jinchao, Mo Xiangyun

（SAIC-GM-Wuling Automobile Co., Ltd, Guangxi Liuzhou 545000）

Industrial engineering thinking is to use the thinking method of system engineering and the management of the organization system function structure and interface were analyzed, the design, optimization, in order to achieve the goal of low cost, high efficiency.This article run industrial engineering method to determine the engine machining line production improvement direction.Through data statistics, combining with the production line of graph, line balance, pareto chart, movement analysis, targeted formulate specific measures, executable, used to cost reduction and efficiency, so as to funda -mentally improve enterprise's market competitiveness.

Industrial engineering; Machining; lean production; Process optimization

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.042

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竭盡超（1986-），男，吉林長春人，本科，工程師，研究方向發(fā)動機(jī)制造工藝。