基于DMAIC 的X 公司電芯壓傷報廢改善

衛(wèi)永生WEI Yong-sheng；周書靈ZHOU Shu-ling

（①安徽理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，淮南 232001；②宿州學(xué)院商學(xué)院，宿州 234000）

0 引言

電芯作為新能源汽車使用的動力電池的核心組成部分，對于整個新能源汽車行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。近年來，隨著新能源汽車市場的不斷擴(kuò)大，動力電池市場規(guī)模也隨之快速增長。據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2019 到2022 年我國動力電池出貨量從71GWh 增長至480GWh，預(yù)計(jì)2025 年我國動力電池出貨量將突破1300GWh。X 公司作為國內(nèi)動力電池排名靠前的制造商，電芯產(chǎn)品自量產(chǎn)以來，拉線后工序段常出現(xiàn)員工在外觀檢操作時和在堆疊托盤時作業(yè)不規(guī)范，以及托盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等原因，導(dǎo)致電芯壓傷報廢。該問題如不解決，會造成電芯生產(chǎn)成本的大量浪費(fèi)。

DMAIC 又稱六西格瑪五步法，是六西格瑪管理中的一種重要工具，DMAIC 方法的應(yīng)用非常廣泛，不僅適合制造業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程，而且教育、醫(yī)學(xué)、建筑等領(lǐng)域的問題都可以用DMAIC 模型去分析解決。林珊[1]將裝配線平衡理論基礎(chǔ)與DMAIC 改進(jìn)模式相結(jié)合，并以某大型電子制造企業(yè)高端顯示器裝配線進(jìn)行實(shí)證研究，表明DMAIC 方法可以有效提高裝配線平衡率和生產(chǎn)效率。在建筑領(lǐng)域，李麗紅、王興東[2]對比分析預(yù)制構(gòu)件企業(yè)實(shí)施DMAIC 改進(jìn)后質(zhì)量成本構(gòu)成差異，為量化研究預(yù)制構(gòu)件企業(yè)實(shí)施DMAIC改進(jìn)后所產(chǎn)生的質(zhì)量收益提供基礎(chǔ)。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，王司允，肖金[3]采用DMAIC 流程管理提高醫(yī)院Ⅰ類切口手術(shù)圍手術(shù)期預(yù)防性使用抗菌藥物的合理水平，并對該管理方法的有效性做出評價。

1 X 公司電芯生產(chǎn)現(xiàn)狀

X 公司電芯生產(chǎn)在后工序段常出現(xiàn)線外電芯目檢、轉(zhuǎn)運(yùn)、堆疊動作，員工在目檢操作、轉(zhuǎn)運(yùn)和堆疊托盤時作業(yè)不規(guī)范，以及托盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等原因，導(dǎo)致電芯磕碰、壓傷報廢。據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，X 公司電芯生產(chǎn)線后工序電芯報廢原因主要有三類：電芯性能不達(dá)標(biāo)報廢、設(shè)備撞傷報廢、線外工輔具壓傷報廢。因線外托盤壓傷電芯報廢為0.09%，占三類報廢原因的27%。

2 基于DMAIC 的X 公司電芯壓傷報廢改善

2.1 定義階段

根據(jù)X 公司電芯的制造工藝，確定電芯后工序化成至下倉段的SIPOC 流程。S 供應(yīng)商：化成工序、注液工序、包膜分選工序、返工分容工序、托盤供應(yīng)商；I 輸入：化成后的電芯、注液密封后的電芯、可下倉的電芯、返工后的良品電芯、托盤框；后工序制造過程P：化成、注液、分容、靜置、OCV 測試、DCR 測試、充放電、包膜、分選、下倉；O 輸出：可下倉的合格電芯、返工后的合格電芯；C 客戶：內(nèi)部為模組和PACK 生產(chǎn)線，外部為訂單客戶。根據(jù)SIPOC 流程可以看出，文章實(shí)施改進(jìn)的對象為化成、注液、包膜分選、返工分容工序后半成品電芯轉(zhuǎn)運(yùn)過程中造成的電芯壓傷報廢。

2.2 測量階段

經(jīng)現(xiàn)場觀測分析線外托盤電芯壓傷情況較為嚴(yán)重的情況大致分為6 個區(qū)域。根據(jù)二八原則，篩選出前4 項(xiàng)重要因子，分別為客退品返工區(qū)域、二次目檢區(qū)域、倒框下倉區(qū)域、分選區(qū)域等四個區(qū)域的托盤壓傷電芯占比超總量的80%。再針對這4 個重要因子進(jìn)行集中性分析，發(fā)現(xiàn)四個區(qū)域均存在大量的拆盤、組盤和電芯挑選、電芯倒框作業(yè)內(nèi)容，對電芯有過多的取出和放入動作，造成電芯磕碰、壓傷報廢。

2.3 分析階段

從測量階段的分析結(jié)果得知客退品返工區(qū)域、二次目檢區(qū)域、倒框下倉區(qū)域、分選區(qū)域等四個區(qū)域壓傷電芯占比超過80%。為此，分別對四個區(qū)域現(xiàn)場進(jìn)行浪費(fèi)觀察，查找托盤壓傷電芯報廢的原因，分析如下：

①客退品返工區(qū)?？屯似分械碾娦疽话悴涣悸瘦^高，在返工作業(yè)的過程中，存在大量的NG 挑選作業(yè)，該過程需將電芯從發(fā)貨包裝中取出放入托盤，造成電芯磕碰的風(fēng)險。其次，96 工位托盤因設(shè)計(jì)原理考慮不充足（圖1），僅四周有支撐和卡槽，中部無其他高度與四周一致的支撐點(diǎn)，托盤受力不均導(dǎo)致中部塌陷壓傷下方托盤內(nèi)電芯極柱。在96 工位layout 圖中，框選區(qū)域?yàn)轭l發(fā)出現(xiàn)電芯壓傷現(xiàn)象區(qū)域。簡稱為易壓傷區(qū)域，共計(jì)44 個電芯放置位，占托盤可裝載電芯總數(shù)量的45.8%。

圖1 96 工位托盤layout 圖

②二次目檢區(qū)域、倒框下倉區(qū)域。電芯生產(chǎn)結(jié)束后需轉(zhuǎn)運(yùn)至模組車間進(jìn)行模組裝配，在這之前，需將成品電芯從96 工位托盤中取出人工二次目檢，該過程有托盤內(nèi)襯磕碰電芯風(fēng)險。再者，二次目檢合格后需轉(zhuǎn)運(yùn)至綁盤區(qū)掃碼倒框，倒框后的電芯置于轉(zhuǎn)運(yùn)泡沫箱中，該泡沫箱有60個放置位，每放置位可放置6 個電芯，每泡沫箱裝載360個電芯，電芯間無防撞防護(hù)，有磕碰風(fēng)險。

③分選區(qū)域。電芯從包膜機(jī)取出目檢后裝入藍(lán)色膠框，最多可緊密貼合放置70 個電芯，由人工搬運(yùn)到分選機(jī)處，投入到分選機(jī)進(jìn)行電芯分選，而不是使用包膜機(jī)與分選機(jī)之間的點(diǎn)膠機(jī)物流線實(shí)現(xiàn)電芯轉(zhuǎn)運(yùn)。該過程不僅頻繁對電芯有多余取出和放置動作，且電芯間無防撞防護(hù)，有磕碰風(fēng)險。

2.4 改進(jìn)階段

2.4.1快贏改善

為快速降低電芯的壓傷報廢率，減少電芯的制造成本，針對目檢區(qū)域、倒框下倉區(qū)域、分選區(qū)域的泡沫箱以及藍(lán)色膠框的電芯磕碰現(xiàn)象，進(jìn)行快贏改善，具體步驟如下：

①為避免從托盤中拿取電芯目檢時托盤底部與電芯發(fā)生擠壓磕碰，在96 工位托盤內(nèi)襯及底部貼鐵氟龍膠帶（圖2），對電芯底部增加緩沖，防止底部與托盤磕碰造成電芯的損傷。

圖2 托盤鐵氟龍膠帶內(nèi)襯

②針對藍(lán)色轉(zhuǎn)運(yùn)膠框電芯精密貼合造成的磕碰問題，電芯包膜目檢后至分選投料所使用的藍(lán)色膠框內(nèi)加裝珍珠棉（圖3），將電芯放入珍珠棉卡槽內(nèi)，避免電芯磕碰。

圖3 藍(lán)色膠框加裝珍珠棉保護(hù)

③為解決白色泡沫箱倒框下倉會使電芯緊密貼合，取放和轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中導(dǎo)致電芯摩擦、磕碰造成的損傷問題，通過取消泡沫箱倒框作業(yè)，全部使用托盤下倉，托盤底部張貼鐵氟龍膠帶進(jìn)行保護(hù)。

通過三個方面的快贏改善，報廢電芯數(shù)量較上階段平均水平降低0.06%，節(jié)省當(dāng)月電芯報廢金額約4.45 萬元。

2.4.2專項(xiàng)改善

在實(shí)施第一階段的快贏改善之后，目檢區(qū)域、倒框下倉區(qū)域、分選區(qū)域的泡沫箱以及藍(lán)色膠框的電芯磕碰現(xiàn)象得到了改善并取得了一定的改善效果。為全面前面改善電芯壓傷帶來的負(fù)面影響，針對客退品返工區(qū)的96 工位托盤磕碰、壓傷電芯的現(xiàn)象，進(jìn)行專項(xiàng)改善，具體步驟如下：

①通過與托盤供應(yīng)商溝通，選擇3D 打印方式，制作鐵氟龍材質(zhì)的樣品支撐塊2 塊（圖4）。支撐塊高度要求與托盤四周內(nèi)邊緣同高，且高于電芯極柱2mm，可解決電芯極柱或側(cè)邊壓傷問題。對下方托盤內(nèi)的電芯有保障性，很好地避免了在堆疊托盤時托盤與電芯的接觸，同時操作員工在堆疊托盤時可以依托慣性在托盤邊緣及中部支撐塊上進(jìn)行滑動，操作更加便捷省力。但是同時該鐵氟龍材質(zhì)支撐塊單塊重量為1.5kg，每托盤裝載4 塊，即6kg，托盤滿載時重量過重，員工操作不便利；公司采用了兩種型號托盤，兩種型號托盤通道定位塊位置不同，該支撐塊底部有螺絲固定孔，僅適用其中一種型號托盤，無法通用兩種型號托盤。并且，支撐塊尺寸為446×113.5×50mm，放入托盤后如若員工遺忘導(dǎo)致上機(jī)會導(dǎo)致機(jī)械手撞傷，故設(shè)計(jì)尺寸需進(jìn)一步優(yōu)化。

圖4 鐵氟龍支撐塊

②面對初次樣品存在的劣勢，進(jìn)行支撐塊改善（圖5）。外尺寸縮小，由446×113.5×50mm 改善為444×113.5×40mm，兩端制作倒角。支撐塊內(nèi)槽改善為通孔。改善之后既保障支撐性能的同時，可避免放置時卡住，取放更加便捷，又可適用于車間內(nèi)兩種不同型號的托盤，減少開模費(fèi)用4w。然而，經(jīng)過第一次圖紙改善后，供應(yīng)商再次寄樣品塊驗(yàn)證試用，整體重量未得到大幅度減少，操作仍然不便利，取放過程后的存放成為一大難題，存放需求面積大，現(xiàn)場空間無法滿足。

圖5 支撐塊第一次改進(jìn)

③針對支撐塊第二次改善仍然未解決的支撐塊重量過重的問題，繼續(xù)改善（圖6）。底部腳支柱改善為交錯型。上方承重改善為中空邊框式。取消上端定位螺釘孔。一方面，存放時可兩兩疊合，減少40%存放占用面積，另一方面，減輕支撐塊整體重量，由1.5kg 改善為0.2kg，在原支撐塊基礎(chǔ)上重量減少86.7%。

圖6 支撐塊第二次改進(jìn)

④經(jīng)過兩次支撐塊的持續(xù)改善，尺寸、重量、形式得到了多次的優(yōu)化，達(dá)到預(yù)期需求效果。但是，ABS 材質(zhì)的支撐塊并不耐撞擊，試用過程中產(chǎn)生劃痕和顆粒廢屑，無法滿足硬度及潔凈車間環(huán)境管控需求。通過與供應(yīng)商協(xié)商了解到使用混合材質(zhì)，支撐塊的耐用性和耐磨損性能更好，即使用與托盤本身同種材質(zhì)的PC+20%玻纖，此材質(zhì)經(jīng)久耐用，保障了可實(shí)施性和車間內(nèi)的環(huán)境管控要求。

⑤支撐塊裝入托盤后效果驗(yàn)證：支撐塊裝入1-2、3-4通道內(nèi)（圖7），支撐塊高度與托盤四周內(nèi)邊緣同高，且高于電芯極柱2mm，可解決電芯極柱或側(cè)邊壓傷問題。對下方托盤內(nèi)的電芯有保障性，很好地避免了在堆疊托盤時托盤與電芯的接觸，同時操作員工在堆疊托盤時可以依托慣性在托盤邊緣及中部支撐塊上進(jìn)行滑動，操作更加便捷省力。

圖7 支撐塊驗(yàn)證

2.5 控制階段

為保證改進(jìn)效果得到長期有效執(zhí)行，避免出現(xiàn)改善效果反彈的情況，需制定固化措施來約束操作行為，建立操作標(biāo)準(zhǔn)，具體要求如下：

①根據(jù)作業(yè)順序，進(jìn)行作業(yè)工時量測、制作作業(yè)組合票和工步圖等工作，將托盤使用動作標(biāo)準(zhǔn)化，并對員工進(jìn)行操作培訓(xùn)，持續(xù)優(yōu)化員工作業(yè)內(nèi)容。做好支撐塊的存放點(diǎn)位布局，減輕員工作業(yè)負(fù)荷。

②員工在使用96 工位托盤前按照需求將支撐塊放置指定位置并檢查托盤內(nèi)襯粘貼的鐵氟龍膠帶是否完整和齊全。如若破損，及時更換。

③員工在使用藍(lán)色膠框前，需檢查內(nèi)部是否嵌入珍珠棉。如若缺少，及時補(bǔ)充。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

針對X 公司拉線后工序電芯壓傷造成的報廢問題，文章通過快贏改善和支撐塊專項(xiàng)改善兩個階段進(jìn)行。實(shí)施快贏改善后的電芯報廢率由原來的0.09%降低為0.06%；實(shí)施支撐塊專項(xiàng)改善后的報廢率降低至0.01%。經(jīng)過財務(wù)核算年度節(jié)約報廢成本136 萬元，節(jié)約人工揀選工時成本22 萬元，合計(jì)年度直接收益為158 萬元。改善前后對比效果顯著。

3.2 展望

文章的改善僅針對電芯在制造后工序托盤壓傷電芯導(dǎo)致的報廢問題，后續(xù)可縱向展開運(yùn)用DMAIC 方法分析電芯在制造的全壽命周期中的其他問題，也可橫向展開運(yùn)用到公司其他產(chǎn)品的改善之中。為鋰電行業(yè)在電芯轉(zhuǎn)運(yùn)過程中選擇容器提供一種參考方式。