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探究“夹具流”的精益生产管理重要性

发布时间:2015-10-13  点击:542 次
编者按:“夹具流”作为产品价值流的一种形式,具有精益管理应用研究价值,对于改变车间实际生产管理中的不良状况,已经取得了较好的经济效益。“夹具流”的精益生产研究,既是车间生产管理研究的一项重要内容,也是提升企业的产品竞争力,提高企业经济效益的有效途径。



1.夹具的生产应用
    工装夹具在产品的加工过程中发挥着重要的作用,是产品加工过程不可缺少的物质保证,它对产品的加工质量、加工成本及生产效率有着直接的影响。严格控制工装夹具的生产管理、物流及时性等要求,不仅能通过夹具的生产流通过程协调资源,很好地创造夹具的“流动价值”,更使车间管理得以提升。夹具的结构及其装拆方式,应满足快速和自动夹紧,以减少辅助作业时间,提高设备的加工利用率,降低人工劳动强度,实现可靠装夹,快速及时定位的批量化生产协作方式。夹具的生产应用,不仅使通用加工设备(如CNC)更具有柔性,而且还有利于推动制造系统的柔性化、自动化的实现。比如,“一拖八”柔性加工系统中机器人的“手爪夹具”,锻压自动取放料系统中的气动夹具等,都是通过气/电控的夹具实现自动夹取的过程。
2.夹具在CNC生产加工过程的应用状况
    目前车间的生产管理工作存在分工不明确、不合理、人员JIT意识不足、全局观念不强、维护和管理水平落后以及工序间的协调性较差等问题。这些问题是导致车间管理水平落后的重要因素。产品的加工质量、成本、交货期是市场竞争的关键,它们是众多影响因素的综合体现。因此,提升企业的产品竞争力,首先应提升车间的生产管理水平,而夹具的应用状况,好比是反映车间管理水平的“晴雨表”。通过对夹具在车间生产流程中的调研和分析,有助于了解车间的管理状况。
    某产品在车间CNC加工过程中,通过夹具一次装夹到位后,经过了物流、加工、检验、打标、清洗等加工过程,完成了从毛坯到成品的全过程所需要的加工、装配手段。在此过程中,夹具带着产品在不同工序间进行传递式流动加工,所形成的工艺循环流动,称为“夹具流”,该夹具称为流动夹具(随动夹具)。通过“夹具流”,产品完成了在机加段不同工序间的递进加工。“夹具流”实际上是一种价值流,通过分析,使产品在车间的整个生产流动过程呈现出来,从而更好地理解夹具的价值流动情况,发现“夹具流”中的浪费环节,提出技术管理改善方案。
    产品的CNC加工过程,具有切削量较大、加工部位多、刀具种类及数量较多、产品尺寸及外观精度要求高、生产批量大等生产加工特点。因此,产品在CNC机加过程分解成若干道工序,在不同工序中制定合理的CNC负荷分配计划,以满足产品的加工质量及产能要求。
    图1表示了流动夹具在CNC生产加工中的循环过程。产品通过夹具一次装夹到位后,在CNC不同工序,以及辅助加工环节之间,进行物流传递,实现“夹具流”。最终夹具流回到拆装工段,拆卸下已加工好的产品,装夹上待加工的产品,重新投入“夹具流”中,进入下一个产品的加工循环过程。 
探究“夹具流”的精益生产管理重要性
    流动夹具作为产品在各工序的加工载体,在生产中进行了周而复始的装拆加工过程,有效保证产品在各工序间的加工基准一致性,满足了产品的加工精度等质量要求,实现了机内的快速装夹,减少加工辅助时间,提高加工效率。
3.影响流动夹具生产投入比例的因素
    流动夹具的生产投入资金,通过“夹具流”可以全部纳入到产品的加工成本中,但流动夹具的生产投入量,及其循环次数却是影响产品加工成本的关键因素。
    由于机加CNC的数控加工过程有效保证了产品加工CT时间的准确性、一致性。因此,在一定的车间生产环境(布局、物流方式、工艺流程)下,精益的生产过程中,流动夹具与加工设备的投入比例(配比)是一定的,流动循环频次也是基本确定的。流动夹具与加工设备的投入数量比,简称为夹具投入比,以及流动夹具的循环次数,不仅可以衡量夹具投入量,而且反映了加工工艺状况及当前车间生产管理水平。
    流动夹具在车间的生产投入量受很多因素影响,比如车间布局、工艺流程、工序数量、设备数量、物流人数、物流量、产能平衡状况、生产异常、自动化应用程度、生产管理方式等等。其中,车间生产管理方式的不规范性、无序性、盲目性会给夹具的投入量、生产管理、产品加工质量带来较大的影响,使得夹具的实际投入量波动较大。流动夹具的投入比超出额定(精益)投入配比后,比值越大,其生产循环周转次数越少。“夹具流”流通得越慢,夹具的有效利用率越低,投入成本越高,而且对生产作业人员的惰性影响越强烈。
    夹具投入比具体的影响因素及分析过程如下:
    (1) 生产过程中,参与流动夹具的物流员数量、作业积极性、物流及时性不仅对产能产生较大的影响,而且对夹具的投入量也产生较大的影响。由于物流作业不及时,导致某些加工环节中容易出现“堆料”现象,从而不得不增加夹具的投入量。因此,有效控制生产循环过程中的夹具投入量,不仅能够较好地控制生产成本投入,而且有利于提高作业人员的工作积极性,还可以提高车间的精益生产管理水平。
    (2) 不同的生产方式下,夹具的投入量也会有所不同,比如“一拖八”机器人柔性加工、双工位成组加工方式与人工作业、单工位加工所需要的夹具量是不同的。
    (3) 加工工艺流程的中间环节越多,所需投入的夹具数量也越大。
    (4) 车间布局,以及组织管理方式会影响到物流的及时性,同时还会影响到夹具的生产投入量。
    (5) 流动夹具的投人数量影响到“夹具流”的流畅性,而且直接影响到生产系统的运行连续性、稳定性,一旦生产发生中断(停产、休息),夹具的流动就必然要经过一段时间才能恢复正常。产品工艺流程越复杂,生产管理系统恢复得就越慢。
    (6) 生产异常的出现导致加工设备不得不停歇,整体产能会受到影响,“夹具流”的连续性也会受到影响,对夹具的需求量会增加。
    因此,夹具的生产投入量,应结合车间实际生产工艺、组织管理状况,在满足“夹具流”最小需求量的条件下,尽量降低“夹具流”中断的发生,并根据异常出现的频次、时间消耗的多少来决定夹具的实际投入数量。
4.“夹具流"精益生产过程分析
    精益的夹具投入比,及周转次数,不仅能有效保证设备的加工利用率,确保产能,降低生产投入成本,同时可以提高车间的精益生产管理水平。“夹具流”的流动速度越快,夹具的使用频率越高,产出的经济效益越显著。
    通过对车问某产品CNC加工过程的“夹具流”进行全过程的跟踪调研,对工艺流程中装夹、加工、检验等各个环节中,流动夹具因加工、等待、异常等停滞的时间进行测量分析,以了解流动夹具在实际生产过程中的有效利用情况。
    某车间CNC数量为240台,流动夹具投入量为2400套,夹具投入比为10:l,产能每班约6130套产品。流动夹具单班理论平均循环频次为,6 130/2 400=2.6次/班,这说明夹具的生产利用率较低,“夹具流”的流动及时性较差。流动夹具平均循环时间为8300s(2.3h),其中CNC标准纯加工时间为1200s,其他工位(检验、打标等)所占时间为900s,物流时间为l000s。
    因此,实际生产中,必要的加工全过程(包括物流)总共需要3100s,停滞时间(异常、等待)约占5200s,占“夹具流”总时间的63%,而纯加工时间(CNC+辅助工序)为2100s,占“夹具流”总时间约25%,物流时间占“夹具流”总时间约12%。因此,“夹具流”在产品加工全制程中75%所消耗的时间是无效作业时间(物流+等待)。
    流动夹具在实际生产过程中的分析表明,待加工产品真正处于加工及检验等环节的时间仅占生产周期的20%~25%,而75%~80%的时间都处于物流搬运,或因各种因素导致“夹具流”停滞的状态。通过“夹具流”,了解到车间生产管理存在较大的改善空间。
    优化“夹具流”,以减少夹具生产投入量,并提高其利用率。具体措施如下:
    (1) 降低CNC等加工设备异常率,以减少“夹具流”的停滞、断流的情形发生。
    (2) 减少各环节中夹具的在制量,尤其是减少CNC旁的待加工夹具的在制数量,以减少流动夹具排队等待加工的浪费现象。
    (3) 减少单次物流量,增加物流人员的物流循环次数,降低物流人员的等待,增强物流人员的物流JIT(及时性)意识。
    经过优化改善后,实际满足“夹具流”顺畅流动所需的夹具数量仅为l500套,只占原有夹具投入量的63%,节省了900套的夹具。夹具投入比由原来的10:l,缩小为约6:l,同时,提高了流动夹具的周转循环次数,达到了每班循环4.2次,大大改善了车间资源的合理利用。
    夹具与设备的投入比例关系的研究表明,“夹具流”是车间精益生产管理研究的重点。以较小的、合理的夹具投入量,来提升加工设备的利用率,提升车间整体的运行效率,从而实现精益生产管理。因此,合理配置车间资源,让资源利用率最大化、最合理化,追求最小夹具投入比,及最高的夹具流动循环次数是精益生产管理中的关键。确保流动夹具在各加工工序生产循环过程中的及时有效性,既是车间生产管理的一项重要内容,也是提高生产企业经济效益的有效途径。
5.夹具的车间精益生产管理
    在激烈的市场竞争中,企业必须在技术开发、交货周期和成本控制等方面确立优势,而工装夹具等资源在车间生产过程中能否得到合理的利用,直接决定了企业整个生产系统能否正常的运行。提高工装夹具利用率,提高机床负荷率,降低夹具投入比,从而降低生产成本,提高企业的核心竞争力。
    夹具在车间的生产管理中,既要做到供应充足,周转快速,保证工装夹具供应的及时性和高效性,以避免工装夹具投放数量不足,而使整个生产线停产,又要尽可能减少夹具的生产周转数量。夹具的车间精益生产管理要求体现在以下方面:
    (1) 降低工装夹具的生产投入量和消耗量,提高其循环周转次数,以较少的工装投入,取得较大的生产经济效益。
    (2) 夹具投入量应满足工艺流程各环节的实际生产的最低需求量,确保“夹具流”的流动顺畅。
    (3) 降低生产异常停滞的频繁发生,确保生产系统的连续、稳定运行。
    (4) 通过“夹具流”中的过程检验,了解夹具对产品加工异常的影响,及时处理不良之流动夹具,并提出对夹具结构及功能的改进要求。
    (5) 柔性制造系统(如“一拖八”机器人柔性加工系统)对工装夹具的数量、分配及物流等过程的及时性提出了更高的要求。
    (6) 均匀分配“夹具流”各工位的负荷状况,以提高生产率。
    (7) 工装夹具确保了产品设计意图的工艺可执行性。而产品信息的准确性,车间生产管理的规范性,是工装夹具确保产品加工质量,保证生产正常运行,以及车间精益生产管理的前提。
    (8) 夹具投入比,是企业计划管理、设计开发、生产调度、制造与采购、成本核算的重要依据。因此,慎重确定夹具投入比,并不断提出精益的目标。
    (9) 各相关单位(产品开发、工装设计、生产管理等)应保持密切沟通、协作、相互学习是车间要实现精益生产管理的重要保证。





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