优化生产流程 缩短加工周期

王博　高凯龙

摘要：因科研生产任务需求，要在较短的时间内完成整流叶片试验件的生产，零件结构复杂，涉及普通机械加工中的铣、钳、磨、数控加工型面、焊接、表面喷涂渗层抛光等多道工序。为了完成任务，只有打破常规的组织生产方式，引入实践精益生产管理思想和工具，优化生产流程，缩短加工周期，提供科研生产急需的实物和服务。

关键词：生产流程；加工周期；精益生产思想；试制加工；整流叶片试验件 文献标识码：A

中图分类号：TH186 文章编号：1009-2374（2015）29-0169-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.084

从小批量生产、订单式生产中总结出来的精益生产思想，在越来越多的生产实践中发挥着巨大的指导作用。其精益生产的精髓是保证了自己的合理利润的同时，能够在提供的产品和服务上及时满足客户的需求。精益生产管理的本质是瘦身，努力消除管理环节、业务流程、人员、行为动作等构成生产服务成本上的浪费，在控制合理成本的情况下提供产品和服务，谋求利润，维持企业生存发展。精益生产管理中提供了多项管理工具，其中部分生产管理工具或者方法，可以借鉴甚至是直接拿来应用在科研院所下属的试验工厂生产管理模式中，为上级所属科研院所提供快速反应的试验件产品，满足科研院所实现“设计、试制、试验、分析改进设计”的快速迭代设计需求。本文是一次通过“优化加工流程，缩短生产周期”的方式按期完成某试验件试制生产任务的总结，也是精益生产管理思想在试制生产过程中应用的经验总结，证明了精益生产思想和工具在试验件深度定制型试验工厂生产组织管理中的生命力，为后续开展精益生产探索了一条道路。

1 任务背景和需求

试验工厂承接了上级主管生产部门下达的一种某型整流叶片试验件的试制生产任务，该任务是某项测试基础试验关键部件，试验任务周期紧张，受到上级主管部门的高度关注。因是测试基础试验，行业内没有成熟试验规范可以指导借鉴，显得试验件设计员设计技术储备不足，从做出试验件设计决定到试验件设计出图的时间紧张，根据试验需要，试件的最终状态与某涡轮导向器工作要求一致，而加工周期要求十分紧迫。由于设计思想要求和生产周期的制约，该整流叶片选用材料从未在以往的叶片零件上应用过，此材料高温性能良好，机械加工性能较差；叶片结构为叶身型面是空间自由曲面，叶形内部有一处空心通道，叶片两端除安装边外还有进出气接嘴结构，叶身表面需进行额外处理。因科研任务急需，迫切需要在试验节点前拿到试验件成品，进行基础测试试验。

任务需求是要在周期内完成试验件生产，实现设计意图，确保某基础试验的测试工作顺利进行，保证型号研制的周期节点。试验件生产不同于批产零部件的生产，没有批产件从开始就有详细的生产作业计划、成熟的工艺技术规范指导，试验件，特别是这次生产任务，工艺技术也是一次摸索，生产作业安排也是一次全新的探索，任务需求周期又很紧，此时引入并实践精益生产管理思想和工具，一方面，希望能够优化生产工作流程，按期完成生产任务；另一方面，也通过精益生产实践使员工熟悉、掌握精益管理工具，认识、领会精益生产精神，在今后的工作中应用实践精益管理，摸索试验工厂深度定制模式下的精益生产管理道路。

2 技术路线

整流叶片试验件的工艺技术路线分为焊接前和焊接后两大部分。

焊接前的叶片主体部分工艺技术路线为：开始→下料→粗铣→热处理→半精铣→→→→→（10余道工序）。此时加工出叶片的主体部分和两端接嘴部分。

焊接后的工艺技术路线为：组合焊接→→→→→→→→→→表面处理→终检（20余道工序）。

从技术路线可以看出，整个叶片试验件的生产工序复杂，涉及普通机械加工、数控机械加工、电加工、喷涂、焊接等多道工序多个工种，零件周转频繁，在加工过程中需要进行控制的环节繁多且重要。

3 生产加工流程优化实施

接到任务后，试验工厂先用传统生产组织模式先行演练了一次生产过程，在生产预演中发现，按照传统生产模式，要想在短期内交付合格数量的合格产品，全部数量的试验件投产，组织全部力量加班生产，一道工序完成经检验合格后再开始下一道工序生产，实际生产时间累计，算上节假日的不休息，需要的周期过长，这期间需要工艺技术方案顺畅，各项保障服务工作给力，不允许存在颠覆性的技术更改和反复，而这种生产周期是当时的生产任务所不能允许的，需要制定出一套切实可行的全新的生产组织计划，并按计划严格排产，优化生产流程，才能有效地缩短加工周期，满足科研生产任务需求。

3.1 制订对策

为了保证生产交付周期，主管领导和计划调度员、工艺技术员、质量控制员经过周密的讨论研究后一致认为，需要打破常规的试验件叶片生产加工思路，引入精益思想，从人、机、料、法、测等影响生产的各方面因素想办法，优化生产流程，缩短加工周期，最大程度减少加工过程中的非增值时间和动作、行为，谋求按照任务节点完成生产试制任务，保证型号研制、试验顺利进行。

3.2 组建团队

为了按期完成任务，试验工厂决定按项目管理的方式进行一次生产组织管理试验。首先组建了项目团队。项目管理团队由精益工程师、主责领导、主责工艺员、主责调度员、质控员、外协员和设备操作员共同组成。团队成员精练，各责任岗位人员都是经验丰富、一专多能，能够在团队内相互补位。项目团队由精益工程师总负责，从工艺、排产优化、工装设计、总体策划、刀具选用、数控程序编制、方案优化等多方面引入并实施精益管理思想和工具；主责调度员接受过精益班组长培训，负责把精益工具应用到计划排产、实物转运、外协生产申请等方面；质控员负责质量关键点的识别与质量控制，组建了QC小组，通过分析人机料法环测等多方面因素，提高产品质量；主工艺员负责工艺编制、工装设计、数控加工程序编制等方面的技术工作，是整个项目完成的技术支持；主责领导从总体把握时间，对内对外协调联系等方面提供支持。endprint

3.3 价值流分析，确定改善要素

项目实施引入的第一个精益管理工具是价值流分析。在严格准确地预估了工序的加工工时基础上，从价值流分析入手，分析了制约生产交付期的所有瓶颈因素，找到了影响加工时间节拍的数控铣工序等瓶颈工序，影响加工节拍时间且不增值的三坐标检验工序，组合夹具拼装的等待工序时间等增值或非增值时间过长，整体生产组织流动颗粒度较过粗，关键设备占用周期过长等问题点，提出着重在减少等待时间、拓宽加工瓶颈、提高产品质量稳定性和均衡生产减少加班等四个改善要素方面做文章，形成了预期价值流。从价值流分析中找出影响产品交付周期的问题点后，针对问题提出了四个方面的改善要素，如表1所示：

表1 改善要素

3.4 制定改善措施和计划

为了达到预期价值流图的效果，针对改善要素，运用精益管理思想和工具中的“流动”“拉动”思想，提出了五项措施，分别是：确定批次，分批加工周转；变推动为拉动，在合适位置设置“超市”；利用社会资源，补充单位能力不足；设计夹具，减少多轴设备占用；程序、参数优化，节约工序时间，如表2所示。在表2中落实了责任人，确定了完成时间。

表2 改善措施

通过对改善措施的详细分解，项目团队制定了五项具体实施措施，分别为：措施1：确定批次，分批加工周转；措施2：变推动为拉动，在合适位置设置“超市”；措施3：利用社会资源，补充单位能力不足；措施4：设计夹具，减少多轴设备占用；措施5：程序、参数优化，节约工序时间。

3.5 改善措施实施和成果

根据改善措施和计划，项目团队首先分析了各工序加工时间甘特图如图1所示。根据试验工厂的生产特点和习惯，计算出每天最关键和瓶颈的工序在叶片铣加工叶形工序，其产能现最多生产2.5片，通过延长工作时间的办法能提高到每天完成4片，但长期一个操作者加班不是办法，所以应用了多能工的手段，在相应的熟练工人中挑选一名，重点对设备操作加以培训，同时根据操作者经验和相关工艺操作要求，编制了该工序的标准操作指导书。如此操作仍不能有效缩短加工周期，于是运用精益管理思想，把每日的工作任务颗粒细化，以工作日完成量为划分工作任务的标准，同时兼顾其余的生产任务，考虑能够充分发挥操作者能力的工序时间为生产节拍，确定日工作量为8片，每天都开始新的工序加工。变推动为拉动，看板以转运箱的形式体现：每箱装8片叶片，每片叶片都附带一本流水卡片，记录在当前工序的加工质量信息。各操作者只看到在本道工序应该加工的工序要求和当天需要完成的一箱待加工件，当天的工作任务当天就加工、检验完毕，发生返修或工序超差当天处理完，由调度员运到下一道工序。在叶片铣工序、热处理工序设置缓存超市，控制叶片加工的流速，形成了新的生产工序时间甘特图如图2所示。

图1 正常生产各工序加工消耗时间甘特图

图2 新的生产工序时间甘特图

确定批次，分批加工周转和变推动为拉动，合理设置超市的措施和成果如图3所示：

图3 措施和效果

由于试验工厂的生产体制和习惯，操作者一般都是日班制，操作者长期以来从事科研性质的生产，个人技能技巧绝活多，经验丰富，但人员少、设备少，缺乏大量生产任务且长期加班的能力，而且在保证叶片试验件生产任务的同时，还需要随时准备应付其余科研生产任务，所以，项目组对叶片试验件生产工序加以甄别，把其中技术含量较低、容易形成社会化生产的工序提拣出来，采用工序外包的形式充分利用社会加工力量，同样按批次拉动式管理。社会力量的合理运用充分缓解了厂内的加工压力，节省了加工周期，也保证了同期进行的几项紧急任务的顺利完成。利用社会资源的效果如图4所示：

图4 利用社会资源效果

针对叶片试验件加工工序中的另一个瓶颈工序：五轴铣加工叶片两端及其安装焊接处，项目团队充分发挥技术人员的聪明才智，引入了精益生产中的快速换模的理念，设计了快速转位工装如图5所示。在三轴数控铣上一次装夹叶片，加工完一侧后，仅需旋松螺钉、拔销、转位、插销、紧固五个动作，即可开始进行下一个工位的数控加工。这充分缓解了五轴铣床的加工周期矛盾，同时也开拓了技术员的设计思路，相继设计了磨床用工装，可以实现一次装夹、平磨三个加工表面，同时还可以给线切割作加工定位用；为了提高组合车削加工效率，设计了车床加工用工装，如图6所示。通过撤掉一个定位块的方式节省空间，可以一次装夹18片叶片，实现了最大效率的车削加工。到了最后叶形数控铣的加工工序，通过设计数控铣叶身夹具，把需要五轴联动的数控铣变成定轴三轴联动数控铣，这样又发掘了一台带数控分度盘的高速铣床参与叶身铣削，增加了设备能力。

图5 快速转位工装 图6 组合车削夹具

设计工装夹具的措施和效果如图7所示：

图7 设计工装夹具措施和效果

针对叶片试验件加工中的多道数控铣工序，项目组的技术人员和操作者采用了程序、参数优化的方法，向精益生产的七大浪费开战：编制了标准操作指导书，规范生产过程中的动作以减少动作浪费，同时提高一次合格率减少返修浪费；通过重新刃磨刀具的方式减少资源、资金的浪费，通过优化道路轨迹，提高加工参数，减少工序内的浪费，通过多能工的培养和使用，提高设备利用时间，等待时间的浪费。在程序、参数优化方面所做的工作效果如图8所示：

图8 取得的效果展示截图

4 成果总结

经过全体团队成员的努力，在计划期限内终于完成了全部叶片加工任务的机械加工部分。叶片试验件从机械加工到机械加工结束，实现了在任务规定周期内完成了核心机整流叶片试验件的生产，有力保证了试验的顺利进行。通过践行“优化生产流程，缩短加工周期”的精益管理，固化了如下成果：（1）实践了“流”理念：达到一定数量的产品，可以流动生产，按加工节拍分批；（2）学会了掌控：周密、灵活的计划指导并行作业；（3）建立了标准：标准操作指导书指导关键、复杂工序的生产；（4）发散了思维：设计多用夹具解决多轴设备数量瓶颈；（5）节省了成本：重磨刃具降低刀具采购总成本；（6）增加了效益：对比单位切削体积价格评价刃具性价比；（7）形成了习惯：制定标准操作书。

5 结语

科研院所下属的试验工厂，从职能定位的角度就是为科研需要提供快速的实物和服务，满足科研、试验进度的急需。因此，试验工厂的生产模式必然是深度定制模式下单件、小批、更改频繁，进度周期紧张、技术难度不确定的试验件试制生产。如何将生产任务需求与试验工厂内的生产组织模式相契合，用精益生产管理模式组织生产，发挥精益管理工具的作用，促进试验件试制生产的快速、便捷、低成本、高效率，是试验工厂乃至科研院所面临的一个问题。本文从实践的角度，根据试验工厂的实际生产特点，运用了价值流图分析，实施了批量流、标准操作指导书、快换工装、多能工、拉式生产、标准缓冲（超市）等精益生产管理工具，最终顺利按用户要求提供了相应数量的合格产品，证明了精益生产思想和工具在试验件深度定制型试验工厂生产组织管理中的生命力，为后续开展精益生产探索了一条道路。在整个加工任务的完成过程中，生产中也暴露了一些问题。这些问题经过项目团队成员的讨论，认为需要在下一步的工作中加以改善和解决：（1）计划制定要详细、周密且能够适应性调整；（2）执行计划要严肃严格，想尽办法；（3）批量生产前必须先做工艺性试验，确保工艺方案可行；（4）工艺尽可能提前介入试验件设计，改善产品的工艺性；（5）外协产品周期控制要有手段、有方法；（6）充分沟通，取得领导支持；（7）管理人员的素质水平要求高；（8）项目的成功依靠所有参与者的通力合作。

在今后的工作中，一定要先制定好各项应急预案，在严格执行计划的前提下，更加灵活地按预案处理突发问题，尽量提前实施工艺介入设计，完善产品工艺性，加强沟通和合作，依靠团队的力量和智慧解决生产中的问题，满足客户需求，用实际的快速反应支持型号研制工作。

作者简介：王博（1980-），男，辽宁人，中航工业沈阳发动机设计研究所工程师，研究方向：机械加工。

（责任编辑：王 波）endprint