基于价值流图分析的火箭氢氧发动机精益生产分析与改善

李 欢，杨国藩，龙海波，王 骏，王 东

(中国运载火箭技术研究院 首都航天机械有限公司，北京 100076)

首都航天机械有限公司隶属中国航天科技集团运载火箭技术研究院，是全国唯一的火箭氢氧发动机制造企业，在某种程度上公司精细化管理能力有待提升，如：产品制造周期长、自动化程度低和人员作业效率低等[1]。近些年，随着中国航天事业的高速发展，航天相关产业市场化转型及军民融合不断深化，市场对火箭发射需求大大增加，相应的火箭发动机需求随之激增。结合目前的市场需求，公司制定了相应的经营战略：在保证产品质量的同时，不断提高火箭发动机的生产效率，实现各型号火箭氢氧发动机年交付数量满足需求，提升公司的行业竞争力。

本文应用价值流图分析方法，识别发动机装配的各个流程中存在的浪费类型和精益问题。针对存在的浪费和问题，充分应用现场改善方法，制定改善措施[2]，从而提高火箭氢氧发动机装配效率，以达到提高公司效益和开拓市场的目的。

1 现状分析

1.1 火箭氢氧发动机原装配工艺流程

通过对火箭氢氧发动机装配现状进行分析，首先绘制了产品装配工艺流程图，具体如图1所示。从图1可以看出，发动机整个装配过程为串行装配，一个工序装配完成后再装配下一个工序，装配效率低，等待周期长。每道工序周期时间相差较大，生产节拍不平衡。此外，原材料种类较多，一部分为上游车间直接交付，一部分为物流中心订货，原材料摆放杂乱无章，寻找花费大量时间。由于库存方式及配套方法的不合理，造成一部分零件堆积，产生不必要的寻找浪费，另一部分零件供应不及时，产生不必要的等待浪费。

1.2 生产线价值流现状图

价值流管理模式彻底打破了传统生产组织模式下，各部门画地为牢、相互扯皮和沟通协调不及时的窘态，为企业在不增加较多投资的基础上，解决原料投放、工序间半成品、成品堆积和出货延误，从而快速响应市场，满足客户需求提供了应对法宝。运用价值流现状图，直观绘制出一个产品从始至终的全部生产活动，通过绘制“产品价值流现状图”(见图2)，寻找瓶颈问题，并绘制“产品未来价值流图”以表达价值流改善的方向和成果。最终实现消除浪费和消除产生浪费的根源，使企业处于低成本良性运转状态，能够及时满足顾客需求，提升市场核心竞争力。

图1 改善前发动机装配工艺流程

图2 氢氧发动机价值流现状图

2 精益生产的实施

通过对氢氧发动机价值流现状图进一步分析，改善主要集中在如下几方面：1)施行5S与定置管理，调整零件库存方式与供货方式，解决零件误放和相互挤占位置的混乱状况，使零件的配套和领取更加方便准确；2)优化装配工艺流程，灵活调整人员配置，均衡生产节拍，避免工序安排不合理造成的人员闲置等待；3)提高部分工序的自动化水平[3]，减少动作浪费，降低人为误操作概率。在确定改善方向后，按精益生产思想分别制定了相应的改善措施，并绘制了未来价值流图[4-5]。

2.1 5S与定置管理

库房内零件库存采用5S与定置管理方法[6-7]，通过实际测量每一根导管拐点的距离和长度，设计了针对不同导管个性化的导管摆放货架，订制了专门的标准件摆放盒，每种不同规格的标准件依次按需整齐摆放，方便出、入库控制。导管、标准件等产品按形状、图号、规格区分摆放并且以固定数量为一组整齐摆放，节约库管人员配套时间，提高配套效率，减少库存浪费。通过颜色标签来区分库存状况。优化产品配套方法，根据每个工序所需要的零件，制作了相应的“工序沙盘”，沙盘上标注了零件的图号、规格和数量，出库时，将零件放置在沙盘上相应的位置，使装配人员领取各工序所需的零件图号、规格和数量一目了然，同时有效地防止了错、漏装的情况发生，提高了库管人员和操作人员的效率。

建立库存预警体系，通过颜色标签来区分库存状况。正常情况下，库存为20台份的数量，当某个零件数量少于10个时用黄色标签提醒订货，当零件数量少于5个时，用红色标签提醒紧急订货，通过这种方式，使原材料的缺件情况及时反馈，一方面及时订货，另一方面对上游车间下发的生产任务实现拉动，有利于高效配合及时生产模式，减少等待浪费[8]。

2.2 工序流程优化

改善前，发动机整个装配过程为串行装配，一个工序装配完成后再装配下一个工序，装配效率低，存在加工浪费的现象。通过分析整个发动机结构和装配工艺流程，采用ESCRI原则，将工序重排与新增[9]。

1)重排：将安装氢氧泵工序，锉修、焊接主、副、泄出与燃气导管工序，安装主、副、泄出、燃气、增压导管工序，气密检查工序和补装防火层工序进行重排，将其划分为模块一；将安装4个象限软管工序，安装泵前系统工序，锉修焊接增压系统工序，安装控制、吹除系统工序，气密检查工序进行重排，将其划分为模块二，2个模块可并行进行装配。

2)新增：新增气密检查工序。改善前发动机装配完后对整机进行气密检查，如果气密性试验不合格，应对不合格部位进行分解、再装。由于发动机结构复杂，空间操作位置狭小，如果不合格的部位在内侧，应先分解外侧部位，再分解内侧部位，整个过程浪费了大量的时间。改善后，2个模块分别进行装配，装配后分别进行气密性检查，虽然增加了一次气密检查工序，但2个模块独立操作时，空间位置良好，针对不合格部位进行分解再装时，避免分解其他部位，不仅节省了时间，同时保证了装配质量。

将发动机分为2个模块，采用2个模块并行装配模式，优化了装配工艺流程(见图3)，缩短了发动机整个装配周期，很大程度上减少了加工浪费与等待浪费，提高了装配效率。

图3 改善后发动机装配工艺流程

2.3 灵活配置人员

装配的特殊性表明80%～90%的工作是由操作者手工完成的，这也尤其显得员工技能的重要。人员配置完成后的另一个重要目标是进行标准作业的培训，以达到精益生产的真正目的[10]。

改善前，由组合阀组到安装电缆，整个过程由6名装配工，需要240 h，一班制工作完成。车间积极推进多能工培养，对员工安排多岗位培训和实习，掌握多项技能，如钳工兼装配工，氩弧焊工兼装配工，根据能力安排适合的岗位，根据生产进度需求，合理配置人员，避免人员的浪费。根据发动机结构原理，将组合阀组与传感器组独立出来，整个过程由8名装配工，需要134 h，两班制工作完成。通过增加班次和灵活配置人员，6人增加为8人，一班增加为两班，该部分工序装配时间由原来的240 h减少为134 h，很大程度上缩短了装配周期，减少了等待浪费，平衡了生产节拍。

2.4 提高自动化水平

针对安装电缆，设计自动化电缆测试工装。改善前应对电缆的每个接点逐个通过按扭进行测试，按下对应的按钮，指示灯亮则为合格，不亮则为不合格，检测过程中，应频繁依次进行开合动作，工作量大，工作效率低，存在大量的动作浪费。同时开关的开合为纯手工操作，存在误开或少开开关的隐患，检测结果由操作者根据指示灯的明暗来判别并记录，也存在记录错误的隐患。对此，设计了电缆自动测试工装，将所有电缆的接点嵌入到工装应用程序中，电缆总插头与工装连接后，一次即可在电脑屏幕上查看所有接点的导通、绝缘情况，不仅节省了测试时间，将原来每根电缆的测试时间2～3 h减少为30 min，减少了动作浪费，同时也降低了人员误操作概率。

2.5 改善效果及未来价值流图

根据上述制定的改善方案，绘制了氢氧发动机的未来价值流图(见图4)。从图2和图4可以看出，1台氢氧发动机的装配周期由原来的86天缩短至现在的51.1天，制造流程平衡率由原来的177.5 h/(18 h×17) =46.2%提升至118.5 h/(17.5 h×11)=61.3%。经核算，考虑人工成本、制造成本、生产动力成本等因素，改善前1台发动机单机的装配成本为96万元，改善后成本降低为82.8万元，单台发动机的成本降低了13.2万元。

图4 氢氧发动机未来价值流图

3 结语

通过实施精益生产，火箭氢氧发动机装配现场发生了巨大变化，发动机装配周期极大缩短，效率明显提高，作业环境与劳动强度得到了改善，提高了员工士气与员工满意度，达到了良好的预期效果。

由于生产效率的提升，公司在交付数量上满足了顾客需求，同时做到了保质保量，提高了顾客满意度，有益于长期顾客关系管理，为今后公司从客户拿到更多订单及开拓市场奠定了基础。