发动机机加产能提升浅谈

徐晔

摘要：以发动机厂机加生产线节拍优化和产能提升经验为例，从影响生产线产能的因素出发，对加工节拍的降低、机床OEE提高等方面进行了全面的分析，并给出了相应的措施。为降低成本，提高生产率提供了解决思路和方法。为同类工厂的机加产能优化提供了有效的参考。

Abstract： Taking the experience of optimization cycle time and capacity  improvement of the mechanical process production line at the engine plant as an example， from the factors affecting the production line capacity， a comprehensive analysis of the reduction of machine cycle time and the improvement of machine OEE， and the corresponding measures are given. Solutions and methods are provided for cost reduction and productivity improvement.This provides an effective reference for the optimization of capacity mechanical process production line in similar factories.

关键词：发动机;生产节拍;产能提升;OEE;生产效率

Key words： engine;cycle time;capacity improvement;OEE;productivity

中图分类号：S219.031                               文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0175-03

1  产能提升背景

制造成本要降低，投资成本也要降低，充分利用或再利用现有的设备，提升生产效率是企业追求的目标。如何在不购买新设备或只增加小投入的情况下，来提高现有設备的生产节拍进而提升各机加线整体产能是至关重要的。以发动机厂机加生产线节拍优化和产能提升经验为例，对产能提升思路和经验进行分析和总结。

2  生产节拍和产能提升思路

对于生产节拍和产能提升，通常采用以下几种分析方法：

2.1 鱼骨图分析方法

将人、机、料、法、环、测量等所有影响产能和节拍的因素逐一列出来，通过参与人员的头脑风暴逐一将这些影响因素层层展开，最后选取其中重要因素进一步分析。

2.2 ECRS 分析法

ECRS是指取消、合并、重排、简化四种方法。通过此分析方法对每一道工序进行分析，取消不合理和多余的工作环节和工作内容，合并相同和重复的工作内容，对于负荷不均衡的工序进行重组，简化工序，从而找到更高效的操作方法和工作流程。

2.3 行业对标

定期同兄弟工厂对于加工工艺、设备状态、管理流程等进行积极对标，取长补短，特别是对瓶颈工序的对标尤为重要。

2.4 数据分析法

厂内KVP（过程持续优化）专业团队通过生产数据管理系统（PDM）对OEE（设备综合效率）数据进行分析，找到影响生产效率的瓶颈，并进行改进和跟踪，以提高生产效率。

3  产能影响因素

瓶颈工序决定最大产能。生产线产能提升的主要方法有：增加瓶颈工序的生产时间;加工节拍的降低;OEE的提高。

3.1 增加生产时间

机加生产线的产能规划前提为每天三个班次共22.5小时的工作时间，每个班次预留了机床操作者30分钟的吃饭时间。对于瓶颈工序，操作者可进行倒班交替吃饭，这样可将每天的设备运行时间直接提高到24小时，最大程度地提高了生产线产能。

3.2 降低加工节拍

加工节拍是由工艺节拍（机床纯加工时间）和辅助节拍（机械手上、下料，天窗门打开等附属时间）组成。以磨床加工为例，其加工循环全过程为：机械手上、下料->天窗门关闭->夹具夹紧->径向定位->轴向定位->磨削过程->夹具松开->天窗门打开。其中磨削过程为工艺节拍，其他过程为辅助节拍。

3.2.1 工艺节拍优化

对于工艺节拍的优化通常有下面几种方法：

①将瓶颈工序的加工内容分解到节拍充裕的工序来加快节拍。

②减少瓶颈工序的加工余量。比如磨床是瓶颈工序，那么在车削粗加工时加大进给量，将预留给磨床的加工余量减小，从而减少磨床的磨削量和磨削圈数，加快节拍。

③刀具的优化。

1）刀具参数和加工路径的优化。提高刀具的进给和退刀速度及优化刀具路径。比如缩短刀具加工的安全距离，取消重复加工路径，多刀变一刀等。在缸体线采用了高速铣刀后将原来的两次加工优化到了一次加工，单机节省了数十秒加工时间。

2）提高刀具寿命，减少换刀频次。刀具涂层的优化可以增加刀具的磨损性能大幅改善刀具寿命;适当提高砂轮修整工件的频次可以提高磨床的利用率;对工况较差的刀具增加防护装置，比如在平衡轴的淬火机床中为淬火感应器添加了防淬火液喷溅防护罩后，感应器提高了数万件的使用寿命。

3）刀具结构的优化。多刃刀片和复合刀具的应用能够有效地降低加工节拍。比如将钻孔和攻丝集成一起的攻钻一体技术应用到铝制的缸盖生产线当中可大大提高加工的生产效率。

4）减少刀具数量。阶梯钻的应用可以钻不同孔径的孔，相当于集成了几支不同直径的钻头，节省了换刀时间。螺旋铣孔的应用可以用一把刀代替多把刀，其原理为钻孔扩孔螺旋下刀圆弧输出，只需一把刀具就可以加工出不同直径的孔，不仅节省了刀具使用数量，也节省了换刀时间，还有利于断屑，提高了工作效率。

5）换刀流程优化。在曲轴的生产线中利用机床停台时间对新刀进行提前试切并对试切首件进行测量，待测量报告合格后将新刀放到现场刀具柜备用。这样可有效节约新旧刀具的更换等待时间，优化了换刀流程。

3.2.2 辅助节拍优化

对于辅助节拍的优化有下面几种方法：

①速度的优化。在保证工件加工质量的前提下，对辅助节拍的优化成为了节拍提升的首选。提高机械手的上、下料运行速度;提高机床天窗门开和关的速度;提高顶尖或夹具夹紧和松开的速度，测头测量的速度提升等，都能够降低工序的整体加工节拍。

②逻辑顺序的优化。

1）设备运行的先后逻辑顺序变为并行逻辑顺序。比如机床的天窗门在完全关闭后才能进行工件的夹具夹紧动作，优化为机床的天窗门在开始进行关闭过程中同时进行工件的夹具夹紧，这样能够节省工件加工的整体节拍。

2）对于多台机床共用同一机械手抓取工件的情况，可根据机械手的行走路径来设定它的最优原点停靠位置和调整机床抓取的优先顺序来提高机械手的利用率。

③NC 程序中的优化。注意NC程序中的指令G4 Ft。t为在加工过程中的暂停时间，在保障机床安全运转的前提下，可将t减少到最小。比如在平衡轴生产线机械手在抓紧工件后有个1秒短暂停留，可以将停留时间设置成0.5秒，这样能够节省0.5秒加工节拍。

3.3 OEE的提高

由于机床停台造成的OEE损失是不可避免的，如何减少瓶颈工序的停台时间是提高机床OEE的关键。OEE损失通常可分为下面幾大类：

3.3.1 技术损失

由于换刀、抽检、修砂轮等不可避免的技术停台时间可参照3.2.1章节中的刀具优化措施进行改进;如果工件的测量参数在长期的质量统计中合格并足够稳定，可以考虑降低抽检频次，提高机床利用率。

3.3.2 组织损失

①人员。将瓶颈工序操作人员的工作负荷进行详细拆解，对每日例行的如组会、点检、换刀、抽检等工作进行优化。比如通过取消或减少不必要的组会，点检路径最优原则，换刀柜位置距离机床的最优步数等措施间接提高机床利用率。如果经济性很好，也可以考虑对瓶颈工位是手动岗位的用机器人来替代。如壳体生产线的螺栓拧紧这样的工位可采用自动化，增加自动化监控等。

②待料。瓶颈工序前、后两道工序的停台也会直接影响到瓶颈工序的利用率，增加在线存储器具的数量和工件在制品的缓存能保证停台期间瓶颈工序的正常生产。

3.3.3 故障损失

通过对瓶颈工序及其前、后两道工序的帕累托分析（柏拉图统计），按照停机时长和频率找出这些工序的TOP 5问题，对问题进行分类、评价、分析，并定义具体责任人和时间节点。对于解决措施要有长期跟踪及目视化。对于长期不能解决的问题要及时启动汇报升级机制，并与各部门形成专家团队一起探讨解决办法。为了缩短设备故障停台时间，要确保维修人员在设备故障的第一时间到达现场，另外对于瓶颈工序的常用备件要有充足的库存。

3.3.4 保养损失

合理定义TPM（全员生产维护）保养的周期和频次，以及每次的详细保养计划。利用好每次TPM保养的机床停台时间，可将更换易损件、试刀、优化等工作放到保养期间进行。减少批量生产时的不必要停台。

3.3.5 换型损失

对于产品换型造成的产能损失可以通过以下几个方法减小损失：

①合理安排生产计划避免频繁换型。建立中长远期规划，提前两周锁定生产计划，设定合理库存，对于小排量产品，尽可能用小线进行生产，避免资源浪费。

②优化换型流程，将换型时间不断缩短。建立工件在制品换型缓存，确保各工序能够同时进行换型。对于换型瓶颈工序是由多台复制机床组成时，要增加操作者来同时分担换型工作。换型后机床首件测量报告合格即可安排单机生产，尽快完成通线。

③将每次的换型放到TPM保养期间进行，这样能够有效地节省换型损失。

3.3.6 质量损失

将不合格件按照原因进行分类，如毛坯缺陷、打刀、尺寸超差等，并对其形成相关工序和频次的统计及相关措施的定义。为了减少废品率，将不合格件进行用途分类，比如哪类件可进行返修，哪类件可进行试刀实验，哪类件可用于常规切检检测，哪类件必须报废等。

4  措施评估原则和持续优化

将产能优化所定义的所有措施按照风险/成本的高低和节拍/产能提升的程度分类整理到图1风险评估象限中进行评估。

对于II象限中的措施，低风险/成本带来很高的节拍/产能提升，可列为第一优先级执行。

对于III象限中的措施虽然没有带来很高的节拍/产能提升，但考虑其低风险/成本，可列为第二优先级执行。

对于I象限中的措施尽管能带来很高的节拍/产能提升，但要承担高风险和高成本，需要谨慎评估后再考虑是否执行。

对于IV象限中的措施，高风险或高成本带来的低回报，将不被采用。

产能优化是一个不断持续的发展过程。新的优化还将会产生新的瓶颈工序。每一次优化都是一个PDCA（计划、执行、检查、改进）循环过程，都是生产线综合能力不断提升的过程。根据每一次优化的方法和经验来进行分析和总结，消除生产环节中的不平衡，来确保生产线持续高效地运转。

5  结语

通过对发动机厂机加生产线节拍优化和产能提升经验的详细解析，提出了生产节拍和OEE提升的具体改进措施，并对措施的评估方法做了具体介绍，对其他厂家生产线优化有一定的借鉴意义。

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