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活塞循环时间短缩-IE手法改善

来源:SMC(中国)有限公司
文章类别:一线案例 |电子期刊号: 2010年第3期 总第15期

一、选题背景

SMC(中国)有限公司是一家外商独资企业。全员合理化提案和持续的改良改善活动让SMC的产品在竞争日益激烈的国际市场上独占鳌头。随着市场需求的不断增加,对公司整体的生产能力都提出了更高的要求。公司提出总体方针“1/2工时、2倍增产”,这个看似难以实现的目标正在通过SMC人的不断努力而实现着。SMC(中国)有限公司制造一部2-1课742组是自动化程度很高的机加工组,本组共有CNC机床45台,单台均价在100万元人民币以上。随着订单的逐步上升,现有的人员配置和生产工艺已经不能满足生产需求。为了解决这个日益突出的生产矛盾,我们生产管理者使用了IE手法,对活塞加工工序进行全面地分析,最终达到了生产上的大变革。

本班组生产的CM活塞是需求量最大、作业流程及加工工艺最有代表性的机种。2008年CM活塞部品产量达到180多万本,占有台时数6台次。所以我们根据二八原理选择了CM活塞作为案例进行研究。

二、现状把握

(一)效率提升

解决生产能力紧张的问题有两个方法:一是新设备投资,二是现有设备和人员的效率提升。在STC(SMCTOTALCOSTDOWN)总体思想的指导下,我们本着减少设备投资的前提,对现有设备和人员进行效率提升的改善活动。

(二)效率瓶颈问题点

由于段取而引起的停机时间较长(2008年月均停机达到80H),人员工时效率降低。影响设备整体生产能力。段取过程中人员的作业强度较大。
由于工件构造比较复杂,需要调整时间增长,测量部位较多,测量时间较长。
工件自动加工单个循环时间(C.T)较长,设备机时效率较低,生产能力瓶颈。
单本工件刀具费用高及换刀时间较长。

(三)活塞循环时间组成

1、加工前的准备时间:
段取、换刀及调整等作业
引起的停机时间。

2、设备加工的时间:
设备NC加工

3、其它停机时间
故障及损耗时间

图2-1循环时间构成图

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(四)名词解释

段取作业:即不同型号工件相互切换时的前期准备作业
STC(SMCTotalCostDown):SMC全员的成本降低活动
NC加工:数控机床在程序控制下进行的产品加工
C.T(CycleTime):单个工件的NC加工时间
设备有效稼动率=(有效稼动时间/总稼动时间)×100%

三、IE手法剖析及改善过程

活塞循环时间的影响因素有三方面:设备加工时间、人员段取引起的停机时间和其它原因引起的停机时间。通过降低以上3个时间,就可以达到活塞循环时间的短缩。这三个影响因素中设备加工时间和人员段取引起的停机时间占到总体活塞加工时间的97%,是我们研究的重点。接下来我们对人员的段取作业进行分析,最终进行标准化。


丰田精益生产否定了“品种多,则效率低,成本高”的原有概念,是因为丰田实现了快速换模(SMED)方法。SMC段取作业的总体思想是“内段取的外段取化,内段时取人不离机”,目标要实现“OneTouch”,段取作业标准化原则是“六个零”即:步行为“0”、查找为“0”、调整为“0”、单列作业为“0”、内段取为“0”及螺钉螺栓为“0”。

人员段取作业分析及对策


对段取作业的全过程进行记录,绘制人员型工艺流程图-附表(1),利用秒表进行时间记录。通过工程分析表,可以发现人员作业过程中作业内容、作业方法、移动距离及移动时间中存在“不合理、浪费、不均衡”等问题。对表格中的工作内容逐项进行严格的提问,提问的过程遵循“5W1H”。然后根据“ECRS”四大原则对图表中的内容进行取消、合并、重排及简化。对于段取作业中的换刀作业我们进行MOD(模特)法分析浪费点,最后制定标准时间。

图3-1附表(1)示意图

具体应用过程以CM活塞举例说明:
例1:CM活塞段取作业中的第一项目“段取人员停机段取时查找质量文件原件”

表3-15W1H提问

通过对该项工作内容的严格提问后,可以看出这项工作中存在不合理的作业,我们应用“ECRS原则进行优化:
E(取消)—本工序是质量文件的复印,品质确保的工具暂不能取消。
C(合并)—该项作业可以在不停机床的情况下进行,可以减少设备停机造成的浪费。
R(重排)—机床担当代替段取担当在设备运转状态下,在文件盒里找出待复印的文件。
S(简化)—文件盒由台车上移动到机床上,给文件编号编制目录(同时加入色别区分),方便查找。

改善前、后的效果对比:

表3-2效果对比

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以上我们引用了CM活塞段取作业中的一项工作内容,进行了分析和对策,并进行了效果验证。用同样的方法对整个段取工序进行分析和对策,通过分析和对策工作项目的过程,把人员型的工艺流程图进行丰富,得到附表(2)—段取细化工程图。在该表中我们记录下分析结果和改善的方向,并将改善后的效果进行预测。最后,将新方案实施后的效果填入表中进行改善前后的效果对比。如图3-2:

图3-2附表(2)示意图

例2:CM活塞段取中的“换刀作业”

首先,建立附件(3)—动作程序表,把“换刀作业”按照MOD(模特)法进行基本动素细分,把细分后的动作用动作分析式表达出来,并记录在表格中。如图3-3示:

图3-3附表(3)示意图

由动作程序表,可以得出各动作的次数和时间。通过对各个细分后的动作进行分析,W5动作较多,于是我们采取了刀具近置化、段取治具箱的完善、专用段取台车的设立等改善手法,从而减少了作业人员由于移动而造成的浪费,并且减轻了人员的作业强度。同时填写刀具传票可以在段取完成后进行,减少换刀引起的停机。改善后的换刀时间大大降低。
改善前、后效果对比:

通过MOD(模特)法的分析,实现换刀工序60%压缩。

设备加工时间分析和对策

图3-4设备时间组成

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以前重点管理的是“非生产时间”造成的停机浪费,那么生产时间中的加工时间都是在创造价值的时间吗?让我们用新的眼光从新审视一下吧。

在我们以前的工作中,大多时候是利用IE中工作研究的技术,通过对人员作业手法和使用工具的改善,从而达到效率提高的目的。而在自动设备的加工本身,利用IE知识进行深入研究和实践还很少。此次活塞NC工序利用了IE的手法,对NC加工的刀具、程序、加工条件等进行了分析,使得活塞的加工工艺方法有了质的飞跃。传统的机加工方法得到了很大的突破。不仅创造了价值,而且做到了时间的短缩。

接下来,是本次活塞加工的改善过程,以CM活塞为例:

例3:CM活塞NC加工IE手法分析(持续改善五次)

改善目的:CM活塞加工循环时间短缩,发掘和提高设备能力。
改善手法:动作经济原则活用。
改善过程:

图3-7传统工艺图

我们把自动加工中的设备看作是工作的人,根据作业研究中的“动作经济原则”对以上的加工作业进行循序渐进的分析,最终达到持续改善的目的。
动作经济原则概要:
(1)、减少动作次数;
(2)、追求动作平衡;
(3)、缩短动作移动距离;
(4)、动作节奏保持轻松自然有节奏。

正味加工时间包括:快进给时间、切削时间、各轴等待时间、辅助指令时间、空切削时间及调刀时间。其中CM活塞加工中时间如下表;


表3-3工件加工时间中各项比例

真正的有价值时间是切削时间,只占到总时间的15%。其余的时间都是浪费掉的时间。其中浪费最多的是空移时间占到总体的61%,而空移时间的造成又是由于调刀引起的,所以我们只要把加工中的调刀次数减少,就可以达到单件工件加工时间的消减了。

根据活用后的“动作经济原则“,参照CM活塞的传统加工工艺,进行问题点抽出:
(1)、加工条件为什么不统一?让动作的速度更快,能不能把加工条件提升?
(2)、加工过程中是否存在等待?能否消除等待达到机械动作的平衡?刀具调换的过程中,刀具的移动距离能否缩短?
(3)、圆周方向加工的次数能否减少?
(4)、端面方向加工的次数能否减少?
(5)、上料的方式能否改变以减少上料的时间?切断的工序能否合并到其它程序中?

分析及对策

第一次改善:加工条件标准化
分析:由于编程条件不统一。加工同样材质,在不增加投入的情况下,把转速、进给量等加工条件进行极限化。
改善方法:加工条件最大化,进行统一。如图3-8:

图3-8CM活塞条件提升对比图

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第一次改善后效果:

第二次改善:辅助指令合并

分析:①机械手接料和切断检查时机械处于等待状态。②刀具移动和加工前,等待各轴提升转速,移动距离较长。③B轴移动完成后刀塔才移动,机械动作等待和移动时间较长。
改善方法:动作合并、提前起转、双轴同时动作。如表3-3:


表3-4改善前、后对比表

第二次改善后效果:

第三次改善:组合刀应用①

分析:圆周方向一共两把刀具加工,外径刀和外径成型槽刀。加工时需要两次旋转刀塔,进行两次切削加工。
改善方法:为了减少该方向上的动作次数,把外径刀和外径成型槽刀进行组合设计。减少调刀次数和切削加工次数。如图3-9:

图3-9CM活塞圆周方向的组合刀具改善图

第三次改善后效果:

第四次改善:组合刀应用②

分析:同圆周方向的分析方法一样,端面方向有三把刀具加工,钻孔刀、内径刀和端面槽刀。加工时需要三次旋转刀塔,进行三次切削加工。

改善方法:为了减少该方向上的动作次数,把钻孔刀、内径刀和端面槽刀进行组合设计。减少调刀次数和切削加工次数。如图3-10:

图3-10CM活塞端面方向的组合刀具改善图
第四次改善后效果:

第五次改善:
分析:挡板上料方式需要等待时间长,
改善方法:挡板入料方式改变为旋转拔料的形式、切断工序合并到外径成型槽刀中。

第五次改善

通过以上五步循序渐进的改善后,得到了新的加工工艺。整体的加工循环时间得到了短缩。

图3-11循环时间消减推移图

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CM活塞经历前后五次改善:循环时间下降29S,工步也由原来的8个步骤消减为3个步骤。组合刀具的应用后还产生了附带的效果,以前工件各部位是分散加工的,员工需要测量的尺寸比较多。在使用组合刀具后各尺寸都由刀具形状保证,所以员工的测量时间得到消减,工作的强度也下降了。同时组合刀的成本比起以前分别加工的总成本也有所下降。

四、改善效果固化及横向展开

(一)效果固化的方法可以简单的概括为3个阶段:
1、改善后工序作业指导书的作成
2、对作业人员的培训和考核
3、生产现场的作业监察和指导

(二)合理化效果横展开
CM活塞NC工序具有很大的代表性,可以进行横向展开,得到效果扩大化。对可以实施展开的项目进行汇总和记录,并制定实施的计划。

五、总体经济效果

(一)单台验证方法
以CM活塞为例,活塞循环时间短缩总体改善效果分为三部分组成:一是段取作业改善。二是C.T得到短缩,设备效率提高。三是新设备的投资节约。
例4:CM活塞单台设备年节约金额

效果一(单台):段取作业改善效果


表5-1效果验证信息表

效果二(单台):C.T短缩


效果三(单台):新设备投资节约

(二)效果推广
预计推进40个型号工件的横向展开,现已完成其中的20个品种。预计总体节约金额1,043万元,实际达成562.65万元。

整体经济效果562.65万元。

结束语

活塞循环时间短缩改善带给了我们很大的成功,SMC日本总部对我们的改善也给予了极高的评价。IE技术的运用为公司创造了利润,同时也带给了我们现场管理工作者很大的启示。现在,设备的潜在生产能力已经被开发出来,由于设备能力不足的(瓶颈)问题已被解决,同时,设备的能力上升,也带来了人的效率提升(人员担当设备台数一定)。由于改善过程中大量导入了“成型刀”,将原有多刀位控制的工件品质,归结到一起集中控制,对品质的改善提供了有力的保障。在整体的改善过程中,通过与现场的技术员工一起共同的探讨、研究,无形中也是一次难得的技术人才培养的过程。

在大家已经“熟视无睹”的生产现场中有着很多可以改善的地方。要不断地否定现状,改善就像沾了水的海绵,总是可以挤出水来的。改善是没有止境的,让我们大家携手共勉,用IE知识为工业自动化做出贡献,让我们用勤劳和智慧为祖国的伟大复兴而努力!

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