精益工位器具設(shè)計(jì)與應(yīng)用

國旭華，李宏偉，張寶東，高金良，王洪臣，趙　明

(1.北京北方車輛集團(tuán)有限公司 工藝技術(shù)中心，北京 100072；2.北京市特種車輛部件先進(jìn)制造與評(píng)估工程技術(shù)研究中心，北京 100072；3.中國兵器工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100053)

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精益工位器具設(shè)計(jì)與應(yīng)用

國旭華1,2，李宏偉1,2，張寶東1,2，高金良1,2，王洪臣1,2，趙明3

(1.北京北方車輛集團(tuán)有限公司 工藝技術(shù)中心，北京 100072；2.北京市特種車輛部件先進(jìn)制造與評(píng)估工程技術(shù)研究中心，北京 100072；3.中國兵器工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100053)

工位器具是車間生產(chǎn)活動(dòng)中用于儲(chǔ)存、運(yùn)輸產(chǎn)品的輔助器具，它本身不產(chǎn)生價(jià)值，但又不可不用，且占據(jù)了可觀的生產(chǎn)費(fèi)用。精益生產(chǎn)利潤(rùn)主義經(jīng)營(yíng)思想的核心是通過徹底消除浪費(fèi)和提高效率來降低成本，從而實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化的目標(biāo)。將精益的理念應(yīng)用于工位器具的設(shè)計(jì)中，依據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)配置數(shù)量，滿足存放、轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)備的需要，定制裝載數(shù)量、搬運(yùn)方式和放置方法，減少或消除儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)生的浪費(fèi)，降低所占用的生產(chǎn)成本，用減法實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化的目標(biāo)。

工位器具；精益；浪費(fèi)

工位器具是在產(chǎn)品的制造過程中，用于成品、半成品和毛坯等裝載、轉(zhuǎn)運(yùn)和存放的一種工具，它是車間生產(chǎn)重要的組成部分。用精益的理念落實(shí)工位器具，是消除浪費(fèi)、提高生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)安全以及建設(shè)現(xiàn)代化車間的必然選擇[1-2]。本文針對(duì)用于車體薄壁大部件加工和組合車間的工位器具，圍繞減少浪費(fèi)，提升效率來進(jìn)行精益工位器具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1　精益工位器具配置原則

精益工位器具的配置原則如下。

1)數(shù)量配置。工位器具應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)綱領(lǐng)配置，數(shù)量的設(shè)置應(yīng)滿足一天生產(chǎn)或設(shè)定的時(shí)間節(jié)拍需求，包括存放、周轉(zhuǎn)及周轉(zhuǎn)占用。在滿足需求的前提下，應(yīng)使數(shù)量盡量少，以減少空間占用浪費(fèi)。

2)載量配置。用于組合或裝配工位的工位器具，設(shè)計(jì)中應(yīng)按照產(chǎn)品基數(shù)成套存儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)，以減少轉(zhuǎn)運(yùn)停滯時(shí)間浪費(fèi)，準(zhǔn)時(shí)轉(zhuǎn)移按量補(bǔ)充。

3)均衡配置。車間內(nèi)各工位的工位器具數(shù)量配置應(yīng)均衡，以減少物流配送、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，減少物流通道擁擠浪費(fèi)。

2　搬運(yùn)經(jīng)濟(jì)原則

圖1　儲(chǔ)運(yùn)工位器具

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的搬運(yùn)活動(dòng)一般需要4項(xiàng)作業(yè)：集中、搬起、升起和移走，產(chǎn)品存放不落地是最基本要求。對(duì)于大部件產(chǎn)品，減少搬運(yùn)浪費(fèi)尤為重要，這是因?yàn)榇蟛考恳豁?xiàng)搬運(yùn)作業(yè)都包含了更多的成本。改善工位器具的功能，將儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)的工位器具合并為一(見圖1)，合并后，作托盤可裝載、存放；作運(yùn)載工具可隨時(shí)移動(dòng)，搬運(yùn)操作次數(shù)由4次直接縮減為1次，浪費(fèi)顯著減少。這樣的工具既可減少人力浪費(fèi)、動(dòng)作浪費(fèi)、時(shí)間浪費(fèi)以及搬運(yùn)設(shè)備與工具的占用，還能減少更大的浪費(fèi)——產(chǎn)品可能的破壞。

3　轉(zhuǎn)運(yùn)經(jīng)濟(jì)原則

生產(chǎn)車間常用的轉(zhuǎn)運(yùn)工具包括推車、牽引車、叉車、吊車和電規(guī)車。對(duì)5種方式進(jìn)行比較，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)成本依次增加，方便快捷性依次降低。電規(guī)車、吊車通常為整個(gè)車間共用，調(diào)度使用除能耗增加、等待浪費(fèi)外，還使安全成本增加；牽引車、叉車相對(duì)能耗及時(shí)間浪費(fèi)減少；而使用推車則最為精益。因此，在工藝編制及工位器具設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先選用更方便快捷的工具——推車，當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)能力不夠時(shí)，再使用牽引車和叉車，最后選擇吊車和電規(guī)車。由此工位器具設(shè)計(jì)中，可依據(jù)載重適當(dāng)設(shè)置多種接口，如膠輪、插槽與吊耳等(見圖2)，重載時(shí)用動(dòng)力轉(zhuǎn)運(yùn)，空載時(shí)可人工推動(dòng)，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的最低成本。

圖2　工位器具轉(zhuǎn)運(yùn)接口

4　定制產(chǎn)品放置原則

定制產(chǎn)品放置原則如下。

1)大零部件存取費(fèi)時(shí)費(fèi)力，用工位器具定制產(chǎn)品放置，可減少存取過程浪費(fèi)。零部件存放姿態(tài)可以水平、垂直或其他姿態(tài)，工位器具應(yīng)結(jié)合本道工序下線及下道工序上線姿態(tài)進(jìn)行定制，既要考慮本道工序存放方便，也要充分考慮下道工序抓取便利，避免二次抓取或多次抓取，尤其要避免翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作。一次到位，減少抓取浪費(fèi)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

2)工位器具也應(yīng)定點(diǎn)入位放置，根據(jù)工位器具裝載狀態(tài)，生產(chǎn)和管理者可實(shí)時(shí)掌握產(chǎn)品的信息，正確判斷生產(chǎn)狀態(tài)，杜絕過量生產(chǎn)。

5　減少損傷浪費(fèi)

薄壁大零部件的特點(diǎn)是剛度差，怕擠壓，而隔離工件是避免擠壓損傷的有效措施，用工位器具實(shí)現(xiàn)隔離，可顯著減少擠壓損傷浪費(fèi)。薄壁大零部件主要分為板件、異形沖壓件及異形焊接件。通過對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行梳理，大致可分為下述4類工位器具。

1)豎置隔板式。工位器具內(nèi)設(shè)置多個(gè)立板或立柱作隔板，產(chǎn)品豎置其中，彼此不接觸。這種工位器具裝載多，存取任一產(chǎn)品方便，適宜高度尺寸<1 500 mm的板件總成(見圖3)。

圖3　豎置隔板式工位器具

2)托盤式。當(dāng)產(chǎn)品尺寸較大(長(zhǎng)和寬均>1 500 mm)時(shí)，出于安全因素，應(yīng)將產(chǎn)品平置。若產(chǎn)品高度尺寸允許時(shí)，可將2個(gè)或數(shù)個(gè)工位器具堆放，節(jié)省空間減少浪費(fèi)(見圖4)。對(duì)于板件產(chǎn)品，由于不怕擠壓，可將板件產(chǎn)品直接疊放置于托盤中(見圖5)，節(jié)省空間，發(fā)揮最大儲(chǔ)運(yùn)能力。

圖4　托盤式工位器具1

圖5　托盤式工位器具2

3)折臂式。對(duì)于異形沖壓件及異形焊接件，因壁薄或其部件表面含有許多小的零部件，任何擠壓都將造成產(chǎn)品傷害。采用折臂式工位器具，可保證產(chǎn)品相互隔離，同時(shí)讓1個(gè)工位器具存放更多數(shù)量的產(chǎn)品，既避免損傷，又節(jié)省空間、減少浪費(fèi)(見圖6)。

圖6　折臂式工位器具

4)專用托架。該器具用于異形結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，如帶空間弧度或角度的大零部件。由于其尺寸大、質(zhì)量大和重心不穩(wěn)定，極易受到損傷，設(shè)計(jì)外形與產(chǎn)品貼合的工位器具，可減少變形；同時(shí)，成組放置可穩(wěn)定重心，避免損傷浪費(fèi)(見圖7)。

圖7　專用托架工位器具

6　減少吊運(yùn)浪費(fèi)

傳統(tǒng)吊運(yùn)方式主要是繩索、吊鉤和抓鉤，往往導(dǎo)致大部件產(chǎn)品在儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中出現(xiàn)二次變形，從而造成返修浪費(fèi)。采用新型吊具，如磁力吊、橫吊鋼板起重鉗和豎吊鋼板起重鉗，配合新型工位器具，可有效減少產(chǎn)品吊運(yùn)變形產(chǎn)生的浪費(fèi)。

7　結(jié)語

工位器具是生產(chǎn)制造活動(dòng)中不可缺少的輔助器具，盡管其自身不產(chǎn)生增值，但又必須使用，且對(duì)生產(chǎn)作業(yè)成本產(chǎn)生不可忽視的作用。用精益生產(chǎn)的理念設(shè)計(jì)改進(jìn)工位器具，通過減少作業(yè)活動(dòng)中搬運(yùn)、動(dòng)作、等待、不良品和安全成本等造成的各種浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)作業(yè)成本，增加了企業(yè)效益，從而為實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化做出了貢獻(xiàn)。

[1] 劉樹華，魯建廈，王家堯. 精益生產(chǎn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[2] 宋文強(qiáng). 現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化管理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

責(zé)任編輯馬彤

Design and Application of Lean Working Position Apparatus

GUO Xuhua1,2, LI Hongwei1,2， ZHANG Baodong1,2, GAO Jinliang1,2, WANG Hongchen1,2, ZHAO Ming3

(1.The Institute of Technologe, Beijing North Vehicle Group Corporation, Beijing 100072, China; 2.Beijing Special Vehicle Parts Engineering Research Center for Advanced Manufacturing and Evaluation, Beijing 100072, China;3.China North Industries Planning and Research Institute, Beijing 100053, China)

The working station apparatus is the auxiliary equipment for storage and transportation of the workshop production activities. It does not produce value, but it must be used, and occupy considerable production costs.In lean production， the core of profit management thought is through to eliminate waste and improve efficiency to reduce the cost, so as to realize the goal of profit maximization. The concept of lean production is applied to the design of the working station apparatus. According to the production program to determine the number of configuration, meet the needs of transportation and storage, custom-made loading quantity, custom-made handling way, custom-made placement method, reduce or eliminate occurred waste in during storage and transportation, reduce what they occupy the cost of production, and use subtraction achieve the goal of profit maximization.

working station apparatus, lean, waste

TG 751.2

B

國旭華(1962-)，女，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事特種車輛設(shè)計(jì)制造等方面的研究。

2015-11-24