簡述沖壓生產(chǎn)運(yùn)行管理與效率提升的思路和應(yīng)用（上）

文/黃建忠,黃學(xué)成,周露平·上汽通用五菱汽車股份有限公司

簡述沖壓生產(chǎn)運(yùn)行管理與效率提升的思路和應(yīng)用（上）

文/黃建忠,黃學(xué)成,周露平·上汽通用五菱汽車股份有限公司

背景介紹

源自豐田JIT（Just In Time）的精益生產(chǎn)方式，被概括定義為“一個(gè)系統(tǒng)性的方法，通過從客戶出發(fā)拉動(dòng)生產(chǎn)流的持續(xù)改善及追求盡善盡美，以識(shí)別并消除浪費(fèi)”。其基本的方法是拉動(dòng)式生產(chǎn)，即根據(jù)客戶需要的產(chǎn)品和數(shù)量實(shí)時(shí)安排生產(chǎn)，因此其長遠(yuǎn)的目標(biāo)是“零庫存”生產(chǎn)。

沖壓生產(chǎn)因其工藝的特殊性，與流水線裝配類的工藝有較大區(qū)別。當(dāng)前汽車行業(yè)產(chǎn)品種類繁多，一個(gè)大型的整車工廠往往需生產(chǎn)多種不同的車型，而配套的沖壓車間每個(gè)車型分別需要生產(chǎn)不下十種沖壓零部件，綜合測(cè)算下來是流水線裝配車間產(chǎn)品數(shù)的十倍以上，是“多品種，小批量”生產(chǎn)模式的典型代表。也因此，沖壓成為應(yīng)用精益生產(chǎn)方式的前沿陣地，且目前國內(nèi)合資/自主車企基本都在學(xué)習(xí)應(yīng)用，但因中國國情、技術(shù)等多方面因素影響，應(yīng)用效果十分微弱。中國車市因其起步較晚，體量巨大，到目前為止仍未完全成熟或飽和，汽車產(chǎn)品仍以銷量分勝負(fù)、大批量的生產(chǎn)成為常態(tài)，同時(shí)中國的工業(yè)發(fā)展在國際環(huán)境中亦不占優(yōu)勢(shì)。在大部分發(fā)達(dá)國家完全達(dá)成工業(yè)3.0（自動(dòng)化），向著工業(yè)4.0（智能化）邁進(jìn)時(shí)，我們?nèi)晕凑嬲_(dá)到工業(yè)3.0狀態(tài)。

在此環(huán)境下，不斷應(yīng)用精益生產(chǎn)方式，實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)管理與改進(jìn)，消除特殊的、降低固有的損失、優(yōu)化資源利用率，最終達(dá)成生產(chǎn)效率的提高和成本投入的降低顯得至關(guān)重要。

沖壓生產(chǎn)運(yùn)行管理與效率提升主要思路

業(yè)內(nèi)衡量綜合生產(chǎn)運(yùn)行效率的指標(biāo)為：設(shè)備綜合效率（Overall Equipment Effectiveness），其計(jì)算公式如下：OEE＝可用率×表現(xiàn)性×質(zhì)量指數(shù)。其中：可用率=操作時(shí)間/計(jì)劃工作時(shí)間；表現(xiàn)性=總產(chǎn)量/(操作時(shí)間/理想加工一單位產(chǎn)品的周期時(shí)間)=總產(chǎn)量/(操作時(shí)間×理想生產(chǎn)速率)；質(zhì)量指數(shù)=良品/總產(chǎn)量。

利用OEE的一個(gè)最重要目的就是減少一般制造業(yè)所存在的六大損失（停機(jī)損失、換裝調(diào)試損失、暫停機(jī)損失、減速損失、啟動(dòng)過程次品損失和生產(chǎn)正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的次品損失）。圖1是六大損失的說明及其與OEE的關(guān)系。

本文以上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司沖壓車間為例，從降低以下兩個(gè)損失著手，提升效率：

⑴換裝調(diào)試損失。通過優(yōu)化切換過程和生產(chǎn)計(jì)劃安排，降低切換過程的絕對(duì)時(shí)間損失和相對(duì)時(shí)間占比，提高“有效率”；

⑵減速損失。通過開展SPM（Stroke Per Minute）目標(biāo)設(shè)定和管理工作，逐步提高“表現(xiàn)性”，同時(shí)設(shè)定ASPM（Actual Stroke Per Minute）目標(biāo)，應(yīng)用TIP工具分析問題，提升運(yùn)行穩(wěn)定性。

圖1 六大損失與OEE的關(guān)系

降低換裝調(diào)試損失

⑴絕對(duì)切換時(shí)間優(yōu)化。

絕對(duì)切換時(shí)間分為兩部分：模具切換和板料切換。目前板料切換依靠雙工作臺(tái)和定位刻度線固化設(shè)置，基本可以在機(jī)外完成準(zhǔn)備工作，并不停線完成切換，故在此重點(diǎn)討論如何降低模具切換的停線時(shí)間。

目前大多數(shù)車企均采用全自動(dòng)整線換模方式進(jìn)行切換，其過程速度受硬件設(shè)備、自動(dòng)化技術(shù)和程序優(yōu)化等多方面影響，實(shí)際表現(xiàn)各有不同。上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司采用濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)公司的先進(jìn)壓機(jī)制造技術(shù)，自動(dòng)化系統(tǒng)采用了瑞士GUDLE技術(shù)，其切換時(shí)間控制基本做到世界相同類型設(shè)備的水平，2016年1月至10月平均單次模具切換停留線時(shí)間見表1。

表1 2016年1月至10月平均單次模具切換停線時(shí)間

從表1可以發(fā)現(xiàn)，10月平均單次9.20min的損失時(shí)間明顯過多，其一是與沖壓多品種，小批量生產(chǎn)的頻繁變化有關(guān)，其二是切換過程尚有多處可以優(yōu)化提升之處。

為降低切換損失，通過分解模具停線切換過程的設(shè)備和人員所有動(dòng)作內(nèi)容，得出如圖2所示的模具自動(dòng)切換流程圖。

分析壓力機(jī)自動(dòng)切換邏輯，發(fā)現(xiàn)圖中紅色字體步驟動(dòng)作時(shí)，壓力機(jī)滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力勢(shì)能相對(duì)穩(wěn)定，過程時(shí)間約2min。經(jīng)過研討，實(shí)施“單臺(tái)壓力機(jī)光柵”代替“整線安全門聯(lián)鎖”機(jī)構(gòu)的能量鎖定功能，實(shí)現(xiàn)了人工更換端拾器工作與設(shè)備動(dòng)作的并行，在實(shí)際應(yīng)用中規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，解決問題點(diǎn)和瓶頸點(diǎn)，將切換過程工作梳理明確，使得整體切換損失大大降低。

表2是以實(shí)際運(yùn)行的真實(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，單批次生產(chǎn)600沖次，SPM為10沖次/分鐘時(shí)，模具切換時(shí)間占比將由10月的13.3%下降至12月的11.2%，直接為“有效率”的提高貢獻(xiàn)2.1個(gè)百分點(diǎn)。

圖2 模具自動(dòng)切換流程圖

表2 2016年10月至12月平均單次模具切換時(shí)間

⑵切換時(shí)間占比優(yōu)化。

前面講到降低模具切換的停線時(shí)間對(duì)“有效率”提升的貢獻(xiàn)，同時(shí)也帶出了切換時(shí)間占比的概念：切換時(shí)間占比＝切換停線時(shí)間÷（切換停線時(shí)間+故障停線時(shí)間+生產(chǎn)沖次批量÷SPM節(jié)拍目標(biāo)）×100%。

在理論計(jì)算時(shí)，將故障停線時(shí)間設(shè)置為0，則切換時(shí)間占比＝（SPM節(jié)拍目標(biāo)×切換停線時(shí)間÷（切換停線時(shí)間×SPM節(jié)拍目標(biāo)+生產(chǎn)沖次批量））×100%，由此可知，公式中三個(gè)要素對(duì)占比的影響是：生產(chǎn)沖次批量越高，切換時(shí)間占比越低。

可以看到，SPM節(jié)拍目標(biāo)的降低和生產(chǎn)沖次批量的提高與“多品種，小批量”生產(chǎn)模式下的精益生產(chǎn)是背道而馳的。因此，除了不斷降低絕對(duì)的模具切換時(shí)間外，如何合理管控生產(chǎn)批量，最大限度利用庫存資源，保持生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定高效才是關(guān)鍵。

1)庫存與生產(chǎn)批量控制。

沖壓生產(chǎn)的庫存成本主要集中在自制件庫存，一般采用PFEP（單一零件物流需求）清單和MIN/MAX庫存控制工具管理，而生產(chǎn)批量在很大程度上都是由自制件的MIN/MAX決定的，故庫存與生產(chǎn)批量必須整體分析和管控。

結(jié)合當(dāng)前行業(yè)現(xiàn)狀，“零庫存”的沖壓生產(chǎn)還不能實(shí)現(xiàn)，故庫存控制管理的思路是在已有資源前提下：以需求為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)庫存，提高利用率。已有庫存資源的利用測(cè)算有兩個(gè)主要的指標(biāo)：容積率=（庫房可用面積÷庫房建筑面積）×100%；利用率＝（已用面積÷庫房可用面積）×100%，其中容積率在廠房設(shè)計(jì)時(shí)確定，一般不做BU改動(dòng)，而利用率的保證是我們庫存管理時(shí)需要重點(diǎn)考慮的。

為實(shí)現(xiàn)庫存的動(dòng)態(tài)管理和持續(xù)優(yōu)化，我們按以下的思路回顧PFEP和MIN/MAX：

圖3 客戶需求

①每月下旬核算已鎖定的客戶需求（下游車間上線計(jì)劃），分析各自制件需求量和交貨時(shí)間要求，如圖3所示。Layout布局設(shè)置，定義需要做出調(diào)整的自制件的PFEP和MIN/MAX值，圖4為庫房Layout。

圖4 庫房Layout

庫位設(shè)定過程需結(jié)合需求量，考慮沖壓生產(chǎn)時(shí)的入庫物流和配送過程的路程，盡量的減少距離，同時(shí)需考慮盡量減少入庫和配送過程的作業(yè)干涉，保證物流順暢；MIN/MAX值設(shè)定需在充分考慮下月鎖定和后續(xù)預(yù)測(cè)需求的前提下，提高庫房面積的利用率。我們2016年實(shí)行動(dòng)態(tài)庫存管理以來，全年累計(jì)開展16次調(diào)整，在保持利用率的同時(shí)，不斷響應(yīng)客戶需求變化，優(yōu)化庫存設(shè)置，均衡了各零件周轉(zhuǎn)率，減少大量的多余操作和風(fēng)險(xiǎn)，降低了庫存成本。

生產(chǎn)批量的管控思路：

制造業(yè)對(duì)生產(chǎn)批量的認(rèn)知從最初的“單一產(chǎn)品，大批量”逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的“多品種，小批量”模式，越來越追求需求式、柔性化生產(chǎn)和快速響應(yīng)市場(chǎng)的能力。從MIN/MAX的定義中（MIN＝一個(gè)供貨緊急響應(yīng)時(shí)間周期內(nèi)零件的需求數(shù)量，MAX＝MIN庫存與供貨周期內(nèi)需求零件數(shù)量的總和）可以知道，合理的生產(chǎn)批量不僅來源于自制件MIN/MAX，同時(shí)與客戶的需求量、供貨周期關(guān)系密切。

理想關(guān)系式：生產(chǎn)批量＝MAX-MIN＝供貨周期內(nèi)需求零件數(shù)量。在這種狀態(tài)下，庫存都將成為有效庫存，可以很好的進(jìn)行管理和預(yù)警應(yīng)用。如前所述，實(shí)際沖壓運(yùn)行時(shí)，MIN/MAX的設(shè)定不僅考慮了生產(chǎn)批量的滿足，同時(shí)還最大限度的利用了庫存場(chǎng)地和工具料架資源，預(yù)測(cè)了后續(xù)客戶的需求變化，往往MAX-MIN大于生產(chǎn)批量。故此，實(shí)際運(yùn)行中的關(guān)系式一般會(huì)處于這個(gè)狀態(tài)：生產(chǎn)批量≈供貨周期內(nèi)需求零件數(shù)量≤MAX-MIN。

因生產(chǎn)批量的底線由準(zhǔn)備時(shí)間決定，準(zhǔn)備時(shí)間=外部模具/板料準(zhǔn)備時(shí)間+模具切換停線時(shí)間。越快的準(zhǔn)備能力與切換速度，就越能夠提升我們應(yīng)對(duì)“多品種，小批量”生產(chǎn)模式和市場(chǎng)需求的變化。而合理的生產(chǎn)批量設(shè)定等同于合理的“供貨周期”，也就是各產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。生產(chǎn)周期主要由模具保養(yǎng)工作開展、模具問題維修處理過程和模具/物料轉(zhuǎn)運(yùn)過程的時(shí)間消耗來確定，當(dāng)前一般將周期定義為不小于24小時(shí)，再結(jié)合周期時(shí)間內(nèi)的客戶需求量，制定各產(chǎn)品生產(chǎn)批量目標(biāo)，作為生產(chǎn)安排的規(guī)范。生產(chǎn)批量目標(biāo)見表3。

表3 生產(chǎn)批量目標(biāo)

同時(shí)，將PFEP/MIN/MAX的動(dòng)態(tài)調(diào)整和生產(chǎn)批量的設(shè)定形成流程規(guī)范，定期開展回顧，不斷依據(jù)實(shí)際運(yùn)行的輸出和效果，調(diào)整改進(jìn)，逐步達(dá)到理想關(guān)系式的狀態(tài)，提高運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)而提升效率。

《簡述沖壓生產(chǎn)運(yùn)行管理與效率提升的思路和應(yīng)用（下）》見《鍛造與沖壓》2017年第20期

黃建忠，助理工程師。主要從事汽車覆蓋件沖壓工藝分析、沖壓工藝設(shè)計(jì)、沖壓工藝審核與管理工作,應(yīng)用FMEA和節(jié)拍管理工具,在制造車間應(yīng)用精益生產(chǎn)模式，開展運(yùn)行分析與改進(jìn)。