基于VSM 的煤礦機修廠維修車間精益改善研究

吳兆磊 劉金龍 叢 磊

（1.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590；2.山東唐口煤業(yè)有限公司，山東 濟寧 272055）

煤礦機修廠作為煤礦生產(chǎn)保障服務(wù)單位，負(fù)責(zé)全礦機電設(shè)備的維修、零配件加工等。隨著智慧礦山的推進，煤礦機械化水平不斷提高。因設(shè)備的更新?lián)Q代和維修技術(shù)更替，導(dǎo)致機修廠設(shè)備維修壓力逐漸增大。為適應(yīng)煤礦現(xiàn)階段的發(fā)展，機修廠傳統(tǒng)粗放的生產(chǎn)管理模式急需改善。價值流圖（Value Stream Mapping，VSM）分析是豐田精益生產(chǎn)系統(tǒng)下的一種使整個復(fù)雜生產(chǎn)過程的價值流可視化的系統(tǒng)分析方法，可以有效幫助管理層識別生產(chǎn)過程中的浪費和不增值活動，結(jié)合精益生產(chǎn)相關(guān)的改善方法，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)流程的持續(xù)改善[1]。目前在價值流應(yīng)用的領(lǐng)域中，制造業(yè)占據(jù)比例較大，但在礦山企業(yè)機修廠的應(yīng)用成果相對較少。

本文將價值流圖分析方法應(yīng)用到煤礦機修廠維修車間精益改善研究中，結(jié)合魚骨圖分析工具識別設(shè)備維修過程中存在的浪費及非增值環(huán)節(jié)，經(jīng)過因果矩陣分析得到關(guān)鍵影響因素。針對車間布局不合理、人才育成機制不完善、零件供應(yīng)不及時、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平低等問題，利用SLP 方法、庫存管理、6S 及目視化管理、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)等精益工具和方法進行精益改善，效果良好。

1 維修車間生產(chǎn)現(xiàn)狀及問題分析

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

煤礦機修廠維修車間維修設(shè)備種類繁雜，主要維修水泵、開關(guān)、電機等設(shè)備。因開采任務(wù)重、井下環(huán)境惡劣、工人操作不當(dāng)?shù)仍?，?dǎo)致設(shè)備故障頻繁，維修頻次高。車間現(xiàn)有維修能力無法滿足井下需求，常常采用加班的方式完成維修任務(wù)。通過帕累托圖分析如圖1，對車間設(shè)備的維修數(shù)量進行數(shù)據(jù)分析，選定水泵維修作為分析重點。

圖1 車間1～7 月主要維修設(shè)備帕累托分析圖

1.2 繪制車間價值流現(xiàn)狀圖

水泵維修流程內(nèi)容包括入庫、檢測、除銹、拆解、更換葉輪、補修中段、更換密封圈、軸承維護、組裝、驗收等工序。根據(jù)測量得到的水泵維修各流程數(shù)據(jù)，繪制價值流現(xiàn)狀圖如圖2。

價值流圖時間軸上的時間分別代表了維修過程中的增值時間和非增值時間。增值時間（TVA）：實際有效作業(yè)時間即所有工序的維修周期之和。非增值時間（TNVA）：除了維修時間以外的所有時間。時間軸凹下去的部分表示水泵維修過程各工序的維修時間，凸起部分表示水泵維修過程的等待、搬運等非增值時間[2]。增值比（VR）則是增值時間占維修周期時間的比例，反映了維修過程生產(chǎn)增值能力。增值比的計算公式如公式（1）：

式中：VR 為增值比；TVA表示維修過程增值作業(yè)時間；TNVA表示維修過程非增值作業(yè)時間；TV表示維修過程總時間。

目前，機修廠一天工作時間為8 h。由圖2 可知，從水泵上井到維修出庫，水泵維修過程中增值時間為19.5 h，非增值時間為211 h，增值比為8.5%，增值比相對較低，說明維修過程中存在較多的非增值作業(yè)，迫切需要對車間進行精益改善。

圖2 車間水泵維修價值流現(xiàn)狀圖

1.3 車間價值流現(xiàn)狀問題分析

為了更直觀地了解水泵維修流程中存在的問題，利用魚骨圖分析工具從人員、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境五個方面進行因果分析如圖3。

圖3 車間設(shè)備維修效率魚骨圖分析

通過因果矩陣分析，組建專家小組：A 為分管領(lǐng)導(dǎo)、B 為機修廠廠長、C 為班組長、D 為維修工人，對影響因素按照相關(guān)性等級進行打分，根據(jù)二八法則進行篩選，得到影響車間設(shè)備維修效率的關(guān)鍵影響因素，見表1。

表1 設(shè)備維修效率影響因素因果矩陣分析

通過價值流現(xiàn)狀圖及因果矩陣分析，車間設(shè)備維修過程中主要存在以下問題：

（1）車間布局不合理

現(xiàn)有車間布局如圖4，存在多處不合理的地方：車間存放區(qū)有大量閑置設(shè)備堆積，不僅占用維修區(qū)域面積還影響車間整體美觀性；設(shè)備在維修過程中存在搬運和等待浪費，所有設(shè)備進出庫只有一個物流通道，物流頻次高、距離遠(yuǎn)且搬運過程中存在交叉迂回現(xiàn)象，造成較大的人力、電力資源浪費[3]。

圖4 車間精益改善前布局圖

（2）人才育成機制不完善

機修廠車間工人趨于老齡化，大部分沒有受過專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)。管理者缺乏精益管理意識，對人才管理重視不夠，缺少人才育成培訓(xùn)管理辦法及激勵機制[4]，各班組人員維修效率上差別比較大，工人積極性偏低。

（3）零件供應(yīng)不及時

車間現(xiàn)有材料倉庫貨架較少，零件亂堆亂放，維修人員尋找時間平均長達(dá)30 min，嚴(yán)重影響維修效率。車間沒有設(shè)置安全庫存且物料審批流程復(fù)雜，經(jīng)常會因無法準(zhǔn)確預(yù)測需求，出現(xiàn)零件供應(yīng)不足或閑置零件堆積的情況，造成設(shè)備庫存增加，維修周期延長。

（4）作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平低

不同設(shè)備維修時所用作業(yè)方法不同，每個維修工序?qū)θ藛T的技能水平和維修工具都有差異化要求。目前車間班組成員缺少標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)意識，工作隨意性強，設(shè)備維修過程中容易產(chǎn)生質(zhì)量問題，造成維修返工及材料浪費。

2 車間改善方案

2.1 車間布局及物流路徑優(yōu)化

依據(jù)系統(tǒng)布置設(shè)計法（SLP）對維修車間進行精益布局優(yōu)化[5]。將各工作單元間的相互接近性程度根據(jù)密切程度由高到低劃分為A、E、I、O、U 5個等級，分析物流與作業(yè)單位相互關(guān)系，最后進行綜合相關(guān)性分析，科學(xué)規(guī)劃各區(qū)域?qū)嶋H所需面積并繪制精益布局改善圖，如圖5 所示。具體改善方案如下：（1）將開關(guān)、電機存放區(qū)相互對調(diào)，避免交叉搬運；（2）將2 號門打開以供維修設(shè)備出入庫；（3）將水泵維修區(qū)放置在靠近壓力機的位置，表2 為改善前后搬運效率對比；（4）清理無用設(shè)備，增大維修區(qū)面積；（5）增加員工教學(xué)區(qū)，為后期員工培訓(xùn)提供教學(xué)地點。從圖中可以看出，車間改善后布局更加合理，設(shè)備交叉繞行現(xiàn)象得到大幅度改善，縮短了搬運距離及行車運行時間，搬運過程更加流暢。

圖5 車間精益改善后布局圖

表2 改善前后數(shù)據(jù)對比

2.2 完善人才育成機制，提高工人積極性

針對機修廠人才育成機制不完善、工人工作積極性較低的情況，具體改善方案如下：（1）面向管理層開展精益人才管理培訓(xùn)，對照標(biāo)準(zhǔn)，對標(biāo)先進，建章制度；（2）制定工人技能育成表，由班組長負(fù)責(zé)，根據(jù)目前班組所欠缺的工作技能以及工人掌握的技能情況，開展OPL 單點課活動，讓專業(yè)化水平高的工人進行現(xiàn)場講解，同時在車間學(xué)習(xí)區(qū)設(shè)置人才育成綜合目視看板，表現(xiàn)優(yōu)秀者評選為“月度之星”進行公示獎勵；（3）推行提案改善活動，提高全員參與水平，鼓勵員工從身邊小工具、小方法入手，不斷開展創(chuàng)新活動，提高員工積極性。

2.3 建立精益?zhèn)}庫，縮短設(shè)備交付周期

針對零件供應(yīng)不及時、車間環(huán)境差等問題，結(jié)合庫存管理、人因工程、6S 管理和目視化管理對車間材料倉庫及作業(yè)環(huán)境進行深入分析，對不符合規(guī)范的地方進行整改，具體實施方案如下：

（1）建立精益化零部件材料倉庫。對材料倉庫開展6S 管理，首先進行倉庫的整理、整頓工作，填寫《物品使用頻率表》，根據(jù)二八原則對需求量大的零件重點管理；增加零件貨架，制作零件標(biāo)識牌并選定責(zé)任人。建立零件超市，并由超市庫存的計算公式[6]：超市庫存=單位零件需求量×補貨時間×（1+安全系數(shù)），得到超市容量，通過超市拉動控制零件供應(yīng)；設(shè)置安全庫存，通過“紅黃藍(lán)”三色存儲量控制方式，紅色代表低庫存補足，黃色代表高庫存停儲，當(dāng)超市庫存達(dá)到20%時，提交物料申請，這樣零件供應(yīng)波動就不會影響到設(shè)備的維修過程，有效解決零件供應(yīng)問題，縮短設(shè)備交付周期。

（2）改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。從人因工程學(xué)角度，為維修區(qū)域增加局部照明設(shè)備，重點設(shè)備降噪、降塵處理；制作定制化工具架，維修工具上架率由15%提升到95%，減少工具丟失和動作浪費。在整改過程中開展“紅牌作戰(zhàn)”“定點攝影”“油漆作戰(zhàn)”等活動，讓所有工人都參與其中，提高員工積極性和維修效率，增加員工的歸屬感。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)改善

標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)改善是將作業(yè)過程進行流程化和精細(xì)化，使任何一個人在經(jīng)過合格培訓(xùn)后都能快速上崗[7]。針對目前車間設(shè)備維修作業(yè)方法未標(biāo)準(zhǔn)化的問題，采用現(xiàn)場工作寫實法和影像分析方法分析車間熟練工的作業(yè)方式，對作業(yè)時間和工序能力進行測算，詳細(xì)明確維修過程，規(guī)范維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，編制標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)圖冊。采用圖文并茂的形式，為維修人員提供直觀形象的維修標(biāo)準(zhǔn)，并在各維修加工區(qū)域設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)目視看板，便于工人參考學(xué)習(xí)。

3 精益改善效果評價

根據(jù)改善方案繪制出機修廠車間水泵維修價值流未來狀態(tài)圖，如圖6。對比改善前后價值流圖可以看出，維修車間經(jīng)過精益改善后水泵維修過程中搬運效率提高了58.3%；打造精益化材料倉庫，設(shè)置零件超市和安全庫存，零部件取用效率提高了43%，設(shè)備維修交付周期縮短38.9%；加強人才管理，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，提高了員工積極性和工作效率；價值增值比由8.5%提高到12%，改善效果顯著。

圖6 車間水泵維修價值流未來狀態(tài)圖

4 結(jié)論

本文以煤礦機修廠維修車間為研究對象，深入分析車間存在的問題，以價值流圖分析為手段，綜合運用多種精益工具和方法，從車間布局改善、人才育成、庫存管理、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等方面進行精益改善，縮短了設(shè)備交付周期，提高了增值比。由于篇張緊裝置按上述變頻調(diào)速自動張緊裝置及電氣控制系統(tǒng)進行改造后，經(jīng)安裝調(diào)試投入到現(xiàn)場實際應(yīng)用中。從2022 年1 月至今，下運帶式輸送機及變頻調(diào)速自動張緊裝置運行穩(wěn)定可靠，調(diào)速自動張緊裝置實現(xiàn)了皮帶張緊自動控制功能。經(jīng)統(tǒng)計，對比之前，變頻調(diào)速自動張緊裝置應(yīng)用后減少皮帶張緊崗位工作人員2 人，下運帶式輸送機有效利用時間提高22%，運行期間皮帶無一起因張緊問題導(dǎo)致的跑偏事故發(fā)生，預(yù)計每年可為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益35萬元，應(yīng)用效果理想。