“流水化+智能制造”在提升精益管理上的應用

王學禮 陸志剛

近年來，伴隨著國際貿易形勢變化與疫情影響，以外銷為主的企業面臨較大的競爭壓力。Z公司作為一家生產核心減速器傳動設備的傳統制造型國有企業，原有小型減速器的制造模式按照原有工序進行矩陣式集群生產，存在整體制造周期長、生產效率低、質量不穩定的情況，導致公司產品面臨著競爭力和利潤率下降等風險，迫切需要通過優化管理、改變生產模式，實現降本增效，提升企業的核心競爭力。

Z公司綜合分析了企業內外部資源，梳理了主要產品制造模式的優勢與不足，一方面通過工藝技術的集成創新，形成了港口機械小型減速器“流水化+智能制造”的并行生產總體變革思路，另一方面著眼于長遠發展，將精益管理和智能制造有效結合，提升企業內在發展動力，為公司帶來了新的發展機遇。

1 當前生產模式存在的問題

作為傳統減速器制造企業，Z公司的主要產品零件品類多、數量大，齒軸類零件加工工序多達10道以上，每道工序檢驗工作量大。若采用抽檢的方式，存在漏檢風險，產品質量難以把控；若對每道工序進行檢驗，又導致生產過程中等待時間較長，生產周期被拉長。此外，由于生產車間設備布局不合理，導致產品無效轉運較多，轉運產品保護不當就會出現碰傷。傳統的基于工序的串行生產方式，成為制約產品質量與生產周期的瓶頸，生產模式的轉變和管理質量的提升迫在眉睫。

2 先進管理模式的思考

2.1 管理模式框架設計

2.1.1 策劃分析

圍繞生產過程中遇到的瓶頸問題，Z公司進行系統策劃分析，通過主要產品價值流分析，發現在零部件成組分析的基礎上，采用并行依靠設備的生產方式代替原先傳統依靠手工的串行生產方式，能夠充分保證產品質量，且大幅縮短生產周期。同時，采用基于節拍的“流水化+智能制造”少人化并行生產線，輔以管理提升，能有效解決關鍵瓶頸問題。

2.1.2 “流水化+智能制造”總體思路

在系統策劃基礎上，Z公司形成“流水化+智能制造”生產模式的總體思路（圖1），即在產品制造過程中，縱向圍繞生產瓶頸工序，全力打造以并行、少人化生產為主要特點的“流水化+智能制造”生產線；橫向通過生產、質量控制等管理模式變革，著力解決原先困擾公司的產品質量與周期問題。

圖1 “流水化+智能制造”生產模式的總體思路

2.1.3 “流水化+智能制造”生產線框架規劃

經過整合分析，Z公司發現造成產品制造周期長、制造成本高、產品質量控制難的主要原因在于產品流轉速度慢、流轉狀態不可控，而通過基于“快速流動”的可控生產，可有效解決當前問題。同時結合國內外技術發展現狀，Z公司著手打造“流水線+智能制造”的特色生產模式，通過價值流分析，針對主型產品的特點及工藝路線，進行了整個生產制造環節的規劃和布局，形成了基于“流水化+智能制造”生產線的總體框架規劃，打通整個制造環節的生產單元，圍繞生產單元進行相關智能化技術的應用。

2.2 管理模式的邏輯思路

在生產模式整體變革以及子生產單元打造的過程中，Z公司均采用PDCA循環著手進行管理模式變革（圖2）。在推進整體生產模式變革的過程中，首先分析企業發展優勢與挑戰，找出制約發展的主要瓶頸與問題的主要方面，確定“流水化+智能制造”生產模式的整體戰略與明確的階段目標，制定詳細的推進實施方案，并在推進過程中持續進行檢查溝通、監控改進，確定可行的制定相關規范，持續循環推進。在各生產單元建設中，根據各生產階段產品特點與工藝特性，結合車間現場實際情況，也采用PDCA循環持續優化推進，保證“流水化+智能制造”生產線高效、穩定、可持續地應用于實際生產中，切實提升企業競爭力。

圖2 新PDCA循環

3 管理模式的具體實施過程

3.1 確定機構，設定目標

3.1.1 組織機構

為加快生產模式的“流水化+智能化”改革，Z公司成立了專項領導小組，由公司各層級領導進行角色分工，并外聘顧問形成攻關團隊。此外，Z公司明確目標責任，分步驟進行落實改進；通過將精益改善納入生產過程，提升產品質量控制。

3.1.2 工作目標

根據價值流分析制定目標，Z公司在明確采用“流水化+智能制造”生產方式、推動生產模式轉型升級與產品質量提升后，制定短期和長期推進計劃，并根據每個小組的特點分別制定推進方案；根據實施效果，在其他車間復制推廣，將持續改善覆蓋至所有車間現場，并通過對員工進行“三不”理念的培訓，最終實現質量、效益共同提升。

3.2 “流水化+智能制造”生產線的實施

3.2.1 基于產品簇的模塊化成組分析

Z公司常規的減速器種類和尺寸較多，需要根據結構和形式，對歷年產品進行統計匯總后，進行產品簇分類（圖3）。產品被分為四大類，按照產品數量的占比，大車減速器箱被確定為“流水化+智能制造”主型產品。

圖3 產品簇分析

3.2.2 基于智能化+流水化的工廠設計

圍繞“流水化+智能化”布局規劃，選用Siemens的Tecnomatix軟件進行智能化工廠的數字化設計，將工廠數字化設計與工藝布局設計（PD）、加工單元仿真驗證（PS）以及制造執行連接起來，實現對相應產品、設備資源、操作工藝等制造資源以及對應的產品零件信息、工藝資源信息、工藝操作信息等制造信息的整合管理，構建加工單元數字化模型，模擬智能化加工過程，進行相關干涉與可靠性檢查。通過該智能化的設計過程，保證了各智能化生產線的高可靠落地。

3.2.3 小型箱體焊接流水線

著眼于少人化生產思路，根據小型減速箱殼體的特點，引入自動化焊接機器人，保證了連續生產。優化焊接工裝夾具，提升焊達率至95%以上，對影響焊接質量的焊接電流電壓等過程參數進行自動跟蹤并記錄，保證了焊接質量的穩定性，焊接合格率達到99.69%。

3.2.4 小型粗加工流水線

通過對小型齒輪（軸）粗加工的生產現狀分析，進行了流程梳理和工序平衡，優化了產品流轉路徑，搬遷調整了部分設備，升級了轉運工裝。最終，實現了粗加工的流水化生產模式，單批次轉運路徑縮短750米，減少了工件因轉運產生的磕碰風險。

3.2.5 小型零件精加工流水線

聚焦產品精加工流程，通過設備布局優化、首檢和終檢的有效配合、AGV運輸系統應用、小齒軸流動生產線，促進工段內的產品快速流動，有效減少中間停止點，實現區域內零件小于3天產出，在制品大幅減少。精加工合格率達到99.77%，外磨加工質量合格率達到99.8%。

3.2.6 箱式智能熱處理生產線

箱式智能熱處理生產線為集成式全自動氣氛爐生產線，可在保護氣氛下自動實現工件的滲碳及淬火過程，實現生產全自動化，整個過程無須人工干預。在滲碳工藝參數控制方面，采用計算機碳輪廓曲線動態模擬控制系統，爐氣碳勢控制和工件表面碳含量、碳輪廓控制準確，工藝過程流暢。該系統不僅能自動調節出現偏差的各種參數，還能根據已經出現偏差的情況進行后續自動補償和修正，保證了熱處理結果的準確無誤。工件表面質量穩定，無氧化、脫碳現象，熱處理理化檢測合格率高達99.52%，確保齒輪符合AGMA標準。

3.2.7 齒軸智能化加工生產線

該生產線通過生產工藝的突破創新，集成加工中心、磨齒機、智能機器人、自動物流，采用以車代磨、車銑合并、并行制造等國際先進技術，整合現有齒軸熱后加工工藝，壓縮原有生產工序，形成了高效柔性的智能生產系統。利用設備夾具在線監測，零件二維碼管理、在線檢驗，一個批次制造周期由2周短至16.5小時，可連續4小時進行無人化生產，產品質量得到根本保證。

3.2.8 齒輪智能化加工生產線

齒輪智能化加工生產線融入了國際先進的齒輪蝸桿磨削技術，顛覆了傳統磨齒加工理念，磨齒生產每件僅需15分種左右，磨削效率提升10倍以上，生產周期大幅縮短。通過自動化轉運加工，可有效保證零件防護。采用在線檢測，可對齒輪內孔與齒輪精度進行自動檢測記錄，有效保證產品質量可靠。

3.2.9 小型減速器裝配流水線

將傳統離散式裝配方式改為“人定物流”的流動生產模式，線體采用感應加熱、快速風冷、液壓調整、平衡吊等關鍵手段。通過工裝升級、實施標準作業等方法，可加強目視化和過程可控。采用力矩、位移傳感器進行現場關鍵質量點監控，配備專用軟件進行實時記錄，可確保檢測數據真實，質量得以保證。

3.2.10 小型減速箱涂裝流水線

針對小型減速箱的涂裝作業，建立了一套集沖砂、清理、噴涂、流平、烘干功能等為一體的快速流水化作業方式。配備烘干功能，確保漆膜干透、配備涂層厚度檢測功能，嚴格控制漆膜厚度，涂裝合格率提升至99.75%。同時，流水線能對漆霧進行環保處理，對涂裝環境進行改善，每個工位能獨立控制停放，使設備能充分適應生產工件和作業種類的變化。

3.3 管理模式變革

3.3.1 工段制管理變革

根據“流水化+智能制造”模式的分布以及產品分類，Z公司也進行了組織機構變革，打破了原有的車間壁壘，重新整合了原有的車間?，F場辦公、現場檢驗、工段全員圍繞目標產品進行及時有效的質量提升，工段內按工位制定了標準作業規程，一線員工嚴格按照要求進行生產制造，定期進行評優獎勵，打造工段的質量文化。通過以上管理提升舉措，確保各流水化生產單元處于整體受控狀態。

3.3.2 質量誠信檔案建設

結合工段制檢驗模式的改革，借鑒芝麻信用積分與駕照節分管理方法，Z公司推出了質量誠信檔案建設，以季度為單位，逐季度進行積分統計。每季度積分總分為10分，全年總分為40分。員工未發生違反誠信行為時，按滿分積分；一旦出現扣分現象，員工將被取消當年評優與晉升機會等。通過采取以上具體措施，員工質量意識得到明顯提升，從“向要我質量”轉變為“我要質量”。

3.3.3 質量管理模式提升

3.3.3.1 工段制檢驗

在工段制管理基礎上，從原先的逐工序檢驗方式，向按工段進行工序整合的整合檢驗方式轉變。采用“首件+過程巡檢+工段輸出端終檢”的組合檢驗方式，在質量控制方式上將質量檢驗工作做細做實，并由事后質量控制向事前質量控制轉變。

3.3.3.2 過程在線監控應用

針對裝配環節人機組合的流水線生產特點，Z公司建立了在線監控模式，通過過程實時監控，管控員工是否按照規程規范作業，強化質量控制。通過工段制檢驗和在線監控的組合，整體一次合格率達到99.84%。

3.3.3.3 智能在線檢測技術應用

為切實保證產品質量的高可靠性，提高用戶滿意度，Z公司針對關鍵零件尺寸進行逐件在線檢測，運用數字檢測技術、紅寶石接觸式在線測量的技術方式，保證每件產品的高可靠穩定產出。同時通過二維碼管理，對零件進行激光打碼，將二維碼管理與零件在線檢測數據關聯，實現所有零件的質量信息可追溯。

3.3.3.4智能刀具及設備監控應用

運用刀具設備的故障智能監測技術，實現刀具與設備的可控運行。針對刀具的磨損程度與異常碰撞設置了對應的智能檢測；通過機床扭矩檢測，實現對刀具異常的監控；通過紅寶石測量裝置，保證設備對工件的夾緊程度；通過刀具、設備以及設備工藝參數的集中監控，保證運行可靠。

4 結束語

目前，Z公司首套齒軸熱后精加工智能生產線順利投入生產應用，進行了多個項目的齒軸生產，產品質量穩定、效率提升明顯，得到了國內外用戶監理的一致好評，為Z公司創新生產模式進行了有益探索。通過該智能生產線的項目實施，齒軸生產周期大幅縮短，生產能力大幅提高，產品質量也得到保證?；诔醪匠尚偷摹傲魉?智能制造”生產模式，Z公司已實現齒輪和齒軸智能化生產、熱處理智能制造、裝配流水線、涂裝流水線等。通過對車間布局進行的系統梳理與重新調整，工件移動距離減少40%，停止點下降33%，產品制造實現了快速流轉。同時，Z公司實現了車間關鍵位置自動化網絡布局與產品在線檢測等智能化結合，為后續全面推進自動化工廠奠定了基礎。

結合工段制管理模式進行的相關改革，現場管理效率得以有效提升，產品生產周期不斷壓縮，由原先的100天壓縮至目前的45天，產品的對外一次報驗合格率穩步提升到99.8%，零件制造周期大幅縮短，產品質量穩定可控。

“流水線+智能制造”生產模式變革，已經成為小型減速器生產制造的主打生產方式，員工積極支持并主動參與生產模式轉型創新。近年來，其已在國內外多個項目上得到廣泛應用，尤其是在自動化碼頭項目中發揮了關鍵作用，助推了Z公司產品的制造技術穩步發展。

［作者單位：上海振華重工集團（南通）傳動機械有限公司］