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精益管理在设备增效的应用研究

Application of Lean Management in Equipment Efficiency

师少博     2021年10月18日

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近年来,航空发动机科研生产任务日益增加,中国航发西航作为重要的主机厂,通过国拨固定资产投资项目、企业募集项目及自筹资金项目,引进大批先进设备,但是受生产管理、人员管理、设备保障等方面因素的影响,设备效能没有得到有效利用,综合利用率不高,尤其是数控设备未能完全发挥应有潜能,制约了科研生产任务的完成。因此,如何提高关键、重要设备的利用率,充分发挥现有数控设备的加工能力,提高航空发动机研制、批产水平,降低企业生产成本迫在眉睫。

 

设备效率管理基本理论


设备效率管理泛指提高确定的时间内设备有效利用率的管理方法,目的是促使设备保持最佳状态并得到最大利用,大幅提升企业生产能力。为衡量和提高设备效率管理水平,项目实践中主要应用了“全员生产维护”(TPM)和设备综合效率(OEE)指标两个概念。


TPM的概念是由日本丰田公司首先提出。其中, T代表全体员工、全面系统、全部效率;PM代表生产维护(包括例行维护、预测性维护、预防性维护、立即维护),主要特点为全效率、全系统、全员参加(如图1所示)。

 

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图1   TPM活动内容

 

OEE指标是衡量设备效率管理的核心指标,在一些先进制造企业得到广泛的应用,计算方法为OEE=设备开动率×性能开动率×产品合格率。其中,设备开动率指在确定的时间内,设备主轴加工时间与年时基数的比率;产品合格率指在确定的核算时间内,加工的合格零件数量与加工零件总数量之比值;性能开动率指在确定的核算时间内,设备实际加工效率与设备理论加工效率的比值。概括来讲,OEE值是用来衡量在确定的一段时间内,该设备全面发挥设备功能并不产生废品的加工能力(如图2所示)。

 

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图2   各种影响因素与设备效率OEE的关系图

 

项目实施


为准确摸清现有设备实际利用率,按照精益管理方法,中国航发西航成立了包括企业技术、设备管理、使用单位等部门相关人员的改进团队并经过调研,选取了连续未能按照计划完成科研生产任务的生产线为改进对象。该生产线设备以磨削和电火花加工为主,由于缺少有效的设备管理,各类设备综合利用率较低。根据生产线的情况,团队制订了能力测算、数据测量和制定改善目标、原因分析以及实施改善等4个项目实施步骤。


能力测算


为摸清生产线瓶颈点,团队梳理了该生产线各类零组件的主要加工流程以及所用关键设备等信息,通过数控设备利用率采集、现场跟产、实作工时理论计算等方式,获取各类产品主要工序的实际加工时间,以此为基础对生产线的各类设备能力进行评估分析,对比科研生产计划需求,得出该生产线主要瓶颈点为打孔设备。


数据测量、制定改善目标


按照OEE计算公式,项目组计算出年初至项目开展时间打孔设备的周OEE值,取平均值得出当前设备综合利用率为36.6%。改善项目开展前,项目组经调研国内外同行业设备使用情况了解到,打孔设备OEE在40%以上,结合企业设备管理及生产任务的实际情况,项目组决定将此次项目OEE目标值设定在42%。根据目标,OEE值需要从36.6%提高到42%,分解到时间开动率需要从41.1%提升至45%,性能开动率需要从93.8%提升到96%,合格率需要从95.4%提升至99%。


原因分析


原因分析阶段主要内容包括对设备进行48h观察,分析问题的初步原因,寻找并评估可能的改善方向。在选定观察改进的对象后,利用精益六西格玛管理经典的48h观察法,在生产线现场实际观察影响设备利用率的三大损失现象,采集现象发生的时间并记录在观察表格中。通过精益管理法中经常采用的饼图、柏拉图等工具,对生产线中的4台打孔设备停机现象记录数据,并初步对造成停机的因素进行分析(见表1)。从饼图和柏拉图中可得出4台设备主要停机损失几乎是相同的,分别是由生产任务不饱满、生产准备时间过长、设备故障、企业及生产线维护要求、更换电极、科研试加工、设备维护效率低和设备的备品备件缺失导致的。

 

表1   打孔设备停机现象的饼图、柏拉图及初步分析

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团队选用六西格玛分析阶段常用的矩阵图,并运用Matrix Plot软件进行分析,准确显示出正常工作与影响因素的关系,将主要改进集中在以下几点:合理安排生产任务,避免设备空闲损失,快速准确解决故障,降低设备故障率,减少设备故障停机损失,减少计划外换刀导致的停机损失,减少备品备件准备不足导致的停机时间。


实施改善


根据以上问题分析,项目组按照既定的实施框架,制订详细的实施解决方案,并对实施效果进行评估及确认,按照实施过程的经验,总结提炼相应的制度流程,控制项目改善成效,并对其他生产线进行培训,达到全面、持续的改进效果。


针对生产准备时间过长导致的停机损失的问题,经过项目组协调生产线负责人,将电火花小孔机加工前、后两道工序人员进行了调整,制定了生产准备标准作业手册,并进行显性化管理。实施1周后规避了本工序生产准备不及时、无法流转至下道工序而导致的设备空闲损失。


针对设备的故障导致停机损失,当项目组调查该类设备历史维修数据时发现,不仅仅是打孔设备维修不及时,而是设备维修工作始终停留在被动管理的状态,整条生产线设备处于“坏了修,修了继续坏”的恶性循环,维修人员每天疲于应付大量设备报修。为彻底扭转该局面,经研究,制定了以下改进措施:引进并推广TPM管理理念,使设备维修人员从思想上改变以“维修数量论英雄”的思维习惯,变“被动维修为主动维护”。分析TPM活动推进过程中取得的成就,以宣讲和培训相结合,指导各级领导和生产管理者关注设备管理,科学合理地安排生产,管修结合,以管为主,修理为辅。逐步规范操作人员对设备的正确保养与使用,引导其积极参与生产现场的各类改善活动。将TPM工作纳入到日常考核范畴,并与员工的效益挂钩,有效地调动了员工参加设备管理积极性。创建设备管理信息化平台,通过信息化平台获取设备维修信息传递、信息获取、信息处理、信息再生、信息利用的功能。


针对更换工装等导致的停机损失的问题,项目组经过讨论确定引入快换思路,减少换刀时间,并在试点设备上引用了某系列工艺基准定位卡盘系统,工具或工件在各机床之间交换,无须重新找正,保持必要的定位精度,大幅较少停机时间,提高了设备的加工效率和加工质量。


针对设备的备品备件缺失导致的停机损失,项目团队分析了备件采购现状及存在的问题,制定如下措施:重新调整备件采购工作流程,明确责任,加快各环节审批效率;实时分析库存消耗,为采购提供决策依据;准确掌握机床零部件的使用寿命,定期更换,提前做好预知的备件储备采购,做到备件采购和库房储备均衡有效,尽最大可能满足生产现场的急需。

 

项目实施效果及后续巩固


通过实施上述措施及其他管理举措,项目组跟踪并计算改善后的设备效率指标,设备OEE值有了明显的提高:设备开动率从41.1%提升到46.2%;性能加工率从93.8%提升到98%;产品的合格品率从95.4%提升到99.1%;设备的综合效率最终由36.6%提升到44.8%,实现并超出项目制定的42%的目标。精益六西格玛的项目改进成果需确保其稳定性和可持续性,经跟踪2~3个月该设备的OEE值稳定在45%,超过了42%的目标,证明此次改善项目是成功的。


在确认改善效果后,项目组将改善措施编制成设备管理手册,将此次数控设备故障改善措施也编制成册,在公司范围内共享;将设备利用率纳入企业关键绩效考核指标,引导全体干部职工主动开展设备保养、预防维护工作;编制《设备管理规定》,明确关键设备特殊管理要求及判定标准;针对关键设备日常保养内容进行可视化张贴,指导员工规范开展设备维护;全面优化备件采购、管理的信息化系统以及设备故障报修系统,提升管理效率。

 

结束语


项目完成后,通过设备OEE计算公式对该生产线设备能力再次核算,发现打孔设备不再是生产线的瓶颈设备,而数控磨床变成了新的瓶颈,由此证明,精益六西格玛的设备效率管理是一个螺旋式上升的循环改善,是永无止境的。


(师少博,中国航发西航,工程师,从事公司战略规划、能力建设规划、固定资产投资项目管理等工作)

 

参考文献


[1] 方柏鑫.面向涉密企业的DNC/MES集成应用[J].金属加工(冷加工),2013(9):21-28.


[2] 许焕刚.六西格玛绿带培训教程[M].北京:中国航空工业集团,2012:8-19.


[3] 刘召奎.表面贴片设备的综合效率分析与应用[D].重庆:重庆大学,2009.


[4] 张还.关于六西格玛质量管理在中小企业中应用的研究[M].广东:广东经济出版社,2014:11-19.


[5] 马琳,韩清林,马艳华.浅谈设备效率管理[J] .交通环保, 2012(11):42-44.


[6] 王微.涂装生产线综合效率优化研究[D].广州:华南理工大学,2006.


[7] 胡辉.提高数控设备应用效率方法[M].江西:中航工业昌河飞机工业集团,2012:21-36.

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