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引言

在當前國內外制造業激烈競爭環境里，企業多品種小批量訂單越來越多，產品需求的多樣性越來越突出，使企業必須有效提高產品生產柔性，以較低成本、較高生產效率和較短生產周期，提供更高品質產品，才能在激烈競爭環境中占有一席之地。

某航空緊固件公司多年來一直致力于航空領域緊固件研制和生產。近年來公司積極參與市場競爭，業務量迅速增大，產品品種多達300多種，在業務量不斷增大的情況下，仍采用傳統的生產管理方式，面對訂單和產品品種不斷增加，車間已經難以應對多樣化和短生產周期的需求。

本文以該公司為背景介紹緊固件生產線導入單元生產方式，從而優化車間生產流程，減少生產過程的浪費和不增值環節，改善車間管理，有效縮短生產周期，建立適應多品種小批量生產的緊固件生產線。

01航空緊固件生產線生產現狀分析

1.1 航空緊固件生產線概況

公司產品生產方式采用傳統的批量生產方式，每道工序由一名作業人員操作一臺設備完成，零件成批在各工序間轉移生產;公司緊固件的主要加工工藝和車間生產線設備布局分別如圖1和圖2所示，從圖中可以看出公司產品主要由數控車床工段I、數控車床工段II、六角車床工段、數控外圓磨床工段、銑床工段、鉆床工段、鉗工工段、磨床工段和滾絲機工段等7個工段完成，工序數少，零件在車間中的物流路徑較復雜，存儲次數較多;每批次產品根據客戶要求的不同，產品設計參數形狀等變化頻繁，訂單數量從單件到數百件不等。

圖1 緊固件加工的工藝過程圖

1.2 航空緊固件生產線存在的問題

公司在多品種變批量的生產條件下，仍然按傳統批量生產方式進行生產，加上機群式的設備布局，增加了車間生產管理的復雜性和管理的難度。生產線存在的問題主要突顯為以下幾個方面：

1.2.1 產品在工序間轉移生產搬運次數多，搬運的物流路徑交叉往復，搬運浪費現象嚴重，車間物流的效率較低;在制品每一次工序間轉移都會進行長時間的排隊，因此在制品暫存的時間長，大量積壓在各工段半成品放置區。以零件族四的生產加工為例，在車間中的物流路線在各工段間的往復次數多，距離較長，且每道工序加工前都需要排隊，因此在半成品暫存貨架存儲時間長，平均等待時間約1到4個工作日。

1.2.2 每批次產品，由于使用材料、性能參數等不同，即使屬于同一種產品，加工方法、精度等也可能不一樣。因此，生產現場管理較為混亂，無標識、標識不清、標識混亂的情況下，容易造成產品的混批，導致產品返工，造成人工和材料浪費。

1.2.3 產品品種多，批量變化大，使車間生產準備重復工作較多，工作量較大，每次產品品種的變更，都會重新準備生產用的工裝刀具，和設備調試，因此，車間生產準備的重復性工作使生產線管理人員和作業人員工作強度加大，且效率較低，消耗了大量寶貴的生產時間。

1.2.4 設備切換效率較低，換線時間長。由于產品品種變化頻繁，生產用的工刀具準備不及時，設備調試作業效率低，使設備切換時間接近甚至超過本工序一批產品的加工時間，零件在各工序間停留等待加工的時間長，生產等待現象嚴重，降低了產品生產效率，增大了單件產品的生產成本。

1.2.5 作業人員只負責一道工序的加工任務，長時間固定在一臺設備或一個工位，反復完成相同作業內容。大量重復作業，一定程度上加重了作業人員的勞動強度，容易讓員工身體和精神上產生疲勞，出現產品加工的質量問題，甚至產生廢品。同時也不利于作業人員掌握多種技能，難以根據產能需求的變化進行人員配置和調整。

02航空緊固件單元生產解決方案提出

單元生產方式，在國內外學著都進行了廣泛研究，在多品種中小批量的生產中得到了廣泛的應用，并證明了該模式可以有效地提高生產效率，縮短產品生產周期。

在單元生產方式下，根據不同產品族的成組工藝，設備按一定的工藝流程進行布局，布局方式有U型設備布局，L型設備布局，直線型設備布局和平行雙排設備布局等。在生產單元內部，采用一人多機與單人單機相結合的方式，配合或獨立完成產品多道工序加工。

生產單元構建綜合考慮產品加工時間、加工順序、生產批量、設備能力等約束條件，具有較好的可實施性。單元生產方式在制造業的成功運用，充分體現出傳統批量生產方式所不具有的優點，主要體現為：

2.1 基于成組技術的單元生產方式，有利于實現同一零件族或多個相似零件族全部或大部分工序集中生產，使車間生產作業計劃的制定和生產調度得以簡化，提高車間生產對產品品種和批量變化的適應能力。

2.2 有效改善車間物流，縮短物流距離，優化物流路徑，同時減少多批次生產條件下，產品混批問題發生。在生產單元內，物料在單元內各工序間以小批量，短距離進行轉移，有效縮短了車間物料搬運距離，減少物流路徑的交叉往復，使不同批次產品在搬運和存儲過程中的混料混批等問題得到有效解決。

2.3 有效縮短產品生產周期，減少車間在制品數量。生產單元內，物料以較小批量進行轉移和生產，零件在工序間的流轉連續，存儲次數少且時間短，減少了搬運、存儲等時間的浪費，因此，產品的生產周期能夠有效縮短，同時減少了在制品的數量和資金的占用。

2.4 生產單元內設備通用性好，自動化程度高，在產品品種或工藝變化時，可以根據加工工藝的要求，靈活改變設備布置，構建適合新產品加工的生產單元。

2.5 單元內以多能工為主，人員配置靈活，可以靈活應對產能需求的變化。生產單元要求作業人員能夠進行一人多機的操作，由少數幾名作業人員完成產品加工。因此，通過少人化可以使作業人員配置上，并根據批量和產能需求的變化，靈活配置生產單元內人員的數量。

03緊固件生產線單元生產方式的導入

3.1 單元生產方式改善措施分析公司緊固件機加生產工藝簡單，以軸類和環型零件為主，產品加工工序數較少，單個零件重量和體積小，搬運輕便，有利于根據產品工藝路線配置設備和作業人員，構建生產單元以導入單元生產方式。

3.1.1 生產單元的設備布局設計。按緊固件的成組工藝，設立8個生產單元，生產單元采用U型或雙排直線型設備布置方式，使物料的生產單元出入口處于同一側，形成單向不交叉的物料移動路徑，物流距離得到較大幅度的縮短。車間滾絲機和磨床，設備數量較少，但設備加工效率較高，因此將這類零件通過頻率高且通過品種數較多的設備，設立4個公用設備生產單元，為多個生產單元的零件進行磨削和滾絲的加工。改進后的車間設備布局。

3.1.2 生產單元內推行一人多工序作業，使產品生產加工作業人數彈性化。公司緊固件生產線自動化程度高的設備較多，產品工藝相對成熟穩定，容易實現手工作業和設備加工作業的合并。以緊固件工序3為例，單個零件車削、銑削時間相對較長，后續工序是鉗工等手工作業，以往每道工序安排一人完成，造成過多的流轉和排隊次數，生產周期無法縮短。改進后的生產線將車削、銑削與鉗工工位合并，實行一人多工序作業，提高了產品的生產效率，減少了同一批產品作業人數，在產品批量變化時，能夠更靈活的配置作業人員數量。

3.1.3 改進車間產品流轉和生產方式，采用較小批量，以較短間隔期在生產單元內的設備之間進行連續流轉和生產，使同一批產品各工序生產并行，生產周期得到較大幅度縮短。根據每批產品數量的不同，車間調度員會進行產品批量分解，將批量較大的產品分解為多個批次在單元內生產。改進后的流轉和生產方式，減少了以往無論批量大小均在工段間流轉生產，而產生的大量排隊等待、存儲次數和時間。

3.1.4 改進設備加工產品時使用的工裝夾具，提高設備裝夾和調試效率，同時通過IE手法改進設備切換作業程序。如改進車床軟爪和硬爪等夾具，軟硬爪做成一體，消除了零件材料或材質變化時，軟硬爪的更換，減少了工裝夾具更換時間;在單元內根據不同零件族的加工工藝，配備相應的工裝夾具，并進行合理的布置，減少作業人員走動距離和次數，縮短進行設備切換時的工器具準備時間，以及工裝臨時準備次數。

3.1.5 車間生產現場實行定置管理，對生產現場尤其是生產單元內，嚴格劃定在制品、成品和不合格品的存放區域，并使用不同顏色的托盤盛裝不同批次產品，防止產品生產時的混批問題發生;加強生產現場管理人員和作業人員質量意識的培訓，嚴格要求生產單元作業人員按操作規范生產，并按生產單元劃分產品質量負責小組，出入單元的產品的質量由單元內作業員共同負責，提高了員工在產品生產時的質量意識，和作業相互監督意識。

3.2 改善效果分析通過單元生產方式在緊固件生產線的推行和實施，簡化了車間工段間復雜的生產調度，減少了車間管理人員因大量重復的生產準備產生的工作量，有效地消除了車間傳統批量生產方式下，產品成批生產產生的過多的搬運存儲、不合理物流路徑，以及過長的產品生產排隊等待時間，使產品生產效率得到了明顯的提高，生產周期較大幅度的縮短，生產周期從過去的10天到35天，縮短為4到7天。

改善了車間生產現場的管理，減少了產品因混批帶來的大量返工和材料浪費，單元內員工相互監督，減少了流向下工序的不合格品，預計可以使產能從1~1.4萬件/天提升到1.3~2萬件/天，產品合格率提高15%。通過單元生產方式導入，緊固件生產線各項改善指標預計效果如表1所示。

04結束語

本文通過分析航空緊固件生產工藝流程、設備布局，找出了生產效率低，生產周期長的影響因素，并提出運用單元生產方式改進航空緊固件生產線設備布局和產品的生產方式，減少其中的不增值環節和活動，改善車間物流，縮短生產周期，提高公司多品種小批量生產的適應能力。航空緊固件生產線單元生產方式的成功實施和改善效果，驗證了多品種小批量生產條件下，單元生產方式能夠提高生產效率，縮短生產周期，為企業帶來更大收益。

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作者：段煉

來源：重慶大學，機械學院