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汽车与公路设备 |
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使用精益工具深化2mm工程 |
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作者：北京奔驰戴姆勒克莱斯勒汽车有限公司 孙岩 来源：AI汽车制造业 |
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“精益生产”是源自丰田TPS的一种现代生产方式，它的出现成为近20年制造业最大的一次革命，从丰田公司2003年总利润超过美国三大汽车公司的总合的例子，我们可以看到现代规模化汽车生产的发展新方向——大规模生产向精益化生产的转变。精益生产注重投入与产出的比率，将边际效益作为重要的考核指标，以最小成本达到既定目标。
“2mm工程”是从系统的观点出发，对汽车产品采用车身制造综合误差指数CII(Continuous Improvement Indicator)控制车身制造质量，即通过统计过程控制（SPC）对车身制造精度进行持续改进，从而实现以最经济的制造成本提高汽车产品的整体质量，是建立在最小化成本基础上的质量保障体系。
“精益生产”与“2mm工程”，两者具有相同的目标，即：在兼顾成本的同时达到利益最大化。通过实践，将目视化、OEE（Overall Equipment Efficiency 设备综合效率）、问题升级制度等精益生产工具运用到2mm工程中可以产生巨大的推动作用。
拉动式体系可以完善焊接控制系统，使资源配置更加合理；目视化管理使问题能够最快速凸现及解决，提高系统整体效率；OEE的引入可以帮助控制焊接设备及工装的稳定性。在将精益工具引入2mm工程的过程中，关键是精益理念的渗透和在质量改进循环中效率的提高，在兼顾低成本、快速响应、高效率的情况下达到目标。
2mm工程及其面对的问题
在2mm工程中，为保证复杂汽车部件焊接精度的要求，可运用系统方法综合分析各方面的影响因素，确定精度焊接成形。2mm工程可在低成本情况下，保证产品几何尺寸的系统目标，借助计算机数值模拟技术构造精度焊接成形系统，建立精度焊接成形的数学模型，并结合焊接生产的实际情况对模型进行简化，实现精度焊接成形的分析及控制体系。系统引入了统计过程控制理论对规模焊接产品的质量控制进行讨论，通过抽样检查调查焊接设备的工序能力，进而对焊接进行过程质量控制。
车身匹配是2mm工程的主要影响因素，如果车身匹配的精度超过规定值，就会影响汽车成车质量、生产节拍和制造成本。而产品设计、焊接夹具和焊接变形三方面是车身匹配的三个影响因素。
1、产品设计质量决定车身固有质量
车身设计基准与工艺基准必须保持一致，便于焊接夹具的设计和保证焊接精度。工程师首先要分析车身结构是否与装配焊接的工艺基准相匹配，以达到车身匹配焊接质量的稳定性，在设计中，尽量采用整体冲压件，以减少车身匹配时的装配误差和焊接变形，要合理安排和布置装配孔、工艺孔以及焊接的接头设计，以保证焊接定位，减少车身匹配误差。在满足性能的前提下，板厚应尽量减小，同时焊接的接头设计应尽量采用电阻点焊方法，以减少焊接变形且接头的设计要有利于焊接操作。在满足结构形状刚度和强度的前提下，使焊接点数量降到最少，以减少整体焊接变形。
2、车身焊接夹具是保证车身焊接精度的重要因素
在生产过程中，焊接夹具应根据实际需要，针对变形量进行调整。为控制车身焊接变形，焊接夹具的定位块结构设计需要考虑方便调整车身焊接变形和焊接后收缩量的变化，夹具制造精度应达到设计要求。由于车身焊接夹具制造原因及零件尺寸误差等因素，在车身试生产前，一般都要经过夹具的调试，以检验夹具能否保证焊接精度，夹具与零件的协调性，并对零件匹配质量进行考核。
3、控制焊接变形量以保证车身匹配焊接精度
由于电阻点焊为内部热源，冶金过程相对简单，且加热集中，热影响区较小，容易获得优质的焊接接头。因此在车身焊接过程中通常采用电阻点焊以防止车身焊接变形，而采用先进焊接设备可防止车身焊接变形，如车身大装线的机器人焊接设备。机器人焊接不仅能使车身焊接时焊点均匀，点焊顺序稳定，而且能提高焊接速度，实现最大限度减少车身焊接变形量。
2mm工程可以认为是一种典型美国模式（见表1）体系，它以统计数据为基础，通过抽样数据了解实际车身焊接精度的保障能力，依靠PDCA循环持续改进车身的焊接精度。但在实际工作中，实施2mm工程往往不得不面对种种限制条件，造成工程师不能正确地认识问题或在发现问题后不能及时传递以及快速解决问题。表1 美国模式与日本模式的比较
 在精益生产推行的现代汽车制造业，小批量、多品种，面向市场化的汽车生产过程中，灵活的生产计划逐渐取代了原始的固定计划制度。随着汽车品种的增加，单品种批次数量的减少，在很多情况下，由于检测设备效率的原因，对于同种车型车身我们经常不能在短时间内得到较大量的样本，无法达到统计过程控制需要的样本数量，使工程能力指数与实际情况存在较大偏差。在这种情况下，如果购置新的检测设备或者增加人力资源，将在很大程度上增加质量成本，从而增加整车制造成本，使车辆的竞争能力下降。因此，应对效率、成本、执行的平衡是现今2mm工程的首要问题。
精益工具与2mm工程结合
在车身制造公差达到2mm的过程中，效率、成本、执行以及预测的平衡是关键，精益生产SQDCM（安全、质量、交货、成本、士气） 管理方式及QCD（质量、成本、交期）平衡的生产方式给我们带来了启示：将目视化、升级汇报制度、看板质量例会制度等工具引入2mm工程可以有效地提高问题解决效率。
1、目视化看板工具（图1）及问题周例会
图1 车身三坐标目视看板
目视化（Visual）的作用是最快速地发现问题，以便于解决问题，提高焊接控制系统的反应速度，对截止车身号的控制是焊接控制系统在小批量、多品种条件下焊接精度保证的基础。
将车身按照工位及工装区域分为不同区域，对三坐标日常测量的数据进行分析，并计算工程能力，按照自身情况设定目标值及限度值，依靠颜色管理可以快速判断车身整体情况和问题所在，并记录问题的持续时间，便于升级制度的启动。
目视化看板工具是升级制度及领导层控制的基础，通过每周固定时间在看板前的例会沟通，使其他部门，尤其是与外协和冲压部门可以和车身部门协作解决问题。通过内部与外部沟通，相关部门可对来件问题进行持续改进，以加强来件质量控制，车身部门可对所有来件问题均安排专门负责人，并通过固定格式的来件问题单追踪问题进展。
2、工装问题解决看板（图2）
图2 工装问题解决看板
工装问题解决看板是针对目视化看板所发现的问题，提出的解决看板。方法是，将工装问题及焊接变形问题填入看板，分析问题根本原因,确定解决负责人和跟踪负责人及解决期限，由解决负责人提出短期措施及永久方案,跟踪负责人对方案进行验证并将改进效果定期向领导层汇报。
3、问题升级系统及应急制度（图3）
图3 问题升级程序
问题升级制度的原理是，发挥领导层的关键作用，根据80-20原则使重要而紧急的问题得到更多的资源，使重大问题得到更多的领导关注。
问题升级系统将问题划分为不同的严重等级，不同严重等级的问题其通知程序及处理程序不同。严重的问题能够得到相对较多的资源，如L5等级问题偶发事件处理及L20等级问题多发事件的处理对比（见表2）。L5问题工程师可以自行处理，填写实际问题解决报告PPSR（Practical Problem Solving Report）（图4）,并由工程师本人通过问题追踪系统BITS（BBDC Issue Tracking System）进行验证（图5），质量工程师负责协调、跟踪整个问题；而如果发生L20的问题，总经理及高级经理将全面介入，领导围堵流程，实时跟进，具体措施的实施、跟踪、验证也由质量主管与质量工程师共同完成，并向总经理及高级经理及时汇报。对于各级领导而言，问题升级系统能帮助管理层区分问题的严重性，使领导能够从繁多的工作中轻松找到首要问题，并及时组织解决，而系统通过严密规则形成的通知制度能够提高车身部门的整体效率。表2 升级程序中不同严重问题解决方式对比
 
图4 实际问题解决报告ＰＰＳＲ
图5 问题跟踪系统BITS
4、利用设备综合效率OEE (Overall Equipment Efficiency)工具提高焊接设备保障
利用OEE表单分析工具（见图6）发现设备瓶颈，从而提高焊接设备的整体开通率，通过执行预防性维护（PM）及全面生产维护（TPM），分析并准确判断焊接设备及工装状态，完成由问题发生后解决向先于问题而改进的方式转变，进而使设备维护从protect(增加保护措施)模式向prevent（预防问题发生）模式及predict（预知问题发生）模式转变，使预防性的质量成本降低，深化避免错误的观念。
图6 OEE工作单
结合PDCA建立精益焊接控制系统
将目视化、问题升级解决系统、OEE融入原有的焊接控制体系，改进原有的焊接精度控制系统（三坐标数值统计过程控制系统），增加新的焊接控制流程体系及符合TS16949：2002 8.5.1条款的焊接控制持续改进体系，可以完善建立新的精益化2mm工程体系。
焊接控制系统包括5个子系统，分别是：设备控制系统 （Equipment Control System）、焊接检测系统（Weld Check System）、项目检查系统（Tip Check System）、备份系统（Back-up System）、焊接设备全面生产维护系统（Welding TPM）。控制流程中5个子系统相互关联，设备控制系统、焊接检测系统及项目检查系统分别对设备状况及焊点检测数据进行分析，通过目视化看板及升级制度快速解决问题，备份系统及焊接TPM系统为整体车身焊接精度提供有力的保障。
焊接控制持续改进系统重视日常和突破性项目的改进，它通过OEE措施、纠正措施和预防性措施平衡顾客感知、产品偏差及质量目标三者之间的关系；同时通过对车身偏差进行SPC分析，找出问题，解决问题；通过与顾客的交流沟通，了解产品所存在的问题；通过对缺陷、返工、召回的分析改进质量目标。
2mm工程对于现代汽车制造业具有重要的意义，在2mm的区域内凝结了数以万计的汽车行业设计、工程工作者的不懈努力，2mm工程是现代车身制造业中的一个重要里程碑。随着精益生产融入整个汽车制造行业，精益理念及成本观念为更多的人所接受，精益工具的融入为2mm工程带来的是效率的提高以及持续改进的深化。实践证明，精益生产工具的引入使2mm工程焕发了活力，同时，快速的问题反应机制、完善的持续改进质量流程、先进的OEE设备保证系统的结合使焊接精度控制提升至新的高度，因此精益化2mm工程是焊接精度控制新的发展方向。(end)
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(9/29/2009) |
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