曲轴生产线瓶颈工序的效率提升

作者：南京汽车集团有限公司 胡劲松

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 摘要：在提高产品质量的同时，如何通过科学的方法提升生产效率，是摆在人们面前的一个重要课题。因此，引进精益生产的管理理念，使之成为生产过程中的行动指南和指导方向，就显得十分必要。本文就介绍了一个“提升曲轴生产线瓶颈工序生产效率”的成功案例。 曲轴是发动机中的重要部件，其作用是把活塞连杆组传来的气体作用力转变为扭矩并对外输出，它的旋转是发动机的动力源。2013 年11 月份曲轴生产线的实际JPH为44，其中的瓶颈工序为OP60，该工序的理论生产节拍（TT） 为74 秒/ 根，实际生产节拍（ATT）为82 秒/ 根。结合2014 年产量大纲的需求和精益生产的理念，我们针对OP60 制定了效率提升计划，力争在2014 年7 月份将实际JPH 提升到48。 生产线介绍 NSE 曲轴生产线是发动机厂的5 条机加工生产线之一。整条生产线呈鱼刺型布局（见图1），共有16 道工序，21 台先进的加工设备，OP60 的工序名称是“曲轴两端面加工”，其加工设备为西班牙的EXTE-TAR 数控专机。在进行工艺介绍之前， 有必要解释文章中将用到的一些概念的含义。 1、理论单件工时（Takt Time 或TT）：理论上生产一个部件或一辆车的时间。 2、实际单件工时（Actual Takt Time 或ATT）：生产一个部件或一辆车所实际消耗的时间，实际单件工时取决于许多因素，如工 艺设备生产线运行情况、工时利用情况等。 3、增值工时：使产品特性发生变化的操作时间。 4、非增值工时：未使产品特性发生变化而必须要的操作时间。 5、JPH（Jobs Per Hour）：小时工作量或单位时间工作量，是工业工程学科应用于加工制造业时经常涉及的一个重要变量，反映单个工艺设备或工序机组或流水生产线甚至整个工厂的生产能力。HPU（Hours Per Unit）：单件总耗人工工时间。总耗费人工工时与产出量值比。 工艺介绍 1、OP60 定位方式。第一主轴颈和第五主轴颈各以V 型块定位，共限制4 个自由度； 第四主轴颈的两个止推面通过涨紧装置实现分中定位，限制一个轴向自由度；第一连杆颈以档销定位，限制一个转动自由度（见图2）。 2、OP60 加工部位。曲轴的轴头端面和法兰端面（包括发信轮安装面）上的各种中心孔、螺纹孔及定位销孔（见图3）。 3、OP60 加工方式。主要采用钻孔、铰孔、攻丝及孔口倒角等加工方式。刀具均采用内部冷却结构，采用热涨刀柄夹持。 设备介绍 EXTE-TAR 数控专机（见图4）的左、右动力头分别加工曲轴的轴头端面和法兰端面（包括发信轮安装面）上的孔系，刀库中配有14 种专用刀具（见图5）。机床的 01 和02 工位各有两付夹具，两个工位的夹具布局朝向相反（相差180°）。工件的上、下料由机械手自动完成。01 工位加工时，02 工位进行上、下料；02 工位加工时， 01 工位进行上、下料。 相关部门曾经试图从减少增值工时入手，通过提高刀具转速和进给量等措施达到提高OP60 生产节拍的目的，但是由于机床刚性、毛坯材质、加工尺寸等原因，改进效果不佳。因此，我们另辟蹊径，从减少非增值工时入手，着重挖掘机动时间、换刀时间、换型时间等三个方面的可优化潜力，共确定了6 个对策方向（见图6）。 对策确认后，我们通过逐一讨论，将它们转化为5 个具体措施，制定了措施实施计划（见表1）。 1， 根据现场实际经验，我们要求CNC 工程师修改了NC 程序，将加工轴头中心孔、法兰螺纹孔和发信轮安装面螺纹孔的三个丝锥（T02、T12、T13） 的退刀转速提高了50%（见图7），根据计算，退刀速度也提高了50%（计算公式：退刀速度= 转速× 螺距），经现场测时：机动时间减少2.8 秒。 2，我们通过观察：与加工法兰端螺纹孔相比， 加工发信轮安装面螺纹孔的钻头和丝锥（ T05 和T13 ）的快进起始位置到工进起始位置的轴向距离比较长（从产品结构看：发信轮安装面与法兰端面之间存在一定距离），我们要求CNC 工程师修改了NC 程序，将钻头和丝锥的空程退刀距离由300mm 缩短到150mm（见图8），经现场测时： 机动时间减少2.1 秒。 3，在适当提高刀具寿命的前提下，我们尽可能地将刀具的使用寿命趋于一致，使操作工的换刀时间相对集中，改进前换刀次数为12 次/ 周，改进后换刀次数为5 次/ 周。每次换刀时间为15 分钟， 经测算：实际单件工时减少1.4 秒。 计算公式：缩短的时间=（12- 5） ×4 ×15 × 60 ÷18000（ 平均月产量）= 1.4( 秒) 4，曲轴的发信轮安装面的螺纹孔是通孔，而丝锥（T13）的冷却液出口却布置在切削刃前端，加工时大部分冷却液会直接喷出螺纹孔，只有少部分的冷却液对加工部位进行冷却，所以冷却效果不佳。于是，我们委托刀具供应商对丝锥的内冷结构进行了优化，将冷却液出口由切削刃前端改为切削刃中部（见图7），取得了很好的效果：改进前的断刀次数为2-3 次/ 月，改进后的断刀次数为0。每次断刀造成的工时损失为20 分钟，经测算：实际单件工时减少0.2 秒。 计算公式： 缩短的时间=（3-0）×20 × 60 ÷18000（平均月产量）= 0.2( 秒)。 5，鉴于毛坯外形的变化，原先我们在产品换型时，一直用三坐标对首件（4 付夹具上的4 根首先完成加工的工件）进行定量检测，如果质量有问题，则根据检测数据进行尺寸调整。经过一段时间的摸索和验证，我们改用综合检具对法兰端面和发信轮安装面的孔系位置度进行定性检查，一旦首检尺寸合格，立即组织生产。三坐标检测需要40 分钟/4 根，综合检具检查只需15 分钟/4 根，这样就大幅度缩短了停机检查的等待时间。产品换型频次为5-6/ 月，经测算：实际单件工时减少0.5 秒。 计算公式：缩短的时间=6×（40-15）× 60 ÷18000（平均月产量） =0.5( 秒) 效果检查 各项措施对OP60 生产节拍的提升均作出了贡献，为此， 我们逐项进行了统计（见表2），从统计表可以看出：OP60 的实际生产节拍（ATT）累计缩短时间约7 秒，由改进前的82 秒/ 根缩短到改进后的75 秒/ 根。 通过上述措施的实施，OP60 的实际JPH 从44 提升至48，曲轴生产线的实际JPH 也随之提升到48，曲轴生产线的HPU 也从0.138 降低至0.122。值得一提的是：由于断刀次数的减少，曲轴生产线的工废率和刀具消耗也有了显著的下降。(end)

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