優(yōu)化工件加工工序，采用OEE對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際產(chǎn)能和理論產(chǎn)能的比率進(jìn)行監(jiān)控，掌握生產(chǎn)過程的瓶頸，是一種實(shí)現(xiàn)高效、低成本零部件加工的有益探索。

缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，基礎(chǔ)形狀比較復(fù)雜：壁薄、呈箱型、多空腔和孔系。通常情況下，缸體生產(chǎn)線的加工特點(diǎn)是：先面后孔；先進(jìn)行易發(fā)現(xiàn)零件內(nèi)部缺陷的工序；先完成深孔加工，避免較大的內(nèi)應(yīng)力影響后序精加工；正確合理的安排密封試驗(yàn)、壓裝、清洗等輔助工序。

在國內(nèi)某汽車企業(yè)的缸體生產(chǎn)線優(yōu)化中，技術(shù)人員采用了節(jié)拍優(yōu)化的方法，并利用OEE管理手段，提高了產(chǎn)能，降低了生產(chǎn)成本。

優(yōu)化缸體加工節(jié)拍

以 L4汽油機(jī)缸體生產(chǎn)線為例，生產(chǎn)線由國產(chǎn)的4臺(tái)臥式加工中心和4臺(tái)立式加工中心組成，工件采用手工裝夾，傳送采用無動(dòng)力輥道；輔機(jī)（清洗、試漏、壓裝）采用專機(jī)；位置尺寸采用三坐標(biāo)測量機(jī)檢測，孔徑、孔深、螺紋孔等采用專用量具；刀具以國產(chǎn)硬質(zhì)合金刀具為主，關(guān)鍵刀具采用國外知名品牌；設(shè)計(jì)產(chǎn)能80臺(tái)／日。

首先分析一下該生產(chǎn)線的線體平衡率，即構(gòu)成生產(chǎn)線體的作業(yè)者在作業(yè)要素中時(shí)間上的平衡狀態(tài)。

線體平衡率=（所有工序節(jié)拍之和×100%）/（瓶頸工序節(jié)拍×人員）

假設(shè)每臺(tái)加工中心配置1名操作者，可以計(jì)算出該線線體平衡率為43.4%，損失56.6％。

通常生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍是由整線中生產(chǎn)時(shí)間最長的設(shè)備決定。通過對(duì)缸體的工藝流程和節(jié)拍進(jìn)行分析（表1），可以看出OP60的加工節(jié)拍最長，其次是OP30、OP100。

優(yōu)化過程可以分為單工序優(yōu)化和整線節(jié)拍平衡。

1、單工序優(yōu)化

（1）優(yōu)化工件夾具

該生產(chǎn)線是加工中心組成的柔性加工線，因此選擇合適的設(shè)備參數(shù)是非常重要的。目前，高速加工中心的快速移動(dòng)速度可達(dá)80m/min，各移動(dòng)軸加速度保持10m/s2，換刀時(shí)間（刀-刀）3s，主軸轉(zhuǎn)速16000r/min。

對(duì)于加工中心，節(jié)約輔助加工時(shí)間的常用方法是采用雙工作臺(tái)和雙工位進(jìn)行加工。圖1所示為加工某缸蓋進(jìn)氣面的雙工位夾具，采用雙交換工作臺(tái)立式結(jié)構(gòu)的加工中心，加工內(nèi)容為粗、精銑進(jìn)氣面以及進(jìn)氣面螺栓安裝孔，該工序共有5種刀具，每只刀具的換刀時(shí)間為9s，交換工作臺(tái)時(shí)間為8s。當(dāng)采用常規(guī)的單夾具加工時(shí)，整個(gè)加工節(jié)拍為161s；當(dāng)采用雙工位夾具加工時(shí)，加工節(jié)拍為135s。該方法受設(shè)備的加工范圍、刀具長度，特別是工作臺(tái)的最大承重的約束，在設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行認(rèn)真的校核，另外，當(dāng)采用手工裝夾時(shí)必須考慮裝夾時(shí)間，使用雙交換工作臺(tái)加工中心時(shí)必須保證加工時(shí)間大于人工裝夾工件的時(shí)間。

圖1  雙夾具示意圖

（2）刀具使用的優(yōu)化

□ 優(yōu)化加工路徑

采用優(yōu)化設(shè)計(jì)為面加工刀具選擇合理的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡；對(duì)于孔加工刀具，應(yīng)減小刀具逼近距離。

□ 優(yōu)化工藝方法

在銑削加工中，將多刀加工改為一刀加工，多使用復(fù)合刀具，如復(fù)合鉆、臺(tái)階鉆等；鏜孔和銑削平面時(shí)多采用多刃加工。

□ 采用高速加工刀具

采用高速加工刀具，可有效地減少純加工時(shí)間。

例如，在CICINNATI四軸立式加工中心上粗鏜某發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔，采用的硬質(zhì)合金鏜刀片，切深為1.5mm，v=180 m/min，fz=0.17mm/r時(shí)，分別采用單刃鏜削和4刃鏜削，加工節(jié)拍相差169s（表2）。

2、整線節(jié)拍平衡

整線節(jié)拍平衡是提高缸體柔性加工生產(chǎn)線效率的一個(gè)必要措施。在具體的工藝編制過程中，由于采用了工藝集中的原則，因此工藝設(shè)計(jì)人員可以將每個(gè)工序加工的內(nèi)容分為兩類：一類是依據(jù)產(chǎn)品精度要求和工藝次序，必須在同一道工序中完成的內(nèi)容，例如，精鏜缸體曲軸孔和精加工前后端面，因?yàn)樾枰ＷC前后端面和曲軸孔的垂直度，所以該內(nèi)容在同一道工序中完成是合理的。除此之外的其他加工內(nèi)容屬第2類，例如，前后端面的水泵螺栓孔、油泵螺栓孔的鉆孔和攻絲，并沒有固定在某道工序中一定要完成，而是具有一定的可調(diào)整性。因此，在第2類加工內(nèi)容中適合節(jié)拍平衡。

金屬加工的成本分為刀具成本、原材料成本、人員成本、設(shè)備成本以及其他成本，它們?cè)诳偝杀局蟹謩e占有的比例大約為刀具占3%，原材料占22%，人員成本、設(shè)備成本以及其他成本總共占75%。

（1）刀具成本下降20%，總成本只能下降0.6%。

總成本＝3%×(1-20%)＋22%＋75%＝99.4%

（2）刀具壽命增加2倍，總成本只能下降1.5%。

總成本＝3%/2＝22%＋75%＝98.5%

（3）生產(chǎn)效率提高20%，總成本下降15%。

總成本＝3%＋22%＋75%×(1－20%)＝85%

從以上3種降低生產(chǎn)成本的方案中可以清楚地看到，提高生產(chǎn)效率對(duì)降低加工成本是非常有效的。

因此，以表1所示OP10工序優(yōu)化為例，當(dāng)改變加工刀具參數(shù)后，加工節(jié)拍時(shí)間從1446s（24.1min）變?yōu)?50s，如表3所示。

本道工序優(yōu)化的整體思路有2點(diǎn)，第一是將粗銑底面分解到毛坯供應(yīng)商處粗加工，第二是合理地提高刀具參數(shù)和優(yōu)化刀具逼近距離。在本道工序使用的鉆頭采用的是國產(chǎn)硬質(zhì)合金（v=60～90m/min，fz=0.18～0.22mm/r），銑刀采用的是涂層硬質(zhì)合金（v=150～220m /min，fz=0.10～0.22mm/r），鉸刀（v=40m/min，f=0.10mm/r），絲錐（v=6～12m/min）。

通過對(duì)其他各工序的優(yōu)化和節(jié)拍平衡后，該生產(chǎn)線不僅加工節(jié)拍縮短，同時(shí)減少了2名操作人員，線體平衡率達(dá)到82.6%，產(chǎn)能也達(dá)到日產(chǎn)80臺(tái)缸體。

利用OEE管理工具提高產(chǎn)能

由于各種各樣的原因，整線生產(chǎn)節(jié)拍經(jīng)優(yōu)化后，產(chǎn)能通常不能立即達(dá)到理論值。OEE是一個(gè)獨(dú)立的測量工具，用來測量實(shí)際產(chǎn)能和理論產(chǎn)能的比率、可用率、表現(xiàn)指數(shù)以及質(zhì)量指數(shù)是OEE的3個(gè)關(guān)鍵要素。

 OEE=可用率×表現(xiàn)指數(shù)×質(zhì)量指數(shù)

例如：OP100設(shè)備工作時(shí)間為24h，班前計(jì)劃停機(jī)20min，實(shí)際故障停臺(tái)180min，生產(chǎn)節(jié)拍為14.1min，當(dāng)班生產(chǎn)了83件，無廢品，其OEE為82％。

可用率=操作時(shí)間/計(jì)劃工作時(shí)間，用于評(píng)價(jià)停工所帶來的損失。

可用率=（24×60－180）÷（24×60－20）= 89%

表現(xiàn)指數(shù)=生產(chǎn)節(jié)拍/（總操作時(shí)間/總產(chǎn)量），用于評(píng)價(jià)生產(chǎn)速度上的損失。

表現(xiàn)指數(shù)=14.1×83÷（24×60－180）= 93%

質(zhì)量指數(shù)=合格產(chǎn)品/總產(chǎn)量，用于評(píng)價(jià)質(zhì)量的損失。

質(zhì)量指數(shù)=100%

通過對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行分析，從生產(chǎn)組織、物流配送、質(zhì)量保證、設(shè)備維修、刀具管理多方面進(jìn)行分析和制定了整改和預(yù)防措施，經(jīng)過一個(gè)月的提升，該生產(chǎn)線的產(chǎn)能順利實(shí)現(xiàn)80臺(tái)／日以上，設(shè)備OEE值也穩(wěn)定達(dá)到80％以上。

結(jié)束語

降本增效是企業(yè)努力追求的目標(biāo)，提高生產(chǎn)效率不僅僅是提高刀具參數(shù)，應(yīng)根據(jù)加工條件的變化及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)和工藝方案，使工藝方案更加合理。

在實(shí)際生產(chǎn)中長期使用OEE工具，企業(yè)可以輕松地找到影響生產(chǎn)效率的瓶頸，并進(jìn)行改進(jìn)和跟蹤，以提高生產(chǎn)效率。