精益生产理念在FA造型线改造项目上体现.docx
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精益生产理念在FA造型线改造项目上体现
东安动力2012年科技类论文
精益设计思想在FA造型线改造
项目上的应用
作者单位:
工艺技术部
作者姓名:
张希兴付贵强
2012年12月17日
东安动力论文原创性声明
本人郑重声明：
此处所提交的论文《精益设计思想在FA造型线改造项目上的应用》，是本人在哈尔滨东安汽车动力股份有限公司工作期间独立进行研究工作所取得的成果。
据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。
对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。
本声明的法律结果将完全由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
论文使用授权书
《精益设计思想在FA造型线改造项目上的应用》系本人在哈尔滨东安汽车动力股份有限公司工作期间独立完成的论文。
本论文的研究成果归哈尔滨东安汽车动力股份有限公司所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。
本人完全了解哈尔滨东安汽车动力股份有限公司关于保存、使用论文的规定，同意公司保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。
本人授权哈尔滨东安汽车动力股份有限公司可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。
本论文属于
保密，在10年解密后适用授权书。
不保密。
（请在以上相应方框内打√）
作者签名：
日期：
年月日
单位行政领导签名：
日期：
年月日
东安动力2012年度论文评审表
姓名
单位
职务
职称
张希兴
工艺技术部
现场工程师
高级工程师
论文题目
精益设计思想在FA造型线改造项目上的应用
论文类别
科技
论文摘要：
工程项目精益设计是提升产品质量，减少资金投入，降低产品总成本的有效办法，也是东安动力股份公司融入中国长安集团后开展的一项重要工作。
本文结合FA造型线改造项目实施过程，阐明改造类工程项目精益设计思想是如何开展和实施的。
本人签字：
年月日
初审意见（包括对是否涉密给出意见）：
初审人签字：
年月日
评审委员会审定意见：
组长签字：
年月日
精益设计思想在FA造型线改造
项目上的应用
张希兴付贵强
摘要：
工程项目精益设计是提升产品质量，减少资金投入，降低产品总成本的有效办法，也是东安动力股份公司融入中国长安集团后开展的一项重要工作。
本文结合FA造型线改造项目实施，阐明改造类工程项目精益设计思想是如何开展和实施的。
关键词：
工程项目精益设计衡量指标
1工程项目精益设计思想阐述
精益思想（LeanThinking）源于20世纪80年代日本丰田发明的精益生产（LeanManufacturing）方式，在制造业中的应用，即“精益生产（Leanproduction）”。
其核心是以整体优化的观点合理地配置和利用企业拥有的生产要素，消除生产全过程一切不产生附加价值的劳动和资源，追求“尽善尽美”，达到增强企业适应市场多元需求的应变能力，获得更高的经济效益。
极大地降低了制造成本、缩短了开发和制造的周期、显著地增强了企业的竞争能力[1]。
精益设计的理念和模式源自“精益生产”[2]，精益设计是“精益生产”的第一步。
生产线精益设计时，要考虑消除生产线一切浪费，将混流生产原则、“一个流”生产原则、柔性化生产原则、人机匹配原则、物流优化原则应用到精益设计当中。
生产线精益设计要进行数据收集，设定可量化的精益设计衡量技术指标，用以评价项目实施的必要性及项目精益设计是否达到预期目标[3]。
生产线精益设计时要科学设定生产线生产节拍，合理选定工序设备，布局合理，设备参数选定要合适，坚持“适应就好”的思想，力戒“大而全，好而精”，应考虑人机工程、生产能力的匹配问题。
生产线精益设计时要充分利用防错技术，以满足质量、安全、环保等方面的要求，要考虑快速转换技术，以减少等待的浪费。
2FA造型线改造项目的实施过程
2.1FA造型线改造前设备状态分析
FA生产线建于2004年，2005年开始投产，是比较新的一条线，但由于造型线主体结构设计不合理，存在故障率高、生产效率低、产品尺寸波动大、经营成本高等诸多问题，具体如下：
2.1.1设备问题
2.1.1.1型芯分离的问题：
因型芯分离的要求，上下箱捅箱分离，并在台车上进行，各处砂块很多，造成设备经常误动作，设备运转部分油砂混合后磨损严重，故障率高。
2.1.1.2整体结构设计问题：
FA造型线采用砂箱绕过主压实缸的旋转砂箱的结构，效率低。
2.1.1.3设备原理设计的问题：
设备原理设计采用了静压与气冲结合的方式，气冲设计240Bar,造成液压设计动力280Bar,更是导致了各执行原件及钢结构的粗大与笨重。
这些带来的是漏油、钢结构经常开裂、紧固螺丝断裂。
同时静压与气冲结合的方式导致砂子大量散落，严重磨损了主机。
2.1.1.4设备的工艺性问题：
压实采用了落后的平板压实，没有采用多触头，导致砂箱的各处紧实度不均匀。
2.1.2质量问题：
由于设备问题而导致缸体尺寸问题很多，缸体基准尺寸经常超差，车间不得不每批铸件都进行基准尺寸划线与壁厚解剖划线检查进行监控，以及时发现问题调整控制尺寸的一致性。
即使这样，每月也都能发现超差批次；每年也在机加厂出现批量性的尺寸问题。
尺寸问题严重制约了市场份额与市场开发。
2.1.3安全问题：
由于设备问题而导致的安全隐患很大。
设备的误动作导致砂箱掉落，复位非常困难。
因砂箱大，空间狭小，砂箱时常被卡住，被平稳吊起很难，很容易吊装时再次掉落而伤人，造成安全事故。
2.1.4经营问题：
一是成本居高不下：
设备非正常故障高，生产线效率低，工装磨损大，导致设备维修费用、能源成本、工装成本都很高。
二是产能居低不上，投资得不到回报：
效率低，两班全年不休息也只能达到30万产能。
2.1.4.1能源成本
生产效率低下，配备的8吨电炉按6.5吨使用，直接电能损失18.75%，同时保温损耗约3%，风能成倍浪费。
2.1.4.2设备维护成本
2007-2010年造型线设备维护费用累计650万元。
其中主机大修两次累计80万元，单次维修时间较长达18天。
2.1.4.3工装维护成本
2007-2010年因设备误动作撞击工装，导致损坏的不正常维护费用（包括载模台损坏、导销导套断裂、气钻磨损等）50万元。
2.2生产线市场调研情况
针对FA造型线改造项目，公司成立项目组，派人员到国内同类生产厂家进行生产线考察，对生产线使用情况进行市场调研，为FA造型线改造项目精益设计衡量指标的设定提供依据，具体调研情况如下：
国内同类生产线（水平分型，砂箱尺寸基本相同约1000*800*320/320）在1995年之后数量逐渐增加，尤其是在2000年之后更是蓬勃发展。
国内生产线生产效率分三个层次：
综合效率45箱/小时以下，综合效率60-80箱/小时，综合效率130-160箱/小时。
其中综合效率45箱/小时以下有两家：
一是原南汽铸造厂FA造型线，1995年建成投产；另一个就是我们。
综合效率60-80箱/小时的造型线数量最多，为单主机，2000年以前建的综合效率为60-70箱/小时，如：
锡柴的1996年建成的新东线、昆山丰田工业的1998年建成的CK-1、CK-2新东线；2000年后建的综合效率为70-80箱/小时，如：
昆山丰田工业的CK-3到CK-8新东线；重庆秦安机电2004年建的HWS线；中国重汽2006年建的HWS线；奇瑞2008年建的HWS线等。
综合效率130-160箱/小时的造型线均为双主机，目前有两家，一是华东泰克西1998年建的HWS线，另一个是大连金泰的HWS线。
总的来看国内同类生产线，采用德国HWS单主机的较多，综合效率60-80箱/小时，2000年以后的均达到了70箱/小时以上。
芜湖永达科技有限公司铸铁厂有两条生产线分别为原装进口的德国HWS造型线（1000*800*320/320）和配有德国HWS主机苏铸机设计制造辅机生产线（900*750*320/300）。
设计造型能力为110箱/小时，节拍稳定在35秒，设备运行稳定。
从调查情况来看，使用德国HWS生产线进行生产，生产效率高，维护费用低，综合成本低。
2.3FA造型线改造项目精益设计衡量指标的确定
根据生产线厂家考察和市场调研的结果，结合我公司的生产线现状，对FA造型线进行局部改造，确定FA造型线改进项目精益设计衡量指标见表1。
表1FA造型线改造项目精益设计衡量指标
序号
衡量指标
当前
目标
1
铸型的成品率
92%
≥99%
2
加工节拍
84秒/整型
<36秒/整型
3
设备故障率
9%
<5%
工程项目精益设计衡量指标设计，需要对改造前设备进行衡量指标分析，对改造后设备进行设定，设计时，改造前后衡量指标要进行对比分析，确定的精益设计衡量指标经过了精益设计评审。
2.4与厂家技术交流
选取国内铸造生产线生产厂家进行FA造型线改造项目技术交流，特别是与苏州铸机有限公司进行了详细的技术交流。
苏州铸机有限公司是唯一一家德国HWS生产线的国内代理商，其为芜湖永达科技有限公司建设的生产线，使用德国HWS主机，其它辅机生产线（900*750*320/300）由苏铸机设计制造，该生产线设计造型能力为110箱/小时，节拍稳定在35秒，设备运行稳定。
德国HWS造型线节拍时间短、运行稳定、生产效率高主要体现在以下几方面设计：
（1）造型线后处理部分，HWS造型线采用上下箱一起捅箱，砂箱表面、造型线并无积砂，最大程度的减少了散落砂过多造成的设备故障。
同时设备设计机构少，节拍时间短，运行速度快。
在捅箱后设有专用清理砂箱内侧面的刷箱机构，砂箱内侧面能够不积砂。
（FA捅箱后没有专用刷箱机构，砂箱内侧积砂约10mm）
（2）造型主机结构合理，运行步骤较少，主机运行时间为现FA主机运行的1/2，主机运行功耗也降低很多。
主机散落砂较少，主机下油缸、旋转轴承均为受到散落砂的侵蚀，油缸及主机旋转轴承寿命延长。
FA主机处有接砂油缸、压实油缸，而HWS主机只有1个油缸实现两种功能，油缸运行次数为FA主机的1/2，且油缸较小、行程较短，运行时间也少于FA油缸运行时间。
主机旋转支架没有上部H梁，所以预填框、砂箱不需要随主机支架旋转，减少了掉预填框、砂箱的设备故障。
由于旋转支架重量降低，运行速度提高且平稳。
主机采用静压造型，工作分贝小于FA的气充，操作者工作环境得到提高。
压实头为多触头压实，压实效果高于FA柔性板压实，多触头压实可更据模具形状，调整触头，达到压实后砂型表面硬度均匀，工艺质量的提高。
HWS主机的设计合理性还体现在操作主机的人员只需1人，且该人员大多数时间在进行其它工作（如检查模具、修理模具等），FA造型主机现需要2人现场进行吹砂、故障恢复等工作，操作强度高于HWS主机。
（3）砂箱移动均采用液压缸输送，未采用电机作为传送机构输送，输送效率高。
FA造型线ME97部分采用电机齿轮传动推进速度慢（过程需要9-10秒），运行过程中碰撞对下芯后的砂型不利影响，同时容易造成设备锁箱钩机构脱钩，脱钩后需人为恢复，是影响生产连续运行的原因。
HWS造型线该处为液压缸进行推进，节拍可节约6-7秒，同时砂型运行稳定，不会对下芯后产生任何影响。
（4）翻转机采用正翻与反翻相结合，增加定位块，翻转后定位准确。
避免了FA翻转机向一个方向翻转，造成下箱颠倒，定位销位置颠倒后砂箱合箱不良，产生尺寸超差废品。
该处旋转减速机功率设计也大于FA造型线翻转减速机，从而保证了该处运行的可靠性。
（5）移型小车增加定位机构，电气程序设计合理
生产线两侧的移型车增加了限位装置，将小车受力转移到了限位装置上，有效的防止轨道、移型车车体、齿轮与齿条的变形后，造成的移型车停止位置发生偏差，发生砂箱掉落。
HWS造型线移型车减速程序设计好于FA生产线，移型车运行平稳且速度较快。
（6）定位机构较结实，下芯机定位合理
HWS造型线定位汽缸设计的粗壮，使用较结实，夹住砂箱后，砂箱不会出现摆动现象。
下芯机通过统一的水平箱体保证水平，导向销进行垂直定位，在取芯与放芯时，取放芯装置与芯机本机脱离，杜绝下芯机影响取芯与放芯精度。
（7）生产线砂箱一一对应，最大程度减少砂型尺寸波动。
2.5FA造型线改造项目方案评审
根据与厂家技术交流的情况，结合车间实际，编写FA造型线改造项目方案，并组织召开FA造型线改造方案评审会，由工艺、设备、质量、安全、机修、操作者参加，对改造方案进行评审论证，确定改造方案：
更换造型主机为德国HWS主机，辅机采用国产厂家制造。
（１）将FA主机更换为进口德国HWS主机，充实、压实一步完成，多触头造型。
（２）辅机改造包括对两侧移型车进行油缸限位固定，调整移型车运行程序，提高运行速度，保证移型车齿条不变形，保证移动的准确性。
（３）造型后处理部分改为向上捅箱，整体将铸件捅出，捅出后通过两级震动筛进行筛分，最后由操作者将缸体调运到吊篮内。
（4）对ME97电机齿条传动更改为油缸传送，提高稳定性及速度。
（5）下芯机进行水平调整。
合箱机对位置干涉部分进行改进。
（6）砂箱修理增加撞块，做到砂箱一一对应。
2.6招标技术条件的编制、评审及签署
进行设备改造方案评审后，根据评审结果，编制设备招标技术条件，组织人员对设备招标技术条件进行评审，评审人员由工艺、设备、质量、安全、机修、操作者组成，评审技术条款要求的同时，对安全、环保、人机工程等条款内容也要进行相应的评审，以满足工程项目精益设计的要求。
评审记录要保留，评审合格后，签署设备招标技术条件。
2.7设备招标采购
由采购部直接组织厂家进行招标采购或请托招标局进行设备招标采购，确定中标厂家，签订采购合同。
2.8技术协议的编制、评审及签署
根据招标采购结果，与中标厂家签署设备技术协议，双方签署执行。
技术协议的编制完成后必须进行技术协议评审，评审合格后方进行技术协议地签署，评审记录要保留存档。
2.9FA造型线改造项目精益设计流程
FA造型线改造项目精益设计流程见图1。
成立项目小组
设备改造前现状分析
新设备精益指标设定及评审
生产线市场调研
与厂家技术交流
设备改造方案评审
设备招标技术条件签署、发布
设备招标技术条件编制、评审
技术协议编制、评审
设备招标采购
技术协议签署、发布
图1FA造型线改造项目精益设计流程
3FA造型线改造项目效果评价
FA造型线改造项目2012年6月27日开始施工,2012年9月25日完成设备安装及调试，2012年9月27日试生产了1炉铸件，铸件尺寸划线合格。
2012年9月30日，试生产铸件1批，从10月1日开始进行小批试生产，11月6日开始实现了稳定批量生产。
FA造型线改造项目改造后实际精益设计衡量指标见表2。
表2FA造型线改造项目改造后实际精益设计衡量指标
序号
衡量指标
目标
实际指标
1
铸型的成品率
≥99%
99.30
2
加工节拍
<36S/整型
34.27/整型
3
设备故障率
<5%
4.94%
FA造型线经过改造后，型面硬度分布均匀，硬度得到提高，，设备的故障率降低，生产效率得到提高，能源消耗降低，FA造型线改造后取得了良好效果。
4总结
FA造型线改造项目是2011年三月份开始启动，2012年6月份开始安装调试，10月份开始试生产的技术改造项目，项目实施工期长，改造量大，既要考虑改造部门的精益性，又要兼顾与原有其他设备的衔接、匹配，技术难度非常大。
将工程项目精益设计思想应用到FA造型线改造项目当中，按照精益设计流程开展工作，做好设备现状分析、市场调研、精益衡量指标设定、与厂家技术交流、改造方案评审等工作，使改造项目得以有效的实施，保证了工程质量，达到了预期目标。
参考文献
[1]张雅丽.产品设计成本中的精益设计思想.中国制造业信息化：
应用.2008（12）：
1～2
[2]杨海成.精益设计.中国制造业信息化：
应用.2007（12）：
25～27
[3]中国长安汽车集团CCPS精益生产体系工作手册，2011
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