冲压工厂精益化生产现状与发展方向(上)

精益生产是美国麻省理工学院数位国际汽车计划组织(IMVP)的专家对日本丰田准时化生产JIT 生产方式的赞誉称呼。精——即少而精,不投入多余的生产要素,只是在适当的时间生产必要数量的市场所需产品(或下道工序所需的产品)。益——即所有经营活动都要有益有效,具有经济效益。

文/谢文才,马天流·一汽解放汽车有限公司

精益生产的内涵

精益生产是美国麻省理工学院数位国际汽车计划组织(IMVP)的专家对日本丰田准时化生产JIT 生产方式的赞誉称呼。精——即少而精,不投入多余的生产要素,只是在适当的时间生产必要数量的市场所需产品(或下道工序所需的产品)。益——即所有经营活动都要有益有效,具有经济效益。

精益生产方式的基本思想可以用一句话来概括,即:Just In Time(JIT),翻译为中文是“旨在需要的时候,按需要的量,生产所需的产品”。其目的是以客户需求为拉动,以消灭浪费和快速反应为核心,使企业以最少的投入获取最佳的运作效益和提高对市场的反应速度。其核心追求以下两个方面: 第一,追求零库存。精益生产是一种追求无库存生产,或使库存达到极小的生产系统,为此而开发了包括“看板”在内的一系列具体方式,并逐渐形成了一套独具特色的生产经营体系。第二,追求快速反应,即快速应对市场的变化。为了快速应对市场的变化,精益生产者开发出了细胞生产、固定变动生产等布局及生产编程方法。为了实现精益,许多改进工具及技术已广泛运用,如价值流分析、看板(拉动系统)、快速换型换线、均衡生产、单件流等等。精益生产方式是以满足用户的需求为出发,对企业经营目标的一种对尽善尽美的无止境的追求。

冲压工厂精益生产主要指标

精益生产的核心在于用“最少的投入”获取“最大的效益”,期望获得最优的“投入产出比”。冲压工厂产出的效益以“冲压件价格”的方式体现。对于汽车主机厂的冲压工厂来说,这种价格是以“整车价格”进行体现的。虽然可以类比“冲压件采购成本”进行比较,但不具备评价意义。因此,冲压工厂创造的价值可以用“满足装车质量需求的产品”进行描述。精益生产则主要体现在消除各种浪费现象。主要评价指标体现在成本控制、质量、效率等,包括以下几个方面。

在制品库存

(1)生产周期。作为“精益生产方式”评价的核心,在制品库存周期是评价精益生产体系状态最好、最有效的指标。

(2)半成品(毛坯板料)库存周期。以“材料到货提前量”形式体现,即要求生产材料“在生产前X小时”到达现场。

直接(变动)成本控制

(1)材料成本。材料成本是构成冲压件成本的绝大部分,主要以“材料消耗定额”、“材料单价”的形式体现在成本中。

(2)人工成本。直接生产人员比率——以“辅助人员系数”形式体现,反映“非直接生产人员”带来的人工成本浪费。

质量成本

(1)废品浪费。以“废品率”的形式体现,包括生产废品、调试废品及工艺废品等。

(2)不良品返修。以“平均返修率”、“平均返修工时”的形式体现,包括返修人员成本、返修工具机磨料消耗、返修场地占用和生产效率下降。

生产效率

生产效率。以“有效冲程”的形式体现,涵盖了设备自身的连续最高冲程能力、设备可动率、产品转换时间、工艺模具能力等因素。影响对设备、厂房、人员成本的摊销。

国内冲压工厂精益化生产现状

精益生产方式以其减少浪费、快速反应满足客户需求的核心理念,越来越被众多汽车生产工厂所重视并不同程度应用实施。但各厂条件和文化理念背景不同,精益化生产的程度也大不相同。国内乘用车主流冲压工厂,根据生产车型和品系差异,大致可分为“日系”、“德系”、“自主”三类。以丰田为代表的日系企业,是精益生产方式发起者,沿用其TPS(或类似)体系要求,精益生产应用非常好;德系企业更强调质量、稳定生产,精益生产所创造的价值更多地是以“产品溢价”形式体现;而自主体系在精益生产方面正努力向日系企业学习,但由于缺少相关的技术支撑和体系支撑,仍有非常大的提升空间。

以丰田为代表的日系合资企业

批量生产周期——1 天,安全库存3 小时。有些日本厂家甚至可以把生产周期压缩到4 ~5 小时,这得益于其对在制品库存的重视程度和生产计划的准确性。连续生产稳定性为小批量生产提供保证,模具投入量产的稳定性验证条件相当苛刻,拉伸垫压力在-10%~+30%的范围内就可以生产出合格制件;在±10%条件下,可实现连续小批量生产出合格制件,这从源头上保证了“模具切换完成后”立即生产。快速生产转换及模具快速维护体系最大限度降低了停机损失。

材料储备周期——8 小时,向3 ~4 小时努力。生产计划准时性和材料供应商送货的即时性是减少材料储备周期的前提条件,生产计划稳定性和执行率是缩短材料储备周期的核心。

材料利用率——65%~68%。一方面得益于对降低材料成本不懈的追求,不论是产品结构设计还是冲压工艺编制都把“提升材料利用率”作为重要指标;另一方面,长期的技术积累和冲压工艺创新也为材料利用率提升提供了技术保证。在平衡成本与产品质量之间的矛盾时,部分非关键质量是让步于成本的。即便在量产后,还是以“改善”为手段,寻求进一步降低材料成本的方法。在经过测算后,可以采用重新制造模具的方式提升材料利用率。

废品率——几乎为零。废品是最直接的浪费,在工艺设计时不允许存在可预见的废品风险。在量产阶段,消除废品是第一要务。

返修率——1%~3%。日系对冲压件质量(尤其是表面质量)要求相对宽松。在“不引起客户抱怨”的前提下,无法解决的质量难题可以作为“阶段性认可”,不进行返修和考核,直至有技术能力给予解决为止。这在很大程度上消除了“固定返修”的工作量,返修工作量都是由于临时原因导致的,比如:脏点、划伤等等。

有效冲程——500 ~650 次/小时。通常采用SPH 指标定义有效冲程,用SPM 指标定义连续冲程。SPH(每小时有效冲程)的概念中,包含了产品转换等制度停歇时间和首件检查等工艺停歇时间损耗。在产能测算中,直接乘以工作时间即可获得需要的产能值。因为生产线最高连续冲程差异,难以用一个具体的值来说明。

一般条件下,每天生产10~15个品种(约1~1.5小时切换一次)时,“最高冲程利用率”大约可以实现最高连续冲程的67%。设备的最高连续冲程越低,达成系数越高。对于最高连续冲程16 次/分钟的生产线,640 ~670 次/小时(SPH)。最大限度使用生产线的“最高连续冲程”和降低各种停机是实现有效冲程提升关键路径。

以大众为代表的德系合资企业

批量生产周期——3 ~5 天,最低库存0.8 ~1.2天。由于德系车型普遍产量较大及对产品质量的苛刻要求,对降低生产周期的需求并不明确。通常会安排较大生产批量。

材料储备周期——8 小时。与日系企业相近,其材料储备周期较短,尤其是线侧的材料储备量,主要得益于板料的开卷加工生产线一般都布置在冲压生产线附近。

材料利用率——42%~50%。在冲压工艺设计中,把“制件质量”放在首位,尤其是在成本与质量矛盾时,先保证质量。为了获得稳定的产品质量,生产稳定性也是优先保证的前提,在保证质量和生产稳定性的前提下,尽可能提升材料利用率,降低材料成本。

废品率——1‰~2‰。因其对产品质量的追求及其产品设计所追求的“尖锐棱线”等独有技术,导致生产中废品率相对日系企业要高一些。这主要体现在生产准备和初期量产阶段,为获得更好的质量造成的工艺废品。量产阶段废品率主要是相对于很高的质量要求与实际产品之间的差距,当简单返修后仍不能满足质量要求时,产生废品。德系冲压工艺强调高品质和连续生产稳定性,大多采用5 ~6 序生产大型内外覆盖件。这种工艺方式虽然在模具、设备、厂房投资等方面显著增加了成本,但通过高品质的溢价能力和降低废品、返修等无效浪费获得补偿。

返修率——5‰~15‰。返修工作视为一种质量衰减,尽量在特殊情况下进行返修。如:脏点、划伤等。在量产初期,个别的缺陷点可能通过临时返修的方式保证装车,但这些缺陷必须在一定周期内给予消除。

有效冲程——5.5 次/分钟。在有效冲程方面,没有过高的追求。在大众体系内,以标准产能作为目标值。这种要求也是全球适用的,在没有获得全面认可前,不针对特定厂家进行技术提升。

自主体系乘用车企业

批量生产周期——3 ~5 天,安全库存周期1 天左右。受生产稳定性及多品种、小批量的限制,通常生产周期较长。生产转换效率不高和过小的生产批量,导致“扩大生产批量”是提升综合产能的最有效途径。其中生产转换时间是制约的关键因素,部分车型较小的生产批量导致模具更换时间不足也是被迫增大单批次生产数量的原因。

材料储备周期——8 ~12 小时。这是理论设定的材料到货提前量,实际上,由于生产计划执行准确率(包括生产数量和投产时间)问题,生产现场很多生产用料远超过这一周期。当现场材料存放面积出现困难时,甚至出现退料现象。生产计划执行率是导致材料储备周期长的根本因素。由于生产计划频繁调整,板料供应商为避免对自身生产计划造成过大冲击,在自己现场建立一定的库存周转量。

材料利用率——52%~55%。国内各自主主机厂一直将材料利用率作为主要降成本方式,但在工艺技术支撑和产品设计配合方面还存在短板,总体材料利用率较以往的50%左右有所提升,还远不能与日系企业相提并论。在材料利用率与质量之间的平衡方面,自主企业也没有形成自己的价值取向,人云亦云,行政过多干预技术,技术人员无所适从,这也给材料利用率提升和质量提升带来困惑。

废品率——3‰~5‰。导致废品率较高的主要因素是生产稳定性和工装设备维护方面的差距。内板零件的成形性问题(开裂、皱纹)和外板零件的表面质量(面品缺陷和脏点)占废品构成的80%以上。对制件表面质量的高要求与工艺技术水平及板料性能和工装设备稳定之间的差距是自主汽车导致废品率高的根本原因。

返修率——5%~30%。返修率的高低主要取决于对质量的要求和实物质量的不对等程度。认可(放行)交付量产质量状态条件下,仅对偶发的临时缺陷进行返修;对交付量产遗留问题不认可时,会造成大量的返修工作量。导致制件返修的核心原因是外表面件的表面质量问题,固定返修点导致的返修量占80%以上,偶发的脏点、压痕等问题占总返修量的10%左右。

有效冲程——5 次/分钟。前提是每天生产10 ~15 个品种(约1 ~1.5 小时切换一次)。由于工艺能力存在差距,很少能够达到生产线最高连续冲程能力。从另外一个角度说,当使用生产线最高连续冲程时,表面质量、尺寸稳定性、自动化停机等因素造成的停机会导致实际有效冲程下降。在工艺技术能力没有得到有效提升前,高速自动化生产线是一种浪费。

《冲压工厂精益化生产现状与发展方向》(下)见《锻造与冲压》2020 年第22 期

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