“夹具流”的精益生产管理应用研究

程晓蒙

(鸿富晋精密工业(太原)有限公司，山西 太原030032)

1 夹具的生产应用

工装夹具在产品的加工过程中发挥着重要的作用，是产品加工过程不可缺少的物质保证，它对产品的加工质量、加工成本及生产效率有着直接的影响。严格控制工装夹具的生产管理、物流及时性等要求，不仅能通过夹具的生产流通过程协调资源，很好地创造夹具的“流动价值”，更使车间管理得以提升。

夹具的结构及其装拆方式，应满足快速和自动夹紧，以减少辅助作业时间，提高设备的加工利用率，降低人工劳动强度，实现可靠装夹，快速及时定位的批量化生产协作方式。夹具的生产应用，不仅使通用加工设备(如CNC)更具有柔性，而且还有利于推动制造系统的柔性化、自动化的实现。比如，“一拖八”柔性加工系统中机器人的“手爪夹具”，锻压自动取放料系统中的气动夹具等，都是通过气/电控的夹具实现自动夹取的过程。

2 夹具在CNC生产加工过程的应用状况

目前车间的生产管理工作存在分工不明确、不合理、人员JIT意识不足、全局观念不强、维护和管理水平落后以及工序间的协调性较差等问题。这些问题是导致车间管理水平落后的重要因素。产品的加工质量、成本、交货期是市场竞争的关键，它们是众多影响因素的综合体现。因此，提升企业的产品竞争力，首先应提升车间的生产管理水平，而夹具的应用状况，好比是反映车间管理水平的“晴雨表”。通过对夹具在车间生产流程中的调研和分析，有助于了解车间的管理状况。

某产品在车间CNC加工过程中，通过夹具一次装夹到位后，经过了物流、加工、检验、打标、清洗等加工过程，完成了从毛坯到成品的全过程所需要的加工、装配手段。在此过程中，夹具带着产品在不同工序间进行传递式流动加工，所形成的工艺循环流动，称为“夹具流”，该夹具称为流动夹具(随动夹具)。通过“夹具流”，产品完成了在机加段不同工序间的递进加工。“夹具流”实际上是一种价值流，通过分析，使产品在车间的整个生产流动过程呈现出来，从而更好地理解夹具的价值流动情况，发现“夹具流”中的浪费环节，提出技术管理改善方案。

产品的CNC加工过程，具有切削量较大、加工部位多、刀具种类及数量较多、产品尺寸及外观精度要求高、生产批量大等生产加工特点。因此，产品在CNC机加过程分解成若干道工序，在不同工序中制定合理的CNC负荷分配计划，以满足产品的加工质量及产能要求。

图1表示了流动夹具在CNC生产加工中的循环过程。产品通过夹具一次装夹到位后，在CNC不同工序，以及辅助加工环节之间，进行物流传递，实现“夹具流”。最终夹具流回到拆装工段，拆卸下已加工好的产品，装夹上待加工的产品，重新投入“夹具流”中，进入下一个产品的加工循环过程。

流动夹具作为产品在各工序的加工载体，在生产中进行了周而复始的装拆加工过程，有效保证产品在各工序间的加工基准一致性，满足了产品的加工精度等质量要求，实现了机内的快速装夹，减少加工辅助时间，提高加工效率。

3 影响流动夹具生产投入比例的因素

流动夹具的生产投入资金，通过“夹具流”可以全部纳入到产品的加工成本中，但流动夹具的生产投入量，及其循环次数却是影响产品加工成本的关键因素。由于机加CNC的数控加工过程有效保证了产品加工CT时间的准确性、一致性。因此，在一定的车间生产环境(布局、物流方式、工艺流程)下，精益的生产过程中，流动夹具与加工设备的投入比例(配比)是一定的，流动循环频次也是基本确定的。流动夹具与加工设备的投入数量比，简称为夹具投入比，以及流动夹具的循环次数，不仅可以衡量夹具投入量，而且反映了加工工艺状况及当前车间生产管理水平。

流动夹具在车间的生产投入量受很多因素影响，比如车间布局、工艺流程、工序数量、设备数量、物流人数、物流量、产能平衡状况、生产异常、自动化应用程度、生产管理方式等等。其中，车间生产管理方式的不规范性、无序性、盲目性会给夹具的投入量、生产管理、产品加工质量带来较大的影响，使得夹具的实际投入量波动较大。流动夹具的投入比超出额定(精益)投入配比后，比值越大，其生产循环周转次数越少。“夹具流”流通得越慢，夹具的有效利用率越低，投入成本越高，而且对生产作业人员的惰性影响越强烈。

夹具投入比具体的影响因素及分析过程如下:

(1)生产过程中，参与流动夹具的物流员数量、作业积极性、物流及时性不仅对产能产生较大的影响，而且对夹具的投入量也产生较大的影响。由于物流作业不及时，导致某些加工环节中容易出现“堆料”现象，从而不得不增加夹具的投入量。因此，有效控制生产循环过程中的夹具投入量，不仅能够较好地控制生产成本投入，而且有利于提高作业人员的工作积极性，还可以提高车间的精益生产管理水平。

(2)不同的生产方式下，夹具的投入量也会有所不同，比如“一拖八”机器人柔性加工、双工位成组加工方式与人工作业、单工位加工所需要的夹具量是不同的。

(3)加工工艺流程的中间环节越多，所需投入的夹具数量也越大。

(4)车间布局，以及组织管理方式会影响到物流的及时性，同时还会影响到夹具的生产投入量。

(5)流动夹具的投入数量影响到“夹具流”的流畅性，而且直接影响到生产系统的运行连续性、稳定性，一旦生产发生中断(停产、休息)，夹具的流动就必然要经过一段时间才能恢复正常。产品工艺流程越复杂，生产管理系统恢复得就越慢。

(6)生产异常的出现导致加工设备不得不停歇，整体产能会受到影响，“夹具流”的连续性也会受到影响，对夹具的需求量会增加。

因此，夹具的生产投入量，应结合车间实际生产工艺、组织管理状况，在满足“夹具流”最小需求量的条件下，尽量降低“夹具流”中断的发生，并根据异常出现的频次、时间消耗的多少来决定夹具的实际投入数量。

4 “夹具流”精益生产过程分析

精益的夹具投入比，及周转次数，不仅能有效保证设备的加工利用率，确保产能，降低生产投入成本，同时可以提高车间的精益生产管理水平。“夹具流”的流动速度越快，夹具的使用频率越高，产出的经济效益越显著。

通过对车间某产品CNC加工过程的“夹具流”进行全过程的跟踪调研，对工艺流程中装夹、加工、检验等各个环节中，流动夹具因加工、等待、异常等停滞的时间进行测量分析，以了解流动夹具在实际生产过程中的有效利用情况。

某车间CNC数量为240台，流动夹具投入量为2 400套，夹具投入比为10∶1，产能每班约6 130套产品。流动夹具单班理论平均循环频次为，6 130/2 400=2.6次/班，这说明夹具的生产利用率较低，“夹具流”的流动及时性较差。流动夹具平均循环时间为8 300 s(2.3 h)，其中CNC标准纯加工时间为1 200 s，其他工位(检验、打标等)所占时间为900 s，物流时间为1 000 s。因此，实际生产中，必要的加工全过程(包括物流)总共需要3 100 s，停滞时间(异常、等待)约占5 200 s，占“夹具流”总时间的63%，而纯加工时间(CNC+辅助工序)为2 100 s，占“夹具流”总时间约25%，物流时间占“夹具流”总时间约12%。因此，“夹具流”在产品加工全制程中75%所消耗的时间是无效作业时间(物流+等待)。

流动夹具在实际生产过程中的分析表明，待加工产品真正处于加工及检验等环节的时间仅占生产周期的20%～25%，而75%～80%的时间都处于物流搬运，或因各种因素导致“夹具流”停滞的状态。通过“夹具流”，了解到车间生产管理存在较大的改善空间。

优化“夹具流”，以减少夹具生产投入量，并提高其利用率。具体措施如下:

(1)降低CNC等加工设备异常率，以减少“夹具流”的停滞、断流的情形发生。

(2)减少各环节中夹具的在制量，尤其是减少CNC旁的待加工夹具的在制数量，以减少流动夹具排队等待加工的浪费现象。

(3)减少单次物流量，增加物流人员的物流循环次数，降低物流人员的等待，增强物流人员的物流JIT(及时性)意识。

经过优化改善后，实际满足“夹具流”顺畅流动所需的夹具数量仅为1 500套，只占原有夹具投入量的6 3%，节省了900套的夹具。夹具投入比由原来的10∶1，缩小为约6∶1，同时，提高了流动夹具的周转循环次数，达到了每班循环4.2次，大大改善了车间资源的合理利用。

夹具与设备的投入比例关系的研究表明，“夹具流”是车间精益生产管理研究的重点。以较小的、合理的夹具投入量，来提升加工设备的利用率，提升车间整体的运行效率，从而实现精益生产管理。因此，合理配置车间资源，让资源利用率最大化、最合理化，追求最小夹具投入比，及最高的夹具流动循环次数是精益生产管理中的关键。确保流动夹具在各加工工序生产循环过程中的及时有效性，既是车间生产管理的一项重要内容，也是提高生产企业经济效益的有效途径。

5 夹具的车间精益生产管理

在激烈的市场竞争中，企业必须在技术开发、交货周期和成本控制等方面确立优势，而工装夹具等资源在车间生产过程中能否得到合理的利用，直接决定了企业整个生产系统能否正常的运行。提高工装夹具利用率，提高机床负荷率，降低夹具投入比，从而降低生产成本，提高企业的核心竞争力。

夹具在车间的生产管理中，既要做到供应充足，周转快速，保证工装夹具供应的及时性和高效性，以避免工装夹具投放数量不足，而使整个生产线停产，又要尽可能减少夹具的生产周转数量。夹具的车间精益生产管理要求体现在以下方面:

(1)降低工装夹具的生产投入量和消耗量，提高其循环周转次数，以较少的工装投入，取得较大的生产经济效益。

(2)夹具投入量应满足工艺流程各环节的实际生产的最低需求量，确保“夹具流”的流动顺畅。

(3)降低生产异常停滞的频繁发生，确保生产系统的连续、稳定运行。

(4)通过“夹具流”中的过程检验，了解夹具对产品加工异常的影响，及时处理不良之流动夹具，并提出对夹具结构及功能的改进要求。

(5)柔性制造系统(如“一拖八”机器人柔性加工系统)对工装夹具的数量、分配及物流等过程的及时性提出了更高的要求。

(6)均匀分配“夹具流”各工位的负荷状况，以提高生产率。

(7)工装夹具确保了产品设计意图的工艺可执行性。而产品信息的准确性，车间生产管理的规范性，是工装夹具确保产品加工质量，保证生产正常运行，以及车间精益生产管理的前提。

(8)夹具投入比，是企业计划管理、设计开发、生产调度、制造与采购、成本核算的重要依据。因此，慎重确定夹具投入比，并不断提出精益的目标。

(9)各相关单位(产品开发、工装设计、生产管理等)应保持密切沟通、协作、相互学习是车间要实现精益生产管理的重要保证。

6 结语

“夹具流”作为产品价值流的一种形式，具有精益管理应用研究价值，对于改变车间实际生产管理中的不良状况，已经取得了较好的经济效益。“夹具流”的精益生产管理水平、技术进步牵涉到企业的产品质量、成本和交货能力，是一项综合性的工作，需要企业各部门的重视与配合。“夹具流”的精益生产研究大大提高了车间运行效率及资源利用率，降低了生产成本。因此，对“夹具流”的精益生产研究，既是车间生产管理的一项重要内容，也是提升企业产品竞争力，提高企业经济效益的有效途径。

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