基于精益生产的LNG罐式集装箱批量生产工艺设计

易 飞 王海峰 袁 宁

(中车长江车辆有限公司 湖北 武汉 430200)

1 精益生产相关理论

精益生产方法体系主要有拉动式准时化生产、自动化生产、看板管理、标准化生产、快速换模、柔性生产、均衡生产等[1]。

精益布局常见结构有串联式布局、并联式布局、U型布局、V型布局或L型布局、细胞布局[2]。

2 产品工艺分析

LNG罐式集装箱结构主要由罐体装配、外部框架组成、加排系统、阀门箱等组成(见图 1)。罐体装配由内罐体、外壳、内罐体支撑装置、内部管路与夹层管路、绝热层等组成。

1—外部框架组成；2—罐体装配；3—加排系统；4—阀门箱。图1 罐箱模型图

LNG罐式集装箱主要工艺[3]流程如图2所示。

图2 工艺流程图

内容器组装主要完成内筒体、内封头、加强圈、支撑座、内部管路及附件等配件组焊。内筒体采用拼接式，采用6个单筒工艺件拼焊而成。内容器最后工序为绝热层缠绕，此工序为关键工序，绝热层缠绕完毕后4 h内必须完成后续套装工序，谨防绝热层回潮，绝热层缠绕在恒温恒湿环境下进行。

外壳组成由外筒体及加强圈组成，外壳采用圆柱形筒体，采用5个单筒工艺件拼焊而成。罐体组装完成内容器组成与绝热层、外壳、内外罐支撑组成等部件的组装。绝热层由多层缠绕复合绝热材料和玻璃纤维纸组成。内容器和外壳之间采用支撑结构连接。罐箱整体组焊包括罐体与端框、附属件、操作箱、管吊等组焊。

(1)工序产能测算

通过对试制过程的作业时间进行记录，结合设备数量及单台产品的定额即可计算该工位的产能。产能计算见公式(1)[4]。

M=NiHe/(ni×ti)

(1)

式中：M为工位班产能力(台/班)；Ni为设备数量；He为单班设备计划工作时间(min/班)，按480 min计算；ni为工位产品的定额(件/台)；ti为单件产品在设备上加工的时间定额(min/件)。

(2)瓶颈工序分析

根据生产纲领，按公式(2)[5]计算出生产线目标节拍。

(2)

式中：t为生产线目标节拍；T为设备年工作时间；N为生产纲领。

将T=250×2×8×60(每年工作日按250天计算，每天按2个班次计算，每班工作时间按8 h计算)，N=1 000台带入公式(2)，可得生产线目标节拍t=240 min/台，产能为2台/班。

产能测算中单班产能不足2台/班的工序为瓶颈工序。主要原因都是设备配置不足，同一工位工作量分配不合理。

(3)瓶颈工序消除措施

消除瓶颈措施主要有增加工位数、增加作业班次、优化工艺、重新分配工位作业内容等。

3 基于精益生产的生产线设计

3.1 生产线工位设计

3.1.1生产线工位设计的基本原则

(1)集中原则。厂房内均采用行车起吊，为减少部件起吊次数，减轻行车负担，工位设计时尽可能集中。

(2)分散原则。因产品类型较多，考虑柔性化设计，工位设计时应尽可能将工序分散，便于在不同工位进行调整。

(3)集中与分散相结合原则。分部件设计生产线，同一部件工序集中在一个厂房内，不同部件分散在不同厂房。

3.1.2生产线的工位切分

从公司整体规划出发，碳钢筒体生产、端框生产、管路配件制作将不在此工艺设计中考虑。

根据公司产地分布，可将罐箱生产线切分为4条主生产线，分别是筒体生产线、内容器生产线、罐体生产线、钢结构生产线，同时设置辅助生产线。

3.2 生产线均衡化设计

3.2.1筒体生产线均衡化

筒体生产线“单筒复滚矫圆”、“筒体焊缝射线检测”产能不足。

(1)瓶颈工序产生原因：无专用设备；筒体焊缝射线检测工艺落后，物流转序不流畅。

(2)瓶颈消除建议措施：复滚矫圆工序新增1台四辊滚圆机；筒体焊缝射线检测工序新建独立射线探伤室，采用实时成像系统，提升作业效率。

3.2.2内容器生产线均衡化

内容器生产线“封头环缝焊接”、“内容器检漏”工序产能不足。

(1)瓶颈工序产生原因：封头环缝焊接工序无专用焊接胎；内容器检漏工序作业时间长，检漏仪配置不足。

(2)瓶颈消除建议措施：封头环缝焊接工序只有1条环缝焊接，可以在筒体环缝焊接胎上实施焊接，焊接胎成本较高，采用在与筒体环缝焊接合并工位同时增加班次以提升产能。

内容器检漏工序增加检漏设备，多台产品同时检漏以增加产能。

3.2.3罐体生产线均衡化

罐体生产线“内容器缠绕”、“罐体套装”、“夹层氦检漏”工序产能不足。

(1)瓶颈工序产生原因：罐体套装工序作业内容较多，工装设备不足。

夹层氦检漏工序产能不足原因同内容器检漏，检漏设备数量不足。

(2)瓶颈消除建议措施：内容器缠绕工序可以通过增加班次以提升产能。

罐体套装可以采用拆分工位同时增加1套套装工装以提高产能，将预套装作业成立单独工位。

夹层氦检漏工序增加检漏设备、同时增加班次以提升产能。

3.2.4钢结构生产线均衡化

夹层抽真空工序产能严重不足。

(1)瓶颈工序产生原因：单台产品抽真空时间很长，无加热辅助抽真空设施，受场地、设备限制，无法实现多工位同时作业。

(2)瓶颈消除建议措施：增加抽真空设备；增加外加热烘房；扩建抽真空场地。

3.3 生产线均衡化后工艺装备配置

经过以上生产线均衡化分析，对各生产线重新进行工艺装备的配置。同时对部分工位进行合并或者分离。

为了在A、B、C、D跨间顺利转序，改造中间雨棚，连通四跨厂房物流。

为了增加检漏、试验等场地，特将A、C跨之间的区域进行了利用，在该区域进行地面硬化、加盖轻钢雨棚、配置相应动能设施。

为了提升抽真空能力，在D跨东边预留场地新建抽真空用烘房，配套相关风水电气、基础建设、雨棚加盖、物流通道等。

为了提高产品质量，在产品表面处理方面，增加了专用不锈钢表面酸洗钝化线、碳钢喷砂场地、油漆喷烘一体生产线等。

4 生产场地精益化的工艺布局设计

4.1 生产线精益布局结构选择

公司现有资源中能提供LNG类产品生产的厂房有4跨(见图3)，外加厂房东面预留场地、A跨与C跨之间空场地。厂房宽18 m，厂房偏窄，其中A、B、C跨单台天车最大起重能力16 t。受公司去产能政策限制，空场地上不能新建正规厂房。

图3 现有产地资源示意图

根据天车起重能力，A、C、B跨均只有16 t天车，不适合制作自重超过30 t的产品钢结构，D跨拥有50 t天车，根据精益生产对生产线柔性化的要求，应将D跨预留充足的区域作为大型产品钢结构的生产。

在D跨西边建设有大型射线探伤房，无法进行位置调整。

筒节生产线和筒体生产线应放在射线探伤室之前，即放在A、C跨内，射线探伤完以后的工序可排在D跨和B跨。整条生产线的布局可选择大型U型布局结构。

新的射线探伤房落位于A跨与C跨西边。布局方向为从东向西布置；在C跨中筒体生产线应从西向东布置。

D跨厂房内除了有大型射线探伤房，还有大型罐体套装胎和绝热材料缠绕室，都不适合搬迁进行位置调整，因此套装工位和缠绕工位就确定在D跨内。检漏工序布置在B跨北半跨。

D跨东边是一条出车线，与厂区内轨道相通，在不破坏原铁路线的情况下，不便于与东面预留场地建立转序通道。

为了能与D跨东面预留场地连通，在此次基础建设过程中，B跨东边与东面预留场地建设了平车转序通道，主要是罐体钢结构制作结束后转序至东面的抽真空工位。

结合以上分析，B跨和D跨的布局结构应从D跨西边进，然后从西边出来，进入B跨，再进入抽真空场地，再回到B跨进行后续作业。B跨和D跨适合选择U型生产线布局结构。

抽真空选择并联布局结构。整体布局结构如图4所示。

图4 整体布局结构示意图

4.2 生产线精益布局的实施

按以上布局进行施工后，通过300台LNG罐式集装箱的批量生产验证，结果表明该生产线满足设计产能要求。

5 结束语

借助精益生产之生产平衡理论，结合能利用的场地资源，进行了生产线的设计，在对生产线中瓶颈工序的消除过程中，提出了新生产线工艺装备的配置，并完成了各条生产线的工艺装备的布置。

通过批量生产，对生产线的流程化、生产均衡性、资源配置的合理性进行了验证，结果表明该生产线满足生产节拍及生产安全要求。