PDCA循环法在核电模块装配过程中的应用

王庭兵

(西安交通大学核科学与技术学院，陕西 西安 710049)

0 引言

核电厂安全级控制系统主要由现场控制站、安全显示站、网关站、工程师站等组成，以上各系统由一些基础模块部件组成，如基础背板、信号输出模块、信号输出模块、扩展模块、通信模块、控制模块、调理模块等。不同模块执行不同的功能，如数据采集、逻辑处理、运算，转换、隔离、信号分配等，是执行功能的核心部件。无论涉及何种模块，组装都是必须完成的过程，是仪控产品生产过程中的必经环节，只有模块装配完成后，才能在不同的功能控制柜上发挥相应的作用。模块装配的效率会直接影响整个项目的供货进度，在确保产品质量的前提下提高模块装配效率是生产环节提质增效的重要手段。

1 PDCA循环法概述

PDCA是解决问题的一种重要工具和方法，主要包括4个阶段：

(1)P阶段(Plan，计划阶段)。计划职能包括目标和方针的确定，以及活动实施计划的制订。

(2)D阶段(Do，执行阶段)。根据已知的信息进行方案设计和工程实施。

(3)C阶段(Check，检查阶段)。包括4C管理：Check(检查)，Communicate(沟通)，Clean(清理)，Control(控制)，根据上一阶段的设计和实施情况对过程和产品质量进行监视和测量，并报告结果。

(4)A阶段(Action，处理阶段)。包括2A：Act(执行，对总结检查的结果进行处理)，Aim(按照目标要求行事，如改善、提高)。

2 计划阶段

2.1 现状调查

某核电项目工程样机包含控制机柜40台，涉及模块种类30种，数量5000余张。由于该项目有严格的工程时间节点要求，在模块装配工艺复杂、产品数量众多、种类复杂、人员有限、时间紧迫的情况下，按工程节点完成全部模块装配十分重要，因此在此过程中急需提高工作效率。

对该工程样机中模块装配耗费时间较多的模块进行统计，见表1。

表1 某工程样机模块装配时间统计

项目计划要求在5个工作日内完成任务，该模块需要安排18人进行装配，人力耗费较大。综上所述，问题的症结是模块装配效率低。

2.2 目标设定

根据调查结果，以提高模块装配效率为突破点。经调查，当前该模块的组装效率为28min/块；设定目标，将该模块装配时间缩短为≤10min/块。

2.3 要因确认

为了确认模块装配在各个工艺环节对装配时间的影响因素，针对问题症结开展原因收集，按照生产制造五要素5MIE(人、机、料、法、环)的影响因素，采用头脑风暴法，列出可能对生产装配效率产生影响的原因，采用统计分析、测量数据对比、现场实践操作、现场环境模拟和试验、观察操作方法等手段对末端原因进行逐一分析和确认，具体如下。

2.3.1 人员配置情况

全年人员招聘计划为4人，实际到岗人数为4人，完成率100%，人员招聘计划按时完成。全年生产装配员工共计38人，离职人数为2人，占比5.2%，不影响总体生产进度安排。

结论：人员配置到位，非要因。

2.3.2 人员培训情况

全年包括能力提升培训10次，项目产前培训2次，各类专业培10次，合计22次，参加人员比例约为98%。

结论：培训次数及参训人数均按计划完成，非要因。

2.3.3 人员资格差异

生产装配员工共38人，其中有技师职称2人、高级工职称6人，其余为中级工职称。部分装配员工为新入职的员工，由于技能还不熟练，对装配效率有一定影响。通过统计和分析发现，此部分技能不熟练的员工占比较少(4～5人)。

结论：人员资格差异，非要因。

2.3.4 基础设施配置

装配模块时，采用手动流水作业，模块装配车间采用5台防静电桌配置成手动流水线。该装配车间共6条生产线，目前能满足所有项目的模块装配需求。

结论：基础设施配置不完善，非要因。

2.3.5 装配和搬运工具

操作人员采用的拧紧工具和转运工具(如手动螺丝刀、尖嘴钳、活动扳手、小推车等)，在模块装配中对部分模块装配时需要紧固螺钉的工序进行统计分析，见表2。

表2 模块装配螺钉紧固工序及螺钉数量统计

通过观察操作人员装配和转运模块的方法，经过分析、统计、工时测算得出数据如下：①使用手动螺丝刀拆除模块螺钉的平均时间为10s/颗；②安装和拧紧模块螺钉的时间为13～15s/颗；③使用通用防静电箱转运模块时，每个防静电箱存放约20张3U模块，每张模块中间必须增加防静电泡沫缓冲隔开，模块存放和转运耗费时间长；④在转运过程中，由于防静电箱中的模块未固定，容易出现移动，产生碰撞，可能造成损坏，影响模块质量。

结论：装配和搬运工具不适用，是要因。

2.3.6 装配工序不合理

安全级DCS系统中的功能模块，在内外部结构及装配流程方面具有不同的特点。根据对功能模块装配特点的分析，对该模块的装配工序及用时进行分析统计，见表3。

表3 模块装配工序及工时统计

(续)

对操作人员装配模块时进行观察、分析和工时测算，得出结论：加工工序的先后顺序对装配效率有较大影响。

结论：模块装配工序分工不合理，是要因。

2.3.7 缺少标准作业流程

目前，模块装配根据不同的模块结构分别设置了不同的工艺流程，根据前面的模块类型分类分别设置了三种工艺流程。这三种工艺流程对优先级逻辑选择模块的装配描述均较为笼统，且不够详细，装配人员在装配该模块时，由于缺少该模块的标准作业流程，对于某些细小的步骤理解不够到位，装配过程进展缓慢。

结论：缺少标准作业流程会直接影响装配效率，是要因。

通过以上原因分析，最后确认三个要因如下：①装配和搬运工具不匹配；②装配工序不合理；③缺少标准作业流程。

2.4 对策制定

根据以上确定的三个要因，针对缺少标准作业流程和装配工序不合理，主要通过优化当前工艺流程、制定合理的流程，根据优化以后的流程通过编制标准的作业指导书实现固化，同时对当前的装配和转运工具优化选型。

3 执行阶段

制定对策表后，按照对策落实措施，具体做法如下。

3.1 进行装配工具调研

选取适用于模块装配螺钉拧紧力矩要求的工具，见表4。

使用扭力测试仪对选型的电动工具进行扭力测试，测试结果均达到扭力要求。

3.2 设计转运工具

对各类模块结构进行分析、测量尺寸，设计和制作对应的转运工具。为了满足模块转运的高效率和库房存放物料数量的最大化，根据现有货架尺寸的要求对PCBA/模块防静电周转箱进行设计，最后确定防静电周转箱尺寸为:长570mm×宽370mm×高300mm。

3.3 优化工序

优化设计工序，实现工序同步，减少等待时间，提高效率，如图1所示。

该模块配置装配人员4人。A、B、C三道工序由员工甲、乙、丙3人同时开始加工，实现工序同步。待B、C工序完成后，D工序员工丁开始加工。由于D为该模块装配的瓶颈工序，耗时较多，因此在B、C工序部分完成时，将加工B、C工序的员工乙和丙调配到E和F、G、H、I、J工序进行加工(E工序耗时为120s，F、G、H、I、J工序耗时为113s)，可以基本达到工序同步，同时完成装配。D工序原材料(B、C工序的产品)待用尽时，再将乙和丙员工调配到B、C工序加工。如此进行循环，直至完成整个装配工作。

表4 螺钉拧紧工具及力矩要求对应表

该生产模式借鉴精益生产中分割作业单元生产方式(分工作业+相互协助)，降低了生产资源的需求(如机器设备、工具、场地的投入)，生产柔性好，适合多品种、小批量式生产需求。

3.4 标准流程建立

制作标准作业流程和示意图，并按照流程实施，记录完成时间。

4 检查阶段

通过对策实施，对目前项目模块生产的装配时间进行统计。通过改进，模块装配效率有较大提高，模块装配平均时间由之前的28min降到9.78min，装配效率提高了65%，达到预期目的。

5 处理阶段

通过本次改进取得了一定的成果，在结合之前模块装配经验的基础上制定以下巩固措施：

(1)将电动扭力螺丝刀和扭力测试仪确定为模块装配标准工具，纳入生产系统统一管理，将模块转运车和防静电周转箱形成标准化配置，形成模块装配的标准资源配置。

(2)培训操作人员使用标准化工具。在新的装配工艺流程和方法下，装配员工熟练使用工具，装配效率维持在目标值以上。

6 结语

PDCA循环管理法作为一种过程管理工具，在核电安全级仪控产品的生产中得到了很好的应用和实践，为保障项目的进度和管控过程质量风险等起到积极作用且效果良好。

在核电的仪控生产中，企业应充分借鉴PDCA循环法的精髓，边计划、边执行、边检查、边总结、边改进。采用PDCA循环法可有效改善生产方式，使项目推动更加顺畅，有效保障供货节点，在核级仪控生产中得到了很好的实践和应用。