基于价值流图的注塑车间精益改善研究

卢旭 朱玉杰

摘  要：应用价值流图分析L公司注塑车间产品不良率高、换型时间长、现场管理混乱和注塑加工时间长等问题。应用潜在失效模式与后果分析、快速换型、10S管理、ECRS原则和人机作业分析等技术对产品质量、换型时间、生产现场和注塑加工进行精益改善。Valeo连接器交货周期由22 d缩短至8.35 d，平衡率由35.7%提高至50.2%，不良品率由10%降至2%，换型时间由81.5 min缩减至45 min，注塑加工时间由28.5 s缩短至13 s，提高注塑机OEE 15.5%，现场秩序得到改善。

关键词：精益改善；价值流图；潜在失效模式与后果分析；快速换型；10S管理

中图分类号：TQ320.8      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）10-0155-06

Abstract： The problems of high defect rate， long changing time， disordered management and long processing time in injection molding workshop of L company were analyzed with value stream mapping（VSM）.This paper applies potential failure mode and effects analysis （FMEA）， single minute exchange of die（SMED）， 10S management， ECRS principle and man-machine joint operation analysis to make lean improvement（kaizen） to product quality， mold change time， production site and injection molding process. The delivery cycle of Valeo connector is shortened from 22 days to 8.35 days， the balance rate is increased from 35.7% to 50.2%， the reject rate is reduced from 10% to 2%， the mold change time is reduced from 81.5 min to 45 min， the injection molding processing time is reduced from 28.5 s to 13 s， the injection molding machine OEE 15.5% is improved， and the field order is improved.

Keywords： kaizen; value stream mapping （VSM）; potential failure mode and effects analysis （FMEA）; single minute exchange of die （SMED）; 10S management

《中國制造2025》目标指明，大力推行精益生产、质量诊断、质量持续改进等先进生产管理模式，体现制造业强国的特征，提升制造业整体素质[1]。精益生产[2]对于中国制造业竞争力的增强具有积极作用，价值流图[3-4]是精益生产中的一种视觉化分析工具。随着精益生产在企业的普及和应用，国内越来越多的制造企业认识到价值流管理的重要性，并逐步在企业开展和实施价值流管理。

潜在失效模式及后果分析（FMEA）技术广泛地应用于航空、航天等军用系统的研制中，现己普及到汽车、电子和医疗设备等民用产品。20世纪80年代，FMEA技术被引入我国，应用于航空、航天和电子等领域，国内对FMEA的研究始于2000年，而且研究内容多集中于FMEA与其他方法的集成应用[5-6]。

1  注塑车间生产现状与问题分析

1.1  现状价值流图

L公司是以产品和模具研发为核心，以先进的模具开发、精密冲压和注塑等制造技术为支撑，为汽车领域客户提供连接器的电子塑胶企业。注塑产品有配件，采用一次或多次成型。以Valeo连接器为主要研究对象，生产数据见表1。

Valeo连接器的加工工艺如图1所示。

Valeo连接器现状价值流图如图2所示。

1.2  注塑车间问题分析

1.2.1  产品不良率高

注塑产品种类多达上百种，产品体积较小，通常重量不超过100 g。质量部门统计结果显示，Valeo连接器的不良率为10%，即平均每100模出现10模不良品，该产品质量问题分析如图3所示。

通过现场调查和分析，具体问题如下。①各部门控制质量各自为政。②控制质量方法未标准化。③处理问题的优先级不明确，措施执行不到位。④控制质量方法亟需与国际接轨。⑤控制质量有待向源头深入。

图1  Valeo连接器工艺程序图

1.2.2  换型时间长

注塑车间每天生产十几种产品，因此出现频繁换型的情况。立式机换型约80 min，由于各机器换型时间长，且换模技术员不足，需要采取措施以压缩换型时间。通过现场调查和价值流图分析，具体问题如下。①人员配合不到位。②模具紧固方式效率低。③模具存放环境不佳。④模具故障率高。⑤修模技术不成熟。

1.2.3  现场管理混乱

通过现场调查，发现具体问题如下。①没有明确区分必要品与非必要品。②必需品没有明确标识。③没有按时打扫机器卫生。④清洁区域无责任划分，无固定人员、区域和时间。⑤良品和不良品没有明显的标识加以区分，出现混装。⑥操作员手指套不按要求穿戴。

1.2.4  设备综合效率低

L公司注塑车间配有立式机30台，操作员的紧缺程度严重，而立式注塑机的设备综合效率并不高。结合价值流图分析，问题如下。①立式机的设备综合效率低，主要因为操作员作业时间长，机器需等待操作员。②操作员紧缺，每台机器配备1名操作员，人机作业不均衡。

2  改善方案的实施

2.1  FMEA技术控制质量

产品的不良形式种类较多，如漏装衬套、高低PIN、衬套包胶、飞边、浇口残余过高及堵孔等。针对注塑车间产品不良率高、事后控制质量、采取措施优先级不明确等问题，应用FMEA技术，成立FMEA小组，从源头控制质量。

FMEA小组应用头脑风暴法，讨论注塑生产过程潜在的失效模式，评定注塑生产失效模式的严重度（S，1≤S≤10）、频度（O，1≤O≤10）和探测度（D，1≤D≤10）的分数，对严重度超过8分或风险值（RPN，1≤RPN≤1 000）超过90分的失效模式采取控制措施，再次评定严重度、频度和探测度的分数，直到严重度控制在8分以内或风险值控制在90分以内。FMEA小组对注塑生产潜在失效模式和后果分析见表2。

2.2  快速换型

针对注塑车间换型过程中人员配合不佳、模具紧固方式效率低、行车叉车不匹配等问题，应用快速换型技术缩短换型时间。

2.2.1  计算生产准备时间

切换过程分为内部作业和外部作业，内部作业是操作时必须停机才能进行的作业，比如模具和夹具的拆装、更换。外部作业是在机器停机前后均可进行切换的作业。内部作业时间决定了切换时间，外部作业时间不影响切换时间。生产Valeo连接器的注塑机换型操作过程见表3，总时间为4 890 s。

2.2.2  改善内作业

换模小组运用头脑风暴法，使用“问题-原因-对策”的方式，确定改善内作业的最佳方法。①使用标准化工具。螺丝刀、扳手等各类工具配备标准化工具箱，根据大小型号分类，方便使用。②使用辅助工具。在外作业时间，将模具安装在辅助夹具之上，在内作业时间就可以将模具快速安装到机台上。③使用功能性夹具和快速紧固件。采用的新型夹具类型有梨型孔、U型槽、C型垫片和劈开的螺纹，应用快速紧固件取代螺栓螺母紧固方式。④减少调整时间。使用标准程序，培训架模工，力争依赖于数值，而不是架模工的直觉；采用定位孔、销、导轨和卡规等方式，减少使用拉尺、卡尺等需要调整的量具。

2.2.3  改善外作业

改善外部作业，使用头脑风暴法，具体问题具体分析。①使用点检表。借助准备材料点检表，列出换型作业过程需要的工具、部件以及需要的人员等。②使用模具记录册。换模前进行功能检查，一个模具对应一本记录册，检查模具、配件和夹具状况是否良好、功能是否齐全。③改善模具存放环境。根据卧式和立式机进行模具分类存放，存储模具环境保证恒温、无水汽，定期检查模具存放条件、模具状态。④改进部件和工具的运输。卧式机模具使用行车和小推车配合完场换模，立式机模具运输小车根据机器大小和模具吨位来选择，同样都具备可升降、可转向、带滚轴的功能。⑤缩短有效架模时间。新的部件和工具必须在停机前运到现场，换下的部件和工具存放于工作现场，换模时只动手不动脚，杜绝不需要的移动。⑥定期维护模具。生产一定数量产品之后，清洗、保养模具。

表3  注塑机换型步骤

2.3  10S管理

针对生产现场管理混乱，应用10S管理提升现场秩序。10S管理是指对生产现场的人机料法环等生产要素进行有效的管理[7]。

2.3.1  10S口诀

将10S管理的内容制成口诀，方便管理者、操作员使用，鼓励公司所有人进行背诵，使10S管理方法深入人心，提升现场管理水平。10S口诀与对应事务见表4。

2.3.2  推行10S委员会

推行10S管理经历形式化、行动化和习惯化3个阶段。从最初的形式上强制规范员工行为，到员工自觉按要求行动，使员工形成行动的习惯，最终成为企业文化。管理层、生产线线长、班长、操作员不仅需要将10S内容牢记于心，更重要的是将管理活动落实到行动中，建立推行10S委员会制度。

通过委员会制度，每周实施10S竞赛，以科室为单位，进行委员会现场评分，实得分数前3名，发给奖金和通报表扬，第一名奖励500元及通报表扬，第二名奖励300元及通报表扬，第三名奖励200元及通报表扬。第一名获得“10S流动红旗”，供其他各科参观学习。培养员工良好10S习惯，是推行10S的最终目的，是成功推行10S的标志。

表4  10S口訣表

2.4  提升OEE

针对注塑机等待操作员导致设备性能开动率低的问题，根据ECRS原则[8]，取消、简化、合并、重排生产程序，进行注塑生产流程再造，缩短Valeo连接器生产周期，提高机器性能开动率。

对于吹洁操作，装备自动吹洁气管，取消人工吹洁。在合模之前，自动吹洁，节省吹洁作业时间4 s。装备电子眼检测设备，进行智能化防错，提高产品的合格率。对于操作员手工逐个埋端子耗费时间长的问题，开发承座治具，操作员将端子暂存于承座治具，一次将4枚端子埋入模具，减少频繁埋入端子动作。

Valeo连接器生产过程是1人操作1台转盘式注塑机，注塑机转盘上安装2套模具，生产方式相当于“1人2机”生产方式，人机联合作业分析如图4所示。“1人2机”的生产方式，埋端子和吹洁操作时间较长，注塑机利用率较低，操作员负荷较大，生产能力较低。采用“2人2机”生产方式，应用承座治具埋端子，自动吹洁代替人工吹洁，有效提高设备利用率，合理减轻操作员负荷，生产能力得到提升。

3  改善效果及评价

在注塑车间实施精益改善方案之后，改进效果明显，如质量提高、交货周期缩短、生产效率提升、员工积极性提高，具体改进效果见表5。

图4  人机联合作业分析

表5  改进效果统计

Valeo连接器未来价值流图如图5所示。

4  结论

将精益工具和FMEA技术结合，解决注塑车间换型时间长、现场混乱、过程浪费和质量问题，提升L公司的注塑生产效率，提升企业竞争力。总结了L公司注塑车间运用精益工具改善生产过程的成功经验，丰富了精益生产在注塑行业的应用案例，为之后在注塑行业推广精益生产提供参考。

参考文献：

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[2] 刘树华，鲁建厦，王家尧.精益生产[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3] 江欣昊，李乃梁，王浩楠.基于VSM和TOC的车间生产系统改善[J].工业工程，2018，21（2）：94-102.

[4] ADWAIT D， SAILY K， JAYANT G，et al. Design and evaluation of a Lean Manufacturing framework using Value Stream Mapping （VSM） for a plastic bag manufacturing unit[J]. Materials Today： Proceedings，2018，5（2）：7668-7677.

[5] 李文定.淺谈FMEA在铸造质量管理中的应用[J].中国铸造装备与技术，2018，53（6）：75-77.

[6] LO H W， LIOU J J H. A novel multiple-criteria decision-making-based FMEA model for risk assessment[J]. Applied Soft Computing， 2018（73）：684-696.

[7] 赵秀青.基于《企业现场管理准则》的“10S”创新应用[J].企业改革与管理，2018（16）：20-21.

[8] 朱华炳，王龙，涂学明，等.基于ECRS原则与工序重组的电机装配线产线平衡改善[J].机械设计与制造，2013（1）：224-226.