基于smed的三复合挤出机快速换模技术研究毕设论文.docx
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基于smed的三复合挤出机快速换模技术研究毕设论文
1前言
1.1课题的提出
经济社会日益发展的今天,汽车对人类生活的重要性显得越发突出,轮胎的需求量亦与日俱增。
从原配市场,一般轮胎三年到四年都需要更换,如果在轮胎的使用过程中没有出现大的问题,一般的消费者都会继续使用原来的轮胎。
从替换胎市场,在未来的三年公司会将其零售网络扩大到今天的3倍,将零售网络铺到全国各地,而这将大大方便替换胎消费者购买,再加上公司前期市场的推广活动,无疑,对替换胎市场将是一个很大的促进。
SMED(Single-MinuteExchangeofDie,快速换模,亦即单分钟换模)迅速成为各国先进制造业精益生产的有力工具。
新世纪的今天,市场经济的进一步扩大,尤其加入WTO后的中国制造业面临着越发严峻的市场考验。
设备是生产系统最重要的组成要素,它的水平和状态直接影响着企业产品的生产率、质量和成本。
目前,国内企业设备的效率还普遍较低,其状态和价值还存在很大的改善空间,这无形中给企业带来了巨大的损失。
因此,提高企业设备效率是改善企业效益、降低制造成本、提高产品质量等的有效手段,从而促进企业快速持续发展。
如何降低成本,提高设备OEE(OverallEquipmentEfficiency设备综合效率),进而提高企业本身的综合竞争力,成为了企业家不约而同关注的重要课题,自然而然也成为了个每个精益生产者,工业工程师的使命。
某世界知名轮胎制造商为满足日益增长的产量的需求,必须提高瓶颈工序瓶颈设备的OEE,进而达到满足产能的需求。
笔者本着该企业某工厂为满足日益增加的日产量的要求,提高瓶颈设备OEE,通过对该工厂瓶颈设备三复合挤出机进行OEE损失研究分析,发现该设备OEE损失中,换规格损失成为了该设备最大的OEE损失(11.4%),面对这种情况,笔者决定对该设备进行快速换模研究分析项目。
通过A3问题解决思路以及5W1H原理,ECRS四大原则等工业工程手法的应用,经过若干PDCA循环(Plan计划、Do实施、Check检查、Act行动)对设备进行了必要改进,首先区分内外部操作,转化内部操作(Internal)为外部操作(External),减少内部操作时间,降低调整时间以及推行5S降低总时间,进而完成了降低换规格OEE损失的目的。
1.2课题研究的背景
公司概况:
据轮胎市场营业额显示,该轮胎制造商是全球第五大轮胎制造商,并跻身于该领域高收益率之列。
2009年,该品牌年营业额达到40亿欧元,几乎比上年增长12%。
如今该公司承担了集团对于各款车型包括:
轿车、轻型货车、摩托车(用户部分,70%收益率)、公交车辆、卡车、农业及推土设备用胎的设计、研发、生产和市场营销以及钢索产品(工业部分:
30%收益率)生产和营销。
在这市场中,该公司通过提升科技含量和高性能,集中关注高端部门的开发。
综上所述,占据轿车和摩托车胎领导位置的该品牌轮胎今日被视于质量、激情和超高性能的代名词。
凭借其专业技能,集团与世界领先的轿车及摩托车制造商建立起紧密的工作关系;合伙经营已转化为所有领先车辆制造商的诸多车型中不可缺少的部分。
2005年,该公司在进入中国便选择在山东建厂。
2007年末,在山东建立了在中国的第二条轮胎生产线——子午线轿车轮胎生产线,正式投产高性能轿车轮胎,2011年末,第三条摩托车胎生产线也即将投产,此举意味着该品牌第三轮扩张计划的开始。
1.3课题研究的对象
正如集团公司的背景,市场对该品牌轮胎的需求量也与日俱增,生产管理者带来了巨大的动力。
虽然精益生产文化体系已经入到集团的每个角落,但是,考虑到中国国情,年轻的中国公司还在于起步阶段。
为了满足日益增长的市场需求,公司高层运营总监觉得在未来的几个月内
逐渐提高轿车轮胎日产量。
从三月份的11000条/天,逐渐提高到六月份的15000条/天。
这给我们每个IE工作者带来了莫大的压力。
通过对三复合挤出机整体设备效能的研究分析,我们发现了该设备损失的若干因素。
在该设备各项OEE损失中,换规格损失(11.4%)、速度损失(7.7%)和待料损失(5.1%)所占比例最大。
如表1.3
表1.3三复合挤出机OEE百分比损失明细表
10.01
10.02
10.03
10.04
10.05
10.06
10.07
10.08
设备停机
5.2
5.1
3.6
4.1
4.0
3.4
4.2
5.0
换规格
9.4
8.1
10.8
11.2
10.7
12.9
12.3
11.8
工作循环
0.5
2.0
0.8
1.5
1.6
1.0
1.2
0.8
待料
11.2
8.5
8.0
4.5
6.2
6.3
3.9
1.2
质量问题
2.7
4.2
4.3
4.3
3.6
2.0
1.5
1.1
换料
3.4
3.7
4.6
5.1
3.7
1.5
0.0
0.6
非计划停机
0.2
0.2
0.1
0.1
0.3
1.0
0.5
0.1
速度损失
8.3
8.4
8.0
6.0
5.6
9.3
7.8
6.4
小停机
2.0
1.7
1.5
1.8
2.8
3.7
1.8
1.4
废品损失
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
不明确损失
4.6
4.9
4.1
4.3
4.7
-9.4
3.6
3.7
设备效率
52.5
53.4
54.1
57.2
56.8
68.2
63.1
67.9
续:
表1.3
10.09
10.10
10.11
10.12
11.01
11.02
11.03
平均
设备停机
4.0
4.0
4.1
4.3
5.2
8.2
5.21
4.6
换规格
11.3
11.4
13.1
12.0
12.3
12.3
12.15
11.4
工作循环
1.2
1.3
1.3
1.1
1.1
1.5
0.15
1.1
待料
1.3
6.2
3.2
8.1
3.0
1.2
3.2
5.1
质量问题
1.6
1.8
1.2
0.8
1.6
0.5
1.4
2.2
换料
0.9
0.9
0.8
0.3
0.7
0.3
0.1
1.8
非计划停机
0.0
0.0
0.2
0.2
0.3
0.2
0.0
0.2
速度损失
4.9
9.2
9.3
8.6
8.5
7.4
8.5
7.7
小停机
1.4
1.5
1.0
0.8
0.8
0.5
0.4
1.5
废品损失
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
不明确损失
9.5
4.2
3.6
3.8
3.8
3.7
3.3
3.5
设备效率
64.1
59.6
62.2
60.0
62.7
64.1
65.6
60.8
此次三复合挤出机快速换模研究旨在降低换模周期时间,提高设备综合利用率,进而满足日益增长的产量需求。
经调查研究分析,三复合挤出机平均每日换模25次左右,平均每次换模约为6min,小组的任务在于通过对换模过程的跟踪,通过IE手法的运用,对过程进行分析优化。
有效的把平均换模时间降低至3min以下。
三复合换模类型很多,包括只换口型板,换口型板预口型,胎面换胎面,胎侧换胎侧,胎侧胎面互换等。
本文旨在研究只换口型板这一简单常用的换模过程。
1.4课题研究的内容
三复合挤出机换口型板的过程分为可以简单分为事先工器具准备,换模和换模后调整三个阶段。
本文旨在通过对工器具准备,换模过程以及换模后调整从人、机、料、环、法五个方向着手,发现寻找改善机会,减少各阶段周期时间,尽可能的通过对人员调整,培训、对设备进行改造、对物料更为合理的布置,对方法进行更为合理的改进,进而转化内部操作为外部操作,从而降低换模时间,提高OEE达到满足产能的目的。
本文的出发点在于在保证质量的提前下提高产能满足市场需求,一切影响质量并无关提高产能的措施,无益于本出发点的作业本文该不考虑。
1.5课题研究的目标及意义
1.5.1课题研究的意义
在不追加额外投资,利用现有资源扩大利益也成为了每个企业管理者,工业工程从业者最为关注的。
而快速换模作为精益生产最重要的工具之一,是每个IE工程师所必备的工作技能。
让每个中小批量多品种生产制造商恼火的是换模过程浪费了企业大量的生产力。
换模过程时间的长短,已经成为评价一间工厂工作效率高低、管理水平优劣的一种直接标准,亦是工厂生产成本高低的直接反映,是企业实施精益生产的途径之一。
在工业产品快速换代的今天,每天更换几种乃至数十种模具的机会是越来越多,如果频繁换模,而换模的时间又不能直接有效的缩短,则企业的竞争力肯定不如别人。
在这种情况下,实施快速换模,则显得尤其重要。
1.5.2课题研究的目标
根据图1.5.1可以看出换规格损失了三复合挤出机11.4%的产能,是最大的OEE损失。
因此,对该设备实施快速换模成为了提高产能不得不完成的功课。
为满足产能需求,根据表1.5.2可以看出,只有OEE损失达到67%以上,周期时间降低至0.58min才可能满足日产能达到15000的要求。
为了能够把三复合挤出机OEE提高到67%以上,我们需要把换规格损失降低50%以下,即让换规格损失占全部OEE的5.7%以下。
具体说来就是把我们的换规格时间降低至3分钟以下。
如图1.5.3:
图1.5.1三复合挤出机OEE损失比例图
表1.5.2三复合挤出机工业工程标准
总时间/min(A)
1440
目前周期时间/min(G)
0.068
工业化时间/min(B)
16
目标周期时间/min(H)
0.58
预防性维护时间/min(C)
11
废品率/%(I)
5.1
就餐时间/min(D)
0
设备数量(J)
1
无计划时间/min(E)
0
目前OEE/%(K)
60.8
可利用生产时间/min(F=A-B-C-D-E)
1413
目标OEE/%(L)
67
实际产能(M=F/G*(1-I)*J*K)
11989
目标产能(N=F/H*(1-I)*J*L)
15490
图1.5.3目标三复合挤出机OEE损失比例图
1.6国内外研究现状
自从上世纪80年代以来,快速换模技术在西方发达国家得到迅速推广应用后,世界各国的企业逐渐对此有了一个更加清晰的认识——通过实施快速换模进而降低换模时间是多品种中小批量生产企业实施精益生产的关键点之一。
而目前在我国,对快速换模技术的研究还属于比较零散,没有形成系统的研究理论,在这方面研究比较多的专家有精益生产研究会会长李树青先生等。
但他更多的是以公开课培训的方式传授快速换模的知识,而全国各高校或研究所却很少有涉及这方面的研究,企业实际生产中应用的例子更是少之又少。
快速换模技术是企业实施精益生产的关键点之一,它可以应用于各个企业各种设备的换模改进,不只是某些特定设备和特定企业的御用技术,在竞争日益激烈的今天,作为竞争力稍弱的国内公司,推广和实施快速换模技术是提高企业市场竞争力的不二法宝,因此迫在眉睫[13]。
2快速换模技术
2.1快速换模简介
SMED是通过充分应用工业工程的方法,把模具(现在也包括各种生产单元)的更换时间、开机设置时间或启动生产时间等减少到10分钟以内(单数分钟)的一种科学先进的过程改进方法。
快速换模技术是1969年由日本丰田汽车公司的工业工程师新乡重夫(ShigeoShingo)博士提出的,在采用这种方法之后可以把换模时间降低到10min以下,所以新乡重夫博士又将其称为单分钟换模,即:
SingleMinuteExchangeofDie,简称SMED,在精益生产活动中又叫快速换模技术。
在ShigeoShingo博士的努力改善下,丰田公司将1000吨冲床的换模时间由四小时降到9分钟,这样的观念后来被推广到快速换线[1]。
2.2快速换模的原理
比较传统的基于IE理论快速换模在生产中的实践主要是基于基础IE理论,从传统的工业工程中动作分析和流程分析的角度,研究怎么样缩短换模的时间,特别是缩短内部操作时间的方法。
运用基础工业工程的工作研究中的方法研究和作业测定两大基础技术,对换模过程中的每一个程序利用“5W1H提问技术”和“ECRS四大原则”进行分析,从而发现存在的问题然后进一步探讨改进的可能性。
(1)5W1H提问技术
5W1H分析法也叫六何分析法,是一种工业工程常用的一种思考方法,也可以说是一种创造技法。
是对我们选定的项目、工序或操作过程,从原因(why)、对象(what)、地点(where)、时间(when)、人员(who)、方法(how)等六个方面提出问题进而进行改善思考。
具体过程见表2.2:
表2.25W1H提问技术
考察点
分析现状
提出问题
改进意见
第一次提问
第二次提问
第三次提问
原因
为何做(why)
为何要这样做
是否不需要做
对象
做什么(what)
是否必要
有无其他更合适的对象
地点
何处做(where)
为何要此处做
有无其他更合适的地点
时间
何时做(when)
为何要此时做
有无其他更合适的时间
人员
何人做(who)
何为要此人做
有无其他更合适的人
方法
如何做(how)
为何要这样做
有无其他更合适的方法与工具
(2)ECRS四大原则
合理运用ECRS四原则,即取消、合并、重组和简化的原则,可以帮助我们找到更好的工作效能和操作工序方法。
在首先进行5W1H分析的基础上,寻找工序流程的改善途径,构思新的工作方法,进而取代现行不良的工作方法[10]。
2.3换模时间
换模时间是指从上一个产品生产结束到下一个合格产品生产出来并达到设计速度的时间。
换模过程主要由四部分作业组成:
换模准备,换模,放置调整,再调整。
换模作业有其时间特性,因为一些作业只有在机器或者工艺过程停止时才能操作,而另外一些作业则可以在机器或者工艺过程运行时进行操作。
根据这一特性,Shingo博士将换模时间分为“外部(external)切换时间”、“内部(internal)切换时间”和“调整试生产时间”[3]。
如图2.3;
图2.3换模时间构成图
外部(External)切换时间指的是不需要停机即可完成的切换作业的时间。
属于这一类的常见操作有:
得到下一换口型板的指令前,从恒温箱中取下一工作所需型号的口型板,从工具存放处取出并准备好必要的工具,把上一型号中的口型板归还到恒温箱,安排所需操作者到合适的位置,转换后的扫尾工作等。
内部(Internal)切换时间是指必须让机器停止才能进行切换作业的时间。
比如从有框板中取出口型板,清洁有框板、口型板、预口型表面余胶,安装新的模具,放置新的工件等[8]。
模具更换完成以后,为确保质量精度及处理故障而使机器停止的时间称为调整时间。
它包括机器的调试,模具的调整,以及在胎面正常生产前测量宽度、重量的时间,包括接取,调整划线装置等。
2.4研究过程
2.4.1成立项目小组
为完满完成项目小组作业,我们IE部邀请了包括工程部,生产部,质控部,安检部以及包括主机手、副机手全部一线操作工参加项目小组。
其中,工程部负责设备改善,生产部协调生产,质控部监控生产过程,安检部保障生产过程无安全隐患。
2.4.2项目描述
此次三复合挤出机快速换模研究旨在降低换模周期时间,提高设备综合利用率,进而满足日益增长的产量需求。
经调查研究分析,三复合挤出机平均日换模21次,每次换模约为7min,小组的任务在于通过对换模过程的跟踪,通过IE手法的运用,对过程进行分析优化。
有效的把换模时间降低至4min以下。
2.4.3制定行动计划
根据工厂现状,在与小组成员共同协商情况下,制定项目计划实施表2.4:
表2.4快速换模项目计划实施表
阶段
行动
7
8
9
11
12
13
14
15
16
18
19
20
四
五
六
一
二
三
四
五
六
一
二
三
准备阶段
成立项目小组
项目描述
制定行动计划
调研阶段
换规格录像
分析优化阶段
人机动作分析
操作优化
实施阶段
制定标准SOP
标准化
执行SOP,生产跟踪
2.4.4调研阶段
项目小组在保证生产现场5S工作做好的提前下(5S是实施快速换模乃至一切精益生产活动的基础),对生产现场进行跟踪。
选优秀熟练操作工进行换模作业,用DV或其他录像器材对换模作业过程全程录像。
2.4.5分析优化阶段
(1)描述换规格过程
用文字记录换口型板过程的现状,包括换规格的时间、由主机还是副机来完成作业、工具、部件以及在换规格过程中发生的特殊事件等,尽可能详细地将换模过程记录整理。
(2)设置换规格准备过程的改进目标
包括换规格时间的目标时间以及需进行改进的时间段。
虽然这些都是在换规格之前设定的目标植,但该目标是在记录整个换模过程并对换模流程进行分析之后提出的,所以是有的放矢而非毫无来由,最后的结果通常要比设定的目标要好。
(3)分解切换作业
在对各种换规格过程采取改进措施前,应该先就整个换规格流程加以掌握详细记录,调查清楚各作业细节所花费的时间,在此基础上明确哪些作业必须停止机器以及哪些作业没有必要停止机器,进而对切换作业进行分解,划分内部切换作业、外切换作业和调整作业。
(4)缩短换模时间
在将切换作业的性质划分清楚后,分别针对不同性质的操作采取不同的措施,从而着手进行切换的改善活动,进而缩短换规格时间,实施快速换模。
步骤如图2.4:
图2.4缩短换模时间的基本步骤
1)内部操作切换为外部操作
要在了解每一个内部操作的作用与目的之后,借助团队的力量寻找发现可以转化为外部操作的内部操作以及将内部操作转化为外部操作的途径和方法。
2)缩短内部操作时间
利用5W1H和ECRS对作业方面进行彻底的改进,有必要的话对设备进行改造。
3)缩短调整作业时间
记录上次顺利换模的情况,如上次顺利调整划线,以此为参照寻找发现可改善的机会。
4)推行5S,改进外部操作,缩短总时间
外部操作是为内部操作能做到快速转换而在内部操作前做准备、内部操作后收拾现场的活动。
效率低的作业活动往往是由于寻找取放工器具浪费了过多时间。
为此,缩短外部操作时间,同样意味着切换总时间的缩短。
2.4.6跟踪实施阶段
经验丰富的企业管理者知道,如果不能够很好的在实际生产中彻底贯彻落实应用,再大的努力也只是白费。
如果没有强大的执行力作为后盾支撑,快速换模前期工作再努力也收不到预期的效果。
为此,跟踪实施阶段也是快速换模过程中尤为重要的环节。
在这个阶段,我们不仅是在跟踪项目落实的情况,还要继续分析研究,不断完善我们的改善。
工业工程管理模式便是个持续改善的管理模式。
2.5本章小结
SMED原理看似简单,但是在具体实施过程中包括改进目标的细节量化、操作程序的细节量化、改进方案的执行力度等细节方面对最终效果有着非常重要的影响。
所以,SMED法不能够只是单独实行,而应该结合其他的管理或流程改善工具进行,需要一种强有力的执行力作为后盾。
为此,没有公司领导的大力支持,是不可能有成功的快速换模项目的,也注定无法达到预期的效果。
模具的快速更换还是一个有组织的过程。
实施快速换模,可以缩短生产线生产不同产品时的转换时间,提高转换的可重复性,确保在尽可能短的时间内换模成功并生产出合格产品,从而促使生产者减少生产批量和降低库存水平而不影响正常的生产作业。
快速换模的成功可以带来如下有益的变化:
1)简化生产的计划,有利于均衡生产和实施准时化生产方式;
2)减少报废和返修;
3)节约库存的空间和降低库存的数量,增加库存周转率;
4)减少搬运,可以采用更小的和更少的周转箱;
5)减少生产的批量,从而适应顾客更多品种的生产需求;
6)提高生产线安全使生产线环境井井有条等;
7)使精益生产的的思想落实到具体的操作,带来企业的最大化利益。
3胎面挤压换模过程的改进
3.1轮胎的生产过程
3.1.1轮胎概况
轮胎是在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品通常安装在金属轮辋上,能支承车身,缓冲外界冲击,实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。
轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用,它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用,因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。
同时,还要求具备高耐磨性和耐屈挠性,以及低的滚动阻力与生热性。
世界耗用橡胶量的一半用于轮胎生产。
轮胎对于汽车有以下作用
(1)支撑汽车自重和负荷,对路面传递驱动力和制动力;
(2)与悬架共同吸收汽车行驶中受到的冲击,以确保汽车具有良好的乘坐舒适性和行驶平顺性;
(3)与路面有良好的附着性,以提高汽车的牵引性、制动性和通过性(包括汽车的起动、加速、减速、停车和转向)。
3.1.2轮胎组成
轮胎主要有胎面、胎侧、内衬层、带束层、胎体、冠带条、胎圈(由钢丝圈和三角胶组成)。
各部件的作用:
胎面:
传导轮胎和路面之间力的变化;排出轮胎与地面之间的水分;减少轮胎与地面之间相对移动产生的磨耗;减少由于制动、转弯、高速行驶等产生的地面对轮胎的反作用力;减少滚动阻力。
胎侧:
保护胎体帘线(外力的摩擦、侧向外力的冲击、紫外线照射、化学物品的腐蚀);同时胎侧需要高度的柔韧性来提高胎侧的耐疲劳性能和轮胎的乘用舒适性。
内衬层:
保证轮胎充气后密封不漏气。
带束层:
子午线轮胎主要受力部件,决定着充气轮胎形状及轮胎各部位由内压引起的初始应力。
带束层应有足够的刚性,以防胎体胎冠部位的伸张,从而保证轮胎行驶平稳,与路面的接触良好。
胎体:
轮胎中承受压力的部分,把所有驱动力、制动力、操控力传导到胎面。
冠带条:
用于箍紧带束层和胎体,防止轮胎在速运转的情况下产生驻波和由离心力引起带束层脱层。
胎圈:
保证轮胎能够安装并且密封在轮辋上。
由钢丝网和三角胶组成。
三角胶用来提高轮胎子口部位的强度。
3.1.3轮胎生产制造流程
在该工厂,采用直线型流水线车间设置,分为密炼车间,半成品车间,成型车间,硫化车间和成品检验五个车间。
密炼车间把碳黑、天然/合成橡胶、油、添加剂、促进剂等原材料混合到一起,在密炼机里进行加工,生产出“胶料”。
半成品车间生产轮胎中的各种半成品部件。
胎面和胎侧由三复合挤出机生产,三角胶由单复合挤出机生产。
这两种挤出机均是销钉式挤出机,销钉式挤出机的机筒上面装有穿过机筒并指向螺杆轴线的销钉。
由于胶料的流动与传递均伴随着一个剪切梯度,使胶料具有良好的掺混均匀性,胶料的温度适宜,并且挤出机本身还有良好的自洁性能。
两个组合在一起的两辊压延机生产出的两种胶片经过热贴后形成内衬层。
压延机主要用来生产胎体大线和带束层大线。
钢丝圈是由单根钢丝连续缠绕
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