运用精益生产理念,分析某复材产品制造过程中存在的问题,运用精益工具,对生产流程进行梳理和分析。从优化工艺流程，减少生产准备时间，改善铺叠方法，加快生产节拍等多个方面开展工作。取得了缩短生产周期，提高生产效率，降低生产成本，实现稳定批产的效果，增加了企业效益。

基于精益生产的复合材料产品制造过程改善

陈静  许国栋

在经济全球化背景下，复合材料制造业迎来了广阔的发展机遇，但随着市场竞争的日趋激烈，企业降低制造成本和提高生产效率也更加迫在眉睫^[1]。精益生产的思想精髓在于消灭浪费、创造价值。精益生产将生产过程中的行为分为增值和不增值两类，客户愿意付钱的行为属于增值的范畴，反之则属于不增值的范畴^[2]。追求完美，追求卓越，精益求精是实施精益制造的目的。其工作流程通常是按照确定价值、价值流、流动、拉动、的基本原则来进行的^[3]。将精益生产的理念和方法应用于复合材料零产品的制造具有重要意义。

1.精益生产在复材产品生产线上实施的背景

作为刚从传统的研究院所转型的复材制造企业，其相对落后的产品和管理方式决定了企业生产制造系统和科研生产高度交叉的离散型产品制造系统的特点。该复材产品因技术要求严格结构较为复杂，单件价值高，需要严格细致的生产过程质量控制，该复材产品的工序冗长，等待浪费严重，生产效率低，产品交付周期长，造成产品交付生产线能力不足，无法满足客户交付节拍的问题。急需通过对该产品实施精益改善工作，实现产品的生产节拍提高，交付周期缩短，提高生产效率，满足任务需求，实现稳定批产。

2.精益改善工作流程

在精益生产理论的指导下，使用精益生产工具，按照项目立项、改善实施、改善验证、成果固化和持续改善的流程，开展精益改善工作。利用价值流图，分析并找出阻碍生产效率提高的主要瓶颈、存在的浪费及其产生的根本原因，采取有效改善措施；从客户需求开始，逆向拉动生产，实现生产组织的管理提升，提升生产效率；提高生产节拍，满足客户需求；通过标准化作业、目视管理和技术员反馈制度的建立，保持生产线稳定高效运作。

3.改善前价值流图分析

价值流图分析用于该产品的生产和服务过程，先按产品族为单位画出当前价值流图，再以客户的观点分析每一个活动的必要性。使用现状观察表、时间观察表、生产流程描述表和工作量描述表，对流程进行观察、跟踪、记录，绘制改善前价值流程图如图1所示。

图1 复材产品现状价值流图

从图1中可以发现以下问题：

观察点1：现有流程周期效率：增值时间/交付周期，流程效率较低。按照客户的实际需求，流程应达到的节拍时间（Takt time,T/T=有效工作时间/需要的产量）。目标前置时间（L/T）= T/T×目标产量，说明流程可改善空间很大

观察点2：在产品单件顺序移动状态下，因模具数量限制，产品的“铺叠-吸胶”工序重复4次，工艺设计明显不合理。

观察点3：模具准备时间长，延长了生产时间，拉低了生产节奏。

观察点4：铺叠工序的等待时间为0.5h，考虑改进铺垫方法，减少操作人员不必要的等待浪费；且每天只铺叠一台模具，生产效率极低。

4.复材产品生产线的改善方案

从上述分析结果可知，原有产品生产线的主要问题集中在各工序的生产周期不平衡、工艺设计不合理、生产准备时间长这三点，是该产品生产线亟待解决的问题。通过对复材产品现状价值流图析，调整和改进不合理工序，缩短超出生产节拍的工序加工时间，减少工序准备时长，使每道工序时间差缩短。

（1）“铺叠-吸胶”工序改善

改善前：生产方式为串行生产，在一个模具上铺叠第1~8层后吸胶，铺叠第9~16层后再吸胶，铺叠第17~24层后再吸胶，铺叠第25~32层后再吸胶。吸胶处理4次，每次12小时，共42小时/4天。每次烘箱只热处理一个模具，烘箱使用率低，生产周期长。

改善后：生产方式为并行生产，经过多次工艺试验验证后，由单个模具的串行生产改为多模具的并行生产，使用四个模具分别铺叠8层预浸料，然后四个模具同时进烘箱进行吸胶工序。烘箱使用次数由原来的四次改为一次，原来烘箱一次只进一个模具改为一次进四个模具，在有效提高烘箱效率的同时，将重复的四次“铺叠-吸胶”工序合并为一次。该工序改善前后示意图见图2。

串行生产

并行生产

图2“铺叠-吸胶”工序改善前后示意图

（2）生产模具准备时间改善

改善前：生产模具准备时，每生产一件产品都要在模具上黏贴脱模布，其材质为带胶四氟布，厚度0.7mm。由于模具为半圆锥形结构，在黏贴时容易产生褶皱，影响零件内表面光滑度；产品脱模后，清理残留在模具表面的脱模布和胶层费时费力，每次模具准备时间为1.5h/件/5人。

改善后：将脱模布改为脱模剂，其材质为水溶性液体，涂抹在模具上可形成厚度为μ级的薄膜，脱模后制件内表面光滑平整；且可以多次使用，按规定每生产2件产品，补涂一次，平均模具准备时间缩短为0.15h/件/1人。

（3）“铺叠-抽真空”工序改善，将铺叠和抽真空采用交叉作业

改善前：在增加模具后，操作工每天需要铺叠4个模具，每台模具每铺叠4层预浸料后需要抽真空压实。在铺叠过程中，铺叠完抽真空的时间属于等待浪费。一共铺叠32层预浸料共需抽真空4次，每次0.5h，共计2h，增值铺叠时间为4h，合计6h。

改善后：铺叠和抽真空过程采用交叉作业，在第一台模具上的1-4层预浸料抽真空时，铺叠第二台模具上的9-12层预浸料，依次类推，节约抽真空时间2h。在没有增加人员的情况下，确保四台模具在4h之内铺叠完成。该工序改善前后示意图见图3。

图3“铺叠-抽真空”工序改善前后示意图

（4）生产节拍改善：由“N+2”变为“N+1”

改善前：并行生产节拍为“N+2”节奏，产品1经过第一天铺叠、吸胶，第二天预处理后，将产品从铺叠模具上转移至固化模具上固化。产品2才有模具开始铺叠工序，依次类推。操作工在产品进行预处理的那一天没有铺叠工作，只能进行其他准备工作或调至其他组工作，月产量只有15台。

改善后：新增了一套模具和一台热处理设备，从工装上保证操作工每天都进行铺叠工作，从设备上保证铺叠好的产品每天都进行吸胶和预处理，形成了连续的滚动生产，生产节奏从“N+2”变为“N+1”，产量从月产15台增加至月产30台。

5.改善实施效果和改善后价值流图

绘制复材产品生产线改善后价值流图，如图4所示。

图4复材产品改善后价值流图

改善后复材产品的生产状况得到了有效提升，主要有以下几点。

（1）“铺叠-吸胶”工序由4次重复串行处理，减少为1次并行处理，效率提升75%。

（2）增值时间由42.5h变为29.5h，不增值时间由79.8h变为49.45h。

（3）产量由月产15台增加至月产30台，交付节拍为每2台/2天，满足顾客的交付要求。

基于价值流图的精益改善工作的目的是缩短生产周期，进而提高设备和员工的利用率^[4]。利用价值流程图进行生产流程的分析,寻找流程中不增值的环节，通过优化工艺过程、增加专用工具、规范化管理等手段，提高了生产效，大大缩短交付周期。

参考文献

1.许国栋,纪斌逸,蒋蔚.碳纤维/聚酰亚胺树脂基复合材料开孔修补工艺的可靠性研究[J].环球市场信息导报,2016(13).

2.赖力萌.精益生产在飞机复合材料零部件制造中的应用[J].科技走廊航空制造技术,2017(05).

3.张晓锋,施芯乐.精益生产在航空产品总装生产线上的应用[J].航空制造技术,2015(03).

4.周越,余建波.基于价值流图的复杂电子产品生产线精益化研究[J].机械制造,2017(01).

5.陈静,王海雷.复合材料缝合技术的研究及应用进展[J].新材料产业,2018,295(6):38-41.

6. 陈静,程文礼,李贤德.通用飞机复合材料低成本技术[J].新材料产业,2017,289(12):10-13.

7. 陈静,邱启艳.蜂窝夹层结构在飞机上的应用及发展[J].新材料产业,2018,296(7):63-67.

（作者单位：中航复合材料有限责任公司）