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干货 | 工艺解析3——工艺编制与应用

优海智造 | 行业工业互联网平台服务 2021/10/14 17:23

工艺解析的第1项内容,是基础数据整理;第2项内容,明确“用什么做”和“做什么”。工艺编制,是编订产品的加工步骤和加工方法,明确“怎么做”。

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工艺解析数据架构图谱

3、工艺编制

工艺,是实现产品加工要求的方法,是产品加工步骤、加工要求的统称。常规意义的工艺编制,往往偏重技术范畴,究其本质,还是在产品技术要求与装配结构,企业材料资源,现有作业资源(设备、工装、生产技术等)基础上,编制产品工艺流程,设定各工序加工要求(材料消耗,加工参数,加工时间,检验标准)。作为管理范畴的工艺解析核心作业,工艺编制是在定义工艺要素及相互关系的数据模型上,编制产品工艺流程与加工要求,为生产过程及各系统管理,提供数据依据与逻辑遵循。

产品工艺编制,分为“产品工艺流程”与“工序加工条件”两部分。

(1) 产品工艺流程

多个工步按加工关系排列,完成工序加工,为工序工艺流程;多个工序按顺序排列,完成加工件加工,为单一工艺流程;多个加工件单一工艺流程,按产品装配结构排列,完成最终产品加工,为复合工艺流程。最终产品只一个加工件,产品工艺流程等于加工件工艺流程;加工件加工只一个工序,加工件工艺流程等于工序工艺流程。它们统称为“工艺流程”。

1) 工序。工序是加工对象(加工件)通过加工方法实现目的简称。用通用卧式车床,实现外圆车削加工,叫“车外圆”;实现外圆、平面、内孔多个目的车削加工,可统称“精车”。工序是多个工步按时间顺序实现的;工步是每一步加工目的简称,在理论上可以无穷分解。将“制螺纹”工序,拆为“打孔”、“钻头退刀”、“清洗”、“攻丝”、“丝攻退刀”等工步,以便设定每一工步的设备动作参数,进刀与退刀mm/s速度,冲洗剂或压缩空气的压力与流速等。数控设备需要对完成工序一次加工的每一工步运行参数及其时间、顺序进行设定。从技术范畴(工艺参数与检验要求)进行必要的工步设定、反馈、调整,不在工艺解析讨论范围。

在管理范畴上,工序是成本、计划、材料、能耗、工耗、负荷、品质等管理范畴,制订标准、过程反馈、调整改变和统计分析的最小单元(颗粒度)。

2) 单一工艺流程。加工对象的最小单元是加工件,为每一加工件编制的工艺流程,是“单一工艺流程”。加工件的加工工序和顺序,在一定范围内(尺寸重量、物料性状等)和同一加工要求下是一致的,区别在于加工参数不同。尽管布料颜色要求和匹长(干重)不同,用同一染色方法并都可在2吨染色机中染色,翻布→脱浆→脱水→预定型→染色→脱水→定型→包装,工艺流程是一样的,各个工序的加工参数不同。这也是加工件工艺分类要求。

按加工单元设定工序,选择生产元。加工顺序(顺序数)→基本生产基层组织→加工单元→工序(称谓,ID编码)→选择加工单元下的生产元(多选:生产编号,生产元称谓)。“普通染色”加工单元下,可以有0.8、1.2、1.5、2、2.4吨不同规格的染色机,将染色机容量和浴比允许范围,对照染布量,选用生产元(染色机组),并在编制工序加工方法时,给出工序工艺参数。“普通卧车”加工单元下,会有头尾架中心距1000、1200、1500mm等多台卧式车床,中心距1000mm车床是不能加工1150mm长度工件的。这与加工单元设置相关。

设定预定编组数。在制品(加工件)的预定编组数,是向下道工序一次性转移加工件,预定的最大数量,它是在制品管理与计划调度管理的基准单元(详见《在制品通则》)。预定编组数是一个参照值,计划数按预定编组数分解为N个编组,生产中尽可能按预定编组数转道(实际数量会大于或小于预定编组数),按实际转道数量进行编组管理。预定编组数与加工件体积、重量、盛装方式(如需垫板、隔板)、盛装具(周转箱、物料架、物料车、AGV小车等)、转道方式(人工搬运,物料托架车、悬挂链、辊道、流体泵等)相关,与下道工序与本道工序的产出节拍相关。合理设定编组数,有利于提升在制品在生产过程中的流转速度,有利于充分发挥各道工序产能。

设定最小转出时间与最少连续时间。铸件退火后,铸件内部温度必须下降到常温,才能交付金属切削加工,在未将“冷却”设为一道工序时,就需要设定“最小转出时间”;定型机是高耗能设备,降温后再升温到工作温度,都是无效能耗,一旦开机,就必须有72小时以上加工量,这就需要设定“最少连续时间”。这两个时间要素都与计划调度相关。

标注工艺版本。同样的加工件,可以有两个以上工艺流程,并且都是当前生产可用的。结合加工件工艺分类要求,版本编码应符合区分基准(用于快捷建立工艺)与个性(针对具体加工件)、不同加工流程、工序加工不同参数的要求,同时,区分版本更新。单一工艺流程的版本,是产品复合工艺流程不同版本的基础。它们之间的版本规则,应预先建立。

3) 复合工艺流程。最终产品按装配关系分解为各个加工件,加工件的单一工艺流程,按装配关系组成最终产品的完整工艺流程,无论各个加工件单一工艺流程之间是顺序关系,平行关系,还是存在两种关系,都是复合工艺流程,即产品工艺方案。

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工艺流程编制示例图

在“工艺流程编制示例图”中,“子物料”为加工件(过程件);加工件之间的“父子”关系,形成加工件树形结构;每一加工件均有一个以上工序的单一工艺流程;单一工艺流程按加工件之间的“父子”关系,构成最终产品复合工艺流程,即产品工艺方案。

子物料末道工序为父物料首道工序的紧前工序。“紧前”一词来源于网络计划技术,即本道工序之前的最后一道工序,区别于本道工序之前所有工序的“前道工序”。按顺序排列的工序,形成加工件单一工艺流程;两个以上紧前工序,是两个以上不同加工件单一工艺流程的末道工序,这是处理加工件关系的要点。

复合工艺流程版本取决于单一工艺流程版本。复合工艺流程中,有一个单一工艺流程版本与原先不同,复合工艺流程的版本则不同。做好复合工艺流程版本注释,严肃版本管理,是生产工艺管理的必要工作。父物料下有一个子物料不同,父物料不同;加工件(子物料)的单一工艺流程中,工序不同,工序排序不同,工序选用的生产元不同,生产元的工序参数不同,相同加工件的单一工艺流程版本不同。工艺解析基于加工件分解对工艺流程版本的精准要求,改变了以往计划模型中,需要判断加工件可否合并及其衍生模块的应用。

网络计划技术模型表达复合工艺流程。用网络计划技术的数据模型,表达复合工艺流程中各个加工件关系和各个加工工序关系,结合生产元选用、在制品(加工件)编组、齐套数、工序时间、工装、岗位等,形成产品生产周期、产能预算、实际生产进度的统筹计算模型,得到成本结转路径和作业追溯路径。通过网络计划技术模型表达产品工艺方案,在介入流程反馈后,更能展现感官真实,得到“所见即所得“的生产现场运行感受。

(2) 工序加工条件

条件一致,结果相同,这是科学的定义之一。按管理需求,以工序为单元,将加工件在加工时必须的,相对稳定的条件变量明确下来,是工艺编制的第2项工作。工序加工条件,包括与工序相关的消耗材料,检验标准,与工序生产元相关的作业条件。

1) 工序物料清单(工序BOM)。无论工序生产采用何种生产元,紧前工序形成的加工件物料性状,本工序介入的物料种类与数量,本工序完工后的加工件物料性状,都是一致的。在通过加工单元建立加工工序后,既行编制“工序BOM”。

前道物料。由前道工序形成的物料,按单位加工件编制。本道工序为转来坯件去除飞边,前道工序坯件的重量减少了6%;本道工序在转来工件上打孔,前道工序工件的重量减少了3.4%。很多时候,前道工序在加工件上形成的物料性状,会被本道工序改变。这就需要通过“本道材料利用率”(重量/体积/数量的比例)设定物料改变的一般性结果。当本道工序的加工不影响前道物料的重量、体积、数量时,即本道工序该物料的材料利用率为100%(默认值)时,可省略编制操作。棉纱染色时因含水加重,烘干后减轻,不影响棉纱净重;棉纱染色时染化料添加剂为棉纱增加的重量,与棉纱销售计重相关,工艺编制时作为新增物料。前道物料向紧后工序同步结转,可通过改变“材料利用率”,定位本道工序加工的前道物料。

新增物料。在本道工序加入的物料,按单位加工件编制消耗量与材料利用率。紧前工序转到装配工序的阀体、阀芯,是前道物料。装配工序在装配时,每个加工件领用1个密封垫、4组螺丝螺帽、若干包装材料,是新增物料及其消耗量。下料工序作为首道工序,从仓库领用金属棒料,下料后32mm,锯缝2mm,单位加工件的材料消耗量是棒料34mm,材料利用率94.12%(2÷(32+2)),这也是新增物料。按工序编制新增物料,有利于根据生产计划和实际进程,落实采购、仓储、发料与生产现场的精细化管理。常规物料储备+按产品生产计划需求分批采购,分批发料,而不是常规物料储备+按产品生产计划需求一次性采购,一次性发料,是生产管理中追求的备料模式。工序BOM的编制,为分批配料提供了数据支持。

2) 工序介质。在本道工序消耗的,不构成产品并不发生结转的消耗材料,按单位加工件计。研磨工序每次添加的50g研磨膏,在介入稀释剂后,可对20件工件进行研磨,平均每件消耗2.5g研磨膏(50g÷20件);抛丸工序用20公斤钢丸,可对120公斤工件进行抛丸操作,在进行6次抛丸后,需补充0.5公斤钢丸,平均每公斤工件消耗钢丸0.694g(0.5公斤÷6次÷120公斤×1000)。工序采用不同生产元,工序介质会有差异,工艺解析按生产元的平均消耗编制。以减轻工艺编制负担。在差异较大、成本影响较大的企业,可纳入生产元作业条件编制中。

3) 工序标准。在本道工序达成的加工要求。无论采用何种生产元,无论工序是否检验,每道工序都是有同一加工标准的。布料按设备设定的脱水工艺参数脱水,其结果往往采用默认,或通过操作工目视、手感进行粗略验证。不设立检验节点,但不能表明脱水没有含水量<8%的加工标准。任何工序都有必须达到的加工要求。

检验标准的基本单元是“检验项目”。按检验项目设定检验标准,设定检验与否及检验方式,设定不符合标准的现象定义(单一质疵现象),是建立质量管理的基础工作。在液压阀体上加工活塞孔,编制检验项目如下:

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检验项目设置

按预设的“质疵分类表”,在设定检验项目时,选定质疵现象,有利于在实际判定不符合加工要求时,通过选定的质疵现象,向质疵类别归纳,同时,通过质疵现象与工序所属加工单元的对应关系,在预置的质疵原因中进行多选。

在通常情况下,在一个企业中,由企业装备条件与技术条件导致的,同一加工方法(加工单元)产生的同一质疵现象,其原因及其占比,在一个时期内,是相对稳定的。在长导轨车床上发生“不柱度”超差现象,由质疵原因“机”类别中“精度走失”(头架中心走失)导致的占15%,由“机”类别中“工装错损”(中心架设置过软、刀具磨损)导致的占10%,由“法”类别中“工艺错失”(进刀量过大造成让刀)导致的占75%。

同样,在数控染色机染布的布料色差,由“法”类别中“工艺错失”(与打样浴比不同)导致的占50%,由“料”类别中“前道错漏”(预定型不足)导致的占20%,由“料”类别中“材质差异”(染料与打样染料有差异)导致的占30%。

质疵原因按人机料法环向下分解,直至具体原因的归纳为止。如上例中的“头架中心走失”,“中心架设置过软”,“刀具磨损”,“进刀量过大”,“浴比差异”,“预定型不足”等。

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品质保障——基础数据结构图谱

质检部门须根据质量实际检核结果,及时维护质疵原因表。

在日常工作中,检验人员只要对检验项目做出判定,并在给出的质疵原因中勾选,就能快捷地完成质量基础数据操作。符合质量问题第一时间判定、第一时间找到原因的管理要求。

4) 生产元作业条件。按生产元编制的作业条件。生产元是独立的生产单元,生产元构成相同的,可以有多个。例如工序选用的生产元有10台无心磨,生产元的生产编号为“无心磨01”~“无心磨10”,其中分成两种型号,为生产元的2种构成。生产元作业条件按同一构成的生产元编制。在工艺编制中,可以为“工艺流程表”同步一个“工艺参数”表,对工艺节拍、准结工时、工序定员、节拍产量、最低工种等级要求、合格品率,按常规主流(加权平均)数据,进行编制。以便在按同一结构生产元编制上述工艺参数时,取得可修改的默认值。

① 工艺节拍。一次加工占用生产元的加工时间长度。详见《破冰—计件工资》。

② 节拍产量。一次加工的加工件数量。铣床一次加工一件;多工位组合机床,在工件从1工位上机,加工到6工位下机的12分钟内,可产出6个工件;注塑机一次注塑4个瓶子;染色机一次染色最多1.5吨,退火炉220分钟可退火2吨,等等,都是节拍产量。

③ 准结工时。生产准备(整理待加工件、设备工装调整等)与结束生产(设备工装清洁润滑,摆放搬运加工件,生产登记,检验等)占用生产元的时间长度。

④ 工序定员。生产元一次加工占用生产工人的人数,2个人管3台染色机组,定员0.667人/台;一条装配流水线5个人,定员5人/线。详见《破冰—计件工资》。

⑤ 最低工种等级。按人力资源系统规范的生产技能差异,给出最低要求。

⑥ 合格品率。对工序加工准确评估合格品率,不但是质量管理与成本管理的要求,更是计划排产要求。生产计划10000个,不等于投产10000个,要按每道工序成品率相乘的结果,得出计划投产数。

⑦ 生产元能耗。能耗值/加工件单位,是与加工件工序生产元同步的能耗表。电0.026kw/件,水0.0019m3/件,蒸汽0.0025kg/件。在满足一次加工量的连续生产状态下,同期能源消耗量÷同期生产数量。也可用计量仪器采集满负荷状态下的一次加工能耗。

⑧ 生产元工装。加工件在生产元进行工序加工所需的模具、专用刃具、专用夹具、专用量具、专用工具(详见《工艺解析1——原理与基础》),是与加工件工序生产元同步的工装表。一般情况下,工装用于同一结构生产元,在指定工序为加工件进行的加工。工装消耗按一次加工所用的次数计算消耗。

“工艺解析数据关系示意图”——了解“怎么做”即工艺编制的概貌与步骤。

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工艺解析 数据关系示意图

三、工艺解析应用

工艺解析是针对每一具体产品,从管理需求出发编制工艺。企业有3000个最终产品,就有3000个以上的复合工艺流程;平均每个最终产品有10个加工件构成,就有30000个以上的单一工艺流程;平均每个加工件的单一工艺流程有5道工序,就有15万个工序工艺流程;平均每个最终产品有20种原辅材料(同一物料有数百种),平均每道工序有4种,就要为工序配置6万次以上原辅材料;要为每道工序设置同一工艺参数6个以上,就要做100万次设置;平均每道工序有2种结构的生产元,每种结构生产元的个性参数在8个以上,就要进行250万次配置。加上组织变动,产品技术优化,设备增减,工艺改良,材料变化,数据的关联性,向工艺解析提出了更高要求。

工艺解析是一项繁复而严谨的工作,是一项需要持续完善、实时跟进的工作,是一项夯实企业管理基础的工作。以工艺解析为基础,展开企业各项活动,是推行科学管理的要求,是推动数字化企业的必由之路。克服为难情绪,迎难而上,才能攀登科学的顶峰。

1、 工艺解析版本应用

做好工艺解析的版本管理,同时将版本分为基准工艺解析和个性工艺解析两类,有利于同类工艺的便捷编制,有利于快速应对生产经营活动的需求。

基准工艺解析,是按产品技术结构与常规作业资源进行的工艺解析。按同一类产品技术结构,编制工艺流程(单一工艺流程与复合工艺流程),按同一类加工件单一工艺流程,依据常规作业资源(材料、生产元、工装、工种等级)编制工序加工条件(工艺参数)。从工艺解析的产品工艺类别中选择基准工艺解析方案,为个性工艺解析的快捷编制提供支持,也为严肃工艺纪律、推行工艺编制标准化提供支持。

个性工艺解析,是按具体产品的加工要求与作业资源配置进行的工艺解析。必须检核工艺解析的完整性,以应对新增产品、材料变化和作业资源变化。要针对产品技术结构,加工工序,生产元,原辅材料,建立对应工艺条件修改的批处理程序。个性工艺解析是日常管理的预置数据来源,必须认真修订每一个解析数据,落实工艺编制责任。

在编制生产计划时,应选用工艺解析版本。无论单一工艺流程或复合工艺流程,都可能存在多个可并行使用的版本;正在进行的生产计划,不受新版本影响。

2、 为管理精细化服务

工艺解析面向细颗粒度的加工主体(生产元,及关联的生产工人与劳动组织)、细颗粒度的加工客体(加工件编组,及关联的生产计划、客户与产品系列)、细颗粒度的加工时间(编组产出时间,及按编组计算的产出周期,按编组与作业资源配置的产能),形成三维数据序列,为成本、质量、物料、计划、工资管理提供预置数据支持。

结合实际数据反馈,实际数据与预置数据对比,形成各类统计分析模型。

材料利用率的预置数据(指标),来源于产品结构分解与工艺技术要求。需要产品技术与生产工艺技术部门,在细化解构基础上,提供数据支持。基于三维制图的产品寿命周期管理软件,能为每一道工序给出物料加工前后的体积重量差异;能源部门采用能源在线计量、实时反馈技术,能从大数据范畴提供单位产品能耗的计算依据;品保质检部门依照企业当前作业资源技术、材料应用与生产技能,能精确定义各类质疵现象与原因;原辅材料预定单价与进货单价的处理,在按工序耗量与实际利用率、合格品率进入在制品编组后,能使成本核算和结转更为精准。

企业作业资源向劳动组织注册,包括厂房、设备、零散资产,企业支出与物资领用按劳动组织分列,劳动报酬按劳动组织所属人员归集,能源按劳动组织计量。基本生产职能的劳动组织,在一个时期内发生的各种消耗,以下属加工单元配置状态与生产活动状态为权重,通过人数、工艺节拍、劳动定额、厂房占用面积、产出数量等不同分配单位,向加工件核算。

具体加工件在每道工序的材料利用率,为稀贵物料建立了按工序可回收的数量依据。将一个时期的工序产量及其材料利用率,按工序所属劳动组织归集,在介入回收率后,校核该劳动组织回收的稀贵物料数量。

工艺解析来源于企业各运营系统的精细化管理,服务于企业各运营系统的精细化管理。

工艺解析的管理本质,是提升现代企业素质。工艺解析为不断发掘企业应用数据,进行数字化孪生,提供了可拓展的数据模型;也为适应不同离散型企业,不同生产经营模式,不同管理需求,建立了可扩展的基础。

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