優化工件加工工序，采用OEE對生產設備的實際產能和理論產能的比率進行監控，掌握生產過程的瓶頸，是一種實現高效、低成本零部件加工的有益探索。

缸體是發動機的重要部件，基礎形狀比較復雜：壁薄、呈箱型、多空腔和孔系。通常情況下，缸體生產線的加工特點是：先面后孔；先進行易發現零件內部缺陷的工序；先完成深孔加工，避免較大的內應力影響后序精加工；正確合理的安排密封試驗、壓裝、清洗等輔助工序。

在國內某汽車企業的缸體生產線優化中，技術人員采用了節拍優化的方法，并利用OEE管理手段，提高了產能，降低了生產成本。

優化缸體加工節拍

以 L4汽油機缸體生產線為例，生產線由國產的4臺臥式加工中心和4臺立式加工中心組成，工件采用手工裝夾，傳送采用無動力輥道；輔機（清洗、試漏、壓裝）采用專機；位置尺寸采用三坐標測量機檢測，孔徑、孔深、螺紋孔等采用專用量具；刀具以國產硬質合金刀具為主，關鍵刀具采用國外知名品牌；設計產能80臺／日。

首先分析一下該生產線的線體平衡率，即構成生產線體的作業者在作業要素中時間上的平衡狀態。

線體平衡率=（所有工序節拍之和×100%）/（瓶頸工序節拍×人員）

假設每臺加工中心配置1名操作者，可以計算出該線線體平衡率為43.4%，損失56.6％。

通常生產線的生產節拍是由整線中生產時間最長的設備決定。通過對缸體的工藝流程和節拍進行分析（表1），可以看出OP60的加工節拍最長，其次是OP30、OP100。

優化過程可以分為單工序優化和整線節拍平衡。

1、單工序優化

（1）優化工件夾具

該生產線是加工中心組成的柔性加工線，因此選擇合適的設備參數是非常重要的。目前，高速加工中心的快速移動速度可達80m/min，各移動軸加速度保持10m/s2，換刀時間（刀-刀）3s，主軸轉速16000r/min。

對于加工中心，節約輔助加工時間的常用方法是采用雙工作臺和雙工位進行加工。圖1所示為加工某缸蓋進氣面的雙工位夾具，采用雙交換工作臺立式結構的加工中心，加工內容為粗、精銑進氣面以及進氣面螺栓安裝孔，該工序共有5種刀具，每只刀具的換刀時間為9s，交換工作臺時間為8s。當采用常規的單夾具加工時，整個加工節拍為161s；當采用雙工位夾具加工時，加工節拍為135s。該方法受設備的加工范圍、刀具長度，特別是工作臺的最大承重的約束，在設計時需要進行認真的校核，另外，當采用手工裝夾時必須考慮裝夾時間，使用雙交換工作臺加工中心時必須保證加工時間大于人工裝夾工件的時間。

圖1  雙夾具示意圖

（2）刀具使用的優化

□ 優化加工路徑

采用優化設計為面加工刀具選擇合理的刀具運動軌跡；對于孔加工刀具，應減小刀具逼近距離。

□ 優化工藝方法

在銑削加工中，將多刀加工改為一刀加工，多使用復合刀具，如復合鉆、臺階鉆等；鏜孔和銑削平面時多采用多刃加工。

□ 采用高速加工刀具

采用高速加工刀具，可有效地減少純加工時間。

例如，在CICINNATI四軸立式加工中心上粗鏜某發動機缸孔，采用的硬質合金鏜刀片，切深為1.5mm，v=180 m/min，fz=0.17mm/r時，分別采用單刃鏜削和4刃鏜削，加工節拍相差169s（表2）。

2、整線節拍平衡

整線節拍平衡是提高缸體柔性加工生產線效率的一個必要措施。在具體的工藝編制過程中，由于采用了工藝集中的原則，因此工藝設計人員可以將每個工序加工的內容分為兩類：一類是依據產品精度要求和工藝次序，必須在同一道工序中完成的內容，例如，精鏜缸體曲軸孔和精加工前后端面，因為需要保證前后端面和曲軸孔的垂直度，所以該內容在同一道工序中完成是合理的。除此之外的其他加工內容屬第2類，例如，前后端面的水泵螺栓孔、油泵螺栓孔的鉆孔和攻絲，并沒有固定在某道工序中一定要完成，而是具有一定的可調整性。因此，在第2類加工內容中適合節拍平衡。

金屬加工的成本分為刀具成本、原材料成本、人員成本、設備成本以及其他成本，它們在總成本中分別占有的比例大約為刀具占3%，原材料占22%，人員成本、設備成本以及其他成本總共占75%。

（1）刀具成本下降20%，總成本只能下降0.6%。

總成本＝3%×(1-20%)＋22%＋75%＝99.4%

（2）刀具壽命增加2倍，總成本只能下降1.5%。

總成本＝3%/2＝22%＋75%＝98.5%

（3）生產效率提高20%，總成本下降15%。

總成本＝3%＋22%＋75%×(1－20%)＝85%

從以上3種降低生產成本的方案中可以清楚地看到，提高生產效率對降低加工成本是非常有效的。

因此，以表1所示OP10工序優化為例，當改變加工刀具參數后，加工節拍時間從1446s（24.1min）變為750s，如表3所示。

本道工序優化的整體思路有2點，第一是將粗銑底面分解到毛坯供應商處粗加工，第二是合理地提高刀具參數和優化刀具逼近距離。在本道工序使用的鉆頭采用的是國產硬質合金（v=60～90m/min，fz=0.18～0.22mm/r），銑刀采用的是涂層硬質合金（v=150～220m /min，fz=0.10～0.22mm/r），鉸刀（v=40m/min，f=0.10mm/r），絲錐（v=6～12m/min）。

通過對其他各工序的優化和節拍平衡后，該生產線不僅加工節拍縮短，同時減少了2名操作人員，線體平衡率達到82.6%，產能也達到日產80臺缸體。

利用OEE管理工具提高產能

由于各種各樣的原因，整線生產節拍經優化后，產能通常不能立即達到理論值。OEE是一個獨立的測量工具，用來測量實際產能和理論產能的比率、可用率、表現指數以及質量指數是OEE的3個關鍵要素。

 OEE=可用率×表現指數×質量指數

例如：OP100設備工作時間為24h，班前計劃停機20min，實際故障停臺180min，生產節拍為14.1min，當班生產了83件，無廢品，其OEE為82％。

可用率=操作時間/計劃工作時間，用于評價停工所帶來的損失。

可用率=（24×60－180）÷（24×60－20）= 89%

表現指數=生產節拍/（總操作時間/總產量），用于評價生產速度上的損失。

表現指數=14.1×83÷（24×60－180）= 93%

質量指數=合格產品/總產量，用于評價質量的損失。

質量指數=100%

通過對該生產線進行分析，從生產組織、物流配送、質量保證、設備維修、刀具管理多方面進行分析和制定了整改和預防措施，經過一個月的提升，該生產線的產能順利實現80臺／日以上，設備OEE值也穩定達到80％以上。

結束語

降本增效是企業努力追求的目標，提高生產效率不僅僅是提高刀具參數，應根據加工條件的變化及時調整工藝參數和工藝方案，使工藝方案更加合理。

在實際生產中長期使用OEE工具，企業可以輕松地找到影響生產效率的瓶頸，并進行改進和跟蹤，以提高生產效率。