自动铺放现场精益化改进研究

自动铺放现场精益化改进研究

马未未

中航西安飞机集团股份有限公司

摘要：本文以消除浪费为基本理念，根据复合材料自动铺放现场生产过程中各个环节存在的不连贯问题，结合铺放过程中的相关经验总结，以精益化改进为切入点，总结了现实应用下比较省力且能提高产能的自动化铺放现场的精益化改进措施，并将实际改进部分内容应用进自动化铺放过程中，提高了铺放过程中的效率的同时减少操作人员误操作的频率，有助于后续自动化铺放效能的进一步提高。并结合改进内容提出后续可进一步优化以及精益化改进的思路。

关键字：精益 自动化铺放 效率提升 标准化

一、精益生产概述

“精益生产”是源于日本丰田生产方式的一种管理哲学，由众多专家学者

在全球范围内对丰田生产方式的研究、应用并发展形成了精益生产理论和生产管理体系。核心是通过将生产资源的合理整合，通过一系列改善工具如看板、提案、全员品质管理（TQM）、柔性生产，存货制度等方法和手段来达到降低库存、节省人力、消除一切浪费[1]，提高产品的核心竞争力。

二、自动化铺放过程的主要问题及原因分析

自动铺放技术包括自动铺带技术和自动铺丝（或称为纤维铺放）技术。这两项技术的共同优点实现自动化数字制造，在飞行器，尤其是大型飞机的结构制造所占比重越来越大[2] 。复合材料零件自动化制造是趋势，如何结合设备、材料、模具和工艺要求，生成高效、稳定、安全的程序代码是复合材料自动化生产的关键。

自动化铺设备的引入让整个复材制件生产过程更加流畅，但目前自动化设备在如数量、配套的相关设备不完善等因素的限制下，导致其在操作流畅性上受到限制，使产能不能如预期。传统的复材铺贴过程离不开人、机、料、法、环、测几个关键的工序，而自动化设备也离不开这六方面。通过图1可以看出，目前自动铺放工序中耗费时间最长的则为自动铺放的瓶颈工序。

对于瓶颈工序进行分析，通过鱼刺图可知，造成自动铺放工序周期长的原因主要为设备材料铺放性能较差操作熟练度低、设备能力挖掘不足、材料铺放性能差、工装到位不及时、工艺方法不成熟。

图1自动铺放目前存在的问题

目前存在的问题：对铺放材料用料没有预估或预估的准确度较差，导致用料浪费，多余的料被晾出来却没用到；换丝、清理铺丝头在实际铺放中发生频率高，导致产能提升慢。

三、在自动化铺放中的精益化改进内容

1）用料及工装方面精益化

物料配送的不完善，导致工装转运，材料的放置以及放置位置不合理。进而导致工装转运过程不连贯，消耗大量时间，其次操作者在换料过程由于不能提前预估用料，导致在换丝过程中反复在物料存储取与换丝区域之间流转，产生人力上的浪费。对于该问题，一方面是与工艺人员沟通，确认料需要铺放零件的料的定额，其次要做的是整理，做铺丝铺带台账对零件实际用量进行记录，等零件铺放完成后，对定额以及实际用量进行对比，多余多出来的量进行记录。反复几次零件后，就能得到需要给铺丝机或铺带机设置的料的冗余量。为后续铺放别的零件做参考。

定额-实际用量=剩余量(定额评估的误差量+机器最少剩余量)

对于铺丝机：8丝束的最少剩余量是8卷（有不同程度的剩余，但控制在半卷料内）；

            16丝束的最少剩余量是16卷（有不同程度的剩余，但控制在半卷料内）；

对于铺带机：  最少剩余量按20m；

对于铺放用的工装和程序，应做到在指令下达后立即执行，即工装应及时放置到铺放区域，特别是对于需要提前上架的工装，更要及时通知转移工装的相关人员对其进行提前的转运上架。

2)实际操作运行部分

机器设备的启动关闭流程，铺放前的准备工作，如工装靶标点的定位，各项参数的检查确认（丝束冷却温度是否在合理范围内；丝束轴的张力是否都已加载上）工装附近干涉零部件是否清理干净，预先设置的行走路线是否与实际铺放工装存干涉部分。对于有些工序如工装的定位找点，工装的上下架，铺丝头的清理流程，程序的导入流程编制成相应的标准规范作业表。列出诸如换丝，铺丝头清理，程序导入，找靶标点，工装上下架，大型工装转运等相关标准化作业指导书，并对操作者严格按流程按指导书操作，保证这些操作不会因为人为差异导致不连贯为准。

3)清理工作部分浪费动作的优化设计

清理和换丝在在自动铺放过程中发生频率高，因此如何把清理流程流畅化,保证铺丝效率就显得尤为重要。可通过以下方式：

一、提前将铺丝前准备工作做好，提前检查气源压力是否满足机器运转情况，每次交接班中间间隔超过1h,需要再次检查设备是否满足启动条件，防止因气源压力不足导致铺丝头换头卡顿甚至引发电气故障。

二、选择合适的清理工具, 定制相应的精益化器具,制定清理路线顺序，有序的取用清理工具进行铺丝头的清理工作，节省寻找工具浪费的时间。

三、铺丝头清理工作可以编制相应的铺丝头清理以及换丝的标准操作规程，统一操作者的清理流程，避免人为差异导致的时间上的偏差。

四、工具预先准备好，提前预设好特殊情况的应对措施。如料卷偏松，刀具切割深度不佳导致带料切断效果不好，z轴位置设置不佳导致超程。

4)铺放结束后的维护部分

各种日、周、月、年需要检查和维护保养的部位，比如龙门铺丝机冷凝水需要3-6月换一次滤芯，回转体铺丝机纱箱温度要及时关注，保证纱箱空调的正常运转。铺丝机各个轴的润滑油要定期加注，日常检查操作面板按键能正常运行。铺放前对于切刀深度的调整，铺丝头开始与结束端是否齐整等操作需要在每次正式铺放前提前调试，也就是将其作为日常维护的一部分。

四、精益优化方法

在材料选择方面，以国内稳定供货渠道为主，同时尽可能减少材料种类，便于后续材料批产采购。铺放用料要保证浮胶较少，分切边缘平滑无多余绒毛，料卷轴覆卷张紧力合适，不会出现脱轨或松弛。保证料在自动铺放时的优良性能，可以有效减少堵丝或报警，提升自动铺放的效率。

在铺层设计上，工艺人员尽可能多与实际操作人员沟通，在满足设计要求的前提下，减少铺层递减；在工序优化上，要明确铺带机区域内外工作，明确材料待加工区，进而方便操作人员及时发现铺层褶皱问题，并及时有效对褶皱进行改善。在智能检测上，可引入 5G 视觉检测[3]，搭建拼缝和多余物检测系统，提高检测的效率和准确性；及时发现铺放中的缺陷并及时采取措施进行改善。在标准化上，要形成编程指南，实现标准化编程、现场标准化流程操作。

铺放完成后对于拼罐固化时，注意固化的参数，材料类型，工装的形状大小，在保证满罐率的同时保证罐内空气流通是合理的。在MES应用上，在保证有序化和精益化的同时[4]，结合自动化铺放的特点进行优化改进流程设置。可增加包括：生产计划、数据采集、设备管理、信息可视化、质量追溯、生产防错措施，做好人员在前端的维护。

五、小结与展望

通过上述一些自动化现场的精益化改进，对现有自动铺放过程中换丝，铺丝头清理，报警消除等操作时间有效结余，进而提高了生产效率，有效的缩短铺放周期，其次还有一些建设性的建议有待后续的实施。

参考文献

[1]许尔明.企业精益生产管理模式的创新[J].当代经济，2011（05）：18-19

[2]肖军，李勇，李建龙 . 自动铺放技术在大型飞机复合材料结构件制造中的应用 . 航空制造技术[J]， 2008(1): 50-53

[3]李丽丽、 刘艳伟. 国内复合材料自动铺放技术发展[J].中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司. 2014.16(89)

[4]黄文宗.复合材料自动铺放[J].航空制造技术，2019,60(11):105-109