飞机小钣金折弯族零件生产精益改善

张方哲，刘 杰，何腾达，黄振彪

(中航工业成都飞机工业(集团)有限公司，四川成都 610091)

精益思想是美国麻省理工学院国际汽车计划组织的专家在对日本丰田生产方式总结的基础上提出的，其核心内容就是减少资源浪费，以最小的投入获得最大的产出。精益思想在国内外著名航空企业得到广泛应用并取得良好的效果。美国波音商用飞机生产实现了“直送工位交付”方式，使生产线流畅而连续，并在737总装线上建立了移动式装配生产线。英国罗尔斯-罗伊斯公司推行精益生产后，在产品交付期、加工时间、库存周转速度及零件返修等方面取得了可喜的成绩［1］。国内航空制造业学者结合精益制造理念，进行了飞机总装移动生产技术理论研究，为国内主机厂建设飞机总装移动生产线提供了理论依据［2-3］。

本文基于精益思想，针对小钣金折弯零件传统手工作坊模式下生产效率低、工人劳动强度大、交付周期长及产品质量不高等特点，运用精益工具，梳理流程，按照直线式布局方案建立了数字化小钣金折弯族连续流生产线，为实现小钣金零件“优质、高效、准时”交付铺平了道路。

1 飞机小钣金零件生产现状

飞机零件大部分是钣金零件，其中飞机小钣金零件所占比例约为55%［4］。小钣金零件生产现状如下：

a．生产效率低，表面质量不稳定。小钣金零件现有加工方式基本上采用传统的手工作坊模式，设备主要使用简单的冲床和手工钳台。这种传统的生产模式导致工人劳动强度大，生产效率低。由于采用手工成形，零件表面极易形成划伤、压痕，零件表面质量差，一次交检合格率低。

b．在生产管理方面，生产组织和管理难度大。2011年小钣金零件月计划最高交付量达5．3万件，正是由于小钣金零件生产量大，导致生产组织被动，影响了整机装配节点，不符合准时制生产模式。

c．工装管理和成本问题突出。大部分小钣金零件需要一套专用工装，有的甚至需要两套及两套以上工装。由于模具缺乏通用性，而小钣金零件数量巨大，每个成熟机型的工装一般多达1 500套，不但增加了制造成本，同时也给工装管理带来了极大的挑战。在零件的生产加工中，工装、样板的准备过程占用了较多的时间，对于仅需要简单的一套手工成形模来加工出符合图纸要求的小钣金零件，从将手工成形模从库房借出，到将其安装在冲床上，整个过程的准备时间大概需要40 min，因此导致大量不必要的重复搬运，浪费了人力、物力和时间。这些浪费不符合JIT管理理念，带来了大量不增值物流，增加了运营成本，降低了零件生产效率［5］。

2 飞机小钣金折弯族零件生产精益改善具体内涵

2.1 开展小钣金零件分族工作

根据飞机小钣金零件的特点，从成形方式、零件材料、热处理要求、工艺方法4个维度进行零件分族。成形方式及分类代码为落压成形(L)、蒙皮成形(M)、液压成形(Y)、冲压成形(C)及型材加工(X)，零件材料及分类代码为铝(L)。针对铝件是否需要热处理来进行分类，若需要淬火，其热处理代码为1。不需要淬火，则热处理代码为0。对于工艺方法，各专业预先针对零件的外形及型面特点进行分析，归纳总结出具有共性的29种工艺方法，其代码用数字1～29表示，其中在这29种工艺方法中，折弯成形工艺方法的代码为21。

零件分族更好地梳理了不同机型中小钣金零件实际生产流程，明晰了不同类型零件在实际制造过程中遇到的共性问题，更好地指导流程梳理优化工作，同时为数字化折弯族生产线的建立打下了扎实的基础。表1列出了某典型折弯小钣金零件分族代码。

表1 典型折弯小钣金零件分族代码示例

2.2 有效应用新技术、新设备

以设备利用率不高的LVD公司数控折弯机床为研究目标，研究精密小钣金零件成形数控折弯技术，以提高机床利用率。该数控折弯机配有一套精细的折弯系统，可以完成各种弯曲，弯曲调整时间非常短。小钣金零件弯曲的精度很高，对于直弯边零件可以取消工装，而且小钣金零件加工的效率特别高，没有常规的模具制造周期、模具准备周期等，能极大地缩短小钣金零件制造周期。通过开展基础性研究，获得了可以采用折弯成形的二维零件图形，如图1所示。由于采用全自动加工系统，操作者数控操作，不存在任何安全危险因素。数控折弯设备可以根据小钣金零件成形的形状尺寸算出零件的下料展开尺寸，因此可以摒弃不精确的毛料样板中的下料展开尺寸，大大改变了由于不给展开尺寸，而需采取放大的形式进行下块料的粗放式生产方式，降低了生产成本。

图1 采用折弯成形的二维小钣金零件图

2.3 调整厂房布局，建立数字化折弯生产线

现有厂房以二代机生产为基础，参考苏联厂房设计模式，调整前为典型的集群式布局(如图2(a)所示)，“漂亮”的集群式布局未按小钣金零件工艺流程排布，物流路线长，物料滞留时间长，带来大量等待及重复搬运等不增值环节。为了消除集群式布局带来的弊端，从培养多能工作业使少人化成为可能、按折弯零件工艺流程排布生产线及使单件流成为可能3个方面，进行设备与厂房布局调整。经过工艺流程分析，按折弯族小钣金零件冲切下料→去毛刺→折弯→交检工艺流程构建了直线型连续流生产线，调整后为典型的精益直线式布局(如图2(b)所示)。原材料配送至工位后，多能工在LVD转塔式冲床上进行冲切下料，然后步行至LVD转塔式冲床与折弯机中间的钳台上，完成打毛刺工序，最后再步行至折弯机进行折弯成形，整个生产过程极大地展现了连续流生产线的优势，减少了搬运，大大缩短了物流距离，淘汰了工装，缩短了零件交付周期。

图2 调整前后厂房布局

3 飞机折弯族小钣金零件生产精益改善效果

3.1 优化了小钣金零件成形流程

空客项目折弯族小钣金零件-12934-200，改善前，小钣金零件成形主要工艺路线为：落料→钻孔→弯曲成形→校正→修剪外形→交检，改善前小钣金零件如图3(a)所示。小钣金零件成形分别需要一套专用的落料模及弯曲模，小钣金零件弯曲成形及准备时间为70min。改善后，小钣金零件主要成形工艺路线为：冲切下料→去毛刺→折弯→交检，淘汰了工装，小钣金零件折弯成形时间为10min，小钣金零件折弯成形后直接交检，取消了手工校正及修剪工序，改善后小钣金零件如图3(b)所示。

图3 小钣金零件改善前后实物图

3.2 降低小钣金零件生产成本

折弯族小钣金零件精益改善在小钣金零件生产中得到了广泛应用，按2011年小钣金零件生产情况，所有机型共节省小钣金零件生产成本114万元。对于新研制项目，精益改善后，由于小钣金零件在折弯成形时不使用工装，大大降低了工装制造管理成本。

3.3 提高小钣金零件一次交检合格率，缩短产品交付周期

数控折弯生产线改变了小钣金零件加工方式，工人不需要用榔头在模具表面进行手工校正，小钣金零件表面不存在工具榔头痕迹，小钣金零件折弯后直接交检，一次交检合格率达100%，实现了精密、敏捷制造功能，构建了数字化折弯成形生产线，提高了产品的快速响应能力和产品的配套交付率，实现了准时交付。

4 结束语

本文通过开展飞机小钣金折弯族零件精益改善项目，建立了数字化飞机小钣金折弯族零件生产线，在“成本、质量、周期”3个方面取得了良好的改善效果，解决了成飞公司目前对小钣金零件采用手工成形与传统冲压设备相结合的传统模式下“生产效率低、劳动强度大、工人加班加点多”等问题，同时也为后续进一步在飞机大钣金零件生产上推广精益改善项目提供了可借鉴的实际生产参考依据。

［1］ 陈绍文，赖惠．精益制造及其在航空工业的应用［J］．CAD/CAM与制造业信息化，2001(1)：14-19．

［2］ 许国康．飞机总装移动生产线技术［J］．航空制造技术，2008(20)：40-43．

［3］ 陈绍文，王舸，孙珞珈．精益制造和飞机移动式装配线［J］．航空制造技术，2011(16)：34-37．

［4］ 范玉清．现代飞机制造技术［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2008：3-115．

［5］ 何腾达，张方哲，牟菊．自动化立体仓库系统在飞机钣金模具管理中的应用［J］．中国制造业信息化，2012，41(3)：67-70．