航空产品基于炉槽批标准工时产能模型研究与应用

航空产品基于炉槽批标准工时产能模型研究与应用

赵续

航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

〔摘要〕本文主要介绍了航空产品零件生产制造特点，表面处理主要形式，如何构建产能模型思路，构建基于炉槽批的表面处理标准工时体系，建立表面处理车间产能模型，并开展相关管理应用。

关键词：生产制造特点 表面处理主要方式 炉槽批 标准工时体系 产能模型 管理应用

    一、航空产品生产制造特点

随着国家针对航空高端装备制造和军工领域出台的鼓励政策，国内具备航空零部件承制能力的企业逐步进入国内军用及民用市场，研发制造能力不断提升。随着我国国产军机、商用飞机的快速发展及国家产业政策调整，特别是航空工业、航发集团打造“小核心、大协作”生态圈，积极推进航空零部件一般生产能力社会化，给很多制造企业带来更多发展机遇。航空产品零部件制造业主要有以下特点：

   （1）航空零部件产品种类繁多、工序复杂、专业性强，精度要求高，多品种小批量生产特点明显。一般航空器由数万甚至数十万、百万零件组成，种类繁多且设计复杂，同时基于航空器稳定、高速、安全等要求，对各环节零部件制造、加工、装配有极高工艺要求和质量标准。由于多品种小批量生产明显，无法进行大规模标准化、批量化作业。

   （2）产品定制化程度高。航空零部件产品因其应用环境、指标、参数、性能方面的特殊要求，除航空主机厂自行组织生产外，定制化特征明显，零部件供应商与主机制造商易形成长期的合作关系。

   （3）航空零部件产品制造需取得相关资质认证，出于质量可靠性、安全性、稳定性等考虑，供应商须取得相应资质和认证方可生产，一般为通过综合能力评审、质量体系认证、第三方审核等。

   （4）由于航空产品材料强度高、产品精度高、制造工艺复杂，需大量高精度设备、专用工艺装备及试验检测设备，基础投资大，技术先进性强，研发人才多，属资本、技术、人才密集型产业。

    航空产品制造隶属高端装备制造领域，对制造企业有着严格的质量体系与资质要求，特别是表面处理等特种工艺，前期投资大，建设周期长，环评通过困难，受上游零件车间生产产品品种、数量进度影响明显，因此合理评估企业当前生产线理论生产能力和重点专业规划能力建设非常重要。

二、当前航空产品表面处理的主要方式

结合企业生产现状，当前航空金属产品表面处理方式一般有喷涂、氧化、电镀、化铣、吹砂等方式。喷涂按产品分为零件喷漆、大部件及整机喷漆；阳极氧化一般为阿洛丁、硫酸阳极化、铬酸阳极化等，化学氧化一般为不锈钢酸洗钝化、锌基磷化、钛合金酸洗、钛合金硫酸阳极化、铜酸洗钝化、不锈钢复合钝化等 ；电镀主要有镀镉、镀铜、镀银、镀铬、镀锡、镀镍、镀镉钛、镀黄铜、镀锌、镀黑铬、镀低脆性铬等。

三、构建航空产品表面处理产能模型的主要思路

    以上航空产品表面处理方式，除大部件及整机喷漆外，在必要手工作业外，一般使用槽液、干燥炉进行批量工艺过程处理。拟结合一线生产人员能力工时、产品手工作业时间、炉槽理论放置产品数量及工艺过程时间、炉槽使用效率等要素，以型号（炉槽满批）标准时间为基础，建立表面处理专业产能模型。

    四、如何构建表面处理标准工时管理体系

   （1）标准工时

    标准工时是指具有平均熟练程度的操作者，在标准作业条件和环境下，以正常的作业速度和标准的程序方法，完成某一作业所必需的时间。工时标准是将产品工时定额的影响因素和时间进行系列化、标准化，形成一定规范形式，标准工时是依据工时标准制定的工时定额。

   （2）标准工时分类

    由于航空产品表面处理工艺特殊性，按其作业形式进行分类，分为生产准备工时、单件作业工时、批次作业工时。其中，生产辅助工时主要为零件接收/缴库、指令流转、槽液配置维护、导电检测、辅料准备、污水处理等工作，同时包含单件作业工时及批次作业工时分摊，批次作业分摊工时按历史近三年该专业平均投产数量进行分摊；单件作业工时是指在零件生产过程中，只能按单件工序逐步进行，为每件零件工步作业工时之和；批次作业工时是指在零件生产过程中，此类工步可组批进行，为每批零件此工步工时之和。

    （3）炉槽批次与满批

    批次是指在相同时间、使用相同工艺方法组合在一起进行加工的零件，称为一批零件。如氧化零件每槽算一批零件、喷漆零件每炉算一批零件。

    满批是指假设零件供给是连续饱和的，设备始终处于良好状态，人员不存在疲劳等理想状态下，专业炉槽一批次可生产零件的最大数量。

   （4）炉槽满批数量计算

以氧化专业为列，构建航空产品氧化满批数量计算模型，放置数量按单个产品进行理论计算。具体如下：  

    1.首先确定氧化槽体工作面积长度L、宽度B、深度W；

    2.其次按技术要求确定零件装夹间隙，长度间隙a与宽度间隙b；

    3.然后计算长度方向装夹零件数量m＝(L-a)/(a＋零件长度)，宽度方向装夹零件数量n＝(B -b)/(b＋零件宽度)

    4.该氧化槽零件总装夹量为Z=m×n

    零件喷漆廉放置数量计算规则同氧化槽，可进行同批喷涂与干燥。按加温炉放置摆放车数量、每台摆放车喷漆廉子个数计算加温炉总零件数量。

   （4）标准工时影响因素分析与选取

    经表面处理主要工艺过程分析，选取影响消耗主要时间因素的零件特征，如产品尺寸（长度、宽度、厚度），产品面积，产品隔离孔、轴、叉耳及圆环数量等；按产品技术要求选定表面处理方式及相关工艺参数，如采用电镀方式、化铣深度等。

   （5）建立标准工时模型

    1.按炉槽满批法构建电镀、氧化、化铣、零件喷漆标准工时模型。依据表面处理专业类型，建立标准作业工序，将标准作业工序按标准工时分类制定各类工序作业时间标准。

    依据型号BOM清单专业目录，采集产品基本特征信息，按相关规则计算单个零件炉槽满批分摊数量。按工序标准作业时间及分摊模型，形成计算公式如下：

    零件工时=∑单件生产辅助工时+∑单件作业工序工时+∑批次工序工时/炉槽满批次数量

    2.按站位式生产构建大部件及整机喷漆标准工时模型。作为集体作业，应依据型号吨位、喷涂总面积、隔离总数量、涂装技术要求等，按接受检查、故障排除、隔离、清洗、打磨、调漆、底漆喷涂、面漆喷涂、干燥、隔离拆除、修理等生产工序及配置站位生产人数，形成计算公式如下：

    部件或整机喷漆工时=∑作业工序工时*站位工序人数

    五、研究建立表面处理生产车间产能模型

    按型号产品专业目录清单可形成型号单机专业工时，依据年度任务规划，可测算年度任务工时。如果任务工时超过人员制度能力工时，将面临生产能力不足的风险，在不超过炉槽理论最大产能情况下，需通过生产加班、人员调配等方式解决；如果超过炉槽理论最大产能，亟需通过外委外拓或新建生产线等方式解决。

    为更好评估实际生产能力，依据历史数据科学设置炉槽利用率，科学评估炉槽真实产能，表面处理专业产能模型计算公式如下：

    任务产能=∑（（型号单机生产辅助工时+型号单机作业工时+型号单机批次作业工时/炉槽利用率）×型号投产数量）

    六、管理应用研究

   （1）新生产线产能建设论证

    通过炉槽满批数量模型可模拟计算新建生产线生产产能，结合当前或估算制造费用情况，对表面处理专业生产线规划建设投资开展经济性论证具有重要意义。

   （2）任务产能评估

    依据公司经营计划及考虑炉槽使用率的型号标准工时，测算全年任务工时，并可测算正常班制情况下最大理论产能，及不考虑人员配置数量最高班制情况下最大极限产能。

   （3）人员需求分析测算

    依据年度任务产能和人员制度能力工时，通过合理加班、倒班无法满足产能情况下，需依据任务规划，综合人员结构优化、发展规划、人员效能及人员退出等情况，开展人员需求分析与配置。

   （4）经济性分析

    1.开展表面处理专业精准运行成本测算，并结合表面处理市场价格情况，开展经济性分析比较，为外委外协决策或绿色低碳经济转型提供基本决策依据。

    2.在保持专业能力水平的前提下，生产车间如存有剩余能力，可开展自揽民品业务，增加额外价值创收，提高经济运行效益。