产品短期应急产能提升方案研究

Research on Product Capacity Improvement Scheme in the Condition of Short-Term Emergency

摘要: 为解决某产品短期内任务量激增、产能不足问题，本文以某金属壳体的机械加工为例，详细分析增加年时基数、补充设备(人员)、扩充外协后达到的产能，并定性分析了各措施的优劣。建议优先采取增加年时基数的措施，若产能不足则再补充瓶颈设备，同时可多方调研，在保证产品质量的前提下扩充外协。

Abstract: In order to solve the problem of a product’s term increase sharply and insufficient capacity, this paper takes the machining of a metal shell as an example, analyzes the production capacity achieved after increasing the annual base, supplementing equipment (or personnel) and expanding external cooperation in detail, analyzes the advantages an disadvantages of each measure. It is suggested to give priority to measures increase the annual base, if the capacity is insufficient, then supplement the bottleneck equipment, at the same time can be multi-investigation, under the premise of ensuring product quality expansion of outsourcing.

1. 引言

随着订单数量增加，某产品出现短期内任务量激增的问题，在传统高质量要求下，生产制造的高效率、高效益亦不能忽略。如何在短时间内充分利用资源快速提升产能，满足客户订货需求、提升企业效益成为当前急需解决的问题 [1] 。

短期内任务激增指任务持续时间短、数量至少翻倍的生产。根据客户订货需求，某金属壳体现有产能为X个/年，短期产能目标为2.6X个/年。为快速提升制造能力，本着高质量、高效率、高效益原则，本文以某金属壳体的机械加工制造为例，针对短期内任务激增问题，提出能力提升方案，满足产品制造和企业发展需求。

2. 产品工艺流程

某典型金属壳体的制造工艺流程如图1所示，涉及铸造、机加共2大专业，铸造含配砂、造型等10个工序 [2] ，机械加工含铣基准、铣外形等10个工序。其中，热处理工序位于铸造专业，不再单独列出。

机械加工中的铣基准、铣外形、铣端面、铣内形和X光检测工序采用设备加工，钳工、清洗、钢印、称重和检验采用人工操作。

Figure 1. Flowchart of manufacturing process of a typical metal shell

图1. 某典型金属壳体的制造工艺流程图

3. 现有产能

考虑产品存在混线生产，产能计算公式如下：

$\frac{年时基数\times 设备\left(人员\right)数量\times 设备\left(人员\right)占比}{该设备\left(人员\right)所有产品的实作工时之和}$ (1)

其中设备(人员)占比计算公式为：

$\frac{产品1订货量\times 产品1实作工时之和}{产品1订货量\times 产品1实作工时之和+产品2订货量\times 产品2实作工时之和设备+\dots \dots }$ (2)

定义以下符号：

a——实作工时基数；

b——设备/人员数量基数；

X——产能基数， $X=72.29\frac{b}{a}$ 。

现以机械加工中的铣基加工为例说明产能计算详细过程。该工序用的设备为JJ001五轴镗铣床，现有设备数量为2b台，该设备承担本产品两项工序：工序1铣基准和工序4铣内形，两项工序的实作工时分别为40a小时和100a小时。根据《机械工厂年时基数设计标准》(GB/T 51266-2017)，机械加工设备三班制的年时基数为5060小时 [3] 。JJ001五轴镗铣床为该金属壳体机械加工专用设备，设备资源占比为100%，产能为：

$\frac{5060\times 2b\times 100\%}{40a+100a}==72.29\frac{b}{a}=X个\text{/}年$

同样方式可计算其他工序产能，结果如表1所示。

Table 1. Machining capacity table of a typical metal shell

表1. 某典型金属壳体的机械加工产能表

绘制产能图，如图2所示。由图知产能短板为工序1的铣基准和工序4的铣内形，机械加工产能取产能最小的为X个/年。

Figure2. Machining capacity diagram of a typical metal shell

图2. 某典型金属壳体的机械加工产能图

同样的方式可得铸造(两班制)产能为1.1X个/年。

机械加工产能最低，则机械加工能力即为该金属壳体的产能，为X个/年。

4. 产能提升措施

本文策划的产能提升措施有以下几个前提：

1) 产品图纸、工艺方案已定型，不再更改；

2) 主辅材料准备充足，无需等待；

3) 人员工作时间最多8小时/天、250天/年；设备工作时间可达24小时/天、360天/年；

4) 无疫情、重大自然灾害等不可抗因素影响生产。

4.1. 增加年时基数

工序1铣基准、工序4铣内形，采用的是三班制、250天/年，年时基数为5060小时。若将设备提升为三班制、360天/年，则产能为X ÷ 250 × 360 = 1.44X个/年；

工序2铣外形、工序3铣端面由三班制、250天/年提升为三班制、360天/年，则产能为1.4X ÷ 250 × 360 = 2.02X个/年；

工序5钳工、工序7钢印、工序8称重由单班制(8小时)、250天/年提升为两班制(8小时、8小时，共16小时)、360天/年，则产能为1.14X ÷ 250 ÷ 8 × 360 × 16 = 3.3X个/年，产能满足2X个/年需求。

工序9X光、工序10检验由单班制(8小时)、250天/年提升为两班制(8小时、8小时，共16小时)、360天/年，则产能为1.26X ÷ 250 ÷ 8 × 360 × 16 = 3.63X个/年，产能满足2.6X个/年需求。

工序6油封产能已达3.02X个/年，不再增加班制和工作天数，产能满足2.6X个/年需求。

通过增加工作班制、工作天数，工序5~工序10产能满足需求。

JJ001五轴镗铣床2b台，三班制、250天/年所需人员为6b人(单台设备需1人)，三班制、360天/年所需人员360 ÷ 250 × 6b = 8.64b人。新增人员2.64b人。

JJ002五轴龙门铣床2b台，三班制、250天/年所需人员为6b人(单台设备需1人)，三班制、360天/年所需人员360 ÷ 250 × 6b = 8.64b人。新增人员2.64b人。

JJ003镗铣床2b台，三班制、250天/年所需人员为6b人(单台设备需1人)，三班制、360天/年所需人员360 ÷ 250 × 6b = 8.64b人。新增人员2.64b人。

机加钳工单班制(8小时)、250天/年所需人员为b人，两班制(8小时、8小时，共16小时)、360天/年所需人员为360 ÷ 250 × 16 ÷ 8 × b = 2.88b人。新增人员1.88b人。

ZZ001射线检测机b台，单班制(8小时)、250天/年所需人员为1人，两班制(8小时、8小时，共16小时)、360天/年所需人员为360 ÷ 250 × 16 ÷ 8 × b = 2.88b人。新增人员1.88b人。

油封工产能已足够，无需新增人员。

以上合计新增人员11.68b人。

4.2. 补充设备(人员)

不改变生产班制，仅补充设备(人员)达到产能2.6X个/年，需补充的设备(人员)情况如下：

工序1铣基准、工序4铣内形用的设备为JJ001五轴镗铣床，2b台设备在三班制、250天/年班制下产能为X个/年，产能达到2.6X个/年，需补充(2.6X ÷ X − 1) × 2b = 3.2b台。

工序2铣外形、工序3铣端面用的设备分别为JJ002五轴龙门铣床、JJ003镗铣床，2b台设备在三班制、250天/年班制下产能为1.4X个/年，产能达到2.6X个/年，需补充(2.6X ÷ 1.4X − 1) × 2b = 1.71b台设备。

工序5钳工、工序7钢印、工序8称重用机加钳工b人，在单班制、250天/年班制下产能为1.14X个/年，产能达到2.6X个/年，需补充(2.6X ÷ 1.14X − 1) × b = 1.28b人。

工序9 X光用的设备为ZZ001射线检测机，b台设备在单班制、250天/年班制下产能为1.26X个/年，产能达2.6X个/年，需补充(2.6X ÷ 1.26X − 1) × b = 1.06b台设备。

工序10检验用机加检验b人，在单班制、250天/年班制下产能为1.26X个/年，产能达到2.6X个/年，需补充(2.6X ÷ 1.26X − 1) × b = 1.06b人。

以上合计新增JJ001五轴镗铣床3.2b台(新增人员9.6b人)、JJ002五轴龙门铣床1.71b台(新增人员5.13b人)、JJ003镗铣床1.71b台(新增人员5.13b人)、ZZ001射线检测机1.07b台(新增人员2.14b人)，合计新增人员24.34b人。

4.3. 扩充外协

机械加工为普通加工能力，可通过技术输出工艺方案，由外协厂家利用现有能力或购置设备完成产品加工 [4] ，需外协的数量为2.6X – X = 1.6X个/年。经调研，考虑单个厂家现有固定资产规模及现有任务，全部外协给某一厂家难度较大，需多家调研。

扩充外协方式存在质量隐患，因外协厂家不熟悉产品图纸及工艺流程，易出现产品加工效率低、质量不合格等问题 [5] [6] 。

4.4. 措施比较

增加年时基数工序1~工序4产能可提升，但无法满足产能目标2.6X个/年。工序5~工序10仅补充人员即可达到产能目标。

补充设备(人员)各工序产能可满足产能目标，但需补充设备、人员数量较多。

为避免任务完成后造成设备等资源闲置，同时减少固定资产投资，可综合采取增加年时基数并补充短线瓶颈设备的措施。工序1铣基准、工序4铣内形用的设备为JJ001五轴镗铣床，2b台设备在三班制、360天/年班制下产能为1.44X个/年，补充1.61b台设备，产能可达2.6X个/年，可采用新购设备、租赁设备的方式。工序2铣外形、工序3铣端面用的设备分别为JJ002五轴龙门铣床、JJ003镗铣床，2b台设备在三班制、360天/年班制下产能为2.02X个/年，需再补充0.57b台设备，产能可达2.6X个/年，同样可采用新购设备、租赁设备的方式。

增加年时基数后需新增的人员为11.68b人，补充短线瓶颈设备后需新增的人员(1.61b + 1.61b + 0.57b) × 3 = 11.37b，合计11.68b + 11.37b = 23.05b人。

三种措施补充的设备、人员见表2。

说明：新增设备、人员数量需根据实际情况向上取整。

Table 2. Comparative table of capacity improvement measures

表2. 产能提升措施比较表

综合增加年时基数和补充短板设备可满足2.6X个/年的产能目标，补充的设备数量也较少，产品质量、效率、周转路线与原来一致，是最优方案。

扩充外协可满足2.6X个/年的产能目标，无需新增固定资产，因产品涉及多个厂家周转，产品质量存在隐患。

5. 结束语

某金属壳体的制造涉及铸造、机加共2大专业，本文详细研究了机加专业的产能提升措施，并定性分析了各措施的优劣。铸造与机加类似，可在增加年时基数的基础上适当补充通用设备，同时可多方调研，在保证产品质量的前提下扩充外协。