鄒培文，陳再良

（蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，蘇州 2150060）

換線中轉(zhuǎn)站對快速換模效果的改善

鄒培文，陳再良

（蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，蘇州 2150060）

快速換線技術(shù)（Quick Changeover）是精益生產(chǎn)中很重要的一部分，是企業(yè)充分實(shí)現(xiàn)多品種小批量的生產(chǎn)的前提。目前，國內(nèi)外快速換線的發(fā)展更多是基于快速換模（Single Minute Exchange of Die， SMED）理論，在此基礎(chǔ)上衍生出采用定制化思想實(shí)現(xiàn)SMED、將換線分為預(yù)換線階段和正式換線階段等方法，從而實(shí)現(xiàn)快速換線。但是目前快速換線的研究更多的是基于設(shè)備的研究，而忽略的對整體產(chǎn)線切換流程的優(yōu)化。構(gòu)建了基于快速換線技術(shù)，以整條生產(chǎn)線為研究對象，配合換線中轉(zhuǎn)站的研究路線，充分發(fā)揮SMED對于設(shè)備切換的改善效果，使得產(chǎn)線整體的切換時(shí)間縮短70%。

快速換線；快速換模；換線中轉(zhuǎn)站

0 引言

G公司有10條生產(chǎn)線負(fù)責(zé)生產(chǎn)近百種產(chǎn)品，稱之為雜線（MIX LINE），平均每條生產(chǎn)線每天需生產(chǎn)3～5種產(chǎn)品，平均每次切換的時(shí)間在30分鐘以上，意味著每天2～3小時(shí)沒有生產(chǎn)輸出，生產(chǎn)效率低下、設(shè)備利用率低，影響生產(chǎn)效率提升。對于這種多品種小批量生產(chǎn)的產(chǎn)線，單純的對設(shè)備進(jìn)行SMED改善效果并不佳。因此，選擇其中一條生產(chǎn)線作為研究對象。

1 快速換線理論的研究現(xiàn)狀

1.1 快速換模

快速換模，SMED（Single Minute Exchange of Die）是精益生產(chǎn)的重要工具之一，目的是為了設(shè)備的準(zhǔn)備時(shí)間從而快速換模的要求。該方法是由日本的新鄉(xiāng)重夫（Shigeo Shingo），日本豐田汽車工程師摸索出的一套應(yīng)對切換時(shí)間長、切換作業(yè)浪費(fèi)的方法，是日本人在工業(yè)工程領(lǐng)域重要的技術(shù)革新。SMED的目標(biāo)是將換模時(shí)間減少到10min以內(nèi)，它的核心思想是通過一系列的改善活動(dòng)來減少換模作業(yè)中的浪費(fèi)，讓設(shè)備運(yùn)行盡可能多的時(shí)間，并簡化剩余流程使得生產(chǎn)過程更見流暢[1]。

1.2 快速換線

快速換線（Quick Changeover，QOC）是一個(gè)有組織的過程，可以縮短生產(chǎn)線生產(chǎn)不同產(chǎn)品間轉(zhuǎn)換時(shí)間，提高轉(zhuǎn)換的可重復(fù)性，確保在盡可能短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換成功并生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，促使生產(chǎn)者可減少生產(chǎn)批量和降低庫存水平而不影響正常操作?？焖贀Q線不同于快速換模，快速換模更注重于單個(gè)設(shè)備的切換，將設(shè)備作為研究對象來做，而快速換線是將一條產(chǎn)品線作為研究對象?？焖贀Q模理論帶來最大貢獻(xiàn)是關(guān)于內(nèi)外部作業(yè)的定義，因此，對于整條生產(chǎn)線來講，對于整個(gè)產(chǎn)品的切換應(yīng)該進(jìn)行內(nèi)外部作業(yè)的區(qū)分與轉(zhuǎn)換。在QCO的過程中，可能會(huì)包含多個(gè)SMED過程，代表著更直接的產(chǎn)品間的切換，更具備組織性與整體性。

2 QCO在雜線生產(chǎn)線的實(shí)施

2.1 現(xiàn)場現(xiàn)狀分析

由于T公司目前根據(jù)訂單生產(chǎn)，因此每天產(chǎn)線平均每天要有3～5個(gè)訂單，訂單的周期越來越短且緊急訂單的比例越來越大，生產(chǎn)插單機(jī)會(huì)多。根據(jù)產(chǎn)品工時(shí)，計(jì)劃部下達(dá)的計(jì)劃理論上每條產(chǎn)線都應(yīng)當(dāng)具備足夠的生產(chǎn)能力。然而現(xiàn)在的情況在于產(chǎn)線的生產(chǎn)能力并沒有能力完成訂單的生產(chǎn)，并且加班眾多，甚至還會(huì)出現(xiàn)訂單延期，從而導(dǎo)致目前生產(chǎn)部計(jì)劃制定困難或需經(jīng)常調(diào)整。這些情況均與雜線整體的換線時(shí)間就密切相關(guān)。

2.2 目前產(chǎn)品的切換分析

通過四周的觀察，對現(xiàn)今的切換流程進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，詳細(xì)記錄了整個(gè)過程。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，可以看出在這整個(gè)換模過程中，27.5分鐘，生產(chǎn)單元是不產(chǎn)生任何價(jià)值的。

表1 現(xiàn)今生產(chǎn)線切換流程表

2.3 基于SMED理論對瓶頸工序端子機(jī)的切換進(jìn)行優(yōu)化

根據(jù)作業(yè)測定的方法，統(tǒng)計(jì)端子機(jī)切換操作流程與工時(shí)，如表2所示。

由表2可以看出，目前端子機(jī)換模的時(shí)間耗費(fèi)最久的工序就屬螺絲固定。

表2 端子機(jī)切換操作流程表

2.3.1 螺絲固定

設(shè)備換模，盡量減少使用螺母、螺絲的固定方式，盡可能用插銷、壓桿、中介夾具、卡式插座、軸式凸輪鎖定等方式。如確需要螺栓、螺母固定方式，盡量減少上緊及取下螺母的時(shí)間，如U形或C形墊圈、凹形螺紋設(shè)計(jì)，被鎖緊部位高度固定化，梨形洞緊固件等，都可以減少螺紋旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)[2]。

由于每份訂單都需要打端子近千次且在量產(chǎn)的時(shí)候打端子僅需3s左右的時(shí)間，所以端子機(jī)模座的固定需要足夠的強(qiáng)度?，F(xiàn)在的固定方式采用如圖1所示的楔形夾用螺絲鎖緊固定，使用的工具是L型的六角螺桿。技術(shù)員攜帶所需的六角螺桿，在側(cè)面松緊螺絲，由于強(qiáng)度的要求，需要緊固十幾圈。這就造成了動(dòng)作浪費(fèi)和時(shí)間的浪費(fèi)。

根據(jù)目前現(xiàn)場端子機(jī)的實(shí)際情況，在不影響緊固效果的情況下，定制如圖2、圖3所示帶有把手的緊固螺絲。這樣帶來的好處在于，不需要專屬的工具，可以直接手動(dòng)擰緊，螺絲可以通過彈簧進(jìn)一步加緊。經(jīng)過時(shí)間研究，改善后緊固時(shí)間可由26.5秒縮短至13.4秒。

圖1 楔形螺絲緊固模座

圖2 帶有把手的螺絲

圖3 使用定制螺絲固定

2.3.2 消除調(diào)節(jié)

從表2可以看出自第5步至第15步均是在進(jìn)行調(diào)整作業(yè)，共計(jì)用時(shí)474.13，占比45.8%，也就是說有一半的時(shí)間均是在進(jìn)行模座調(diào)整。減少或者消除調(diào)節(jié)，關(guān)鍵調(diào)整參數(shù)一步設(shè)置到位。而在實(shí)際操作中，需要技術(shù)員不斷摸索、試錯(cuò)確定準(zhǔn)確位置，QC技術(shù)員不停在旁邊測試，牽扯了人力又浪費(fèi)時(shí)間。

1）調(diào)整刻度可視化。如圖4所示，根據(jù)產(chǎn)品的需要在模座的相應(yīng)位置增加位置刻度、標(biāo)志線，模座的調(diào)整基于數(shù)據(jù)（量化）或精確目測，而不是靠直覺不斷試錯(cuò)，這樣可以提升作業(yè)效率。

圖4 模座的刻度線

2）換模作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。過去換模作業(yè)存在不確定因素，不同技術(shù)員根據(jù)自己的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)場的不斷試錯(cuò)，花費(fèi)的時(shí)間久。沒有標(biāo)準(zhǔn)化，代表著沒有人對人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行管理，每次換模操作都是一個(gè)全新的摸索過程。所以，要縮短換模流程，必須把工裝模具、工具、操作流程、產(chǎn)品工藝參數(shù)等標(biāo)準(zhǔn)化。這樣即使有其他技術(shù)員前來作業(yè)，亦可以快速調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)所需尺寸。

正如前文所講，目前快速換模更多是針對這一部分的研究應(yīng)用。通過對端子機(jī)快速換模的改善，可以明顯縮短端子機(jī)的切換時(shí)間。但是，通過這部分的研究僅僅是縮短了設(shè)備的切換的時(shí)間，對于整個(gè)流程，尤其每天經(jīng)歷多次換線，改善效果并不大。

因此，以整條生產(chǎn)線作為研究對象，重新進(jìn)行內(nèi)外部作業(yè)的分離與轉(zhuǎn)化。

2.4 生產(chǎn)線內(nèi)部作業(yè)、外部作業(yè)的識(shí)別與轉(zhuǎn)化

2.4.1 通過魚骨圖識(shí)別切換作業(yè)類型

圖5 目前換線流程的魚骨圖分析

魚骨圖又名因果圖、石川圖，是由石川熏先生發(fā)明。魚骨圖是圖如其名的工具圖，其形狀正如一條魚的完整骨刺，由“魚頭”、“主刺”、“副刺”組成[3]。而主刺典型的原因類別包括人力資源（Manpower）、機(jī)器（Machines）、材料（Materials）、方法（Methods）、測量（Measurement）和環(huán)境（Mother Nature）。

在生產(chǎn)線進(jìn)行頭腦風(fēng)暴討論，在白板上統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由圖5所示，由于沒有區(qū)分內(nèi)外部作業(yè)，幾乎所有的作業(yè)都是內(nèi)部作業(yè)，而技術(shù)員的工作基本是在停機(jī)之后才進(jìn)行；且多數(shù)作業(yè)都屬串聯(lián)作業(yè)，存在嚴(yán)重的時(shí)間浪費(fèi)。例如，停機(jī)后才開始安排各工位的作業(yè)內(nèi)容、停機(jī)后才開始準(zhǔn)備設(shè)備、調(diào)機(jī)時(shí)間隨機(jī)多變難以控制等等。

2.4.2 內(nèi)外部作業(yè)的轉(zhuǎn)化

通過上述分析，設(shè)計(jì)初步的解決方案，通過多次討論，評估方案的可行性，決定先采取以下措施：

1）設(shè)備的調(diào)整轉(zhuǎn)到線外進(jìn)行調(diào)試。

2）生產(chǎn)部門領(lǐng)取物料、標(biāo)簽、模具等工作，可由班長提前半天進(jìn)行。

3）完善員工能力矩陣。

4）部分產(chǎn)品的調(diào)整與檢驗(yàn)采用并行作業(yè)。

通過內(nèi)部作業(yè)轉(zhuǎn)向外部作業(yè)的活動(dòng)，排線切換產(chǎn)品的時(shí)間只有更換設(shè)備、更換作業(yè)指導(dǎo)書等的558s，極大提高了產(chǎn)線的利用率。

2.5 優(yōu)化內(nèi)部作業(yè)

對于內(nèi)部作業(yè)即停機(jī)后的作業(yè)時(shí)間必須盡量縮短，縮短停機(jī)時(shí)間。就目前改善后的換線工作來看，只有更換設(shè)備這一項(xiàng)操作為內(nèi)部作業(yè)。

2.5.1 快速工裝夾具的使用

針對目前雜線設(shè)備的使用情況，需要固定的設(shè)備只有測試機(jī)底座?，F(xiàn)在使用固定測試機(jī)底座的工具如圖6所示是U型夾，緊固方式靠的是螺絲擰緊固定.存在問題主要有：首先，數(shù)量的欠缺，由于數(shù)量不足，有時(shí)需要用膠帶固定，這種方式顯然不符合質(zhì)量的要求；其次，固定主要基于U型夾下方的螺絲擰緊，照成動(dòng)作的浪費(fèi)且操作起來極其不方便；磨具設(shè)計(jì)不合理，由于定位螺絲的關(guān)系，夾具只能勉強(qiáng)夾在精益管上，可靠性難以保證。

表3 改善后換線統(tǒng)計(jì)表

圖6 目前所使用的U型夾

針對這種情況，根據(jù)產(chǎn)線的使用情況，主要有兩種方案：

1）取消夾具緊固。永久固定測試機(jī)，這種方案帶來的弊端在于使這個(gè)工位喪失柔性，也就失去做快速切換的真正意義。

2）使用更簡單的夾具、一扣即好的U型夾。采用如圖7所示的更可靠的U型夾，緊固方式放棄螺絲，使用基于杠桿原理的夾具固定。通過這種方式，可以極大縮短固定設(shè)備的時(shí)間，從緊固一個(gè)U型夾花費(fèi)34秒縮短至11秒即可完成固定。

圖7 快速緊固夾具

2.5.2 實(shí)施并行作業(yè)

現(xiàn)行的換線作業(yè)員工不參與換線作業(yè)，技術(shù)員在生產(chǎn)線完成設(shè)備調(diào)整，生產(chǎn)線班組長完成生產(chǎn)線布局。這樣的操作方式大大降低了換線效率。因此，根據(jù)這種情況，由于所有的調(diào)整作業(yè)都放置在線外進(jìn)行，所以班組長只需將換模完成的設(shè)備放置在液壓車上?，F(xiàn)場生產(chǎn)單元采用U型生產(chǎn)單元，班組長只需推車進(jìn)入，操作工只需回身更換設(shè)備。這樣，使得線組人員參與到換線作業(yè)中。

由表4可以看出，通過快速夾具與并行作業(yè)使得生產(chǎn)現(xiàn)場排線、更換設(shè)備由381秒縮短至212秒。

2.6 換線中轉(zhuǎn)站的建立

所謂換線中轉(zhuǎn)站之所以叫中轉(zhuǎn)站，并不是說是簡單的將中央倉庫分割出來一部分轉(zhuǎn)移到產(chǎn)線，其不足5平米的場地也不允許這么做，而是僅對外部換模作業(yè)牽連到的生產(chǎn)資料進(jìn)行管理。換線中轉(zhuǎn)站中所保留的SOP、模座、文件等，其保存期不得超過兩天的庫存[4]。班組長負(fù)責(zé)換線中轉(zhuǎn)站的日常管理，技術(shù)員每天檢查換模所需設(shè)備的質(zhì)量并及時(shí)更新，從而保證生產(chǎn)所需。換線中轉(zhuǎn)站的存在也使得整個(gè)快速換線作業(yè)的切換時(shí)間得到極大的縮短，對整個(gè)生產(chǎn)周期的縮短是很有幫助的。

為了減少生產(chǎn)準(zhǔn)備人員的外部換模時(shí)間，迷你倉庫內(nèi)部的準(zhǔn)備工作也應(yīng)盡可能的縮短時(shí)間，因此，我們對于換線中轉(zhuǎn)站進(jìn)行基于5S和目視化的管理。

1）換模平臺(tái)的管理。

由于換線中轉(zhuǎn)站要負(fù)責(zé)整個(gè)外部換模操作，因此，對于換模作業(yè)所需的平臺(tái)應(yīng)該有特定要求，以符合建立換線中轉(zhuǎn)站的本質(zhì)是縮短整體的換模周期。

因此，在中轉(zhuǎn)站，選擇的換模平臺(tái)是液壓車。如圖8所示，技術(shù)員在液壓車上完成端子機(jī)模座的切換。這樣的好處在于，液壓車上下高度調(diào)節(jié)方便，可以根據(jù)技術(shù)員的不同調(diào)整至技術(shù)員最舒服的位置；其二，在換線中轉(zhuǎn)站完成切換的設(shè)備需要搬運(yùn)到產(chǎn)線進(jìn)行更換，而是用液壓車可以調(diào)節(jié)完便將調(diào)整好的設(shè)備搬運(yùn)到產(chǎn)線，減少搬運(yùn)動(dòng)作；其三，對于目前U型線的生產(chǎn)單元，液壓車一進(jìn)一出便可完成整體生產(chǎn)線的切換。

表4 內(nèi)部作業(yè)優(yōu)化完成后改善效果圖

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圖8 液壓車進(jìn)行換線作業(yè)

2）換線中轉(zhuǎn)站的布局

如圖9中標(biāo)記區(qū)域，根據(jù)目前產(chǎn)線的布局，選擇產(chǎn)線中間的部分作為換線中轉(zhuǎn)站的地址。在這個(gè)區(qū)域，不影響生產(chǎn)線的運(yùn)作，同時(shí)也不影響雜線之外其他生產(chǎn)單元的運(yùn)作。同時(shí)，在液壓車完成各設(shè)備的換模后，可以直接運(yùn)送至各產(chǎn)線。

3 結(jié)束語

相當(dāng)于預(yù)換線階段的外部換線時(shí)間，通過建立換線中轉(zhuǎn)站，從而縮短切換時(shí)間、系統(tǒng)管理外部換線作業(yè)的執(zhí)行，充分發(fā)揮了SMED對于設(shè)備的改善效果。通過對雜線前后分析改善，有效提升了設(shè)備利用率、減少了生產(chǎn)周期，最終將生產(chǎn)線整體切換時(shí)間縮短70%。

圖9 換線中轉(zhuǎn)站布局

雖然快速換線方法看似很簡單，但是在具體在實(shí)施的過程中應(yīng)該時(shí)刻注意：快速換線理論最大的貢獻(xiàn)在于內(nèi)部作業(yè)、外部作業(yè)的定義。靈活使用內(nèi)部作業(yè)、外部作業(yè)，對于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分快速換線具有重要意義。

本文通過案例分析，為多品種小批量企業(yè)，尤其產(chǎn)線產(chǎn)品眾多、每天需要多次換線的企業(yè)提供有益參考和借鑒意義。

[1] James P.Womack. Lean Thinking[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2015,1.

[2] 葉永偉,王曉恩,林海,江葉楓.沖壓設(shè)備快速換模技術(shù)研究[J].機(jī)械制造,2010,5.

[3] 孟亮.基于改進(jìn)魚骨圖的X公司QC過程優(yōu)化研究[D].山東大學(xué),2016.

[4] 陳賢生.G公司快速換模的應(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué),2015.

Changeover station to improve the efectiveness of SMED

ZOU Pei-wen, CHEN Zai-liang

TP29

：A

1009-0134(2017)06-0120-06

2017-04-14

國家自然科學(xué)基金（51475315）；江蘇省科技廳資助項(xiàng)目（BY2016043-02，BA2014004）；青海省科技廳資助項(xiàng)目（2014-Z-Y09，2014-GX-219）

鄒培文（1991 -），男，山東人，碩士，研究方向?yàn)榫嫔a(chǎn)。