摘 要：小批量多品種生產(chǎn)模式漸漸取代了大規(guī)模批量生產(chǎn)模式，而這種生產(chǎn)模式使得生產(chǎn)線換線頻次增加，換線時(shí)間較長(zhǎng)增加了生產(chǎn)成本。產(chǎn)線具備一定生產(chǎn)柔性可以減少加工制造不同產(chǎn)品之間的轉(zhuǎn)換作業(yè)，依據(jù)產(chǎn)品加工設(shè)備的相似程度將產(chǎn)品分族，同一家族的產(chǎn)品在同一條產(chǎn)線上轉(zhuǎn)換，換線時(shí)間明顯少于非家族內(nèi)產(chǎn)品之間的轉(zhuǎn)換。

關(guān)鍵詞：小批量多品種；生產(chǎn)柔性；產(chǎn)品分族；快速換線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.215

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的個(gè)性化需求不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的大規(guī)模批量生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足客戶的多樣化需求。目前，一些加工制造企業(yè)正在向小批量多品種生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，而這種轉(zhuǎn)變使得生產(chǎn)線換線頻次增加，從而增加了生產(chǎn)成本。為了達(dá)到更好的客戶體驗(yàn)，在保證準(zhǔn)時(shí)交貨的前提下滿足客戶多品種小批量的生產(chǎn)需求，生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)換必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成，只有這樣才能保證企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，降低小批量多品種生產(chǎn)模式的成本劣勢(shì)。一般的企業(yè)在引進(jìn)快速換線時(shí)，往往考慮的都是兩種產(chǎn)品之間的轉(zhuǎn)換，對(duì)換線流程加以改善，以及對(duì)換線所使用的工具加以改進(jìn)，從而達(dá)到縮短換線時(shí)間的目的。然而，大多數(shù)制造企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅僅是一兩種而已，少則數(shù)十種，多則上萬(wàn)種。雖然這些產(chǎn)品的加工工藝會(huì)有所區(qū)別，但是，它們?cè)诩庸ぶ圃爝^(guò)程中所使用的加工設(shè)備在一定程度上會(huì)有所相同或完全相同。加工制造設(shè)備相似度較高的兩種產(chǎn)品之間的轉(zhuǎn)換作業(yè)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于加工制造設(shè)備相似度較低的兩種產(chǎn)品，從而很大程度上縮短了換線時(shí)間。

本文依據(jù)產(chǎn)品加工制造所使用的設(shè)備相似程度，將產(chǎn)品家族化劃分，詳細(xì)探討了家族內(nèi)產(chǎn)品之間的轉(zhuǎn)換優(yōu)勢(shì)，以及家族內(nèi)產(chǎn)品之間的換線流程改進(jìn)，以實(shí)際案例分析了家族內(nèi)產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)線所帶來(lái)的時(shí)間效益。

2 快速換線

2.1 換線相關(guān)概念

快速換線也叫快速換型，又稱單但分鐘快速切換（SMED），指通過(guò)精益生產(chǎn)的理論，將原材料的更換、治夾具的更換、產(chǎn)品首件的確認(rèn)等時(shí)間盡可能的減少的一種過(guò)程改進(jìn)的方法。

產(chǎn)品換線：又稱為產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，是指生產(chǎn)線從生產(chǎn)某一型號(hào)或種類的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)其他型號(hào)或種類的產(chǎn)品的過(guò)程。轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)涉及到人員的調(diào)動(dòng)、物料的更換、設(shè)備的調(diào)試、產(chǎn)品加工方法的變更等與生產(chǎn)相關(guān)的作業(yè)。

換線時(shí)間：是指從上一個(gè)品種的產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)束到下一個(gè)品種的第一個(gè)合格產(chǎn)品產(chǎn)出，并確認(rèn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)所消耗的時(shí)間。換線時(shí)間屬于沒(méi)有價(jià)值產(chǎn)出的浪費(fèi)時(shí)間，但換線作業(yè)是無(wú)法消除的，只能盡可能的縮短。

內(nèi)部作業(yè)：指生產(chǎn)停滯時(shí)所進(jìn)行的換線作業(yè)，內(nèi)部作業(yè)時(shí)間即只有當(dāng)產(chǎn)線停下來(lái)才能進(jìn)行的作業(yè)所需要的時(shí)間；

外部作業(yè)：指生產(chǎn)進(jìn)行的同時(shí)所進(jìn)行的換線作業(yè)，外部作業(yè)時(shí)間即可以在產(chǎn)線運(yùn)行的情況下進(jìn)行的作業(yè)所需要的時(shí)間；

2.2 快速換線的步驟

（1）區(qū)分內(nèi)部作業(yè)與外部作業(yè)：分析現(xiàn)有換線作業(yè)流程，將內(nèi)部換線作業(yè)與外部換線作業(yè)區(qū)分開來(lái)，明確內(nèi)部作業(yè)時(shí)間與外部作業(yè)時(shí)間；

（2）內(nèi)部作業(yè)外部化：將一些以前內(nèi)部的準(zhǔn)備性作業(yè)外部化，減少內(nèi)部換線作業(yè)；

（3）縮短內(nèi)部換線作業(yè)時(shí)間：對(duì)作業(yè)方式進(jìn)行改進(jìn)，將設(shè)備的裝卸夾具、工具簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化；

（4）改善外部換線作業(yè)時(shí)間：減少搬運(yùn)距離，人員走動(dòng)，增加生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的5S管理。

3 產(chǎn)品分族

產(chǎn)品分族原理：產(chǎn)品分族，也叫產(chǎn)品成組技術(shù)，一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，從市場(chǎng)的角度來(lái)看有成百上千種，甚至成千上萬(wàn)種，但是，對(duì)于一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)部門來(lái)說(shuō)，從加工工序與加工流程的角度來(lái)分析，一般都能夠?qū)⑸a(chǎn)的產(chǎn)品分成幾大類，分類的依據(jù)可以是產(chǎn)品加工過(guò)程中的關(guān)鍵機(jī)器設(shè)備，以關(guān)鍵設(shè)備為依據(jù)，對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行分類的過(guò)程就是產(chǎn)品分族。

3.1 產(chǎn)品族加工工序關(guān)鍵設(shè)備矩陣

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，依據(jù)需求將產(chǎn)品分為若干個(gè)家族。產(chǎn)品族個(gè)數(shù)不宜過(guò)多，也不宜過(guò)少，家族過(guò)多需要生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)具備足夠多的空間、生產(chǎn)線、設(shè)備，這樣勢(shì)必會(huì)增加生產(chǎn)成本，達(dá)不到快速換線降低生產(chǎn)成本的目的；家族過(guò)少，一方面不能完全體現(xiàn)出產(chǎn)品分族以后產(chǎn)品切換的優(yōu)勢(shì)，另一方面不能滿足客戶對(duì)于產(chǎn)品交貨期的要求。本文依據(jù)產(chǎn)品加工過(guò)程中會(huì)用到的關(guān)鍵設(shè)備將產(chǎn)品家族化分類，建立產(chǎn)品族加工工序關(guān)鍵設(shè)備矩陣，如表1所示，表的左側(cè)一列是產(chǎn)品族，表的上面一行是工序關(guān)鍵設(shè)備KD，矩陣中用0、1代碼表示產(chǎn)品族與關(guān)鍵設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系：0代表此產(chǎn)品族中不包含相對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，1代表此產(chǎn)品族中包含相對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備。

3.2 產(chǎn)品家族化相似度矩陣

當(dāng)一種新的產(chǎn)品加入訂單時(shí)，或多或少都會(huì)與部分家族或所有的家族具備一定的相似性，按照其相似指數(shù)的高低進(jìn)行排序，將其歸為相似指數(shù)最高的家族系列。相似指數(shù)用P來(lái)表示，相似指數(shù)計(jì)算公式如下：

P（NI）=S（NI）/S（TI）=S（NI）/（S（N）+S（I）-S（NI））

P（NI）：產(chǎn)品N與產(chǎn)品族I的相似指數(shù)；

S（NI）：產(chǎn)品N與產(chǎn)品族I相同關(guān)鍵設(shè)備的數(shù)量；

S（TI）：產(chǎn)品N與產(chǎn)品族I關(guān)鍵設(shè)備的總數(shù)量；

S（N）：產(chǎn)品N的關(guān)鍵設(shè)備數(shù)量；

S（I）：產(chǎn)品族I的關(guān)鍵設(shè)備數(shù)量。

由此建立產(chǎn)品家族化相似度矩陣，如表2所示：P0001A表示序列號(hào)為0001的產(chǎn)品與家族A的相似指數(shù)。

4 案例分析

本文的案例研究對(duì)象是一家醫(yī)療電子制造企業(yè)，生產(chǎn)線以U型單元式布局方式，主要的原材料為線材、膠料、PCB線路板，主要的加工工藝為裁切、焊接、打端子、成型、開剝、組裝等?？蛻粜枨鬄榈湫偷亩嗥贩N小批量模式，為了滿足客戶交貨期的需求，以及盡量節(jié)約生產(chǎn)空間，減少庫(kù)存水平，必須頻繁切換。降低換線時(shí)間可以有效的減少浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率。

本文以A、B、C三種產(chǎn)品為研究案例，其具備如下特點(diǎn)：

（1）A產(chǎn)品與B產(chǎn)品屬同一家族；

（2）A、B產(chǎn)品與C產(chǎn)品屬于不同的家族；

（3）B、C產(chǎn)品均屬于在生產(chǎn)產(chǎn)品，A產(chǎn)品屬于將要切換的產(chǎn)品；

（4）B、C產(chǎn)品所在的生產(chǎn)線，均可滿足A產(chǎn)品的交貨期要求，且C產(chǎn)品所在的產(chǎn)線能夠使得A產(chǎn)品交貨期提前，在隨機(jī)選擇過(guò)程中優(yōu)先選擇；

（5）加工設(shè)備數(shù)量足夠；

B、C三種產(chǎn)品的加工過(guò)程關(guān)鍵設(shè)備矩陣如表3所示：

4.1 目前產(chǎn)品之間的換線流程

根據(jù)目前企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)狀況，該生產(chǎn)車間共有12條生產(chǎn)線用來(lái)生產(chǎn)小批量的訂單，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)的狀況是：部分產(chǎn)線經(jīng)常處于空閑狀態(tài)，部分產(chǎn)線卻不能按時(shí)完成訂單的交貨期要求；經(jīng)常發(fā)生產(chǎn)線之間設(shè)備使用沖突；每次產(chǎn)品之間的切換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，異常頻繁發(fā)生。企業(yè)通過(guò)一系列措施，設(shè)置了兩條備用產(chǎn)線，這樣雖然可以減少換線時(shí)間，卻造成了生產(chǎn)力的冗余。計(jì)劃部門對(duì)訂單的排序按照交貨期、訂單量、產(chǎn)品工時(shí)三個(gè)因素對(duì)訂單進(jìn)行排程，在12條生產(chǎn)線中尋求能滿足交貨期的一條生產(chǎn)線進(jìn)行排程，當(dāng)所有產(chǎn)線均不能滿足交貨條件時(shí)，選擇離交貨期最近的一條生產(chǎn)線。由產(chǎn)品C到產(chǎn)品A 的換線步驟和換線時(shí)間如表4所示。

由表4中的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，換線總時(shí)間長(zhǎng)達(dá)192分鐘，而實(shí)際有價(jià)值的生產(chǎn)活動(dòng)僅僅13分鐘，占總時(shí)間的6.77%，其余時(shí)間都是浪費(fèi)。耗時(shí)最多的三項(xiàng)作業(yè)分別是安裝設(shè)備與治具46分鐘、現(xiàn)場(chǎng)等待驗(yàn)收產(chǎn)品物料30分鐘、卸下設(shè)備與治具25.3分鐘，占總時(shí)間的52.6%。

4.2 家族產(chǎn)品之間的換線流程

依據(jù)產(chǎn)品分族原則將產(chǎn)品家族化分類以后，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況，將原來(lái)的12條生產(chǎn)線縮減為6條，即產(chǎn)品分為6個(gè)家族，計(jì)劃部門在對(duì)訂單排程時(shí)，首先考慮產(chǎn)品在本家族內(nèi)的切換，當(dāng)在本家族內(nèi)的訂單排序不能完成交貨期任務(wù)時(shí)，再考慮產(chǎn)品相似度較高的家族，依次類推，當(dāng)多個(gè)產(chǎn)品同時(shí)排程時(shí)，產(chǎn)線優(yōu)先考慮本家族內(nèi)的產(chǎn)品。在這種狀況下的家族內(nèi)產(chǎn)品換線步驟和換線時(shí)間如表5所示。

由表4與表5的對(duì)比我們可以發(fā)現(xiàn)，換線的總時(shí)間減少了67分鐘，其中內(nèi)部作業(yè)換線時(shí)間減少了56.2分鐘，將總的換線時(shí)間降低了34.79%，內(nèi)部換線時(shí)間降低了42.48%。數(shù)據(jù)表明，在不做任何技術(shù)改善的條件下，將產(chǎn)品家族化分類，族內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行切換可以大幅度縮短換線時(shí)間，且縮短的主要是內(nèi)部作業(yè)時(shí)間。

對(duì)換線的流程分析我們可以發(fā)現(xiàn)，目前耗時(shí)最多的作業(yè)為物料的驗(yàn)收等待時(shí)間，等待本身就是一種浪費(fèi)，可以通過(guò)企業(yè)內(nèi)部的物料配送系統(tǒng)消除等待；為了更好的實(shí)施作業(yè)并行原則，將一些內(nèi)部換線作業(yè)外部化，重新制定換線作業(yè)流程，首件確認(rèn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)化。改善后，新的產(chǎn)品切換作業(yè)流程及時(shí)間如表6所示。

由表6可知，換線的總時(shí)間為59.7分鐘，內(nèi)部換線時(shí)間為29.1分鐘，換線總時(shí)間縮短了52.47%，內(nèi)部換線時(shí)間縮短了61.84%。產(chǎn)生實(shí)際價(jià)值的作業(yè)為13.2分鐘，由原來(lái)?yè)Q線總時(shí)間的6.77%提升到22.11%。

5 總結(jié)

縮短換線時(shí)間是企業(yè)追求精益生產(chǎn)的目標(biāo)之一，本文通過(guò)對(duì)產(chǎn)品加工工藝的分析，依據(jù)關(guān)鍵設(shè)備可以將產(chǎn)品分族，家族內(nèi)的產(chǎn)品切換時(shí)間要明顯少于相似度較低的非家族內(nèi)產(chǎn)品的切換時(shí)間，特別是內(nèi)部作業(yè)時(shí)間會(huì)在很大程度上縮減；通過(guò)優(yōu)化家族內(nèi)的產(chǎn)品切換流程、將內(nèi)部作業(yè)外部化、改善切換工具、實(shí)施并行作業(yè)等一些技術(shù)方法，可以進(jìn)一步縮短產(chǎn)品之間的切換時(shí)間。

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作者簡(jiǎn)介：劉東升（1986-），男，河南周口人，在讀碩士，研究方向：精益生產(chǎn)。