基于產(chǎn)品家族化分類的快速換線

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，換線時間較長增加了生產(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

隨著社會的發(fā)展，人們的個性化需求不斷增長，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。為了達到更好的客戶體驗，在保證準時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間內(nèi)完成，只有這樣才能保證企業(yè)的競爭力，降低小批量多品種生產(chǎn)模式的成本劣勢。一般的企業(yè)在引進快速換線時，往往考慮的都是兩種產(chǎn)品之間的轉(zhuǎn)換，對換線流程加以改善，以及對換線所使用的工具加以改進，從而達到縮短換線時間的目的。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，多則上萬種。雖然這些產(chǎn)品的加工工藝會有所區(qū)別，但是，它們在加工制造過程中所使用的加工設(shè)備在一定程度上會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)要遠遠少于加工制造設(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，詳細探討了家族內(nèi)產(chǎn)品之間的轉(zhuǎn)換優(yōu)勢，以及家族內(nèi)產(chǎn)品之間的換線流程改進，以實際案例分析了家族內(nèi)產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)線所帶來的時間效益。

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)品首件的確認等時間盡可能的減少的一種過程改進的方法。

產(chǎn)品換線：又稱為產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，是指生產(chǎn)線從生產(chǎn)某一型號或種類的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)其他型號或種類的產(chǎn)品的過程。轉(zhuǎn)換過程中會涉及到人員的調(diào)動、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)。

換線時間：是指從上一個品種的產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)束到下一個品種的第一個合格產(chǎn)品產(chǎn)出，并確認設(shè)備運行狀態(tài)所消耗的時間。換線時間屬于沒有價值產(chǎn)出的浪費時間，但換線作業(yè)是無法消除的，只能盡可能的縮短。

內(nèi)部作業(yè)：指生產(chǎn)停滯時所進行的換線作業(yè)，內(nèi)部作業(yè)時間即只有當產(chǎn)線停下來才能進行的作業(yè)所需要的時間；

外部作業(yè)：指生產(chǎn)進行的同時所進行的換線作業(yè)，外部作業(yè)時間即可以在產(chǎn)線運行的情況下進行的作業(yè)所需要的時間；

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，明確內(nèi)部作業(yè)時間與外部作業(yè)時間；

（2）內(nèi)部作業(yè)外部化：將一些以前內(nèi)部的準備性作業(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)時間：對作業(yè)方式進行改進，將設(shè)備的裝卸夾具、工具簡單化、標準化；

（4）改善外部換線作業(yè)時間：減少搬運距離，人員走動，增加生產(chǎn)現(xiàn)場的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)，一個企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，從市場的角度來看有成百上千種，甚至成千上萬種，但是，對于一個企業(yè)的生產(chǎn)部門來說，從加工工序與加工流程的角度來分析，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)品加工過程中的關(guān)鍵機器設(shè)備，以關(guān)鍵設(shè)備為依據(jù)，對生產(chǎn)流程進行分類的過程就是產(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)場的實際情況，依據(jù)需求將產(chǎn)品分為若干個家族。產(chǎn)品族個數(shù)不宜過多，也不宜過少，家族過多需要生產(chǎn)現(xiàn)場具備足夠多的空間、生產(chǎn)線、設(shè)備，這樣勢必會增加生產(chǎn)成本，達不到快速換線降低生產(chǎn)成本的目的；家族過少，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，另一方面不能滿足客戶對于產(chǎn)品交貨期的要求。本文依據(jù)產(chǎn)品加工過程中會用到的關(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)備的對應(yīng)關(guān)系：0代表此產(chǎn)品族中不包含相對應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，1代表此產(chǎn)品族中包含相對應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備。

3.2 產(chǎn)品家族化相似度矩陣

當一種新的產(chǎn)品加入訂單時，或多或少都會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來表示，相似指數(shù)計算公式如下：

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，減少庫存水平，必須頻繁切換。降低換線時間可以有效的減少浪費，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：

（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，在隨機選擇過程中優(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)實際生產(chǎn)狀況，該生產(chǎn)車間共有12條生產(chǎn)線用來生產(chǎn)小批量的訂單，現(xiàn)場經(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)品之間的切換時間過長，異常頻繁發(fā)生。企業(yè)通過一系列措施，設(shè)置了兩條備用產(chǎn)線，這樣雖然可以減少換線時間，卻造成了生產(chǎn)力的冗余。計劃部門對訂單的排序按照交貨期、訂單量、產(chǎn)品工時三個因素對訂單進行排程，在12條生產(chǎn)線中尋求能滿足交貨期的一條生產(chǎn)線進行排程，當所有產(chǎn)線均不能滿足交貨條件時，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)，換線總時間長達192分鐘，而實際有價值的生產(chǎn)活動僅僅13分鐘，占總時間的6.77%，其余時間都是浪費。耗時最多的三項作業(yè)分別是安裝設(shè)備與治具46分鐘、現(xiàn)場等待驗收產(chǎn)品物料30分鐘、卸下設(shè)備與治具25.3分鐘，占總時間的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)實際生產(chǎn)狀況，將原來的12條生產(chǎn)線縮減為6條，即產(chǎn)品分為6個家族，計劃部門在對訂單排程時，首先考慮產(chǎn)品在本家族內(nèi)的切換，當在本家族內(nèi)的訂單排序不能完成交貨期任務(wù)時，再考慮產(chǎn)品相似度較高的家族，依次類推，當多個產(chǎn)品同時排程時，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間如表5所示。

由表4與表5的對比我們可以發(fā)現(xiàn)，換線的總時間減少了67分鐘，其中內(nèi)部作業(yè)換線時間減少了56.2分鐘，將總的換線時間降低了34.79%，內(nèi)部換線時間降低了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)品進行切換可以大幅度縮短換線時間，且縮短的主要是內(nèi)部作業(yè)時間。

對換線的流程分析我們可以發(fā)現(xiàn)，目前耗時最多的作業(yè)為物料的驗收等待時間，等待本身就是一種浪費，可以通過企業(yè)內(nèi)部的物料配送系統(tǒng)消除等待；為了更好的實施作業(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，首件確認作業(yè)現(xiàn)場化。改善后，新的產(chǎn)品切換作業(yè)流程及時間如表6所示。

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

5 總結(jié)

縮短換線時間是企業(yè)追求精益生產(chǎn)的目標之一，本文通過對產(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)品切換時間要明顯少于相似度較低的非家族內(nèi)產(chǎn)品的切換時間，特別是內(nèi)部作業(yè)時間會在很大程度上縮減；通過優(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、實施并行作業(yè)等一些技術(shù)方法，可以進一步縮短產(chǎn)品之間的切換時間。

參考文獻：

[1]Sanket S.Lingayat，Rushabh S.Vasani. Optimization of Product，Tool & Process Design Concept Through SMED Technique[J].2015 International Conference on Technologies for Sustainable Development （ICTSD-2015），F(xiàn)eb.04-06，2015

[2]王士磊.快速換線技術(shù)在電子接插件高速連續(xù)電鍍中的應(yīng)用[J].全國電子電鍍及表面處理學(xué)術(shù)交流會論文集，2011.

[3]王冠峰，金燁，張仁群.基于精益生產(chǎn)的快速換線[J].科技向?qū)В?012（09）.

[4]王果.S公司精益生產(chǎn)之減少換模時間研究[D].中南大學(xué)，2010.

[5]張峰華.K公司快速換模研究[D].華南理工大學(xué)，2013（12）.

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