机加工企业精益生产改善(一)单元生产设备布局的改善规划

机加工企业精益生产改善（一）单元生产设备布局的改善规划精益管理顾问 宋文强 （原创）

去一些机加工企业讲课和辅导，感觉到这些机加工企业的布局流线化、作业标准化等精益程度比装配企业相对要低一些，改善的潜力也大一些。

所以，这次本人就重点谈谈机加工企业的布局改善和生产线编成，帮助深挖一下机加工企业的精益改善潜力。

机加工企业的典型布局方式机群式布局。在机群式布局情况下，同一类型的机加工设备布置在一起，例如：按照车床组、铣床组、刨床组、磨床组等进行分区布置。

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在机群式布局下，某一个工件被加工时，需要车铣刨磨等一系列流程，多个种类设备。由于这些机群区域之间距离较远，导致搬运成本较高。为了搬运成本不至于太高，被加工的工件就要进行批量搬运。搬运批量很大，又导致在制品库存积压很多，库存成本就很高。

在机群式布局下，产品流向不固定、不清晰，导致订单跟进比较困难。管理比较差的机加工企业，某个订单现在走到哪一步骤根本没有认真控制，只控制毛坯进料和成品工件产出。

在这种较粗放的管理情况下，设备故障率和首次合格率也不被重视。在制品库存较多，可以进行安全缓冲，同时同类型机床可以随时替代，所以出现点设备故障或其他意外也不会影响生产。缺少改善的压力，问题就较多，形成恶性循环，库存就更多，去那些机群式布局的车间去会有深刻印象。

精益生产的直接改善方向主要是控制现场库存。在不过多增加搬运成本的情况下，减少搬运距离是主要选项。所以，对于机加工企业而言，从机群式布局改善为单元生产布局就是精益改善的重点。在单元生产布局下，机床不是按类型来布置，而是根据加工工件的工艺流程顺序来布置，即形成相互衔接的单元生产线。利用分组技术，一个单元生产线只生产一种或相似的几种产品。

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通过流线化单元生产方式，让被加工工件连续流动，降低在制品库存；上下游设备相互连接，有利于进行节拍控制，提升产出效率。

要想进行机加工单元生产布局改善，就要进行改善前布局分析和改善后新布局规划。

第一，PQ 分析：产品数量分析

PQ 分析，Products/Quantity 分析的简称，对每种产品的产量需求进行排序分析，降序排列，形成一个帕累托图，一般称为《PQ 分析表》。

经过PQ分析，结合设备产能，就能初步确定单元生产的模式：批量很大的产品在专用单元进行生产，批量较大的几个产品共用生产单元，剩余批量较小或很小的产品在通用单元进行生产，不排除有些种类的小批量产品仍然采用机群式布局进行生产。

对于共用生产单元的产品，如何进行分类呢？产品分族。

第二，产品分族

先进行工件的加工流程、所需机加工设备梳理。

利用成组技术和产品分族矩阵进行产品与机加工设备的匹配分析，确定产品相似性，进行产品分族。每个机加工单元生产一个产品族的产品。

第三，车间整体规划

对于机加工企业而言，单元生产改善一般是对整个车间进行统筹改善。

这与部分电子装配企业的单元生产改善不相同，许多电子装配企业进行单元生产改善是将较长的流水线改为多条较短的单元，所以是对某条生产线进行改善而不是对整个车间进行改善。

但机加企业不一样，机群式布置，导致许多产品要流经车间的许多机床、设备，牵一发而动全身，只动几台设备根本不行。

结合现有厂房结构、产品族、生产工艺流程、仓库位置、门口（楼梯）位置等，进行总体统筹规划，划分出大体区域，也就是要规划出多个单元。

总体布局规划时，要考虑单元间工件超市、毛坯仓库、工件成品仓库、车间出入口、仓库出入口、产品搬运通道等。如果车间较大，由天车将车间分成几个跨的时候，需要根据天车的起重能力以及工件的起重需求进行匹配和大体划分。

这样，统筹生产、仓储、搬运等的关系，规定出几个单元的大体位置，之后，再对每个单元进行详细规划。一个产品族一个产品族地进行详细梳理分析，具体确定各自的布局方式，最后再进行统筹。

第四，确定单元布局改善规划分析顺序

一般是需求较大而且需求较稳定的产品族先讨论，因为他们的生产相对固定，容易分析。

第五，工艺流程现状梳理与布局现状梳理

对于确定的产品族，首先，进行原布局下的工艺流程梳理进行梳理，形成工艺流程图。工艺流程一般分为：直列、分解、合成等。

其次，进行布局图绘制。

在布局图上，不仅可以描绘各种机加工设备的位置关系，还可以描述毛坯、在制品工件等的物流方向。

然后，进行一些数据的现场观察与测量。比如：搬运距离、各工序标准工时、在制品库存数、换型时间、换型间隔、生产批量等，并依此计算出搬运周期、存放周期、生产周期、生产加工时间等。

标准工时要现场进行观察和测量，不能用现在正在使用的标准工时或定额，这是因为大部分机加工企业的标准工时不如一些电子企业或服装企业的标准工时那样准确。借布局改善之机正好确认一下标准工时的准确性。

如果测出来的数据与现在的标准有差异、有波动，正好说明存在一定的问题，要么是原来的标准有问题，也可能是现场员工执行的不好，追查存在差异、问题的原因，并进行分析和解决。

除了测量标准工时，还要测量、计算每种产品的搬运距离。许多时候，不测不知道，一测吓一跳，某些产品的搬运距离会很惊人。比如：一生产齿轮的机加工车间，采用机群式布局时，某种齿轮在车间内的移动距离为150米；改善为单元布局之后，在车间内的移动距离只有30多米。

第六，加工工艺流程优化

在产品分族时，已经对产品族所需经过的工艺流程进行了初步梳理。现在，要对这些流程进行优化分析，看能否在满足机加工质量指标要求的情况，规划出新的加工流程。

首先，对加工流程进行ECRS改善分析，考虑通过取消、合并、重排、简化等方式让流程更优化。

ECRS法则是指消除（Eliminate）、合并（Combine）、重排（Rearrange）和简化（Simplify）。加工流程改善时，首先思考对于不增值、对实现加工目标无关的步骤进行取消，最典型的就是取消存放，减少搬运；其次对操作、工序等进行合并或重排，比如将铣轴承外圆边的次数从两次合并为一次；最后考虑对某一工序的加工方法进行简化，比如测量轴承外径尺寸时利用新设计的夹具使得测量效率更高。

其次，进行产品族节拍计算，以便于确定单元生产的产能需求。

节拍=每天工作时间/每天生产需求

然后，根据这个节拍，进行产能负荷分析，确定本单元设备选型确定。

在产品分族时，已经梳理了有关机加工设备，如果能满足节拍，而且不决定购买新设备时，这一步就很简单。

如果要进行设备更换，比如：一台大机床换成多台小机床，或者老旧设备换成新设备，那么，这一步就比较重要，要进行与上下游各工序机床等设备的产能平衡。

如果要对设备进行重新选型，尽量选择精度够用但小型化并且能满足节拍需求的设备。设备要便于操作、维护保养，甚至移动，因为将来可能还要进行布局调整。

第七，进行新的单元生产布局规划

明确了加工流程和设备之后，就要对设备等的布局按照单元生产的要求进行规划。

在进行单元布局规划之时，要考虑前面讲过的整个车间总体布局规划，动态调整总体规划和单元规划。

1、设备的布局规划

在进行机加工设备布局规划时，要考虑以下原则：

设备布局紧凑化，实现人员走动和产品移动的距离最短。设备布局不求美观，主要关注物流最短化，只有产品移动距离最短才可能通过频繁搬运（甚至单件流动）压缩在制品库存。

U型布局。U型布局是机加工设备单元布局的最典型方式，U型布局的主要优势包括：便于通过多能工进行一人多设备操作，更重要的是可以根据节拍不同，灵活调整机加工单元内的操作人员数量；同时，将出入口安排为同一名员工进行操作，控制整个单元的节拍和在制品数量。

当然，除了U型单元，还可以根据机加工设备的数量和具体工艺流程设计成L型、S型或W型等；单元中有多人单元，还有一人单元。总之，要要能适应多种节拍、多种人数的柔性生产。

在进行设备布局规划时，绘制新的《生产布局图》很重要，可以对照布局图进行充分讨论，并不断修改布局图。

如果单元内各设备的产能不均衡，部分设备可能要多单元（生产线）共享。

多单元共享的可能来源有两个：一是工艺流程原因-分解型或合成型；二是设备产能不匹配，部分设备要被多条线共享，部分设备要支援其他工序的工作。

2、U型布局的细节规划

U型布局这个总体形式确定后，还需要确定一些布局细节。比如：

U型内部（两排机加工设备）的间距（空间宽度）一般为1.5-1.8米左右，便于在进行一人多工序操作以及多人协作。

设备日常点检、润滑在单元外部，这样不影响单元内的生产。

3、单元内设备间的物流方式规划

要想让工件在上下游机床连续流动，需要进行按节拍同步生产。

例如：在一个单元里，第一台机床加工结束后，自动将工件送出，操作人员把这个工件放到第二台机器上。而此时，第二台机床正好完成了另一个工件的加工，并自动这个加工完的工件；操作人员在第二台机床上装载新的工件之后，启动机器，并接着把第二台机床完成的工件，运送到它后面的第三台机床上。

如果两台机加工设备之间的上下游关系固定，工件又比较大，那么最好设计一些连接装置，如传送滑轨等，利用重力滑动等方式协助操作人员进行产品传递，甚至自动传递。

如果两台机加工设备之间工件无法连续流动，也没有产品传递装置，那就需要在设备之间暂存几个工件。小的工件就要设计工件箱（放存放台上）等轻便装置进行产品移动，大的工件采用电动葫芦等空中搬运方式。要保证单元内部通道畅通，不能影响员工操作和走动，所以，如果设备之间较窄而又必须要用工件车的话，最好放在U型单元外部而不是内部，避免碰撞、磕碰，并且工件车设计成可移动的。

另外，必要的话，还需要考虑重新设计机床旁边放置刀具、工装夹具等的工具架或存放台。

4、水电气等能源供应管线的布置规划

设备移动了，相应的水电气等能源供应管线肯定要随着移动。在一个精益改善开展的较好的企业，设备布局时不时地就要变动，所以，这些能源管线的布置要能够适应这种经常进行的变动。

第八，整个车间统筹规划

前面几步讲的是针对单个产品族的某一个单元的规划流程。每个单元的规划都是在一个已经初步确定的区域之内进行规划，并且动态地调整车间总体规划和单元具体规划。

每个产品族都进行了具体规划之后，最后再从整个车间的角度进行一次详细统筹。

进行单元布局规划时，要成立改善小组，小组成员来自生产、设备、物流等多部门，利用团队的力量，画出大的示意图进行充分讨论。纸上谈兵讨论出一定的成果后，制作模型，模型按照实际尺寸的比例进行制作。对照模型再进行讨论，并且在模型上进行一些模拟实验，确保生产、物流等的顺利进行。

精益管理顾问 宋文强 原创

著作有：《现场精细化管理（图解版）》、《图解TPM管理实务（案例实践版）》、《图解6S管理实务》等