如何进行单元化生产设计

肖毅冥海 2018-09-29

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标杆精益

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作者 | 赵勇

精益生产实践之旅第九课 来自标杆精益 12:39

往期《精益生产实践之旅》解读，点击可查看收听：

精益之道，知行合一！

大家好！我是《精益生产实践之旅》的作者，益友会胶东分会的副会长，赵勇。在上一讲中，对《精益生产实践之旅》第三章进行了解读，今天继续讲解关于“流动”的内容——如何进行单元化生产设计。

单元的英文名称是Cell，Cell在英文中有细胞的意思，细胞是人体功能的最基本单位，精益中使用单元（Cell）的概念，顾名思义就是把生产某个产品的所有工序尽可能放在一起进行生产的组织形式，这种组织形式是工厂最基本的功能单元。单元生产模式的理念就是打破部门界限，以最小批量、最短交货期实现产品在工序间的无间断流。单元的生产方式是按照产品生产方式的最佳精益方式，从布局设计上消除了工序间的信息、物料等障碍和壁垒。

进行单元化设计时，要了解以下的步骤和一些基本原则：

1.单元布局的数据准备

单元布局的数据准备包括：确定产品族、价值流（VSM）分析、确定生产节拍、工序平

衡等等，前面三个内容在之前的课程已经讲过了，现在来谈有关工序操作人数确定和生产线平衡的计算。

（1）单元内操作者人数的确定

单元内操作者人数计算公式是：

操作者人数=总的工序周期时间÷节拍时间

其中的工序周期时间是指已经通过快速改善排除了那些生产工序以外的工作所获得的操作人员的周期时间；关于节拍时间，需要说明的是，在实际状况下，客户的需求往往不是一成不变的，所以在计算客户每天的需求量时，用客户过去6-12个月的平均需求进行计算。但这样计算存在一个问题，就是在客户需求高峰期，TT的时间可能比较小，需求的人数就会增加，通常为应对这种情况，就需要考虑以下几种方式：

单元产能利用率不能以满足平均客户需求来设计。
提高生产效率，不断通过精益改善来提高生产效率，这是生产管理永恒的主题。
单元化生产设计时要考虑生产布局的柔性化，实现灵活的合并和调整，也可以方便随时添加工人。
适当的加班，通过增加工作时间来增加产量，这就是为什么即使一天是24小时，通常也只安排22小时来应对客户需求的变化和波动。
对于以人作业为主的工序，也可以通过雇佣临时工的方式，解决产量不足的情况，不过采用这种方式首先要考虑岗位的复杂程度和人的因素对产品的影响程度；其次需要依靠完善的培训体系来确保人员的工作质量。

（2）生产线平衡率

生产线平衡率是衡量单元生产工序平衡性的重要指标，其计算公式是：

从公式可以看出，只有缩短瓶颈工序和每个工序周期时间之间的差距，生产线平衡率才能变大，生产线的平衡性才会更好，所以关注瓶颈工序是非常重要的。记住：“减少变异并保持良好的生产线平衡比工序的产能更为重要”。

2.单元化布局的原则

有了以上的数据支撑，接下来谈谈单元化生产的基本设计布原则：

单元的布局尽可能使用Ｕ型线，因为这样可以使操作者行走的路线最短，并可以随着客户节拍的变化，灵活调整员工的数量。
原料和成品在同一个方向，单元生产线的长度约５到６米，宽度约４米左右，其内部的活动空间宽度保持在1.5m左右。
当有多个单元生产线的时候，避免独立单元生产线，而是考虑可以相互协作的方式安排单元生产线。
对于单元生产中操作的员工，选择站立作业还是坐立作业要依据工作特点以及考虑员工的疲劳状况：站立作业的优点是员工的活动和动作范围较大，工作效率较高，但员工肌肉负荷会增加60%，容易疲劳，所以在选择站立作业的时候，可以通过在工作区域增加抗疲劳垫、脚踏管等方式来减轻员工的疲劳度；坐立作业的优点是员工的疲劳度会大大降低，但是动作幅度变小，效率会降低。
利用流利架等方式，使物料及使用后的空周转箱等容器靠重力就可以滑动到指定位置，减少操作者的搬运。
尽可能缩小工作台、设备之间的距离以减小操作者的行走距离以及在制品传递的距离。
消除布局中任何阻碍操作者走动的障碍，包括物品以及狭窄的通道等。
尽可能缩小工序间的空间来避免放置多余的在制品。
保持工作台之间的相同操作高度，并在设计工作台时优先考虑操作者站立作业的可操作性，并在人机功效学的指导原则下，最大程度减小操作者的疲劳度。
基于易拿取原则设计辅助工装放置的合理位置。
集成使用功能，以减少工具的类型。
实际布局中涉及到的水、电、气等管路，尽可能考虑使用“掉拉方式”以方便布局的再调整。

3.单元生产的物料配送原则

设置专门的配料人员进行配料（包括组成零件的物料和包装物以及标签等），操作人员不需要离开工作岗位去寻找物料。配料人员通常被称为“水蜘蛛”，他们根据标准化作业所设置的配料信息以及配料标准路线按时配送物料。
单元生产线要方便物料配送，物料的配送以BUS(公交车)的方式实现站点配送方式，而非TAXI(出租车)的专线配送方式。
根据物料的需求，制作合适尺寸的物料架，物料可以沿物料架的轨道滑到操作者使用的位置。
缩小工序间在制品的转移批量。
取消成品中转区，组装后的成品直接放入可以存放一定数量的滑道，由水蜘蛛定时运送到成品仓库。
为确保配料的效率，改进仓库布局以及物料摆放方式。
建立发现异常停机制度，如操作者发现产品质量问题，通过按灯系统来通知相关人员到现场解决问题，而不是操作者离开工作到处找人进行协调解决。

4.单元生产的设备选择原则

单元设计中如何决定设备的自动化程度

在单元化生产中，到底需要设备的自动化程度有多高呢？在精益生产的模式下，其决定的原则是“小而灵活”。通常，我们把设备的自动化程度等级分成五个级别，如下图所示。一般来将，实施单元化生产对设备的最低要求为二级，也就是说，上下料由人工操作，然后自动夹持、自动进料、自动加工等是由自动化设备完成的，这样可以实现所谓的人机分离。

对等级三设备的特别说明

在丰田公司有一个日语叫做“Chaku-Chaku”线，是指在单件流的生产单元里，员工不需要停下来拿下加工后的产品，而是通过设备进行自动下料。对于“Chaku-Chaku”线，设备的自动化程度为等级三。

对利用传感器装置来显示设备的工作状态，如绿灯、黄灯和红灯等。

进行“Chaku-Chaku”线的设计时，同时要考虑设备的自働化，即不是靠员工来发现问题，而是通过防错设计，在设备异常波动或出现不良品时可以自动停止生产并及时报警。“Chaku-Chaku”线的最大优势在于投入小，灵活度高，维修成本低，为应对小批量、多品种的客户需求提供了相匹配的生产模式。而相对于自动化程度较高的等级四和等级五的设备，尽管使用的人工可能较少，但一般来说，这样的设备价格较高，专业性强，不易换型，大多适用于批量生产模式。丰田公司倡导线性化的设备投资（Capital Linearity）方式，即以最小的资金投入，满足客户的需求变化，而“Chaku-Chaku”线就是这种方式的最佳体现和应用。读者可以参考《精益术语汇编中》的相关内容。