單元制造實際上是基于精益生產(chǎn)的原理，其主要特點是把機器分成小組，或者是工作站，或者是幾臺機器的組合，相互之間靠近地置放，通常呈“U”字形排列，以盡量地靠近來消除或至少最大程度地減少工序，這就使加工好一個工序以后轉(zhuǎn)到下一道工序時，搬運的工作量最少?！癠”字型排列的另外一個好處是，當(dāng)由于種種原因物流出現(xiàn)阻塞時，在單元里獨立的操作小組成員只需要跨出一步就可以到達(dá)另一個工位，迅速地提供協(xié)助。另外，因為通道在單元空間里，所以通常對通道要求所占的空間較少，其它圍繞U字形工作單元也分擔(dān)了通道的負(fù)擔(dān)，而不像傳統(tǒng)的加工方式成直線狀排列需要較寬的通道。
但是，許多小型工廠對單元制造存在誤解，認(rèn)為工作單元是由復(fù)雜機床或機床組合而成的，需要具有高度技巧的工程師來設(shè)計。本文將對這些問題進(jìn)行討論。

1傳統(tǒng)的工藝布局

三、四十年前，制造業(yè)集中精力在如何使機器的產(chǎn)出最大化，這是使工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的推動力，一個生產(chǎn)家具或其它產(chǎn)品的工廠把定單集中起來，并預(yù)計未來的需求，以生產(chǎn)一定數(shù)量的產(chǎn)品，它將使生產(chǎn)這些產(chǎn)品的機器都能滿負(fù)荷地運行。由于每部機器為完成加工任務(wù)所需的運行的時間并不相同，到現(xiàn)在仍然如此，所以計算出的產(chǎn)品數(shù)量不僅要使機器停機待料的時間達(dá)到最少，而且要保證當(dāng)零件從一臺機器轉(zhuǎn)到下一臺機器去加工的時間間隔。
這樣，木材加工廠，許多工廠現(xiàn)在仍然如此，根據(jù)機器的類型和功能進(jìn)行分組，一個典型的小型工廠將在一個工段內(nèi)把鋸機集中在一起，同樣在其它工段把銑床、砂光機集中在一起。因此，就有所謂的“鋸木車間”、“機加工車間”、“砂光車間”這樣的車間。典型的情況是，這些小廠還有組裝工段，它包括對半成品和成品的組裝區(qū)。
機器大多數(shù)排成一排，我稱之為“羅馬軍團”型，有點像羅馬歷史上的長矛騎兵和弓箭手，成排地延伸下去。文章的題頭圖表明的是亞洲一個剛建的木材加工廠的車間布局情況，表示的是這種“羅馬軍團”思維模式影響的一個不好的個案。注意到在這個工段中，有9臺砂光機排成一排。這個工廠到處都是這樣一排機器做同一種加工的情況。

2 傳統(tǒng)工藝布局缺乏效率和浪費

這種布局的加工方式的有些什么問題呢？
首先，任何零件或者產(chǎn)品都必須是成批量的從一臺機器加工好，再搬到下一臺機器加工，這種搬送的路徑往往往不是直線，因此這種方式將花費很多的時間。如圖1所示，這些零件在搬運時要走不少回頭路，這是由于所有機器并不是組合成適合加工許多不同產(chǎn)品的生產(chǎn)流程的。另外，這些機器的排列，是按照一般的鋸、刨、鏤銑、砂光、組裝、涂飾和包裝的工序順序的。當(dāng)制造商臨時需要一批加工好的零件，最大的問題就是如何按時完成來滿足客戶的供貨時間。
更麻煩的是，要滿足供貨的截止期，加工每一個零件需要6臺至8臺機器才能完成，首先鋸割毛坯，碼在貨盤上，接著送到四面刨上加工4個面，如果四面刨不空，裝滿零件的貨盤只有排隊等著，在刨床上加工好后，又必須送到銑床上加工，接著再送到鉆床上打眼，再送到鏤銑機上雕刻、開槽什么的，等等。
由于成百上千個零件都是這樣重復(fù)進(jìn)行加工的，所以在每一臺機器前零件都排著長隊，這意味著在車間的地面上堆放著許多待加工的零件。這種“羅馬軍團”式的車間工藝布局適合批量生產(chǎn)，它能保證在上一個定單完成以后，機器能不間斷地工作。但是，這種工藝布局使車間地面十分擁擠，管理人員呼吁給車間留出較多的空間。
對這種類型的工廠，對只需花兩個小時的增值加工，往往需要一周或更長的時間來完成。每搬一次零件到機臺上，就至少需要一個人或更多的人來做這件事，其余的時間，這些零件就堆在機器旁邊，占據(jù)著寶貴的空間，也把這批待加工零件占用的資金擱煞了。
其結(jié)果是，工廠由于有大量的待加工零件而顯得十分擁擠，需要搬運的零件太多，要搬動成百上千批零件，花費的時間過長。一個具有代表性的情況是，在總的加工時間中，其中有搬運—待加工—加工，而實際上只有5-7%的時間是用于加工的，但是只有加工才能增值。

3 替代方式——單元制造

針對這些些存在問題，可以提出單元制造的優(yōu)越性，而它們還不為人們所相信。首先，現(xiàn)在還沒有一種類型的機器或其它操作工藝可以自成一個單元。一個制造單元如圖2所示，每一種單元設(shè)計用來加工一組零件，它們都要經(jīng)過常規(guī)的加工過程，而在單元中的機床組合只是加快了這個加工過程。當(dāng)在一個單元中試圖達(dá)到單件的流水作業(yè)時，主要關(guān)注是如何使一個零件或產(chǎn)品不間斷從一臺機器輸送到下一臺機器上進(jìn)行加工，直至全部加工工序完成。
在一個單元中典型的加工時間是以分鐘來計算的，而不像傳統(tǒng)的工廠是以天數(shù)來計算的。
制造單元使控制生產(chǎn)進(jìn)度變得簡單了，它把零件的加工時間從以天計縮減到以分鐘計。除此以外，它從根本上消除了單元之間零件待加工的時間。這就事半功倍地加快了加工過程，而且騰出原先被裝滿零件的小車占去的空間。
另外的好處是，單元制造可以獲得更好的加工質(zhì)量。
一個典型的例子是，在傳統(tǒng)的加工方式中，零件的缺陷往往在下一個工序中才會被發(fā)現(xiàn)，例如在銑床上加工得不好可能要到鉆孔工序當(dāng)工人裝件時才會發(fā)現(xiàn)。在這個流程中，可能就有成百個零件在銑削加工上發(fā)生了缺陷，到鉆孔加工時才被發(fā)現(xiàn)。實際上，在單元制造中，這兩個工序是由同一個工人來完成的，他就有可能在銑削加工完成后立即發(fā)現(xiàn)缺陷。

4 制造單元的設(shè)計

在單元里的的零件流通常是沿反時針方向進(jìn)料的（參見圖2），其理由也很實際，這是因為八成以上的人總是以右手為主工作的，這樣就更便于用右手抓拿工件，或者說是在單元里沿反時針方向，或者說是從右向左搬送工件。那么左撇子的人，就要學(xué)會用右手來動作，但它不是一個很大的問題。由于世界上沒有統(tǒng)一的模式，也非一定用反時針方向來進(jìn)料。但是不管進(jìn)料方向如何，工位之間應(yīng)比較靠近，在工位之間不應(yīng)有待加工的工件。
為了說明基本單元制造的概念，以抽屜盒生產(chǎn)和裝配為例子。這個制造單元位于靠近需要有抽屜盒的衣柜或其它類家具裝配的地方，在這個例子中，假設(shè)我們是為一個小型工廠來設(shè)計抽屜盒制造單元，其中只用一個操作工，該工廠已購買了抽屜前板、旁板、背板和底板的鋸割成型機，抽屜用膠合板來制作，底板的槽也已加工完成，抽屜前板用螺絲從抽屜盒的里面擰上固緊。
在這個緊湊的U字形單元里，操作人員站在中間來完成這個加工，抽屜零件從軌道上用小車送入，根據(jù)不同尺寸整齊地裝在料箱里。操作工人從小車上取下抽屜的兩個旁板、前板、背板，擺放在開燕尾槽的機器上進(jìn)行必要的加工。工人拿抽屜底板作為托盤，放上其它零件，這樣他可以通過這個單元來完成整個抽屜盒的加工。
注意到這個制造單元中可能還有其它各種類型的機器，如果加工沒有聯(lián)合，或者零件沒有預(yù)鋸切，例如如果抽屜的底板或者旁板沒有鋸切到規(guī)格長度，在單元里也可以進(jìn)行加工。在這個例子中，有些規(guī)格可能是顧客定制的，就需要利用其它單元里的截斷鋸來鋸切。抽屜的滑軌也在這里裝配，如果設(shè)計要求的話也可放到抽屜盒裝配單元里完成該項作業(yè)，。
這個例子簡單地說明了怎樣設(shè)計一個制造單元來完成一組類似零件的加工，并且它們的加工程度可以不同，這就減少了不增值的生產(chǎn)活動。同時，它需要的場地較少。反之，如果各臺機床單獨排列，在生產(chǎn)時旁邊都停放著運料小車，所占場地就要得較多，而這恰恰是現(xiàn)在許多工廠中的情況。家具工廠采用這種單元制造的方式和連續(xù)式的產(chǎn)品流水線，可以提高生產(chǎn)效率，比傳統(tǒng)的制造方式要節(jié)約一半生產(chǎn)場地，而且從訂貨到供貨的時間可大大縮短。
單元制造的另外一個重要特點是，縮短機床調(diào)整時間。所有的操作人員必須是多面手，具有對單元內(nèi)各種類型機床進(jìn)行調(diào)整的能力，而且能操作這些不同類型的機床。否則，當(dāng)其中一人病了，會極大影響整個單元的生產(chǎn)效率。

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5 建立制造單元的20個基本步驟

第1步：選擇你的項目團隊，他們要理解你的努力。你在工廠里要有你的代表，部門經(jīng)理、維修人員，尤其重要的是，要有操作工人。所有的團隊成員必須能夠接受變化的挑戰(zhàn)。
第2步：選擇適宜進(jìn)行單元生產(chǎn)零件族或產(chǎn)品族。在單元里加工的產(chǎn)品族不能太寬泛，以致于過分復(fù)雜。如果是這種情況，則要設(shè)法如何使工件流取得平衡。
第3步：確定適合你的生產(chǎn)目標(biāo)的產(chǎn)品族要求所必須的生產(chǎn)要求、加工機床和加工工序。如果合用的話應(yīng)盡量利用工廠已有的機床和設(shè)備。
第4步：檢查制造單元中的工具、所有的設(shè)備和機床的狀況，對它們都要設(shè)立維修計劃，對保證制造單元的正常運轉(zhuǎn)這是一項十分必要的技術(shù)措施，它可以大大減少因機器故障而停工的時間。
第5步：評估質(zhì)量要求，它們是制造單元必須符合的。上述的第3步和第4步工作對達(dá)到質(zhì)量要求是至關(guān)重要的。
第6步：在零件族中去除一些尺寸大的和特殊的零件，因為這些零件在轉(zhuǎn)變工序時將造成不必要的延誤，也要盡可能地消除對其它可能造成制造單元加工瓶頸的約束條件。
第7步：對個人手工操作的標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)機工序要制定規(guī)范，這些包括工藝的變更、機床調(diào)整等方面，將可以顯著地減少工序轉(zhuǎn)換所需要的時間。在流水式生產(chǎn)的制造單元中，不允許長時間調(diào)整機床。在制造單元投入運行以后，機床調(diào)整工作是不斷進(jìn)行的。
第8步：在工廠里選擇團隊感到合適的地方來布置制造單元，當(dāng)試圖要建立單元制造工廠時，要考慮在短期和長期里可能發(fā)生的問題。
第9步：清理生產(chǎn)場地并打掃干凈，規(guī)劃好每一個單元的位置，以保證空間能得到最佳的利用。要留有足夠的通道使零件可以從制造單元中通暢地進(jìn)出。
第10步：確定壓縮空氣、電源、照明進(jìn)入的位置和通路，在一些特定情況下，設(shè)備必須能夠移動，所以不要采用硬質(zhì)的線、管。對某些產(chǎn)品族，可能要求不時地要移動機器的位置，所以要在這些機器的下方配有自鎖的腳輪，這樣能使制造單元更具有柔性。
第11步：制定工序變換時間表，這樣對制造單元中需要移動機器和調(diào)整機器的情況，避免在生產(chǎn)中出現(xiàn)混亂。
第12步：確定全廠的生產(chǎn)計劃和制造單元的加工進(jìn)度，從簡單的進(jìn)度表開始
做起，然后逐漸地完善，使操作工人更加熟悉他的工作。
第13步：在生產(chǎn)效率沒有比以前明顯提高之前，要作好生產(chǎn)過程可能會出現(xiàn)
挫折的心理準(zhǔn)備。
第14步：對制造單元的操作工人進(jìn)行多方面的培訓(xùn)，要使他們理解在這種單
元里工作是要具備多項技能的。
第15步：提供工序變更所需要的工具，并把機器移動到位，對新的夾具、工
具或者快速調(diào)整機器所需的器具要配置到位。
第16步：制造單元開始運行時，要對其提供技術(shù)及其培訓(xùn)的支持。要關(guān)心操
作工人，不要讓他們感到?jīng)]有人支持。必須對他們提供充足的支持，讓他們能順利地過渡到單元制造這種新型的制造方式中去。
第17步：聽取操作人員的反饋意見，允許制造單元慢慢地適應(yīng)變化，以達(dá)到
第3、5、6步的要求。
第18步：為了表明制造單元是能夠提高生產(chǎn)效率和獲得經(jīng)濟效益的，應(yīng)用規(guī)
范的方法來檢測和評估制造單元的結(jié)果，并向其反饋這個結(jié)果。
第19步：不要對一開始出現(xiàn)的進(jìn)步不大而泄氣，持續(xù)地按照計劃努力下去，
使制造單元的功能發(fā)揮出來，接著就會取得成功。
第20步：對制造單元的操作者和團隊成員所取得的成績要加以鼓勵，工廠里其他的人員要與他們一齊分享成功的喜悅。
只要有適當(dāng)?shù)挠媱潱压S里的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變到單元制造方式中來是完全可能的，不必花費過多的時間，所需要的時間甚至是以小時而不是以天來計，也不會影響到原來的生產(chǎn)秩序。

6 單元制造的優(yōu)點

1）生產(chǎn)計劃簡單，而且便于控制；
2）材料搬運大為減少；
3）加工時間減少；
4）至少可節(jié)約40%的生產(chǎn)場地；
5）質(zhì)量控制更好；
6）生產(chǎn)不會不足或過多；
7）產(chǎn)品成本較低；
8）向精益生產(chǎn)過渡的最佳途徑。
7 競爭優(yōu)勢

奇怪的是，為什么許多小型的工廠不采用這種單元制造方式，其實并不是要在整個工廠里都用這種單元組合起來才能獲得單元制造的好處。相反，任何一個較短的加工流程都可以采用這種方式，以盡量減少非增值加工的作業(yè)，減少加工時間，這將提高企業(yè)的競爭力。
再回到前文所說的這個亞洲的工廠，它可能具有廉價勞動力的優(yōu)勢，它不打算調(diào)度工人以提高效率，但是，這個公司的生產(chǎn)進(jìn)度會受到影響，例如一天只能生產(chǎn)5個集裝箱的產(chǎn)品。這個問題是所有人感到困擾的。你能想象所有的零件需要用吸泥泵把它們聚集起來，以清出這個工廠的通道嗎？這些零件從什么地方送過來的？它們什么時候才能從眼門前搬走？需要多長時間才能把這些零件通過這個羅馬軍團式的工廠流程？一個星期？兩個星期？四個星期？
這樣，你也許會明白美國的零售商從中國或其他勞動力低成本的國家進(jìn)貨所需的時間是如此之長的道理了。不管你的木材加工業(yè)務(wù)是在這些國家還是在美國，你總得對顧客承擔(dān)供貨時間過長的責(zé)任，這就使你可以而且必須開發(fā)這種競爭優(yōu)勢，你的供貨時間越短，你就有更多的機會。
這是一個好消息，不過現(xiàn)在也是一個壞消息。現(xiàn)在全世界的工廠都在想方設(shè)法與中國競爭，他們尋求解決問題的辦法，他們也和你競爭來贏得客戶。發(fā)展中國家也在利用精益制造技術(shù)，這才是美國家具業(yè)真正面臨的威脅。
所以，現(xiàn)在對你來說是不是打算采用單元制造技術(shù)？先行動的人可能會使他的產(chǎn)品更快地送到顧客手里，而且成本比人家更低。