單元制造實(shí)際上是基于精益生產(chǎn)的原理，其主要特點(diǎn)是把機(jī)器分成小組，或者是工作站，或者是幾臺(tái)機(jī)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(lái)消除或至少最大程度地減少工序，這就使加工好一個(gè)工序以后轉(zhuǎn)到下一道工序時(shí)，搬運(yùn)的工作量最少?！癠”字型排列的另外一個(gè)好處是，當(dāng)由于種種原因物流出現(xiàn)阻塞時(shí)，在單元里獨(dú)立的操作小組成員只需要跨出一步就可以到達(dá)另一個(gè)工位，迅速地提供協(xié)助。另外，因?yàn)橥ǖ涝趩卧臻g里，所以通常對(duì)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(xiàn)狀排列需要較寬的通道。
但是，許多小型工廠對(duì)單元制造存在誤解，認(rèn)為工作單元是由復(fù)雜機(jī)床或機(jī)床組合而成的，需要具有高度技巧的工程師來(lái)設(shè)計(jì)。本文將對(duì)這些問(wèn)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(jī)器的產(chǎn)出最大化，這是使工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的推動(dòng)力，一個(gè)生產(chǎn)家具或其它產(chǎn)品的工廠把定單集中起來(lái)，并預(yù)計(jì)未來(lái)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(jī)器都能滿(mǎn)負(fù)荷地運(yùn)行。由于每部機(jī)器為完成加工任務(wù)所需的運(yùn)行的時(shí)間并不相同，到現(xiàn)在仍然如此，所以計(jì)算出的產(chǎn)品數(shù)量不僅要使機(jī)器停機(jī)待料的時(shí)間達(dá)到最少，而且要保證當(dāng)零件從一臺(tái)機(jī)器轉(zhuǎn)到下一臺(tái)機(jī)器去加工的時(shí)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(jī)器的類(lèi)型和功能進(jìn)行分組，一個(gè)典型的小型工廠將在一個(gè)工段內(nèi)把鋸機(jī)集中在一起，同樣在其它工段把銑床、砂光機(jī)集中在一起。因此，就有所謂的“鋸木車(chē)間”、“機(jī)加工車(chē)間”、“砂光車(chē)間”這樣的車(chē)間。典型的情況是，這些小廠還有組裝工段，它包括對(duì)半成品和成品的組裝區(qū)。
機(jī)器大多數(shù)排成一排，我稱(chēng)之為“羅馬軍團(tuán)”型，有點(diǎn)像羅馬歷史上的長(zhǎng)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(gè)剛建的木材加工廠的車(chē)間布局情況，表示的是這種“羅馬軍團(tuán)”思維模式影響的一個(gè)不好的個(gè)案。注意到在這個(gè)工段中，有9臺(tái)砂光機(jī)排成一排。這個(gè)工廠到處都是這樣一排機(jī)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(fèi)

這種布局的加工方式的有些什么問(wèn)題呢？
首先，任何零件或者產(chǎn)品都必須是成批量的從一臺(tái)機(jī)器加工好，再搬到下一臺(tái)機(jī)器加工，這種搬送的路徑往往往不是直線(xiàn)，因此這種方式將花費(fèi)很多的時(shí)間。如圖1所示，這些零件在搬運(yùn)時(shí)要走不少回頭路，這是由于所有機(jī)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(jī)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(shí)需要一批加工好的零件，最大的問(wèn)題就是如何按時(shí)完成來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的供貨時(shí)間。
更麻煩的是，要滿(mǎn)足供貨的截止期，加工每一個(gè)零件需要6臺(tái)至8臺(tái)機(jī)器才能完成，首先鋸割毛坯，碼在貨盤(pán)上，接著送到四面刨上加工4個(gè)面，如果四面刨不空，裝滿(mǎn)零件的貨盤(pán)只有排隊(duì)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(jī)上雕刻、開(kāi)槽什么的，等等。
由于成百上千個(gè)零件都是這樣重復(fù)進(jìn)行加工的，所以在每一臺(tái)機(jī)器前零件都排著長(zhǎng)隊(duì)，這意味著在車(chē)間的地面上堆放著許多待加工的零件。這種“羅馬軍團(tuán)”式的車(chē)間工藝布局適合批量生產(chǎn)，它能保證在上一個(gè)定單完成以后，機(jī)器能不間斷地工作。但是，這種工藝布局使車(chē)間地面十分擁擠，管理人員呼吁給車(chē)間留出較多的空間。
對(duì)這種類(lèi)型的工廠，對(duì)只需花兩個(gè)小時(shí)的增值加工，往往需要一周或更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成。每搬一次零件到機(jī)臺(tái)上，就至少需要一個(gè)人或更多的人來(lái)做這件事，其余的時(shí)間，這些零件就堆在機(jī)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(yùn)的零件太多，要搬動(dòng)成百上千批零件，花費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。一個(gè)具有代表性的情況是，在總的加工時(shí)間中，其中有搬運(yùn)—待加工—加工，而實(shí)際上只有5-7%的時(shí)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(duì)這些些存在問(wèn)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(méi)有一種類(lèi)型的機(jī)器或其它操作工藝可以自成一個(gè)單元。一個(gè)制造單元如圖2所示，每一種單元設(shè)計(jì)用來(lái)加工一組零件，它們都要經(jīng)過(guò)常規(guī)的加工過(guò)程，而在單元中的機(jī)床組合只是加快了這個(gè)加工過(guò)程。當(dāng)在一個(gè)單元中試圖達(dá)到單件的流水作業(yè)時(shí)，主要關(guān)注是如何使一個(gè)零件或產(chǎn)品不間斷從一臺(tái)機(jī)器輸送到下一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行加工，直至全部加工工序完成。
在一個(gè)單元中典型的加工時(shí)間是以分鐘來(lái)計(jì)算的，而不像傳統(tǒng)的工廠是以天數(shù)來(lái)計(jì)算的。
制造單元使控制生產(chǎn)進(jìn)度變得簡(jiǎn)單了，它把零件的加工時(shí)間從以天計(jì)縮減到以分鐘計(jì)。除此以外，它從根本上消除了單元之間零件待加工的時(shí)間。這就事半功倍地加快了加工過(guò)程，而且騰出原先被裝滿(mǎn)零件的小車(chē)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(gè)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(gè)工序中才會(huì)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(shí)才會(huì)發(fā)現(xiàn)。在這個(gè)流程中，可能就有成百個(gè)零件在銑削加工上發(fā)生了缺陷，到鉆孔加工時(shí)才被發(fā)現(xiàn)。實(shí)際上，在單元制造中，這兩個(gè)工序是由同一個(gè)工人來(lái)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(jì)

在單元里的的零件流通常是沿反時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)料的（參見(jiàn)圖2），其理由也很實(shí)際，這是因?yàn)榘顺梢陨系娜丝偸且杂沂譃橹鞴ぷ鞯?，這樣就更便于用右手抓拿工件，或者說(shuō)是在單元里沿反時(shí)針?lè)较颍蛘哒f(shuō)是從右向左搬送工件。那么左撇子的人，就要學(xué)會(huì)用右手來(lái)動(dòng)作，但它不是一個(gè)很大的問(wèn)題。由于世界上沒(méi)有統(tǒng)一的模式，也非一定用反時(shí)針?lè)较騺?lái)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(shuō)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(gè)制造單元位于靠近需要有抽屜盒的衣柜或其它類(lèi)家具裝配的地方，在這個(gè)例子中，假設(shè)我們是為一個(gè)小型工廠來(lái)設(shè)計(jì)抽屜盒制造單元，其中只用一個(gè)操作工，該工廠已購(gòu)買(mǎi)了抽屜前板、旁板、背板和底板的鋸割成型機(jī)，抽屜用膠合板來(lái)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(gè)緊湊的U字形單元里，操作人員站在中間來(lái)完成這個(gè)加工，抽屜零件從軌道上用小車(chē)送入，根據(jù)不同尺寸整齊地裝在料箱里。操作工人從小車(chē)上取下抽屜的兩個(gè)旁板、前板、背板，擺放在開(kāi)燕尾槽的機(jī)器上進(jìn)行必要的加工。工人拿抽屜底板作為托盤(pán)，放上其它零件，這樣他可以通過(guò)這個(gè)單元來(lái)完成整個(gè)抽屜盒的加工。
注意到這個(gè)制造單元中可能還有其它各種類(lèi)型的機(jī)器，如果加工沒(méi)有聯(lián)合，或者零件沒(méi)有預(yù)鋸切，例如如果抽屜的底板或者旁板沒(méi)有鋸切到規(guī)格長(zhǎng)度，在單元里也可以進(jìn)行加工。在這個(gè)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?cái)噤弫?lái)鋸切。抽屜的滑軌也在這里裝配，如果設(shè)計(jì)要求的話(huà)也可放到抽屜盒裝配單元里完成該項(xiàng)作業(yè)，。
這個(gè)例子簡(jiǎn)單地說(shuō)明了怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)制造單元來(lái)完成一組類(lèi)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(dòng)。同時(shí)，它需要的場(chǎng)地較少。反之，如果各臺(tái)機(jī)床單獨(dú)排列，在生產(chǎn)時(shí)旁邊都停放著運(yùn)料小車(chē)，所占場(chǎng)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(xiàn)，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(chǎng)地，而且從訂貨到供貨的時(shí)間可大大縮短。
單元制造的另外一個(gè)重要特點(diǎn)是，縮短機(jī)床調(diào)整時(shí)間。所有的操作人員必須是多面手，具有對(duì)單元內(nèi)各種類(lèi)型機(jī)床進(jìn)行調(diào)整的能力，而且能操作這些不同類(lèi)型的機(jī)床。否則，當(dāng)其中一人病了，會(huì)極大影響整個(gè)單元的生產(chǎn)效率。

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5 建立制造單元的20個(gè)基本步驟

第1步：選擇你的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，他們要理解你的努力。你在工廠里要有你的代表，部門(mén)經(jīng)理、維修人員，尤其重要的是，要有操作工人。所有的團(tuán)隊(duì)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(guò)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(jī)床和加工工序。如果合用的話(huà)應(yīng)盡量利用工廠已有的機(jī)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(jī)床的狀況，對(duì)它們都要設(shè)立維修計(jì)劃，對(duì)保證制造單元的正常運(yùn)轉(zhuǎn)這是一項(xiàng)十分必要的技術(shù)措施，它可以大大減少因機(jī)器故障而停工的時(shí)間。
第5步：評(píng)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(duì)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?yàn)檫@些零件在轉(zhuǎn)變工序時(shí)將造成不必要的延誤，也要盡可能地消除對(duì)其它可能造成制造單元加工瓶頸的約束條件。
第7步：對(duì)個(gè)人手工操作的標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)機(jī)工序要制定規(guī)范，這些包括工藝的變更、機(jī)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(shí)間。在流水式生產(chǎn)的制造單元中，不允許長(zhǎng)時(shí)間調(diào)整機(jī)床。在制造單元投入運(yùn)行以后，機(jī)床調(diào)整工作是不斷進(jìn)行的。
第8步：在工廠里選擇團(tuán)隊(duì)感到合適的地方來(lái)布置制造單元，當(dāng)試圖要建立單元制造工廠時(shí)，要考慮在短期和長(zhǎng)期里可能發(fā)生的問(wèn)題。
第9步：清理生產(chǎn)場(chǎng)地并打掃干凈，規(guī)劃好每一個(gè)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(dòng)，所以不要采用硬質(zhì)的線(xiàn)、管。對(duì)某些產(chǎn)品族，可能要求不時(shí)地要移動(dòng)機(jī)器的位置，所以要在這些機(jī)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(shí)間表，這樣對(duì)制造單元中需要移動(dòng)機(jī)器和調(diào)整機(jī)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(jì)劃和制造單元的加工進(jìn)度，從簡(jiǎn)單的進(jìn)度表開(kāi)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(méi)有比以前明顯提高之前，要作好生產(chǎn)過(guò)程可能會(huì)出現(xiàn)
挫折的心理準(zhǔn)備。
第14步：對(duì)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(xiàng)技能的。
第15步：提供工序變更所需要的工具，并把機(jī)器移動(dòng)到位，對(duì)新的夾具、工
具或者快速調(diào)整機(jī)器所需的器具要配置到位。
第16步：制造單元開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，要對(duì)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(duì)他們提供充足的支持，讓他們能順利地過(guò)渡到單元制造這種新型的制造方式中去。
第17步：聽(tīng)取操作人員的反饋意見(jiàn)，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(jì)效益的，應(yīng)用規(guī)
范的方法來(lái)檢測(cè)和評(píng)估制造單元的結(jié)果，并向其反饋這個(gè)結(jié)果。
第19步：不要對(duì)一開(kāi)始出現(xiàn)的進(jìn)步不大而泄氣，持續(xù)地按照計(jì)劃努力下去，
使制造單元的功能發(fā)揮出來(lái)，接著就會(huì)取得成功。
第20步：對(duì)制造單元的操作者和團(tuán)隊(duì)成員所取得的成績(jī)要加以鼓勵(lì)，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?jì)劃，把工廠里的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變到單元制造方式中來(lái)是完全可能的，不必花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間，所需要的時(shí)間甚至是以小時(shí)而不是以天來(lái)計(jì)，也不會(huì)影響到原來(lái)的生產(chǎn)秩序。

6 單元制造的優(yōu)點(diǎn)

1）生產(chǎn)計(jì)劃簡(jiǎn)單，而且便于控制；
2）材料搬運(yùn)大為減少；
3）加工時(shí)間減少；
4）至少可節(jié)約40%的生產(chǎn)場(chǎng)地；
5）質(zhì)量控制更好；
6）生產(chǎn)不會(huì)不足或過(guò)多；
7）產(chǎn)品成本較低；
8）向精益生產(chǎn)過(guò)渡的最佳途徑。
7 競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

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(shí)并不是要在整個(gè)工廠里都用這種單元組合起來(lái)才能獲得單元制造的好處。相反，任何一個(gè)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(shí)間，這將提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
再回到前文所說(shuō)的這個(gè)亞洲的工廠，它可能具有廉價(jià)勞動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)，它不打算調(diào)度工人以提高效率，但是，這個(gè)公司的生產(chǎn)進(jìn)度會(huì)受到影響，例如一天只能生產(chǎn)5個(gè)集裝箱的產(chǎn)品。這個(gè)問(wèn)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(lái)，以清出這個(gè)工廠的通道嗎？這些零件從什么地方送過(guò)來(lái)的？它們什么時(shí)候才能從眼門(mén)前搬走？需要多長(zhǎng)時(shí)間才能把這些零件通過(guò)這個(gè)羅馬軍團(tuán)式的工廠流程？一個(gè)星期？?jī)蓚€(gè)星期？四個(gè)星期？
這樣，你也許會(huì)明白美國(guó)的零售商從中國(guó)或其他勞動(dòng)力低成本的國(guó)家進(jìn)貨所需的時(shí)間是如此之長(zhǎng)的道理了。不管你的木材加工業(yè)務(wù)是在這些國(guó)家還是在美國(guó)，你總得對(duì)顧客承擔(dān)供貨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的責(zé)任，這就使你可以而且必須開(kāi)發(fā)這種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，你的供貨時(shí)間越短，你就有更多的機(jī)會(huì)。
這是一個(gè)好消息，不過(guò)現(xiàn)在也是一個(gè)壞消息?，F(xiàn)在全世界的工廠都在想方設(shè)法與中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)，他們尋求解決問(wèn)題的辦法，他們也和你競(jìng)爭(zhēng)來(lái)贏得客戶(hù)。發(fā)展中國(guó)家也在利用精益制造技術(shù)，這才是美國(guó)家具業(yè)真正面臨的威脅。
所以，現(xiàn)在對(duì)你來(lái)說(shuō)是不是打算采用單元制造技術(shù)？先行動(dòng)的人可能會(huì)使他的產(chǎn)品更快地送到顧客手里，而且成本比人家更低。