精益单元设计
Lean Cell Design
How all the tools fit ?
Workplace organization
(5S)
Streamline the value stream (VSM, flow, cell layout)
Predicatability & Consistency
(error proofing, SPC, FMEA, etc.)
Setup Reduction
(SMED)
Reliability and Maintainability
(TPM)
Visual Display and Control
(Andon, Kanban, etc)
Support Processes
(Purchasing, scheduling, etc)
Continuous Improvement
(DoE, )
生产系统种类
T: turning (车）
M: milling（洗）
D: drilling（钻）
G: grinding（磨）
按产品设计专线 (Product layout)
按工艺设计工段 (Process layout)
成组技术 (Cell layout)
Manufacturing Layouts
Product layout (产品专线): designed for specific product. Also called dedicated lines (DL), flow lines. Assembly lines and transfer lines are examples. Advantages: low throughput time, low work-in-process (WIP).
Process layout (Job shop) (工段): departments composed of machines with similar capabilities that perform similar functions.
Cellular Manufacturing (成组技术): similar parts are grouped together in sufficient quantity to justify their own machines. A cell is then used to produce just this set of parts.
Manufacturing Layouts
产量
(件／小时)
零件种类
1
10
100
1000
0
1
10
100
1000
Product
Cellular
Process
产品专线
工段
成组技术
人员
机器
物料
规划布置
多能工（Multi-functional worker） -
精通多种工序的熟练工—实现最大柔性
机器规划应根据产品的工序来定
1个流（1 by 1 Flow）:
产品从一道工序移送到下道工序/每次一件
“U形布置”（“U”-Shaped Layout）:
将各个独立的工作区域连接起来
A
B
C
连续流制造
Continuous Flow Manufacture
连续流制造的优点
Merits of Continuous Flow
缩短在线时间（Short lead time）
最小化在制品库存（Minimum work-in-process inventory）
消除制造缺陷（Eliminates build-up defects）
能有效使用多能工 (able to use multi-functional workers efficiently）
容易识别问题发生点（Problem location identified easily）
容易实施标准化作业（Standardized work easier to implement）
流动驱动单元设计
FLOW DRIVES CELL DESIGN
物料流: 制造件（Manufactured Parts）
采购件（Purchased Parts）
信息流: 生产什么（What to produce?）
生产多少（How much to produce?）
人员流: 标准化工作（Standardized work）
零件号: 392006
描述: 气缸
模型: 40/42
单元号: M5A
用纸板模板来创造一个制造单元
加工顺序
日需求量: 1350 parts
每日班次: 2 班
每班有效工作时间: 460 分钟
注解:
A、B、C 和D的操作必须按照这个指定次序顺序加工；
E、F、G的操作次序可以任意，但是都必须在D操作之后。
包括机器和场地在内都按比例在纸上缩小, 比例是 1/2格 = 1 英尺 (也就是 1 格 = 2 英尺).
对单元内的每个工人必须包括至少一个进入／退出点 (2 英寸或者 1格宽) 。 (OSHA = 3英尺)
每个相邻的机器或者容器必须至少相隔格。如果机器的电子仪板正对着相邻的机器或者容器, 将两者的相隔距离至少应该是一格。
步行速度是 = 1 秒／格 (水平或者垂直行走), 以及 秒/格 (当走对角线方向跨越一格).
两个工人交接零部件时间是1秒。
标志每个机器的加载／卸载零部件位置。
刀具转换时间
机器 A 每处理完50个零部件需要用6秒的时间换一次刀具。
机器 C 每处理完500个零部件需要用15秒的时间换一次刀具。
作业要求：
1. 课后准备加工能力表。
2. 用纸板模板来模拟一个U－型制造单元。
3. 合理安排单元以保证物料流入点和物料流出点是在同一侧。
单元设计过程
1. 计算生产节拍（Calculate the Takt Time）
2. 绘制流程图（Map the processing steps）
3. 选择设备和进行机器设备的平衡分析（Calculate Machine Balance & selected equipment）
4. 单元的布置（Create Layout of Cell）
5. 操作工作业平衡（Determine Operator Balance）
6. 设计物料流（Design Material Flow）
7. 设计信息流（Design Information Flow）
顾客需求
Customer Requirements
1. 计算生产节拍（Calculate Takt Time）
单元的生产节拍不应低于15秒（从工效学角度）
建议的单元生产节拍为30~60秒
指导方针（Guidelines）:
生产节拍 =
每个工作日可用时间
每日生产需求
周期时间 =
每个工人完成每个工作过程要求的实际时间
规定生产速度与销售速度保持一致
生产节拍Vs.周期时间
Takt Time Vs. Cycle Time--An Important Distinction
价值流图析
Value Stream Mapping
2. 绘制流程图
使用价值流图析技术确定物料转换为成品要求的步骤和信息流
设备Equipment
3. 计算机器平衡和选择设备
Calculate Machine Balance & Select Equipment
净作业周期时间小于生产节拍, ~80%
Net machine cycles less than takt , 80% takt
要求机器设备尽量小且简单Small and simple:
- 小的作业面且面向操作工narrow side facing operator
- 手工装载/自动卸载manual load/auto unload
- 短的换装时间short changeover times
- 简单设备设计simple equipment design
- 易搬运easy to move(no foundations, pits, etc)
机器周期时间—传统
Machine Cycle Time - Traditional
Net Machine = Machine Cycle Time + Load/Unload Time
Cycle Time (1-Downtime)(1-Scrap)(1-Changeover)
机器周期时间=39s (Machine Cycle = 39 sec)
装载/卸载时间=6s(Load/Unload = 6 sec)
当机率Downtime = 4%
废弃率Scrap = 1%
净的机器周期时间= 39 + 6 = sec
()()
例子
Example:
净机器
周期时间
机器周期时间+装载/卸载时间
（1-当机时间率）（1-废弃率）（1-换装率）
=
机器周期时间—精益
Machine Cycle Time - Lean
Net Machine = Machine Cycle Time + Load/Unload Time
Cycle Time (1-Scrap)(1-Changeover)
机器周期时间Machine Cycle = 39 sec
装载/卸载时间Load/Unload = 6 sec
废弃率Scrap = 1%
换装时间率Changeover time = %
净周期时间 = 39 + 6 = sec
()()
例子
Example:
净机器
周期时间
机器周期时间+装载/卸载时间
（1-废弃率）（1-换装率）
=
布置Layout
4. 进行初始规划布置（Create Initial Layout）
规划的目的要使每位操作工可以操作全部单元 Layout operations so that one person can run the entire cell
在90度角上放置两台完全相同设备 Place duplicate machines on 90 degree corner
考虑到接受物料的空间 Include space for incoming material
不采用单元规划设计的缺点
Disadvantages of Non-Cellular Layouts
对零件过多传递将降低质量Excessive part "Hand-Offs" create poor quality
过多库存增加费用Excessive inventory (parts storage) adds costs
要求对零件作过多的处理Excessive handling of parts is physically demanding
很难发现质量问题根本原因Difficult to find root causes of quality problems
由于距离工序变得隔离Processes are separated by distances:
技术人员间很难交流Difficult for technicians to talk
使得交叉培训变得很困难Makes cross training more difficult
增加额外的物料处理Creates excessive material handling
产品改变时响应较差Poor response time to product changes
很难有效响应顾客需求变化Difficult to efficiently respond to changes of customer demands
零件搬运距离过长Part travel distance is extended
人员流动People Flow
5. 确定操作工的平衡Determine Operator Balance
操作工等待机器不能超过3秒钟
Operator should not wait more than 3 seconds for a machine
如果使用标准时间，操作工人数应增至120%
If using standard times, load operators to 120%
单一的手工作业将不能超出工作量的40%
A single manual process should not exceed 40% of work content
操作人员作业平衡图
Operator Balance Chart
平衡工作量
Balancing Work Content
45
Uneven Work Load
48
50
40
42
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
Even distribution of work
Equal wait time
Worker
Worker
A
B
C
D
E
25
TT=50
TT=50
CT=45
TT=50
Worker
生产节拍：操作工人间工作分配的基础
Takt Time: Basis for allocating work among employees
生产调整Production Adjustments
生产速率按照顾客的要求设置 Production is set at the rate required to satisfy customer demand
安排工人以完成全部要求的工作 Workers are arranged at workstations to complete required work
当顾客需求变动时，生产节拍作相应调整，工作应当根据新的顾客需求重新设计 As customers change demand, TAKT times are appropriately adjusted and work loads are rebalanced to the new customer demand
物料流动
Material Flow
6. 设计物料流（Design Material Flow）
单件流one piece flow
- 缩减在线时间reduces lead time
- 提升质量increases quality
- 降低空间需求decreases floorspace requirements
小的缓冲以优化产出small strategic buffers to optimize throughput
为每一来料设置接受区one receiving location for each incoming part
物料小批量运送small lot delivery of material
信息流动
Information Flow
每个单元每小时的生产看板 Production kanban in each cell
单元间移动物料拉动系统 Pull system in place to move material between cells
最终装备单元应对生产排程Level sequenced production schedule in the final assembly cells
每个操作工的标准化作业单Standardized work sheets for each operator
在生产节拍内利用暗灯系统响应生产问题 Andon systems in place to respond to production problems within takt
7. 设计信息流Design Information Flow
设计单元工作的因素
Ingredients to making cells work
交叉训练的操作工Cross-trained operators
当问题发生时支持快速响应的结构 Support structure that quickly responds when production problems occur
小/精益装备Small/Lean equipment
平衡设备周期时间的同时获得高的设备工作时间
物料频繁以小批量运送Material delivered frequently and in small lots
操作工接受好的零件Good part presentation to operator
U字型设备布置
in
out
①
②
③
④
⑥
⑧
⑦
⑤
⑨
⑩
作业的分配
③
②
①
作业时间 2分（循环时间）
作业顺序
× × ×
作业人员名
标准作业组合票
作业的分配
④
⑦
⑥
⑤
作业时间 2分（循环时间）
作业顺序
× × ×
作业人员名
标准作业组合票
作业的分配
⑩
⑨
⑧
作业时间 2分（循环时间）
作业顺序
× × ×
作业人员名
标准作业组合票
精益化企业回避的三种不合适的布置
钻床
钻床
钻床
车床
车床
车床
车床
生产效率有很大提升；
各岗位上生产的在制品库存增加；
各岗位上的同步化困难。
鸟笼型
精益化企业回避的三种不合适的布置
钻床
钻床
铣床
车床
车床
铣床
以多能工为前提，产品能够在各设备之间连续，顺畅地流转；
作业人员就被相互隔离，不能互相帮助了；
实现横跨各工序的整体同步生产困难了；
不必要的库存；
对应需求的变化对作业人员进行作业再分配也困难了
孤岛型
精益化企业回避的三种不合适的布置
in
车床
钻床
铣床
out
步行
步行
步行
步行
可以排除孤岛型布置的一个主要缺点（工序之间在制品不必要的滞留）
直线型布置的缺点是不能适应需求的变化将作业在各个作业人员之间进行再分配
直线型
将U字型生产线连接起来
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
18
16
17
零部件
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
零部件
B
1
2
3
4
5
6
7
8
零部件
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
零部件
D
1
2
3
4
5
6
7
零部件E
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
零
部
件
F
将U字型生产线连接起来
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
18
16
17
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1月份作业分配
周期时间=1分钟/个 作业人员人数=8人
将U字型生产线连接起来
2月份作业分配
周期时间=分钟/个 作业人员人数=6人
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
18
16
17
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
总结：单元设计
Summary: Cell Design
1. 计算生产节拍（Calculate the Takt Time）
2. 绘制流程图（Map the processing steps）
3. 对所选机器设备进行平衡分析 (Calculate Machine Balance of selected equipment）
4. 单元的规划布置（Create Layout of Cell）
5. 操作工作业平衡（Determine Operator Balance）
6. 设计物料流（Design Material Flow）
7. 设计信息流（Design Information Flow）
3
4
5
6
7
8
9
10
11
11
13
14
16
17
18
19
21
22
23
6
