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5 流程化生产
本章要点本章要点
流程化生产概述流程化生产概述
一个流生产一个流生产
设备布置和设计设备布置和设计
少人化少人化
5. 5 5. 5 缩短作业切换时间缩短作业切换时间
流程化生产概念
精益生产方式的核心思想
——工序间的在制品数量接近甚至等于零
在制品数量多
生产周期长
质量问题多
搬运多
传统批量生产方式存在的问题：
设备机群式布置方式是种种问题的根源。
流程化生产概念
例：在图5-1中，有A、B、
C、D四道工序，每到工序
的加工时间为1 min/件，批
量为5件，则每20 min生产
出一批零件（5件）。如第
一件产品从t=0时刻开始，
t=16时刻完成，每件产品在
四台设备上加工总时间为4
min，延迟的时间都浪费在
批量等待上。
流程化生产概念
质量问题多的原因
——乱流生产方式
图5-3 整流方式
图5-2 乱流方式
流程化生产概念
精益生产的解决之道：
流程化生产——根据产品的类别将机器按照工序加工顺
序依次排列，使得零部件的运动像是水流过一根管子一
样顺畅无间断。
实施原则：
应当尽量缩小
加工批量，使所有
相关流程彼此靠近。
流程化生产概念
消除工位之间的停滞
流程化生产概念
流程化生产的要求：
（2）无库存，无出入库操作
（1）车间与主生产计划同步
（3）管理扁平化，消除中间层
一个流生产
①做一个、传一个、查一个，非批次操作
②作业人员跟着在制品走动，多工序操作
按照作业顺序，合理配置场地、人员、设备，零
件一次经过各工序加工、传送、检验，每个工序最
多只有一个在制品或者成品，全过程无在制品周转。
定 义：
特 征：
一个流生产
①最短生产周期
优 点：
②发现问题及时，品质成本低
③搬运最小化，创造安全的生产条件
④减少存货和在制品
一个流生产
针对上一节图 5-1的例子，采用一个流生产方式，第一件
产品只需要4 min加工完成，全部加工完成只需要8 min，对比
批量生产方式节约12 min
一个流生产
一个流的品质改善
一个流生产
一个流生产是精益生产的根本，将一个流的模式
应用到从产品设计到推出产品、实现生产、运输销售等
所有环节上，形成不间断的流程，缩短投入到产出的时
间消耗，促成最佳品质、最低成本、最短交货时间。
一个流生产
①实现单件流动
实施技术：
②按照加工顺序布置设备
③生产同步化
④员工的多能工化
⑤站立式走动作业
⑥设备合理布置和设计
一个流生产
一个流生产
浊流现象：
河流在流速不一样的交接点会产生积水浑浊的现象
生产同步化：
各工序的生产速度严格按照一定的生产节拍进行，
追求整体效率而不是个别效率工序的生产速度严格按照
一定的生产节拍进行，追求整体效率而不是个别效率。
一个流生产
多能工化--------操作多工序的作业方式
多机台作业------操作同一功能设备
只有实现了多能工化才能达到少人化。
一个流生产
人体工程学最优的工作是坐和站的交替，
站立式走动作业可以行动方便快速反应。
一个流生产
IO一致原则——生产的投入点（Input）与完成品
的取出点（Output）位置尽可能靠近。
生产线一般排成“U”或者“C”字型
多品种小批量的需求使得生产线转向细流而快的复
数生产线化（多段短线），才能有弹性的响应市场
需求的快速变化
一个流生产
案例一：某汽配厂一个流改善实例
图5-14 现有的机群式布置方式。
以组装段为例，
该段瓶颈节拍为5s
，有4位操作工，
平均每人每小时产
出167件，工序中
半成品和等待现象
比较多。
一个流生产
工序名称 作业时间/s 操作工/人 半成品/件 吊具/个 更换吊具/个
弹簧插入 1 60 81 54
滑块插入 1 60
垫圈插入 1 60
插板插入 1 60 27 0
图5-15 实施一个流生产前的组装段生产线
一个流生产
采取实施一个流的改善，由一名操作工完成所有工序，布置成U形线，如下
图所示。
实施之后，虽然增加了相关工装夹具，但产品加工时间明显缩短，平均每个加
工时间为，平均每人每小时产出251个。
一个流生产
图5-17 改善前后个人日产量对比图
一个流生产
将过去的机群
式布置方式改
为按照产品原
则布置，如图
所示。
一个流生产
图5-19 分布流程化
（1）把组装作业实施一个流之后，再把成型作业完成后直接进行组装，去除
单品检查入库的过程，同时成品检验与出货检查合并，生产提前期由以前的6天
缩短为天。
（2）把成形作业、单品检查、组装作业等各工序流程化，使得生产提前期由
天缩短为天
一个流生产
左图为改善
前后某产品
不良率的对
比。
设备布置和设计
一、设备合理布置
1. 设备布置的要求
区别——按机群式是一人一工序 操作，
按产品原则式是一人多工序 操作。
设备布置一般有按机群式和按产品原则两种布置方式
设备布置和设计
精益生产强调要用有弹性的生产形态来适应市场
上的变化。
有弹性——指人员配置的弹性化以及生产的品种及数
量的弹性化。
设备布置要实现物流、人流和新系列顺畅，减少作业
人员的走动距离，方便一人多工序操作，同时要适应
产量变化，一边人员作业在分配，实现少人化。
设备布置和设计
图5-31 有弹性的生产线布置
设备布置和设计
设备便于移动
设备不依附其他设施布置
设备不单独隔离布置
布置的“三不”原则：
设备布置和设计
它有凹形、圆形、M型等变化形式
2. U型生产线布置
设备布置和设计
其中最重要的是
人员的多能工化，
因此对员工的作业
训练以及标准化
作业是非常重要的。
设备布置和设计
作业安排 客户需求/件 产品周期/s 每日可用时间/s 生产节拍/s 操作员配置/个
A 500 60 30000 60 1
B 1000 60 30000 30 2
C 1500 60 30000 20 3
设备布置和设计
3. 一笔画的整体工厂布置
① 流程式布置
②采用U型生产线
③将长屋形（单独隔离生产线）
改为大通铺形（生产线集中布置）
④整体上呈一笔画布置
设备布置和设计
图5-35 大通铺式生产线
设备布置和设计
图5-36 一笔画的整体工厂布置
设备布置和设计
1、鸟笼形布置
二、设备不合理布置
设备布置和设计
2、孤岛形布置
设备布置和设计
3、直线型布置布置
设备布置和设计
三、设备合理设计 原则
设备布置和设计
图5-40 带轮子的设备
设备布置和设计
图5-41 线棒柔性系统
设备布置和设计
图5-42 加热炉入口与出口一致
设备布置和设计
图5-43 设备的操作界面设计
a 横长纵短 b横短纵长
少人化
在不降低生产效率的前提下，根据必要生产数
量，对作业人员做弹性调整，使作业人员满负荷工
作，以节省人员。
定 义：
①根据生产数量的变化增减人员
②人员处于没有等待的作业状态，是实现准时化。
目 标：
①降低成本
②提高劳动生产率
优 点：
少人化
二、少人化的发展历史
省人化和少人化的区别：
省人化就是指省人化就是指1010个人做的工作减少到个人做的工作减少到88个人来做；而少人化则是根据产个人来做；而少人化则是根据产
量而定，不固定人数，当产量减少时，人员也可以减少。量而定，不固定人数，当产量减少时，人员也可以减少。
（1）自动化：通过自动化设备达到省力化。
（2）自働化：可以进行一人多机操作。
少人化
三、少人化的体系
前 提：
（1）采用一个流生产方式，不固定的设备、工具、人员，
对设备合理地布置和设计。
（2）要有具备能操作多种工序能力的训练有素的作业
人员，即多能工。
（3）要经常审核、修改作业标准和作业标准组合。
少人化
图5-45 少人化的体系
少人化
少人化
体系
省人化
设备改善投入巨大
设备改善风险大
设备改善如果在作业
改善之前进行失败风
险比较大。
能缩放个作业人
员的作业范围
能进行工作中的相
互配合
少人化
图5-46 工作中相互配合的体系
少人化
四、少人化的方法
少人化
1. 同一节拍的连接方式
（1）原理：改变生产线布置，是同一节拍的两条生产
线相连接，重新分配作业人员的工作范围，
从而追求一人工。
（2）组合U形生产线
把几条加工不同零部件的U形生产线合并成一
条组合生产线，遵循标准作业组合的顺序，就可以
根据生产量的变化，整体统一分配每个作业人员适
当的任务，达到少人化的目的。
少人化
图a中，存在人工的等待；
图b中，对于位数较小的人，可以通过短时的加班
来解决。
少人化
图5-49为6条U形线组合而成，分别生产6种不同零部件ABCDEF，组合
生产线的生产节拍是1min。需要8人完成，作业分配和作业顺序如图5-50所
示。
少人化
图5-50 作业人数8人的作业分配
少人化
当市场需求减少时，生产节拍增加为，这时可对组合工序的全
部作业进行重新分配，增加每个员工的操作工序数，人员减少到6人，如
图5-51所示，这样可以节省2人，到达少人化的目的。
图5-51 作业人数6人的作业分配
少人化
2. 多品种混流方式
（1）定义：多条专用生产线间的通用化和混流化，追
求1整数人工数。
方法二：通用生产线间的负荷调整
方法一：专用生产线进行通用化
少人化
图5-52（a）为3条专用生产线加工ABC三种产品，实际节拍T/T分别为
60s，100s。60s，理论需要人工数为、、，实际分别需要2、3
、1，实际用工数比理论多了人工。
如果对B生产
线进行通用化改造，
将AC合理编排，
使闲置的设备活用
和空间活用联系起
来，就会使5人成
为可能，如图5-
52（b）所示
少人化
图5-53为通用生产线之间进行负荷的调整，XYZ三条线理论人工为
、、人工，合计需要理论人工，实际配置12，产生人工浪费。
如果从X向Y转
移人工的工作
量，从Z向Y转移
，这是理论人
工分别为、
、，需要人工
的尾数均为，
可以通过短时间加
班解决，这是实际
配置人数就变为4
、3、3，节省2人
少人化
3. 不同节拍下的集合方式
在图5-54a中，
因为各生产线的节
拍不同造成生产对
象不可转移，因此
相对于必要的
人工，需配置12人，
造成等待的浪费，
如果按照整数人工
进行配置，在线外
安排2名支援者，
就可以满足生产，
节省3人
缩短作业切换时间
一、概述
• 生产流程化理想状态：一个流生产
• 铸造等工序进行批量生产，导致作
业转换总辅助时间较大。
• 关键问题：缩短作业切换时间
缩短作业切换时间
作业切换时间
定义：从前一种产品加工结束转换到能生产出后一
种产品的合格品时所需要的时间。
减少作业切换时间损失
传统方法：
增加生产批量和减少产
品种类以达到减少切换
次数
缺点：
仅考虑到减少切换本身
的成本，却忽略工厂的
整体效率。
丰田方法：
减少作业切换时间，减
少生产批量
优点：
缩短切换时间可以明显
缩小批量规模，以适应
市场的需求。
缩短作业切换时间
例：
需要加工A、B、C3种产品，每种产品的每个加工时
间都是1min，每种产品的批量规模是600个，更换零件
加工时的一次作业切换时间是1h，则分摊到单个产品切
换时间为。于是，加工完成这批的3种产品，需
要总生产时间为33h。
缩短作业切换时间
但是，如果把产品A、B、C的批量规模都缩小到1/10
，即60个，作业切换时间也缩短到1/10，即6min，则分
摊到单个产品切换时间还是。于是加工完成这批
的3种产品，只需要总生产时间3h18min，要完成A、B、C
各600个需进行10个循环切换完成，共33h。
缩短作业切换时间
批量规模减小，若能相应地缩短作业切换时间，则
加工完成这个批量3种产品的时间大大缩短。一般来说，
如果作业切换时间缩短到1/N，在保持分摊到单个产品
切换时间不变的情况下，批量规模就可以缩小到1/N，
即作业切换时间与批量规模成正比。
缩短作业切换时间
二、生产切换类型
1. 换模作业
这种类型的切换作业一般是指模具、刀具、工装夹
具等的切换，在机械加工厂及注塑厂比较常见。
2. 更换标准作业
具有数控系统的机床、化学装置、测试仪器工作时，
一旦产品变更，就必须重新设定条件更换相应的工作标
准。
缩短作业切换时间
3. 换线作业
在加工或组装生产线上，当切换产品加工时，所使
用的材料或零部件等就必须跟着更换。有两种方法：
同时换线
顺序换线
4. 准备作业
准备作业是指在制造开始前所必须要做的准备工作。
以上四类切换作业均会造成生产停顿的浪费。传统
上只着重于第一种类型的切换作业，忽视其他三种。其
实后三种的改善不但容易做到，而且节省的切换时间也
很可观。
缩短作业切换时间
三、快速切换发展阶段
1. 传统切换
2. 单一作业切换
单一作业切换是指在10min之内完成作业切换。单一作业切
换应用在换模上称为快速换模（Single Minute Exchange of Dies
，SMED）,因换模时间可以用一位数的分钟表示，所以也称
为单分换模。
3. 瞬间切换
瞬间切换是指在1min之内完成作业切换，也就是“快餐式
”作业切换。
缩短作业切换时间
四、快速换模实施步骤
1. 作业切换类型
按照切换的作业类型不同，可以将切换过程分为两大类：
内部作业：
操作时机器必须停止运转才能进行的作
业，决定作业切换时间。
包括：模具、刀具、夹具和导轨等的拆装、
更换和调整、试车生产等。
外部作业：
机器运行的时候也能进行的操作，可在
停机前或停机后进行切换的作业。不影响作
业切换时间.
包括：工具和材料的准备、夹具与模具准备、
工作区域的整理与清洁等
缩短作业切换时间
据统计表明：目前可以将换模行为的类型分为以下四类：
类型一 收集、准备和归还工具、夹具等（占切换过程的
30%）
类型二 在机器上移除前道模具、装上下个要用的模具（占
切换过程的15%）
类型三 测量、校准、调整（占切换过程的15%）
类型四 进行试车生产、调整，直到零件合格（占切换过程
的50%），这也是减少最明显的一步
快速换模的核心思想：
把内部作业尽量转化为外部作业，内部作业时间尽量压缩。
缩短作业切换时间
2. 实施步骤
快速切换实施步骤为4个步骤，如下图。
缩短作业切换时间
步骤一：区分内部作业与外部作业
通过对切换的过程进行分析，将所有的切换过程写在表格
上，然后按照上述对内、外部操作的定义进行归类。
例：下表为某冲床更换模具的操作过程，换模时间为
13726s。因模具运输为外部作业，因此新模具要在冲床停机前
先运输到冲床旁，换下来的模具可以待冲床新模具安装调试后
再进行运输，这样换模时间可以减少到11988s。
缩短作业切换时间
步骤二：内部作业要尽可能转换成外部作业
检查为什么余下的内部作业不能转化为外部作业；重新检
查每个步骤的真实作用。
例：有些作业必须调整模具行程，如调整冲孔压力机或铸
造机模具的高度，如果可以使用调整垫进行标准化的话，就可
以免去行程调整的内部作业，而转移到设定高度标准化的外部
作业。
图：使用调整
垫将模具高度
标准化
缩短作业切换时间
一汽轿车冲床换模内部作业转换成外部作业的示例：
图a：提前预
装上垫板
图b：提前下
放废料滑道
图c：提前安
装气管
图d：提前安
装编码器
缩短作业切换时间
步骤三：缩短内部作业时间
继续对内部作业更小的要素进行改进。应用IE手法对作业
的改善和对设备的改善来缩短切换时间，可采用活用工装具、
排除调整作业、实施并行作业、功能标准化等方法来实施。
工作台上安装滚动导轨
缩短作业切换时间
模具快夹装置
缩短作业切换时间
步骤四：缩短外部作业时间
继续对外部作业更小的要素进行改进。可采取改善工夹具
存储方法、提高运输速度、排除寻找物料、常用工具靠近设备、
制定标准作业指导书等方法来实现。
缩短外部作业时间对整个切换时间的缩短没太大的影响，
但是可以减少切换的人工时间耗费。
缩短作业切换时间
五、快速切换的技巧
1. 采用并行作业
快速切换取决于三个关键要素：设备和工具的技术方面、
工作的组织（“谁做什么，什么时候”）和方法（“如何”）。
并行作业是指两人或两人以上同时从事切换动作。并行作
业最容易马上获得缩短内部作业时间的效果。
冲压换模时天车驾驶员与地面人员的并行作业
缩短作业切换时间
2. 消除调节环节
作业切换工作中调节环节时间较长，一般占整个作业切换
时间的50%-70%,而且调整时间差异很大。消除调节环节对缩短
作业切换时间是非常重要的。
例：图a为成型机使用的模具，用一个限位开关控制脱模行
程，当脱模需要5种行程时，就需要5次调节限位开关的位置。
为了消除这种调整，如图b所示：
缩短作业切换时间
要彻底消除调整的浪费，就要掌握标准不动的法则，即在
机器上已经设定好的标准，不要因为更换模具而变动。可以参
照以下方法：
把内部作业的调整动作移到外部作业，并事先做好设定的
动作。
勿拆卸整个模具，保留模座，只更换模穴的母子式构造方式
来消除模具的调整工作。也可采用共同夹具的方式，以双组
式的方式来作切换动作，即一组正在加工中，另外一组已设
定好了，切换时只需旋转过来即可达到立即切换，如下图1。
尽量使模座的高度标准化，则没有必要更换紧固件和调节装
置。如下图2。
取消以刻度式或仪表式读取数值的方式来认定工作条件，尽
量改以块规、限位块等容易取放设定的方式，以此来减少调
整的时间，进而缩短切换时间。
缩短作业切换时间
图1 使用外部回转台的双组式
图2 模座的高度标准化
缩短作业切换时间
缩短作业切换时间
3. 减少人体走动
切换动作主要是依赖双手的动作来完成的，要尽可能地减
少脚的移动或走动的机会。可用线路图协助分析换模走动的距
离和原因：
缩短作业切换时间
4. 使用专用工装具
切换动作要尽可能地使用专用工装具而不要使用工具。因
为装用工装具可提高切换的效率，缩短切换的时间。
此外，测量的器具也要专业化，用块规或格条来替代用量
尺或仪表的读取数值测定。
最重要的一点：设法减少专用工装具的种类，以减少寻找、
取放的时间
缩短作业切换时间
使用标准压块改善案例：
图a 改善前——不同钢板组合而成的垫块
图b 改善后——三角压块
缩短作业切换时间
5. 使用快速紧固件
在切换动作时，螺栓是最常用的紧固件。但装卸螺栓的动
作通常占去很多切换时间。因此，减少使用螺母、螺栓数量，
改善的最佳对策就是要消除使用螺母的固定方式。
图 快速压板示例
缩短作业切换时间
限于某些状况，仍然必须使用螺栓、螺母时，也要努力设
法减少上紧及取下螺母的时间。
图a U型垫圈 图b 凹槽螺纹
缩短作业切换时间
图 工作台螺栓槽与标准螺栓紧固定位方式
a）工作台螺栓槽 b）标准螺栓 c）螺栓与模具紧锁部位高度固定化
缩短作业切换时间
图 梨形洞紧固件
缩短作业切换时间
6. 做好事前准备工作
事前准备作业是属于外部作业的工作。外部作业如果做的
不好，就会影响内部作业的顺利进行，使切换时间变长。可采
用以下方法：
① 只把设备必要的部分标准化。
② 设置换模专用台车。将所需模具、道具、换模程序表及
相关器材放在台车上，以减少寻找及搬运的时间
图 双平台的换模小车
缩短作业切换时间
图 搬运模具的小车
a）带有滚动导轨的小车 b）带有真空管的小车
缩短作业切换时间
③要确定器具、仪器、模具的摆放位置。
图1 工具板 图2 工具放置在工作台侧面
缩短作业切换时间
专用工装具的储存不要依功能放置，而应区分不同的产品
或模具并予以成套化。
图 冲压换模时放置机械手小车的循环过程
缩短作业切换时间
7. 换模标准化
换模标准化是指将准备模具、工具和材料的作业充分程序
化而且达到标准化。对每一步的操作要领，以及在换模各个流
程中需要各个流程中需要用到的工具、工具的使用方法和注意
事项，绘制标准作业指导书。
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