家具的单元制造方式

   单元制造实际上是基于精益生产的原理，其主要特点是把机器分成小组，或者是工作站，或者是几台机器的组合，相互之间靠近地置放，通常呈“U”字形排列，以尽量地靠近来消除或至少最大程度地减少工序，这就使加工好一个工序以后转到下一道工序时，搬运的工作量最少。“U”字型排列的另外一个好处是，当由于种种原因物流出现阻塞时，在单元里独立的操作小组成员只需要跨出一步就可以到达另一个工位，迅速地提供协助。另外，因为通道在单元空间里，所以通常对通道要求所占的空间较少，其它围绕U字形工作单元也分担了通道的负担，而不像传统的加工方式成直线状排列需要较宽的通道。
但是，许多小型工厂对单元制造存在误解，认为工作单元是由复杂机床或机床组合而成的，需要具有高度技巧的工程师来设计。本文将对这些问题进行讨论。

1传统的工艺布局

三、四十年前，制造业集中精力在如何使机器的产出最大化，这是使工业生产发展的推动力，一个生产家具或其它产品的工厂把定单集中起来，并预计未来的需求，以生产一定数量的产品，它将使生产这些产品的机器都能满负荷地运行。由于每部机器为完成加工任务所需的运行的时间并不相同，到现在仍然如此，所以计算出的产品数量不仅要使机器停机待料的时间达到最少，而且要保证当零件从一台机器转到下一台机器去加工的时间间隔。
这样，木材加工厂，许多工厂现在仍然如此，根据机器的类型和功能进行分组，一个典型的小型工厂将在一个工段内把锯机集中在一起，同样在其它工段把铣床、砂光机集中在一起。因此，就有所谓的“锯木车间”、“机加工车间”、“砂光车间”这样的车间。典型的情况是，这些小厂还有组装工段，它包括对半成品和成品的组装区。
机器大多数排成一排，我称之为“罗马军团”型，有点像罗马历史上的长矛骑兵和弓箭手，成排地延伸下去。文章的题头图表明的是亚洲一个刚建的木材加工厂的车间布局情况，表示的是这种“罗马军团”思维模式影响的一个不好的个案。注意到在这个工段中，有9台砂光机排成一排。这个工厂到处都是这样一排机器做同一种加工的情况。

2 传统工艺布局缺乏效率和浪费

这种布局的加工方式的有些什么问题呢？
首先，任何零件或者产品都必须是成批量的从一台机器加工好，再搬到下一台机器加工，这种搬送的路径往往往不是直线，因此这种方式将花费很多的时间。如图1所示，这些零件在搬运时要走不少回头路，这是由于所有机器并不是组合成适合加工许多不同产品的生产流程的。另外，这些机器的排列，是按照一般的锯、刨、镂铣、砂光、组装、涂饰和包装的工序顺序的。当制造商临时需要一批加工好的零件，最大的问题就是如何按时完成来满足客户的供货时间。
更麻烦的是，要满足供货的截止期，加工每一个零件需要6台至8台机器才能完成，首先锯割毛坯，码在货盘上，接着送到四面刨上加工4个面，如果四面刨不空，装满零件的货盘只有排队等着，在刨床上加工好后，又必须送到铣床上加工，接着再送到钻床上打眼，再送到镂铣机上雕刻、开槽什么的，等等。
由于成百上千个零件都是这样重复进行加工的，所以在每一台机器前零件都排着长队，这意味着在车间的地面上堆放着许多待加工的零件。这种“罗马军团”式的车间工艺布局适合批量生产，它能保证在上一个定单完成以后，机器能不间断地工作。但是，这种工艺布局使车间地面十分拥挤，管理人员呼吁给车间留出较多的空间。
对这种类型的工厂，对只需花两个小时的增值加工，往往需要一周或更长的时间来完成。每搬一次零件到机台上，就至少需要一个人或更多的人来做这件事，其余的时间，这些零件就堆在机器旁边，占据着宝贵的空间，也把这批待加工零件占用的资金搁煞了。
其结果是，工厂由于有大量的待加工零件而显得十分拥挤，需要搬运的零件太多，要搬动成百上千批零件，花费的时间过长。一个具有代表性的情况是，在总的加工时间中，其中有搬运—待加工—加工，而实际上只有5-7%的时间是用于加工的，但是只有加工才能增值。

3 替代方式——单元制造

针对这些些存在问题，可以提出单元制造的优越性，而它们还不为人们所相信。首先，现在还没有一种类型的机器或其它操作工艺可以自成一个单元。一个制造单元如图2所示，每一种单元设计用来加工一组零件，它们都要经过常规的加工过程，而在单元中的机床组合只是加快了这个加工过程。当在一个单元中试图达到单件的流水作业时，主要关注是如何使一个零件或产品不间断从一台机器输送到下一台机器上进行加工，直至全部加工工序完成。
在一个单元中典型的加工时间是以分钟来计算的，而不像传统的工厂是以天数来计算的。
制造单元使控制生产进度变得简单了，它把零件的加工时间从以天计缩减到以分钟计。除此以外，它从根本上消除了单元之间零件待加工的时间。这就事半功倍地加快了加工过程，而且腾出原先被装满零件的小车占去的空间。
另外的好处是，单元制造可以获得更好的加工质量。
一个典型的例子是，在传统的加工方式中，零件的缺陷往往在下一个工序中才会被发现，例如在铣床上加工得不好可能要到钻孔工序当工人装件时才会发现。在这个流程中，可能就有成百个零件在铣削加工上发生了缺陷，到钻孔加工时才被发现。实际上，在单元制造中，这两个工序是由同一个工人来完成的，他就有可能在铣削加工完成后立即发现缺陷。

4 制造单元的设计

在单元里的的零件流通常是沿反时针方向进料的（参见图2），其理由也很实际，这是因为八成以上的人总是以右手为主工作的，这样就更便于用右手抓拿工件，或者说是在单元里沿反时针方向，或者说是从右向左搬送工件。那么左撇子的人，就要学会用右手来动作，但它不是一个很大的问题。由于世界上没有统一的模式，也非一定用反时针方向来进料。但是不管进料方向如何，工位之间应比较靠近，在工位之间不应有待加工的工件。
为了说明基本单元制造的概念，以抽屉盒生产和装配为例子。这个制造单元位于靠近需要有抽屉盒的衣柜或其它类家具装配的地方，在这个例子中，假设我们是为一个小型工厂来设计抽屉盒制造单元，其中只用一个操作工，该工厂已购买了抽屉前板、旁板、背板和底板的锯割成型机，抽屉用胶合板来制作，底板的槽也已加工完成，抽屉前板用螺丝从抽屉盒的里面拧上固紧。
在这个紧凑的U字形单元里，操作人员站在中间来完成这个加工，抽屉零件从轨道上用小车送入，根据不同尺寸整齐地装在料箱里。操作工人从小车上取下抽屉的两个旁板、前板、背板，摆放在开燕尾槽的机器上进行必要的加工。工人拿抽屉底板作为托盘，放上其它零件，这样他可以通过这个单元来完成整个抽屉盒的加工。
注意到这个制造单元中可能还有其它各种类型的机器，如果加工没有联合，或者零件没有预锯切，例如如果抽屉的底板或者旁板没有锯切到规格长度，在单元里也可以进行加工。在这个例子中，有些规格可能是顾客定制的，就需要利用其它单元里的截断锯来锯切。抽屉的滑轨也在这里装配，如果设计要求的话也可放到抽屉盒装配单元里完成该项作业，。
这个例子简单地说明了怎样设计一个制造单元来完成一组类似零件的加工，并且它们的加工程度可以不同，这就减少了不增值的生产活动。同时，它需要的场地较少。反之，如果各台机床单独排列，在生产时旁边都停放着运料小车，所占场地就要得较多，而这恰恰是现在许多工厂中的情况。家具工厂采用这种单元制造的方式和连续式的产品流水线，可以提高生产效率，比传统的制造方式要节约一半生产场地，而且从订货到供货的时间可大大缩短。
单元制造的另外一个重要特点是，缩短机床调整时间。所有的操作人员必须是多面手，具有对单元内各种类型机床进行调整的能力，而且能操作这些不同类型的机床。否则，当其中一人病了，会极大影响整个单元的生产效率。

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5 建立制造单元的20个基本步骤

第1步：选择你的项目团队，他们要理解你的努力。你在工厂里要有你的代表，部门经理、维修人员，尤其重要的是，要有操作工人。所有的团队成员必须能够接受变化的挑战。
第2步：选择适宜进行单元生产零件族或产品族。在单元里加工的产品族不能太宽泛，以致于过分复杂。如果是这种情况，则要设法如何使工件流取得平衡。
第3步：确定适合你的生产目标的产品族要求所必须的生产要求、加工机床和加工工序。如果合用的话应尽量利用工厂已有的机床和设备。
第4步：检查制造单元中的工具、所有的设备和机床的状况，对它们都要设立维修计划，对保证制造单元的正常运转这是一项十分必要的技术措施，它可以大大减少因机器故障而停工的时间。
第5步：评估质量要求，它们是制造单元必须符合的。上述的第3步和第4步工作对达到质量要求是至关重要的。
第6步：在零件族中去除一些尺寸大的和特殊的零件，因为这些零件在转变工序时将造成不必要的延误，也要尽可能地消除对其它可能造成制造单元加工瓶颈的约束条件。
第7步：对个人手工操作的标准、调机工序要制定规范，这些包括工艺的变更、机床调整等方面，将可以显著地减少工序转换所需要的时间。在流水式生产的制造单元中，不允许长时间调整机床。在制造单元投入运行以后，机床调整工作是不断进行的。
第8步：在工厂里选择团队感到合适的地方来布置制造单元，当试图要建立单元制造工厂时，要考虑在短期和长期里可能发生的问题。
第9步：清理生产场地并打扫干净，规划好每一个单元的位置，以保证空间能得到最佳的利用。要留有足够的通道使零件可以从制造单元中通畅地进出。
第10步：确定压缩空气、电源、照明进入的位置和通路，在一些特定情况下，设备必须能够移动，所以不要采用硬质的线、管。对某些产品族，可能要求不时地要移动机器的位置，所以要在这些机器的下方配有自锁的脚轮，这样能使制造单元更具有柔性。
第11步：制定工序变换时间表，这样对制造单元中需要移动机器和调整机器的情况，避免在生产中出现混乱。
第12步：确定全厂的生产计划和制造单元的加工进度，从简单的进度表开始
做起，然后逐渐地完善，使操作工人更加熟悉他的工作。
第13步：在生产效率没有比以前明显提高之前，要作好生产过程可能会出现
挫折的心理准备。
第14步：对制造单元的操作工人进行多方面的培训，要使他们理解在这种单
元里工作是要具备多项技能的。
第15步：提供工序变更所需要的工具，并把机器移动到位，对新的夹具、工
具或者快速调整机器所需的器具要配置到位。
第16步：制造单元开始运行时，要对其提供技术及其培训的支持。要关心操
作工人，不要让他们感到没有人支持。必须对他们提供充足的支持，让他们能顺利地过渡到单元制造这种新型的制造方式中去。
第17步：听取操作人员的反馈意见，允许制造单元慢慢地适应变化，以达到
第3、5、6步的要求。
第18步：为了表明制造单元是能够提高生产效率和获得经济效益的，应用规
范的方法来检测和评估制造单元的结果，并向其反馈这个结果。
第19步：不要对一开始出现的进步不大而泄气，持续地按照计划努力下去，
使制造单元的功能发挥出来，接着就会取得成功。
第20步：对制造单元的操作者和团队成员所取得的成绩要加以鼓励，工厂里其他的人员要与他们一齐分享成功的喜悦。
只要有适当的计划，把工厂里的生产方式转变到单元制造方式中来是完全可能的，不必花费过多的时间，所需要的时间甚至是以小时而不是以天来计，也不会影响到原来的生产秩序。

6 单元制造的优点

1）生产计划简单，而且便于控制；
2）材料搬运大为减少；
3）加工时间减少；
4）至少可节约40%的生产场地；
5）质量控制更好；
6）生产不会不足或过多；
7）产品成本较低；
8）向精益生产过渡的最佳途径。
7 竞争优势

奇怪的是，为什么许多小型的工厂不采用这种单元制造方式，其实并不是要在整个工厂里都用这种单元组合起来才能获得单元制造的好处。相反，任何一个较短的加工流程都可以采用这种方式，以尽量减少非增值加工的作业，减少加工时间，这将提高企业的竞争力。
再回到前文所说的这个亚洲的工厂，它可能具有廉价劳动力的优势，它不打算调度工人以提高效率，但是，这个公司的生产进度会受到影响，例如一天只能生产5个集装箱的产品。这个问题是所有人感到困扰的。你能想象所有的零件需要用吸泥泵把它们聚集起来，以清出这个工厂的通道吗？这些零件从什么地方送过来的？它们什么时候才能从眼门前搬走？需要多长时间才能把这些零件通过这个罗马军团式的工厂流程？一个星期？两个星期？四个星期？
这样，你也许会明白美国的零售商从中国或其他劳动力低成本的国家进货所需的时间是如此之长的道理了。不管你的木材加工业务是在这些国家还是在美国，你总得对顾客承担供货时间过长的责任，这就使你可以而且必须开发这种竞争优势，你的供货时间越短，你就有更多的机会。
这是一个好消息，不过现在也是一个坏消息。现在全世界的工厂都在想方设法与中国竞争，他们寻求解决问题的办法，他们也和你竞争来赢得客户。发展中国家也在利用精益制造技术，这才是美国家具业真正面临的威胁。
所以，现在对你来说是不是打算采用单元制造技术？先行动的人可能会使他的产品更快地送到顾客手里，而且成本比人家更低。