快速切換( SMED )在空調(diào)制造廠的研究與應(yīng)用

張智騫 熊江偉

摘要：在目前市場(chǎng)需求呈現(xiàn)規(guī)模擴(kuò)張和品類(lèi)個(gè)性化的沖擊下，制造業(yè)面對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)壓力愈發(fā)明顯。且隨著新時(shí)代自動(dòng)化、信息化、大數(shù)據(jù)智能化等先進(jìn)制造特征的興起，更加促使制造業(yè)向轉(zhuǎn)型升級(jí)不斷進(jìn)軍。以空調(diào)制造業(yè)的控制器版塊為例，從制約此單位效率的 SMT車(chē)間切換浪費(fèi)為切入點(diǎn)，在 SMED快速換模的理念基礎(chǔ)上，通過(guò)使用 IE分析工具對(duì)切換流程進(jìn)行研究，提煉出一套多模組固定料站切換模型，同時(shí)結(jié)合自動(dòng)化、信息化等智能制造技術(shù)引進(jìn)，完成 SMT車(chē)間人力投入減少35人，日均產(chǎn)出點(diǎn)數(shù)提升18.29%，設(shè)備運(yùn)行率提升15.46%，綜合成本降低110.6萬(wàn)元/年的效益。成功推廣應(yīng)用至電子物料揀選版塊，并開(kāi)發(fā)信息化看板，夯實(shí)應(yīng)用效益，再次證實(shí)“多模組固定料站”快速切換模型是典型小、多、高生產(chǎn)模式，具有可行性的解決方案。

關(guān)鍵詞：SMED;信息化;自動(dòng)化;智能化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP23???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A??????? 文章編號(hào)：1009-9492（2021）12-0183-04

Research and Application of Rapid Switching （SMED） in Air Conditioning Factory

Zhang Zhiqian ，Xiong Jiangwei

（Zhuhai Gree Electric Appliance Co.， Ltd.， Zhuhai， Guangdong 519000， China）

Abstract： Under the impact of scale expansion and category personalization of current market demand， the competitive pressure faced by the manufacturing industry is becoming more and more obvious. Moreover， with the rise of advanced manufacturing features such as automation， informatization and big data intelligence in the new era， the manufacturing industry continues to march towards transformation and upgrading. Taking the controller section of air conditioning manufacturing industry as an example， starting from the switching waste of SMT workshop which restricts the efficiency of the unit， based on the concept of smed rapid die change， a set of multi-mode group fixed material station switching model was extracted by using IE analysis tool， and combined with the introduction of intelligent manufacturing technologies such as automation and informatization. The SMT workshop has achieved the benefits of reducing the manpower input by 35 people， increasing the average daily output points by 18.29%， increasing the equipment operation rate by 15.46%， and reducing the comprehensive cost by 1 106 000 RMB/year. It has been successfully applied to the electronic material picking section， developed the information display panel consolidated the application benefits， and once again confirmed that the "multi-mode group fixed material station" fast switching model is a typical small， multi and high production mode and has a feasible solution.

Key words： SMED; informatization; automation; intelligent

0 引言

近年來(lái)空調(diào)市場(chǎng)需求規(guī)模持續(xù)快速增長(zhǎng)，空調(diào)制造企業(yè)提產(chǎn)與擴(kuò)產(chǎn)面臨巨大的挑戰(zhàn)。空調(diào)市場(chǎng)需求多樣化、個(gè)性化導(dǎo)致訂單結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)制造模式的快速響應(yīng)能力提出更高的要求。同時(shí)隨著自動(dòng)化、信息化、大數(shù)據(jù)、智能化等技術(shù)工具快速發(fā)展，也給制造業(yè)升級(jí)帶來(lái)新的動(dòng)力。

本文以空調(diào)控制器部件組裝廠 SMT車(chē)間快速切換改善為研究主體[1]，提出快速切換模型，并向前端電子物料揀選作業(yè)進(jìn)行改善推廣，同時(shí)結(jié)合信息化工具開(kāi)發(fā)看板系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速切換信息化升級(jí)。

對(duì)企業(yè)產(chǎn)品訂單及批量分析（PQ分析），批量大于50臺(tái)訂單數(shù)占比29.3%，產(chǎn)量占比92.8%，批量小于50臺(tái)訂單數(shù)占比70.7%，產(chǎn)量占比7.2%，呈現(xiàn)明顯的“小、多、高”生產(chǎn)特點(diǎn)。進(jìn)一步對(duì)小批量設(shè)備線體運(yùn)行狀態(tài)分析。其訂單切換時(shí)間占比30.88%，平均每切換一次耗時(shí)25min ，接料上飛達(dá)、在線物料補(bǔ)接替換、等待過(guò)回流焊耗時(shí)長(zhǎng)，切換瓶頸問(wèn)題明顯。

一般來(lái)說(shuō)，快速切換（SMED）改善過(guò)程分為4步：（1） 梳理當(dāng)前切換過(guò)程的全部信息，包括齊套準(zhǔn)備工作、在線調(diào)試工作、首臺(tái)檢驗(yàn)工作;（2）區(qū)分切換過(guò)程的內(nèi)部作業(yè)和外部作業(yè);（3）分析內(nèi)部作業(yè)中哪些作業(yè)可提前完成，將此部分剝離轉(zhuǎn)化為外部作業(yè);（4）優(yōu)化改善縮短內(nèi)外部作業(yè)時(shí)間，達(dá)到快速切換效果。基于以上快速換模理念，各行各業(yè)均立足于自身現(xiàn)狀，分析并闡述符合其生產(chǎn)特點(diǎn)的快速切換解決方案，雖取得一定的應(yīng)用效益，但總體推廣性不足。

本文使用 IE 工具深入分析切換作業(yè)流程，識(shí)別作業(yè)浪費(fèi)，區(qū)分內(nèi)、外作業(yè)，進(jìn)而結(jié)合快速換模方法，從計(jì)劃排產(chǎn)、切換作業(yè)、信息化改善3個(gè)方面進(jìn)行改善，提煉出空調(diào)控制器產(chǎn)品快速切換模型，并在前工序電子物料揀選作業(yè)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)合信息化工具開(kāi)發(fā)快速揀選備料系統(tǒng)。整體實(shí)現(xiàn) SMT車(chē)間人力投入減少25人，日均產(chǎn)出點(diǎn)數(shù)提升18.29%，設(shè)備運(yùn)行率提升15.46%。以此項(xiàng)工作為基礎(chǔ)，結(jié)合智能制造技術(shù)，推動(dòng)智慧工廠建設(shè)[2]。

1 SMT切換流程

控制器分廠生產(chǎn)產(chǎn)品種類(lèi)繁多、通用性低，包含商用主板、商用電器盒、家用主板、家用電器盒、遙控器、顯示器、窗機(jī)電控等一系列控制器部件，整體呈現(xiàn)“小多高”的生產(chǎn)形勢(shì)。基于產(chǎn)品訂單 P-Q分析，根據(jù)不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，兼顧各產(chǎn)線設(shè)備性能，優(yōu)化設(shè)備車(chē)間排產(chǎn)策略[2]。同時(shí)對(duì)小批量線體換線作業(yè)流程進(jìn)行分析，開(kāi)展 SMED快速換線研究[3-6]。

1.1 SMT全流程切換作業(yè)

通過(guò)大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，批量小于50臺(tái)訂單數(shù)占比70.7%，產(chǎn)量占比僅7.2%，生產(chǎn)過(guò)程切換次數(shù)多，快速切換研究迫在眉睫。進(jìn)一步利用 IE 改善思想對(duì)切換全過(guò)程進(jìn)行人機(jī)作業(yè)分析[7]，如表1所示。切換過(guò)程主要分為產(chǎn)前齊套準(zhǔn)備、程序切換、物料切換、鋼網(wǎng)切換、設(shè)備調(diào)試、首檢核對(duì)等環(huán)節(jié)。其中外部作業(yè)為產(chǎn)前準(zhǔn)備工作;內(nèi)部作業(yè)為停機(jī)調(diào)程序、物料準(zhǔn)備、物料切換、更換飛達(dá)臺(tái)車(chē)、首檢核對(duì)等作業(yè)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)、因各產(chǎn)品貼裝程序差異，其內(nèi)部切換作業(yè)中按照料表備料、物料飛達(dá)組裝、飛達(dá)臺(tái)車(chē)組裝、補(bǔ)接料、物料掃描等作業(yè)需按照串行模式完成，物料切換全過(guò)程約占整體切換的80%，為主要的切換瓶頸點(diǎn)，因此針對(duì) SMT物料切換環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)改善。

1.2 SMT物料切換作業(yè)

物料差異化分析，鎖定切換物料。以?xún)煽钪靼?A、B 為例，通過(guò)對(duì)比其物料明細(xì)，區(qū)分這兩款主板的共用物料和差異物料，如圖1所示，模型中斜線陰影為共用物料，網(wǎng)格陰影為 A 板專(zhuān)用物料，散點(diǎn)陰影為 B 板專(zhuān)用物料。即鎖定切換物料為 A 板與 B 板的差異化物料。

模擬由主板 A 轉(zhuǎn)主板 B 生產(chǎn)的切換過(guò)程如下。

（1） 下主板 B 不需要的差異化物料，即拆除主板 A 的專(zhuān)用物料，圖 2所示為拆下網(wǎng)格陰影物料。

（2） 將未拆除的物料（通用物料）按照主板 B 的站位重排，圖 3所示為斜線陰影站位重排。

（3） 將主板 B 的專(zhuān)用物料安裝至對(duì)應(yīng)站位，圖 4所示中三點(diǎn)陰影站位安裝，完成物料切換。

綜上所述，SMT換線時(shí)的物料切換作業(yè)主要有兩部分：替換兩個(gè)產(chǎn)品的差異化物料;重排兩個(gè)產(chǎn)品通用化物料的位置。

通過(guò)以上流程分析，決定基于 SMED原理進(jìn)行小批量多模組定位定站改善研究。在以往快速切換“線內(nèi)、線外”工序剝離改善思路的基礎(chǔ)上，以“不切換、少切換”為研究對(duì)象，結(jié)合“變有為無(wú)，變慢為快”的新理念，利用空調(diào)產(chǎn)品共有物料的特性以及設(shè)備料站的特點(diǎn)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)的分析方法，在排查策略?xún)?yōu)化的前提下，完成同線體產(chǎn)品固定料站的數(shù)據(jù)庫(kù)建立，實(shí)現(xiàn)變革性的快速切換模式。

1.3 SMT多模組定位定站方法

SMT多模組定位定站改善思路與方法：通過(guò)對(duì)小批量產(chǎn)品物料種類(lèi)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，篩選高頻通用物料，增加設(shè)備模組以從硬件上匹配常用物料站位需求，同步根據(jù)頻次分析從程序上進(jìn)行物料站位固定優(yōu)化。通過(guò)“硬件匹配+軟件優(yōu)化”組建 SMT多模組/多站位小批量專(zhuān)線，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：相似功能/工藝產(chǎn)品小批量訂單剝離集中生產(chǎn);小批量訂單高頻通用物料一次齊套裝滿(mǎn)以消除物料切換;物料按頻次分析進(jìn)行站位固定優(yōu)化，消除同物料在不同訂單上站位切換。

通過(guò)物料切換模擬，再結(jié)合切換流程分析，提出多模組固定站位模型（圖5）。將通用物料按照一定順序排布，作為固定站位布置，切換過(guò)程中只需要增加或者切換對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的專(zhuān)屬物料即可，消除通用物料的位置重排時(shí)間，提高換線效率。

1.4 方案設(shè)計(jì)

完成切換過(guò)程改善模型——多模組固定站位模型的建立后，需結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品物料種類(lèi)、料站優(yōu)化、模組配置的分析，制定具體的實(shí)施方案。

（1） 產(chǎn)品功能相似分類(lèi)：對(duì)控制器進(jìn)行產(chǎn)品分類(lèi)：變頻主板、內(nèi)機(jī)主板、遙控器、顯示器等，分析顯示功能相似常用物料相似。

（2） 高頻通用物料分析：統(tǒng)計(jì)同類(lèi)產(chǎn)品編碼和產(chǎn)量，分析下層物料（圖6）。選重點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)展驗(yàn)證，切換最耗時(shí)間的變頻主板。

（3） 固定物料選型：根據(jù)料站特點(diǎn)、物料種類(lèi)、飛達(dá)型號(hào)等，模擬分析出一定數(shù)量的共有貼片物料，作為基本固定物料。

（4） 模組需求匹配及定位定站標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)基本物料在設(shè)備上料站、吸嘴的最佳位置和匹配關(guān)系的效率最大化研究，固定出共有物料站位模板。

2 實(shí)施應(yīng)用

2.1 實(shí)施方案

2.1.1 多模組固定站位優(yōu)化及生產(chǎn)平衡精益化研究

SMT多模組固定料站的應(yīng)用不僅需要攻克多模組硬件改造、固定站位編程軟件優(yōu)化兩項(xiàng)技術(shù)改善，還要關(guān)注貼片單工序模組平衡及 SMT整線平衡率兩點(diǎn)運(yùn)營(yíng)指標(biāo)提升。

以物料種類(lèi)最多的變頻主板為例，經(jīng)過(guò)對(duì) SMT物料使用頻次大數(shù)據(jù)分析，共排查542款產(chǎn)品，合計(jì)貼片物料391種;其中513款產(chǎn)品可控制切換物料10個(gè)以?xún)?nèi)，占比95%?；谝陨戏治觯枵{(diào)整設(shè)備線體配置，由原來(lái)的 2個(gè)模組增加至 4個(gè)模組，以滿(mǎn)足34005600000133、34005600000174、34005600000346等365種固定料站的站位需求。

除了硬件改造，同時(shí)需要重新編程貼片程序，配合固定料站實(shí)現(xiàn)少切換的效益。改善前需要根據(jù)不同產(chǎn)品的貼片程序，調(diào)整常用物料的順序;改善后，根據(jù)固定料站編制貼片程序，如：? 300001060773SZ-M、300027062140SZ-M、300027061985SZ-M 等，消除產(chǎn)品切換時(shí)常用物料的順序調(diào)整浪費(fèi)。

其中配合設(shè)備運(yùn)行率研究（圖7），應(yīng)用二合一上板機(jī)替代單一疊板機(jī)或上板機(jī)，消除人工上板瓶頸;重點(diǎn)通過(guò)對(duì) SMT設(shè)備模組間作業(yè)時(shí)間分析，通過(guò)程序優(yōu)化調(diào)整與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，逐步推進(jìn)大批量機(jī)型進(jìn)行程序優(yōu)化，提升模組間平衡;利用 IE 思想進(jìn)行全流程瓶頸改善，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)精益化[8-9]。

通過(guò)設(shè)備模組固定站位優(yōu)化，消除切換過(guò)程在線備料、補(bǔ)接料的作業(yè)，是設(shè)備車(chē)間實(shí)現(xiàn)快速切換的關(guān)鍵點(diǎn)。為打造具有精益化、少人化、智能化特色的標(biāo)桿工廠，進(jìn)一步研究高效生產(chǎn)方式，導(dǎo)入智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)[11]等信息化、自動(dòng)化技術(shù)也是重中之重[10]。通過(guò)信息化技術(shù)與手段的引入與應(yīng)用，對(duì)生產(chǎn)底層的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及相應(yīng)的參數(shù)、進(jìn)度、物流等進(jìn)行信息監(jiān)控和集控管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) SMT車(chē)間的智能化生產(chǎn)[12]。

2.1.2 改善效果

根據(jù)以上思路，結(jié)合控制器產(chǎn)品 PQ分析，進(jìn)行全版塊產(chǎn)品多模組固定站位臺(tái)車(chē)設(shè)立。完成商用變頻主板、家用變頻主板產(chǎn)品1302個(gè)編碼，PCB板365款，下層貼片物料種類(lèi)520種，其中已實(shí)現(xiàn)979個(gè)編碼，PCB板199款，零切換生產(chǎn)，產(chǎn)量占比達(dá)到主力產(chǎn)品的82%。

控制器分廠 SMT車(chē)間利用 SMED快速切換理念建立多模組固定站位快速切換模型，結(jié)合精益管理思想，應(yīng)用 IE、信息化、自動(dòng)化工具，實(shí)現(xiàn) SMT少人化生產(chǎn)，提升車(chē)間“分分鐘”綜合管理水平。其中人力投入減少35人，日均產(chǎn)出點(diǎn)數(shù)提升18.29%，設(shè)備運(yùn)行率提升15.46%，綜合成本降低110.6萬(wàn)元/年。

2.2 SMT快速切換模型向物料齊套揀選推廣應(yīng)用

設(shè)備車(chē)間多模組固定站位切換模型主要理念，通過(guò)對(duì)小批量產(chǎn)品物料種類(lèi)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，篩選高頻通用物料，結(jié)合信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)別產(chǎn)品少切換、同類(lèi)別產(chǎn)品快切換的目的。進(jìn)而研究備料版塊作業(yè)發(fā)現(xiàn)，以上理念可同步應(yīng)用。

備料版塊改善前物料齊套流程為：按照“總裝訂單”備料，一個(gè)訂單多種物料按需備料，再經(jīng)過(guò)一次齊套上線;同種物料重復(fù)性?huà)x，工作量大，效率低下。且主板車(chē)間每次切換也需要將所有物料再次拆包分配至崗位，切換時(shí)間長(zhǎng)。綜上，備料版塊齊套效率低，常因保障能力不足造成主板線點(diǎn)停等低效影響;主板車(chē)間切換時(shí)間長(zhǎng)，尤其小批量重點(diǎn)班組，單班切換次數(shù)達(dá)40余次，班組產(chǎn)能無(wú)法保證最大化。

如圖8所示，4個(gè)訂單為同款 PCB板，逐個(gè)進(jìn)行物料揀選，A 訂單需揀選7次，B 訂單需揀選6次，C訂單需揀選7次，D 訂單需揀選8次，共需揀選備料28次。從以上同 PCB訂單物料分析可看出，物料揀選模式為逐個(gè)訂單串行備料，相比 SMT的逐個(gè)編碼替換調(diào)整所有物料的換線過(guò)程，兩者都存在對(duì)相同物料進(jìn)行重復(fù)工作的浪費(fèi)，有著異曲同工之處。因此可設(shè)想，是否可對(duì) HI 產(chǎn)品進(jìn)行物料差異性分析，研究基于固定料站快速切換模型（圖9）的高效合并備料模式。

經(jīng)過(guò)對(duì)產(chǎn)品 HI 物料進(jìn)行分析，如圖10所示，PCB的4個(gè)訂單都具有共同物料 a、b、c、d、j ，即 a、b、c、 d、j為高頻通用物料，剩余的 e、f、h為各自訂單的專(zhuān)用物料。如圖11所示，按照固定料站模型，可將高頻通用物料 a、b、c、d、j合并一次揀選，再區(qū)分各編碼差異化物料揀選，可大幅度減少物料齊套揀選次數(shù)，提高物料齊套保障能力。

綜上所述，通過(guò)物料差異化分析，區(qū)分通用化物料與專(zhuān)用物料，按照通用物料合并揀選，由原來(lái)20次減少至5次，專(zhuān)用物料次數(shù)不變的情況下，總備料次數(shù)由原來(lái)28次減少至13次，提效約35%。對(duì)于越復(fù)雜的的產(chǎn)品，按 PCB合并備料效益越顯著。

2.3 SMT快速切換模型向物料齊套揀選推廣應(yīng)用

目前分廠內(nèi)執(zhí)行計(jì)劃需根據(jù)總裝3天確認(rèn)計(jì)劃及物料齊套情況滾動(dòng)編制，指導(dǎo)當(dāng)班次晚班和次日白班執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)。其中由總裝訂單分解至分廠訂單，由訂單量結(jié)合產(chǎn)品 BOM ，生成物料需求，全流程為人工分析、人工排產(chǎn)。備料班屬于生產(chǎn)環(huán)節(jié)最前端工序，需要根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃指導(dǎo)，形成自身的物料揀選計(jì)劃，按照物料種類(lèi)，向各揀選崗位下達(dá)揀選任務(wù)，并行備料后，進(jìn)行齊套確認(rèn)上線。

在使用以上按 PCB合并備料的模式下，需人工分析每天需要執(zhí)行的備料計(jì)劃，按照 PCB逐個(gè)分析訂單高頻通用物料和專(zhuān)用物料，進(jìn)行揀選數(shù)量合并，形成新的高效備料計(jì)劃，再由備料系統(tǒng)生成各崗位的備料任務(wù)，完成齊套揀選。