山高刀具：制造商如何在按時(shí)交貨與盈利需求之間取得良好的平衡？

加工車間力求以最高效的方式交付滿足客戶質(zhì)量要求的零件。傳統(tǒng)上，制造企業(yè)以投資回報(bào)率來(lái)衡量效率。衡量成功的標(biāo)準(zhǔn)是持續(xù)不斷地加工成千上萬(wàn)的零件，并且保持一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)床的穩(wěn)定產(chǎn)量。如果滿足這些條件，那么制造零件的機(jī)床被認(rèn)為是高效的。

如今，制造商越來(lái)越多地執(zhí)行多品種/小批量的生產(chǎn)方案來(lái)滿足各種不同的客戶需求。批次大小可能從數(shù)百件到數(shù)件不等。然而，即使車間的所有機(jī)床日夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，客戶仍可能需要排起長(zhǎng)龍，翹首以待他們訂購(gòu)的零件。大批量生產(chǎn)策略與小批量生產(chǎn)方案的靈活性和復(fù)雜計(jì)劃要求相矛盾。

在當(dāng)前的制造環(huán)境中，生產(chǎn)效率意味著在以下兩方面之間實(shí)現(xiàn)靈活的平衡：最大限度提高產(chǎn)量與按時(shí)履行各種不同的個(gè)體客戶訂單。理想結(jié)果為：按時(shí)交貨，客戶滿意。

質(zhì)量控制

在平衡產(chǎn)量和需求的同時(shí)，制造商必須確保產(chǎn)品質(zhì)量。處理質(zhì)量不合格的零件將會(huì)打亂生產(chǎn)計(jì)劃，耗費(fèi)時(shí)間和金錢，并且造成交貨延期。無(wú)序的生產(chǎn)計(jì)劃會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)停工，機(jī)床閑置，同時(shí)為了處理停工所造成的不可預(yù)見的問題，車間的勞動(dòng)力成本也會(huì)成倍增加。

制造業(yè)的工件質(zhì)量一般是指滿足零件尺寸和表面粗糙度要求。質(zhì)量的另一種衡量標(biāo)準(zhǔn)，即按時(shí)交貨，可以稱為“流程質(zhì)量”。制造商必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)流程，確保計(jì)劃的生產(chǎn)時(shí)間足以完成工作，并在承諾的期限內(nèi)將產(chǎn)品交付給客戶。

效率的核心

如果用基本生物學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述制造效率，那么任何生產(chǎn)作業(yè)的核心（心臟）都是加工流程。

在制造業(yè)，如果說(shuō)“心臟”是加工技術(shù)，那么“身體”就是包括工程、業(yè)務(wù)計(jì)劃和管理在內(nèi)的整個(gè)制造組織。組織的“大腦”是負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)所有要素的人員。然而，大腦不能簡(jiǎn)單地讓心臟加速跳動(dòng)，就像一個(gè)人不能僅僅通過(guò)認(rèn)為心跳會(huì)加快來(lái)控制自己的心跳一樣。同樣，從理性的角度來(lái)看，加工流程并非總是可控的。

在當(dāng)今的數(shù)字技術(shù)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 領(lǐng)域，人們（特別是年輕人）希望掌握有關(guān)控制加工流程的答案和明確規(guī)則。然而事實(shí)是，在許多情況下，并沒有合理的規(guī)則，人們必須接受、應(yīng)對(duì)和解決加工中出現(xiàn)的意外問題。

意外問題和技術(shù)不熟練的工人

在理想狀況下，車間工人擁有豐富的知識(shí)、技能和經(jīng)驗(yàn)來(lái)處理加工流程中出現(xiàn)的意外問題。然而，許多車間管理人員表示很難去培養(yǎng)一支技術(shù)精湛的員工隊(duì)伍。盡管培訓(xùn)可以彌補(bǔ)技術(shù)工人的知識(shí)短缺，但員工缺乏學(xué)習(xí)新技能的積極心態(tài)，因此這類培訓(xùn)常常徒勞無(wú)功。車間管理人員反映，員工往往認(rèn)為自己掌握的技能足以應(yīng)對(duì)工作，不需要額外的培訓(xùn)。

總制造時(shí)間

分析車間的效率并消除浪費(fèi)通?？梢垣@得額外的加工時(shí)間，從而更靈活、更快地響應(yīng)客戶的需求。制造一個(gè)零件所需的總時(shí)間是許多環(huán)節(jié)的總和，包括實(shí)際加工時(shí)間、刀具裝卸、工件操控、質(zhì)量檢查、計(jì)劃外問題、等待過(guò)程、管理任務(wù)等等。

有些環(huán)節(jié)是必不可少的，例如換刀和工件操控。除了必要的流程外，車間還需要花時(shí)間處理不可預(yù)見的情況，例如生產(chǎn)計(jì)劃變更、質(zhì)量問題和等待缺少的刀具或工件材料。

在一份案例中，一個(gè)車間審查了加工某個(gè)零件所涉及的許多不同環(huán)節(jié)，以確定每個(gè)環(huán)節(jié)消耗的時(shí)間量（圖 3）。實(shí)際加工時(shí)間占總生產(chǎn)時(shí)間的 15%，機(jī)床裝夾和等待過(guò)程消耗了四分之一的時(shí)間，而計(jì)劃外問題，例如缺少或延遲獲取刀具或?yàn)榍宄^(guò)長(zhǎng)的切屑而停工，則占 25% 的時(shí)間。通過(guò)減少計(jì)劃外問題、機(jī)床裝夾時(shí)間、刀具裝卸、等待和管理所需的時(shí)間，實(shí)際加工時(shí)間增加到總時(shí)間的 50%（圖 4）。增加的時(shí)間為車間提供了更大的靈活性，可使加工操作與客戶的具體作業(yè)要求相匹配。

 

省時(shí)措施的不可預(yù)見影響

在進(jìn)行與上述類似的省時(shí)調(diào)查后，另一個(gè)車間把主軸有效切削零件的時(shí)間延長(zhǎng)了三倍。不過(guò)，該車間發(fā)現(xiàn)，零件產(chǎn)量并沒有得到三倍的回報(bào)。

通過(guò)進(jìn)一步的研究，車間發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致該現(xiàn)象的一些問題。一個(gè)主要問題是，原來(lái)的加工時(shí)間包括機(jī)外去毛刺。省時(shí)措施指出，在機(jī)床本身上可以更高效地去毛刺。但是，當(dāng)把機(jī)外去毛刺作業(yè)移到機(jī)床上執(zhí)行時(shí)，主軸的整體運(yùn)行時(shí)間因執(zhí)行去毛刺作業(yè)而增加了。這種情況表明，在一個(gè)方面節(jié)省時(shí)間可能會(huì)導(dǎo)致在另一個(gè)方面增加時(shí)間消耗，或?qū)е滦曙@著下降。

因此必須考慮與整個(gè)制造流程相關(guān)的操作變化。這是一個(gè)難以達(dá)成的平衡，除了盡可能有效地利用可用的時(shí)間外，沒有任何通用的規(guī)則。

改變計(jì)劃

要實(shí)現(xiàn)出色的效率和靈活性，需要不斷地適應(yīng)日益變化的生產(chǎn)需求。改變通常源于外部因素，例如客戶修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)或更改所需的零件數(shù)量。制造車間必須根據(jù)需要改變自身的計(jì)劃，但這可能會(huì)擾亂車間的整體計(jì)劃，導(dǎo)致生產(chǎn)混亂無(wú)序，進(jìn)而引發(fā)更嚴(yán)重的生產(chǎn)中斷。

當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃混亂無(wú)序時(shí)，一些車間會(huì)隨意地安排工件加工，他們?cè)谌魏慰捎玫臋C(jī)床上開展生產(chǎn)，并造成諸多問題。這種情況會(huì)變成惡性循環(huán)。一旦出現(xiàn)計(jì)劃問題，它們便會(huì)像病毒一樣蔓延。輕微的干擾很快就會(huì)演變成嚴(yán)重的混亂。就像人體病毒一樣，這種破壞是難以解決的。

備用產(chǎn)能選項(xiàng)

有效提高車間效率和靈活性的一種方法是增加備用加工產(chǎn)能。備用產(chǎn)能的概念對(duì)于大多數(shù)車間來(lái)說(shuō)是陌生的，車間的財(cái)務(wù)部門可能會(huì)支持投資新的加工產(chǎn)能，但要求新的設(shè)備不能閑置。他們把機(jī)床視為一兩百萬(wàn)歐元（或美元）的投資，無(wú)法容忍斥巨資采購(gòu)的設(shè)備只是作為備用產(chǎn)能，并且這些設(shè)備可能會(huì)閑置不用，只是偶爾投入生產(chǎn)。但實(shí)際上，備用產(chǎn)能確實(shí)起到了一些重要的作用：確保讓客戶滿意。這是一種有用的備份，可以提高車間的靈活性，并且便于車間處理一些不可預(yù)見的問題。

某些情況下，車間會(huì)使用自身的設(shè)備，而不是購(gòu)買備用機(jī)床，直到車間因不堪重負(fù)而求助于分包商。但是，如果該分包商同樣面臨工作量過(guò)大、人員不足的問題，那么責(zé)任就會(huì)轉(zhuǎn)移到另一方。由于購(gòu)買的設(shè)備最多就是偶爾使用一下，因此很難說(shuō)服車間建立備用產(chǎn)能。

長(zhǎng)交貨期 VS 按時(shí)交貨

按時(shí)交貨的壓力可能會(huì)增加實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間。如果在正常條件下完成一份制造訂單需要一周的時(shí)間，但客戶希望得到按時(shí)交貨的絕對(duì)保證，那么車間可能規(guī)定提前兩周交貨，以提供時(shí)間緩沖。另一種情況是，如果客戶要求車間在某個(gè)日期之前提供一個(gè)成品工件，車間可能會(huì)啟動(dòng)兩個(gè)工件的生產(chǎn)，以備在第一個(gè)工件出現(xiàn)意外情況時(shí)使用第二個(gè)工件。這些臨時(shí)做法無(wú)謂地消耗了生產(chǎn)時(shí)間且增加了費(fèi)用，并且導(dǎo)致實(shí)際交貨時(shí)間越出了正常交貨時(shí)間。

多功能方案

另一種可以提高車間效率和靈活性的方法是，采用多功能機(jī)床和托盤共用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，不過(guò)這種方法成本較高。車間可以快速地將自動(dòng)化單元從一個(gè)作業(yè)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)作業(yè)，并使用托盤來(lái)構(gòu)建和存儲(chǔ)未來(lái)的裝夾工具?？梢試@一臺(tái)多功能機(jī)床構(gòu)建此類系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多個(gè)工件托盤包圍，并附有一個(gè)包含多種刀具的刀具庫(kù)，并且所有工作都由一個(gè)機(jī)械手完成。在這種配置中，白班工人可以裝夾用于加工各種零件的機(jī)床和托盤，而夜班工人可以生產(chǎn)這些零件。然而，這種解決方案有些昂貴，并非每家公司都能負(fù)擔(dān)得起。

多功能方案的障礙

多功能方案在組織方面的障礙是工廠通常僅會(huì)根據(jù)功能來(lái)安排機(jī)床，例如建立單獨(dú)的銑削部門、車削部門等。在許多情況下，最好將機(jī)床安排到多個(gè)制造單元內(nèi)，使得每組機(jī)床都具有某些加工能力，適合加工一組或一系列特定的工件。簡(jiǎn)單地按功能對(duì)機(jī)床分組也有助于車間工人（例如車床操作工或銑床操作工）以有限的方式描述自己的加工。培訓(xùn)操作工時(shí)，應(yīng)著眼于多重任務(wù)的培訓(xùn)，讓其能夠操作不同類型的機(jī)床，從而使車間可以靈活地平衡自身的內(nèi)在產(chǎn)能問題。

總結(jié)

要提升當(dāng)今制造業(yè)的效率，除了尋找最佳的零件加工方法外，還應(yīng)高度重視客戶滿意度。制造商必須始終致力于在按時(shí)交貨與盈利需求之間取得良好的平衡。除了優(yōu)化加工操作外，制造商還應(yīng)注意零件和工藝質(zhì)量等問題，從整個(gè)制造企業(yè)的角度進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃，并持續(xù)分析消耗加工時(shí)間的因素，從而大幅度增加零件的加工時(shí)間，提高靈活性和效率。