快速切換( SMED )在空調制造廠的研究與應用

張智騫 熊江偉

摘要：在目前市場需求呈現規模擴張和品類個性化的沖擊下，制造業面對的競爭壓力愈發明顯。且隨著新時代自動化、信息化、大數據智能化等先進制造特征的興起，更加促使制造業向轉型升級不斷進軍。以空調制造業的控制器版塊為例，從制約此單位效率的 SMT車間切換浪費為切入點，在 SMED快速換模的理念基礎上，通過使用 IE分析工具對切換流程進行研究，提煉出一套多模組固定料站切換模型，同時結合自動化、信息化等智能制造技術引進，完成 SMT車間人力投入減少35人，日均產出點數提升18.29%，設備運行率提升15.46%，綜合成本降低110.6萬元/年的效益。成功推廣應用至電子物料揀選版塊，并開發信息化看板，夯實應用效益，再次證實“多模組固定料站”快速切換模型是典型小、多、高生產模式，具有可行性的解決方案。

關鍵詞：SMED;信息化;自動化;智能化

中圖分類號：TP23???????????? 文獻標志碼：A??????? 文章編號：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

近年來空調市場需求規模持續快速增長，空調制造企業提產與擴產面臨巨大的挑戰。空調市場需求多樣化、個性化導致訂單結構復雜，對傳統空調制造模式的快速響應能力提出更高的要求。同時隨著自動化、信息化、大數據、智能化等技術工具快速發展，也給制造業升級帶來新的動力。

本文以空調控制器部件組裝廠 SMT車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進行改善推廣，同時結合信息化工具開發看板系統，實現快速切換信息化升級。

對企業產品訂單及批量分析（PQ分析），批量大于50臺訂單數占比29.3%，產量占比92.8%，批量小于50臺訂單數占比70.7%，產量占比7.2%，呈現明顯的“小、多、高”生產特點。進一步對小批量設備線體運行狀態分析。其訂單切換時間占比30.88%，平均每切換一次耗時25min ，接料上飛達、在線物料補接替換、等待過回流焊耗時長，切換瓶頸問題明顯。

一般來說，快速切換（SMED）改善過程分為4步：（1） 梳理當前切換過程的全部信息，包括齊套準備工作、在線調試工作、首臺檢驗工作;（2）區分切換過程的內部作業和外部作業;（3）分析內部作業中哪些作業可提前完成，將此部分剝離轉化為外部作業;（4）優化改善縮短內外部作業時間，達到快速切換效果?；谝陨峡焖贀Q模理念，各行各業均立足于自身現狀，分析并闡述符合其生產特點的快速切換解決方案，雖取得一定的應用效益，但總體推廣性不足。

本文使用 IE 工具深入分析切換作業流程，識別作業浪費，區分內、外作業，進而結合快速換模方法，從計劃排產、切換作業、信息化改善3個方面進行改善，提煉出空調控制器產品快速切換模型，并在前工序電子物料揀選作業進行驗證，結合信息化工具開發快速揀選備料系統。整體實現 SMT車間人力投入減少25人，日均產出點數提升18.29%，設備運行率提升15.46%。以此項工作為基礎，結合智能制造技術，推動智慧工廠建設[2]。

1 SMT切換流程

控制器分廠生產產品種類繁多、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、窗機電控等一系列控制器部件，整體呈現“小多高”的生產形勢?；诋a品訂單 P-Q分析，根據不同產品結構，兼顧各產線設備性能，優化設備車間排產策略[2]。同時對小批量線體換線作業流程進行分析，開展 SMED快速換線研究[3-6]。

1.1 SMT全流程切換作業

通過大數據分析發現，批量小于50臺訂單數占比70.7%，產量占比僅7.2%，生產過程切換次數多，快速切換研究迫在眉睫。進一步利用 IE 改善思想對切換全過程進行人機作業分析[7]，如表1所示。切換過程主要分為產前齊套準備、程序切換、物料切換、鋼網切換、設備調試、首檢核對等環節。其中外部作業為產前準備工作;內部作業為停機調程序、物料準備、物料切換、更換飛達臺車、首檢核對等作業。調查發現、因各產品貼裝程序差異，其內部切換作業中按照料表備料、物料飛達組裝、飛達臺車組裝、補接料、物料掃描等作業需按照串行模式完成，物料切換全過程約占整體切換的80%，為主要的切換瓶頸點，因此針對 SMT物料切換環節進行重點改善。

1.2 SMT物料切換作業

物料差異化分析，鎖定切換物料。以兩款主板 A、B 為例，通過對比其物料明細，區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，網格陰影為 A 板專用物料，散點陰影為 B 板專用物料。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 轉主板 B 生產的切換過程如下。

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

（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 的專用物料安裝至對應站位，圖 4所示中三點陰影站位安裝，完成物料切換。

綜上所述，SMT換線時的物料切換作業主要有兩部分：替換兩個產品的差異化物料;重排兩個產品通用化物料的位置。

通過以上流程分析，決定基于 SMED原理進行小批量多模組定位定站改善研究。在以往快速切換“線內、線外”工序剝離改善思路的基礎上，以“不切換、少切換”為研究對象，結合“變有為無，變慢為快”的新理念，利用空調產品共有物料的特性以及設備料站的特點，運用大數據的分析方法，在排查策略優化的前提下，完成同線體產品固定料站的數據庫建立，實現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：通過對小批量產品物料種類進行大數據分析，篩選高頻通用物料，增加設備模組以從硬件上匹配常用物料站位需求，同步根據頻次分析從程序上進行物料站位固定優化。通過“硬件匹配+軟件優化”組建 SMT多模組/多站位小批量專線，實現以下目標：相似功能/工藝產品小批量訂單剝離集中生產;小批量訂單高頻通用物料一次齊套裝滿以消除物料切換;物料按頻次分析進行站位固定優化，消除同物料在不同訂單上站位切換。

通過物料切換模擬，再結合切換流程分析，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，切換過程中只需要增加或者切換對應產品的專屬物料即可，消除通用物料的位置重排時間，提高換線效率。

1.4 方案設計

完成切換過程改善模型——多模組固定站位模型的建立后，需結合實際產品物料種類、料站優化、模組配置的分析，制定具體的實施方案。

（1） 產品功能相似分類：對控制器進行產品分類：變頻主板、內機主板、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：統計同類產品編碼和產量，分析下層物料（圖6）。選重點進行開展驗證，切換最耗時間的變頻主板。

（3） 固定物料選型：根據料站特點、物料種類、飛達型號等，模擬分析出一定數量的共有貼片物料，作為基本固定物料。

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

2 實施應用

2.1 實施方案

2.1.1 多模組固定站位優化及生產平衡精益化研究

SMT多模組固定料站的應用不僅需要攻克多模組硬件改造、固定站位編程軟件優化兩項技術改善，還要關注貼片單工序模組平衡及 SMT整線平衡率兩點運營指標提升。

以物料種類最多的變頻主板為例，經過對 SMT物料使用頻次大數據分析，共排查542款產品，合計貼片物料391種;其中513款產品可控制切換物料10個以內，占比95%?；谝陨戏治觯枵{整設備線體配置，由原來的 2個模組增加至 4個模組，以滿足34005600000133、34005600000174、34005600000346等365種固定料站的站位需求。

除了硬件改造，同時需要重新編程貼片程序，配合固定料站實現少切換的效益。改善前需要根據不同產品的貼片程序，調整常用物料的順序;改善后，根據固定料站編制貼片程序，如：? 300001060773SZ-M、300027062140SZ-M、300027061985SZ-M 等，消除產品切換時常用物料的順序調整浪費。

其中配合設備運行率研究（圖7），應用二合一上板機替代單一疊板機或上板機，消除人工上板瓶頸;重點通過對 SMT設備模組間作業時間分析，通過程序優化調整與實驗驗證，逐步推進大批量機型進行程序優化，提升模組間平衡;利用 IE 思想進行全流程瓶頸改善，實現生產精益化[8-9]。

通過設備模組固定站位優化，消除切換過程在線備料、補接料的作業，是設備車間實現快速切換的關鍵點。為打造具有精益化、少人化、智能化特色的標桿工廠，進一步研究高效生產方式，導入智能倉儲管理系統[11]等信息化、自動化技術也是重中之重[10]。通過信息化技術與手段的引入與應用，對生產底層的生產數據及相應的參數、進度、物流等進行信息監控和集控管理，進而實現 SMT車間的智能化生產[12]。

2.1.2 改善效果

根據以上思路，結合控制器產品 PQ分析，進行全版塊產品多模組固定站位臺車設立。完成商用變頻主板、家用變頻主板產品1302個編碼，PCB板365款，下層貼片物料種類520種，其中已實現979個編碼，PCB板199款，零切換生產，產量占比達到主力產品的82%。

控制器分廠 SMT車間利用 SMED快速切換理念建立多模組固定站位快速切換模型，結合精益管理思想，應用 IE、信息化、自動化工具，實現 SMT少人化生產，提升車間“分分鐘”綜合管理水平。其中人力投入減少35人，日均產出點數提升18.29%，設備運行率提升15.46%，綜合成本降低110.6萬元/年。

2.2 SMT快速切換模型向物料齊套揀選推廣應用

設備車間多模組固定站位切換模型主要理念，通過對小批量產品物料種類進行大數據分析，篩選高頻通用物料，結合信息化技術，實現不同類別產品少切換、同類別產品快切換的目的。進而研究備料版塊作業發現，以上理念可同步應用。

備料版塊改善前物料齊套流程為：按照“總裝訂單”備料，一個訂單多種物料按需備料，再經過一次齊套上線;同種物料重復性揀選，工作量大，效率低下。且主板車間每次切換也需要將所有物料再次拆包分配至崗位，切換時間長。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停等低效影響;主板車間切換時間長，尤其小批量重點班組，單班切換次數達40余次，班組產能無法保證最大化。

如圖8所示，4個訂單為同款 PCB板，逐個進行物料揀選，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訂單串行備料，相比 SMT的逐個編碼替換調整所有物料的換線過程，兩者都存在對相同物料進行重復工作的浪費，有著異曲同工之處。因此可設想，是否可對 HI 產品進行物料差異性分析，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。

經過對產品 HI 物料進行分析，如圖10所示，PCB的4個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，提高物料齊套保障能力。

綜上所述，通過物料差異化分析，區分通用化物料與專用物料，按照通用物料合并揀選，由原來20次減少至5次，專用物料次數不變的情況下，總備料次數由原來28次減少至13次，提效約35%。對于越復雜的的產品，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用

目前分廠內執行計劃需根據總裝3天確認計劃及物料齊套情況滾動編制，指導當班次晚班和次日白班執行生產任務。其中由總裝訂單分解至分廠訂單，由訂單量結合產品 BOM ，生成物料需求，全流程為人工分析、人工排產。備料班屬于生產環節最前端工序，需要根據生產計劃指導，形成自身的物料揀選計劃，按照物料種類，向各揀選崗位下達揀選任務，并行備料后，進行齊套確認上線。

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行的備料計劃，按照 PCB逐個分析訂單高頻通用物料和專用物料，進行揀選數量合并，形成新的高效備料計劃，再由備料系統生成各崗位的備料任務，完成齊套揀選。