快速切换( SMED )在空调制造厂的研究与应用

张智骞 熊江伟

摘要：在目前市场需求呈现规模扩张和品类个性化的冲击下，制造业面对的竞争压力愈发明显。且随着新时代自动化、信息化、大数据智能化等先进制造特征的兴起，更加促使制造业向转型升级不断进军。以空调制造业的控制器版块为例，从制约此单位效率的 SMT车间切换浪费为切入点，在 SMED快速换模的理念基础上，通过使用 IE分析工具对切换流程进行研究，提炼出一套多模组固定料站切换模型，同时结合自动化、信息化等智能制造技术引进，完成 SMT车间人力投入减少35人，日均产出点数提升18.29%，设备运行率提升15.46%，综合成本降低110.6万元/年的效益。成功推广应用至电子物料拣选版块，并开发信息化看板，夯实应用效益，再次证实“多模组固定料站”快速切换模型是典型小、多、高生产模式，具有可行性的解决方案。

关键词：SMED;信息化;自动化;智能化

中图分类号：TP23             文献标志码：A        文章编号：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

近年來空调市场需求规模持续快速增长，空调制造企业提产与扩产面临巨大的挑战。空调市场需求多样化、个性化导致订单结构复杂，对传统空调制造模式的快速响应能力提出更高的要求。同时随着自动化、信息化、大数据、智能化等技术工具快速发展，也给制造业升级带来新的动力。

本文以空调控制器部件组装厂 SMT车间快速切换改善为研究主体[1]，提出快速切换模型，并向前端电子物料拣选作业进行改善推广，同时结合信息化工具开发看板系统，实现快速切换信息化升级。

对企业产品订单及批量分析（PQ分析），批量大于50台订单数占比29.3%，产量占比92.8%，批量小于50台订单数占比70.7%，产量占比7.2%，呈现明显的“小、多、高”生产特点。进一步对小批量设备线体运行状态分析。其订单切换时间占比30.88%，平均每切换一次耗时25min ，接料上飞达、在线物料补接替换、等待过回流焊耗时长，切换瓶颈问题明显。

一般来说，快速切换（SMED）改善过程分为4步：（1） 梳理当前切换过程的全部信息，包括齐套准备工作、在线调试工作、首台检验工作;（2）区分切换过程的内部作业和外部作业;（3）分析内部作业中哪些作业可提前完成，将此部分剥离转化为外部作业;（4）优化改善缩短内外部作业时间，达到快速切换效果。基于以上快速换模理念，各行各业均立足于自身现状，分析并阐述符合其生产特点的快速切换解决方案，虽取得一定的应用效益，但总体推广性不足。

本文使用 IE 工具深入分析切换作业流程，识别作业浪费，区分内、外作业，进而结合快速换模方法，从计划排产、切换作业、信息化改善3个方面进行改善，提炼出空调控制器产品快速切换模型，并在前工序电子物料拣选作业进行验证，结合信息化工具开发快速拣选备料系统。整体实现 SMT车间人力投入减少25人，日均产出点数提升18.29%，设备运行率提升15.46%。以此项工作为基础，结合智能制造技术，推动智慧工厂建设[2]。

1 SMT切换流程

控制器分厂生产产品种类繁多、通用性低，包含商用主板、商用电器盒、家用主板、家用电器盒、遥控器、显示器、窗机电控等一系列控制器部件，整体呈现“小多高”的生产形势。基于产品订单 P-Q分析，根据不同产品结构，兼顾各产线设备性能，优化设备车间排产策略[2]。同时对小批量线体换线作业流程进行分析，开展 SMED快速换线研究[3-6]。

1.1 SMT全流程切换作业

通过大数据分析发现，批量小于50台订单数占比70.7%，产量占比仅7.2%，生产过程切换次数多，快速切换研究迫在眉睫。进一步利用 IE 改善思想对切换全过程进行人机作业分析[7]，如表1所示。切换过程主要分为产前齐套准备、程序切换、物料切换、钢网切换、设备调试、首检核对等环节。其中外部作业为产前准备工作;内部作业为停机调程序、物料准备、物料切换、更换飞达台车、首检核对等作业。调查发现、因各产品贴装程序差异，其内部切换作业中按照料表备料、物料飞达组装、飞达台车组装、补接料、物料扫描等作业需按照串行模式完成，物料切换全过程约占整体切换的80%，为主要的切换瓶颈点，因此针对 SMT物料切换环节进行重点改善。

1.2 SMT物料切换作业

物料差异化分析，锁定切换物料。以两款主板 A、B 为例，通过对比其物料明细，区分这两款主板的共用物料和差异物料，如图1所示，模型中斜线阴影为共用物料，网格阴影为 A 板专用物料，散点阴影为 B 板专用物料。即锁定切换物料为 A 板与 B 板的差异化物料。

模拟由主板 A 转主板 B 生产的切换过程如下。

（1） 下主板 B 不需要的差异化物料，即拆除主板 A 的专用物料，图 2所示为拆下网格阴影物料。

（2） 将未拆除的物料（通用物料）按照主板 B 的站位重排，图 3所示为斜线阴影站位重排。

（3） 将主板 B 的专用物料安装至对应站位，图 4所示中三点阴影站位安装，完成物料切换。

综上所述，SMT换线时的物料切换作业主要有两部分：替换两个产品的差异化物料;重排两个产品通用化物料的位置。

通过以上流程分析，决定基于 SMED原理进行小批量多模组定位定站改善研究。在以往快速切换“线内、線外”工序剥离改善思路的基础上，以“不切换、少切换”为研究对象，结合“变有为无，变慢为快”的新理念，利用空调产品共有物料的特性以及设备料站的特点，运用大数据的分析方法，在排查策略优化的前提下，完成同线体产品固定料站的数据库建立，实现变革性的快速切换模式。

1.3 SMT多模组定位定站方法

SMT多模组定位定站改善思路与方法：通过对小批量产品物料种类进行大数据分析，筛选高频通用物料，增加设备模组以从硬件上匹配常用物料站位需求，同步根据频次分析从程序上进行物料站位固定优化。通过“硬件匹配+软件优化”组建 SMT多模组/多站位小批量专线，实现以下目标：相似功能/工艺产品小批量订单剥离集中生产;小批量订单高频通用物料一次齐套装满以消除物料切换;物料按频次分析进行站位固定优化，消除同物料在不同订单上站位切换。

通过物料切换模拟，再结合切换流程分析，提出多模组固定站位模型（图5）。将通用物料按照一定顺序排布，作为固定站位布置，切换过程中只需要增加或者切换对应产品的专属物料即可，消除通用物料的位置重排时间，提高换线效率。

1.4 方案设计

完成切换过程改善模型——多模组固定站位模型的建立后，需结合实际产品物料种类、料站优化、模组配置的分析，制定具体的实施方案。

（1） 产品功能相似分类：对控制器进行产品分类：变频主板、内机主板、遥控器、显示器等，分析显示功能相似常用物料相似。

（2） 高频通用物料分析：统计同类产品编码和产量，分析下层物料（图6）。选重点进行开展验证，切换最耗时间的变频主板。

（3） 固定物料选型：根据料站特点、物料种类、飞达型号等，模拟分析出一定数量的共有贴片物料，作为基本固定物料。

（4） 模组需求匹配及定位定站标准：对基本物料在设备上料站、吸嘴的最佳位置和匹配关系的效率最大化研究，固定出共有物料站位模板。

2 实施应用

2.1 实施方案

2.1.1 多模组固定站位优化及生产平衡精益化研究

SMT多模组固定料站的应用不仅需要攻克多模组硬件改造、固定站位编程软件优化两项技术改善，还要关注贴片单工序模组平衡及 SMT整线平衡率两点运营指标提升。

以物料种类最多的变频主板为例，经过对 SMT物料使用频次大数据分析，共排查542款产品，合计贴片物料391种;其中513款产品可控制切换物料10个以内，占比95%。基于以上分析，需调整设备线体配置，由原来的 2个模组增加至 4个模组，以满足34005600000133、34005600000174、34005600000346等365种固定料站的站位需求。

除了硬件改造，同时需要重新编程贴片程序，配合固定料站实现少切换的效益。改善前需要根据不同产品的贴片程序，调整常用物料的顺序;改善后，根据固定料站编制贴片程序，如：  300001060773SZ-M、300027062140SZ-M、300027061985SZ-M 等，消除产品切换时常用物料的顺序调整浪费。

其中配合设备运行率研究（图7），应用二合一上板机替代单一叠板机或上板机，消除人工上板瓶颈;重点通过对 SMT设备模组间作业时间分析，通过程序优化调整与实验验证，逐步推进大批量机型进行程序优化，提升模组间平衡;利用 IE 思想进行全流程瓶颈改善，实现生产精益化[8-9]。

通过设备模组固定站位优化，消除切换过程在线备料、补接料的作业，是设备车间实现快速切换的关键点。为打造具有精益化、少人化、智能化特色的标杆工厂，进一步研究高效生产方式，导入智能仓储管理系统[11]等信息化、自动化技术也是重中之重[10]。通过信息化技术与手段的引入与应用，对生产底层的生产数据及相应的参数、进度、物流等进行信息监控和集控管理，进而实现 SMT车间的智能化生产[12]。

2.1.2 改善效果

根据以上思路，结合控制器产品 PQ分析，进行全版块产品多模组固定站位台车设立。完成商用变频主板、家用变频主板产品1302个编码，PCB板365款，下层贴片物料种类520种，其中已实现979个编码，PCB板199款，零切换生产，产量占比达到主力产品的82%。

控制器分厂 SMT车间利用 SMED快速切换理念建立多模组固定站位快速切换模型，结合精益管理思想，应用 IE、信息化、自动化工具，实现 SMT少人化生产，提升车间“分分钟”综合管理水平。其中人力投入减少35人，日均产出点数提升18.29%，设备运行率提升15.46%，综合成本降低110.6万元/年。

2.2 SMT快速切换模型向物料齐套拣选推广应用

设备车间多模组固定站位切换模型主要理念，通过对小批量产品物料种类进行大数据分析，筛选高频通用物料，结合信息化技术，实现不同类别产品少切换、同类别产品快切换的目的。进而研究备料版块作业发现，以上理念可同步应用。

备料版块改善前物料齐套流程为：按照“总装订单”备料，一个订单多种物料按需备料，再经过一次齐套上线;同种物料重复性拣选，工作量大，效率低下。且主板车间每次切换也需要将所有物料再次拆包分配至岗位，切换时间长。综上，备料版块齐套效率低，常因保障能力不足造成主板线点停等低效影响;主板车间切换时间长，尤其小批量重点班组，单班切换次数达40余次，班组产能无法保证最大化。

如图8所示，4个订单为同款 PCB板，逐个进行物料拣選，A 订单需拣选7次，B 订单需拣选6次，C订单需拣选7次，D 订单需拣选8次，共需拣选备料28次。从以上同 PCB订单物料分析可看出，物料拣选模式为逐个订单串行备料，相比 SMT的逐个编码替换调整所有物料的换线过程，两者都存在对相同物料进行重复工作的浪费，有着异曲同工之处。因此可设想，是否可对 HI 产品进行物料差异性分析，研究基于固定料站快速切换模型（图9）的高效合并备料模式。

经过对产品 HI 物料进行分析，如图10所示，PCB的4个订单都具有共同物料 a、b、c、d、j ，即 a、b、c、 d、j为高频通用物料，剩余的 e、f、h为各自订单的专用物料。如图11所示，按照固定料站模型，可将高频通用物料 a、b、c、d、j合并一次拣选，再区分各编码差异化物料拣选，可大幅度减少物料齐套拣选次数，提高物料齐套保障能力。

综上所述，通过物料差异化分析，区分通用化物料与专用物料，按照通用物料合并拣选，由原来20次减少至5次，专用物料次数不变的情况下，总备料次数由原来28次减少至13次，提效约35%。对于越复杂的的产品，按 PCB合并备料效益越显著。

2.3 SMT快速切换模型向物料齐套拣选推广应用

目前分厂内执行计划需根据总装3天确认计划及物料齐套情况滚动编制，指导当班次晚班和次日白班执行生产任务。其中由总装订单分解至分厂订单，由订单量结合产品 BOM ，生成物料需求，全流程为人工分析、人工排产。备料班属于生产环节最前端工序，需要根据生产计划指导，形成自身的物料拣选计划，按照物料种类，向各拣选岗位下达拣选任务，并行备料后，进行齐套确认上线。

在使用以上按 PCB合并备料的模式下，需人工分析每天需要执行的备料计划，按照 PCB逐个分析订单高频通用物料和专用物料，进行拣选数量合并，形成新的高效备料计划，再由备料系统生成各岗位的备料任务，完成齐套拣选。