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知識管理電子報【第218期】

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KM論壇


 以快速換模因應少量多樣生產模式-導入方式解說


中國生產力中心 陳泓賓 總監

一、前言
  近年全球化競爭與市場需求急遽變化,製造業只能配合客戶訂單轉變為短週期的生產模式,從而延伸出的彈性製造概念開始深植人心,對於「時間就是生產力」的製造商而言,縮短「必要卻沒生產力」的換模時間,就等於提高產量,再者當製造業已逐漸邁向「少量多樣」以市場為導向的生產模式,傳統企業用批量換取減少換模次數的生產模式,將使其庫存積壓及訂單準交問題更顯嚴重。
雖然換模這個動作本身沒有生產力,但卻是不可或缺的一環,若可導入快速換模,則可有效縮短機器換模設置、調整與時間,並進一步提升製程品質、減少庫存量、降低成本、延長模具壽命等諸多優點。尤其在短期交貨的生產趨勢下,如何縮短換模時間、同時確保操作安全,則成為企業競爭力的關鍵因素。
二、何謂快速換模
  換模時間是指前一產品產出完畢後,從停機開始,到下一產品的第一件產出合格品之間所耗費時間總合,亦為更換種類產品而未產出的時間區段。
  為了降低因換模所造成之等待時間的浪費,新鄉重夫(Shigeo Shingo)於1985 年提出了專對少量多樣、降低庫存、提高生產以因應市場需求的快速反映模式,則為快速換模(SMED)方法,其目的就是減少整備時間。
  運用SMED的方式,對整個換模過程分解並解析其作業流程來進行優化,經過反覆優化及測試,最終使得更換模具時間大幅縮短,提升換模效率,因此SMED是一種快速有效率的作業方法。
  而在導入SMED 法之前,先了解何謂內部作業及外部作業。
內部作業:在人員或機器停止生產之狀況下,才能做換模作業的動作,稱之為內部準備作業,例如:如拆卸模具、安裝模具、調整等時間。
外部作業:在人員或機器未停止生產之狀況下,而事前可做的做換模作業的動作,稱之為外部準備作業,例如:換模前的作業,包含準備物料、模具、使用工具等,而換模後的作業,包含收尾工作、換現場清理、模具入庫等。如下圖一所示。

圖一:換模作業時間內外部作業說明

圖一:換模作業時間內外部作業說明
  依上圖一再進行細部說明,於實際換模作業流程,可將換模時間拆為四部份組成:準備時間、換模作業時間、調整時間、整理時間;其中外部作業包含準備時間及整理時間,內部作業為換模作業時間及調整時間;如圖二所示。

圖二:實際換模作業流程

圖二:實際換模作業流程
  為了縮短換模時間,於導入 SMED 快速換模時,可掌握三大基本要點:
1. 將內部作業與外部作業做區分;
2. 盡可能將內部作業轉移到外部作業;
3. 改善降低內部作業與外部作業時間。
  如圖三所示,為運用上述三大基本要點,則需要充分了解換模工作內容、順序及要點,因此要從頭到尾完整觀察現況的換模作業,記錄作業人員在換模時間內的實際工作情況,包含每個動作花費時間;有了這些基本資料,才能進行研討解析,尋求合理的作業方法,並找到得以改善的細節,以充分發揮換模作業效率;接著進行三大基本要點之作業方法及導入工作的細步說明。

圖三:快速換模三大基本要點

圖三:快速換模三大基本要點

三、快速換模導入說明
  因快速換模是需以專案管理的團隊推動方式,進行作業優化,例如生產實際換線作業人員於操作及改善後的實際反饋、生技單位以治工具改善及硬體調整的技術支援、品質部門從生產品質良率進行檢核、勞動安全單位以生產及勞工安全做優先考量等,因此為將此專案順利進行,需結合各單位的專業能力,才能提高快速換模的導入成功率。
(一)成立專案小組及現況盤點
1. 成立換模改善小組

制定專案推動計畫與行程。培訓內部種子成員,協助專案推動,進行工作研究動作分析訓練,結合生產實務執行換模改善之應用。
小組成員由生產線課長、組長、技術員、備料員、倉管員、生管、品管、產品工程等相關人員組成,組長可由管理級幹部擔當,副組長由IE擔當。每週定期召開換模作業改善會議,檢討換模狀況,會議由組長主導,小組成員共同討論換模中發生的問題並提出改善對策。
2. 換模作業數據蒐集
從換模紀錄表,如表一所示(結合圖二做為觀念整合),量測並記錄作業時間,確保觀測時,進行換模作業人數和實際是相同的,並在觀測換模作業過程中,為前一產品產出完畢後,從停機開始,到下一產品的第一件產出合格品之間所需作業及時間。
依現況所評估的結果,做為目標設定之基礎;也可通過錄影方式,完整記錄活動的全部過程(建議不可中斷,以求歷程完整呈現),精確記錄在換模停機前後之工序內容如:模具種類、數量、標準、實際作業、人員移動及尋找等時間記錄,蒐集數據與檢視換模相關作業,並透過柏拉圖,如圖四所示,分析換模損失佔比較高的作業,做為首要改善的項目。

表一:換模記錄表

. 在訂閱制趨勢之下,鼓勵業者採用雲端解決方案
在訂閱制的趨勢之下,特別鼓勵業者採行雲端解決方案,將主動引介機械雲、雲市集之SAAS解方進行採購來減輕製造業者的負擔,另外也協助業者以最少資源來達到最大效益,以標準化的雲端解方與客製化系統來相互搭配加速智慧化的落實。
. 落實產業智機化,促進計畫內涵(4大元素)精煉
最後為了落實產業智機化:
供應鏈資訊串流部分,以往多數串流採供應鏈平台輸入或RPA轉入訂單委外加工資訊,目前有更多企業在SI陪同之下致力於推動更完整以及透明的資訊串接,引導更多以ODM思考的產品開發協作。
智慧機械部分,除了在成效追蹤我們看的到硬體部分的投資、AOI的檢測及機器人的持續投入之外,軟體在大數據分析、雲端運算等等的推動也是不遺餘力,未來將引導在自動化智慧化的解決方案與智慧機械元素強連結強化整合軟硬體能量。
人工智慧應用部分以往AI建模多應用於單點AOI檢測、排程、設備預保養,目前將以專項模型的優化以及AI應用層面擴散為目標,同時進行產線設備參數優化,進而提出管理對策,以及輔助決策品質,首先決策品質在國際物料採購以及跨廠產能配置兩項決策為目前企業最關注重點。
資安防護部分,廠商也在管理層資訊安全要求之下,強化落實軟體韌體以及組態與時俱進的更新,強化精實供應鏈的完整落實。
【參考資料】
. 智慧機械推動辦公室, 智慧機械產業推動策略
. 經濟部工業局, 111年度科技計畫執行成果摘要報告
. Acatech, Industrie 4.0 Maturity Index. Managing the Digital Transformation of Companies
. 每日頭條, 評測你的工業4.0|成熟度指數三部曲(完整篇)
. 經濟部工業局智慧機械, 產業聚落供應鏈數位串流暨AI應用計畫獲補助廠商資料

表一:換模記錄表

圖四:柏拉圖

圖四:柏拉圖
(二)改善作業
1. 內部作業轉移到外部作業
將上述現況盤點中的第2點換模作業數據蒐集的工作中,所觀測到的時間,進行內部與外部作業進行區分(如表一所示),再將整理、分類,計算各項目所佔的比例而按照大小順序排列。
將作業進行結構分類後,把換模作業以程序分析與方法研究,確定在停機前、後有哪些事情能提前做,從內部轉移到外部作業,這樣會較容易掌握需要改善重點,可以大幅縮短整體換模時間,獲得較高的改善成果。
2. 換模作業浪費分類
利用分組討論方式找出換模作業浪費,將原本一整體的換模問題,進行歸類,找出消除浪費的方法,另外,浪費並非使用一種方式或單一工具就可以全部檢出,而是必須結合不同的工具手法並將之建構成一套系統運作方能完備。
對內部的活動進行嚴格的檢查分析,以七大浪費架構為方法,識別改善的機會、小組成員集思廣益地討論創新改善的方法與構思(如表三所示)。
    表三:換模作業浪費分析

表三:換模作業浪費分析

3. 降低內部作業與外部作業時間
經過資料蒐集、記錄與分析實際換模時間並識別出問題與浪費後,從整體作業拆解模組項目,以準備浪費、更換浪費及調整浪費進行討論;並設定改善完成時間,如表四所示,訂定換模流程及推行細則等相關的文件資料,並將改善對策試運行到生產線中,並持續蒐集與記錄對策執行後的換模時間及其它問題點。
表四:換模作業浪費排除表

表四:換模作業浪費排除表

4. 成效追蹤與問題矯正
新方案導入生產線後,應對改善後的換模方法進行數據化的分析、檢討,驗證、確認改善效果,換言之,也就是重覆換模浪費分析、浪費排除及結合柏拉圖作整體性思考改善,而達到縮短換模時間的目標。
表五:持續優化盤點表

表五:持續優化盤點表

(三)標準建立
1. 作業標準化與防呆機制建立
新方案導入後,需建立完善管理流程、工具與表單標準化、確保物流與人在正確的時間配置到正確的位置,細化當前的標準化工作,並努力消除任何偏離標準的工作。並確保管理流程中,一旦錯誤發生,有相對應解決問題的流程,以確保根源應用防錯(poka-yoka)流程。
2. 持續改善與待解決問題盤點

不管任何專案的改善,降低人力成本、提高品質,增加產能創造利潤皆為其最終目標,進行持續改善。培訓的重要性以及培訓內容,是最重要的工作,故應對員工充分進行專業訓練,達到品質目標,依據生產現場幹部管理狀況,應用管理手法訓練與應用,如:5S、PSP、QC七手法、會議召開、報告技巧、現場教導、溝通協調、生產日報分析等。
3. 改善小組成果發表
將改善方案的思路、作法與改善成效藉由成果發表的方式,如表六所示;並水平展開至其它生產線,並制訂相關標準作業文件化,除維持作業之一致性外,並對流程實行監控,不間斷地研擬與彙報換模專案績效表現,以利持續改善。
表六:換模作業改善活動成果

表六:換模作業改善活動成果

四、結論
越來越多企業在導入智慧製造後,衍生出效益不彰的問題也逐漸浮現,原本導入智慧製造,就是期望增加生產效率、降低生產成本以及提高生產品質,以因應少量多樣生產型態,使得許多企業經營者開始省思,是否還有其他實際生產所遭遇的問題,不是智慧製造能解決的作業問題呢?
經筆者實際的輔導經驗,許多在智慧製造的導入,還是著重在品質即時檢測、生產異常預應管理及現況資訊的蒐集,而從生產的資訊蒐集進行分析後,往往得到的是生產單位因換模時間較長,造成生產品質及效率問題,若是換模的頻率越高,此問題就越嚴重。
因此導入高效率且安全的快速換模作業,可解決因換模而造成的品質及效率問題的方法之一;也借由此快速換模的導入說明,期望能讓企業或是生產主管,能有不同的思考角度,並進行廠內對於換模頻率、時間、品質上的盤查後,建立快速換模改善團隊,進而使其提高對訂單的應變能力。

【參考資料】
中國生產力中心編著出版,快速換模與防錯裝置指引手冊