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“快速換模SMED”系統(tǒng)乃是思想革命

對豐田生產(chǎn)方式而言，如果說“大幅度地縮短換模時間，正是它最核心的奧秘”，也絕非言過其實。

其理由是，如果你是以“接單生產(chǎn)”為方向，并希望零庫存的話，毫無疑問的，將遇到需要解決“換模時間長”這一無法繞過的難題。

我一直對“縮短換模時間”保持著高度的興趣，并逐次地改善。1970年，我訪問豐田汽車時，聽說“當(dāng)時更換1000t沖壓機的模具需要4小時，但西德的大眾汽車公司只需要2小時”。

因此我試著解決這一難題，幾乎花了半年的時間改善，終于成功地將換模時間縮短到了“1.5小時”，并且為我們終于超過了大眾汽車公司而高興。

大約過了2-3個月，我再次訪問豐田汽車時，我被告知“管理高層要求‘將那套1000t沖壓機的換模時間縮短到3分鐘’”，我想“真是個難題，要怎么辦呢？”

突然靈光乍現(xiàn)，想到“將‘內(nèi)部換?！某伞獠繐Q?！秃昧恕?。于是，逐步地浮現(xiàn)出實施“快速換模SMED系統(tǒng)”的想法。

接下來的幾個月，我們將換模時間扎扎實實地縮短到了3分鐘。

當(dāng)時，我雖然想著“將換模時間從4小時改善到1.5小時已經(jīng)非常了不起了，為何又提出‘3分鐘內(nèi)完成’這樣的嚴(yán)苛要求呢？”，

但是隨著我對“豐田生產(chǎn)方式”的研究日益加深，我深刻地感覺到，“為了要在零庫存的狀況下實現(xiàn)接單生產(chǎn)，必須實施小批量生產(chǎn)，為此，‘必須大幅地縮短換模時間’，這出自管理觀點的需求”。

同時我也領(lǐng)悟到：“豐田生產(chǎn)方式的核心奧秘之一，就是采用‘快速換模SMED系統(tǒng)’?！?/strong>

但是解說豐田生產(chǎn)方式的經(jīng)濟(jì)記者則認(rèn)為：“曾需要3小時的換模時間，在短短的時間內(nèi)，只要3分鐘就可完成’，這是否表示以往操作員是在浪費時間呢？”

這樣的解釋是基于膚淺的認(rèn)識而導(dǎo)致的徹底的誤解，應(yīng)該說：“之所以能夠縮短換模時間，絕非‘工作強度’的問題，而是基于‘意識革命’的科學(xué)方法所實現(xiàn)的‘思想變革’?！?/p>

又有些人從“熟能生巧”的立場來解釋：“為了能將更換模具的時間從3小時縮短到1/60的3分鐘，以公式求之，需要34萬次的練習(xí)?！边@等于是30年的時間，這就是如果能通過練習(xí)來達(dá)成目標(biāo)所需要的時間。

除此之外還有這樣的補充：“當(dāng)然縮短換模時間的成果不只是靠練習(xí)，也包括了工裝夾具的改善，方法的改良等等，另外還有豐田人的智慧與不服輸精神所帶來的結(jié)果?！?/p>

但是在豐田汽車公司，只花了3個月的時間，就將換模時間從3小時縮短到3分鐘。

所以這不是熟能生巧的問題，而是因為有“科學(xué)的‘快速換模SMED系統(tǒng)’支持的關(guān)系”。

這件事情不只是在豐田汽車，許多日本企業(yè)“僅僅在幾個月內(nèi)，更換模具或工具的時間可以被縮短到1/20，已有數(shù)千個例子可以證明”。

同時，比較豐田汽車沖壓的換模時間與世界水平的話，表5顯示豐田汽車的沖壓機換模時間大幅的短于其他國家。

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“快速換模SMED系統(tǒng)”的重點項目

在近10年實際試行“快速換模SMED系統(tǒng)”時，當(dāng)然必須思考之前曾說明過的“為快速換模的‘8項基本技巧’”，這些基礎(chǔ)技法當(dāng)然很重要。但最重要的重點可濃縮成以下4點：

①?明確地區(qū)分“內(nèi)部換模”與“外部換?！?；

②?極力地將“內(nèi)部換?！鞭D(zhuǎn)換成“外部換?！?；

③?改善功能性的鎖緊夾具，特別是要思考“無螺栓化”；

④?徹底地消除“調(diào)整”。

因為①與②是非常淺顯的內(nèi)容，在此省略不予說明，以下對③與④加以說明：

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改善功能性的鎖緊具

在螺栓上鎖上螺帽來鎖緊時，需執(zhí)行以下三個動作。

① 試著將螺帽旋上螺栓，嵌合約一個螺牙；

② 再旋轉(zhuǎn)螺帽；

③ 直到最后一個螺牙，鎖緊到所需的扭力。

在這些動作中，最困難的是動作1需要有以下的動作。

● 對準(zhǔn)螺帽與螺栓的中心；

● 螺帽必須與螺栓成直角地裝上。

如果無法做到以上的程度，螺帽就絕對無法裝上螺栓，于是在這個時點上比較花時間。

因此會有如下的想法：“是否有不必將螺帽從螺栓上拆下來就可鎖緊或拆下的方法呢？”

并想到：“既然螺帽與螺栓的鎖緊只有最后一牙是有效的，那么拆下時，是否也只要放松最初的一個螺牙就可以了？”

這些簡單的想法，出乎預(yù)料的，都未被充分的理解。

有一次我曾這樣的告訴現(xiàn)場的人：“在換模時，我只接受鎖緊或放松一個螺牙，如果多轉(zhuǎn)一牙，每一牙罰款10萬日圓?！?/p>

結(jié)果引發(fā)了以下諸多的改善：

● 有一加硫缸，周圍有12支螺栓，蓋子上的螺栓孔被改成“梨形”狀（如圖29-1），也同時使用了“U形墊片”。

只要放松一牙，取下U形墊片，將蓋子逆時鐘方向旋轉(zhuǎn)到梨形的大孔位置，就可取下蓋子，而螺栓螺帽仍留在原處，結(jié)果大幅地縮短了加硫缸的切換時間。

● S工業(yè)公司有馬達(dá)電樞繞線的工作。以往為了取下繞線完成的電樞，首先要整個卸下螺帽、墊片。于是改善成圖 29-2的做法。

使用外徑小于繞線軸內(nèi)徑的螺帽，另外使用U型墊片來壓緊，要取下電樞軸時：

＊?首先松開一個螺牙的螺帽；

＊?取下U型墊片；

＊?穿過還鎖在螺栓上的螺帽，取出繞線完成的電樞軸。

于是切換下一個產(chǎn)品的時間減少到以往的1/10。

● 在美國的FM公司，以往需要花費2小時來更換模具，結(jié)果改善成2分鐘。在這個案例中，我也向他們說明“只接受松開一牙就可更換模具，但若松開超過一牙，每一牙就要罰款美金1000元”，于是開發(fā)出了圖29-3的方法。

＊?將螺栓的螺牙分成六等份，每隔一等份削去螺牙。

＊?相對于螺栓，螺帽也如法炮制。

＊?鎖緊時，將螺帽有螺牙的部分套進(jìn)螺栓上沒有螺牙的部分，直到底部，再鎖緊一牙即可。

于是得以實現(xiàn)“一鎖就緊”。當(dāng)然這時的螺帽是比一般的螺帽要厚一些。

如果再深入一點，我們要思考“不用螺牙的固定方法”，則是更有效率的固定方式。畢竟，“鎖緊螺牙的目的是固定”。

是??！“螺栓只是固定某些東西的方法中的一個”。但大多數(shù)的工程師都認(rèn)為“要固定東西，當(dāng)然是用螺栓”。

他們都認(rèn)為“螺牙萬能”，而忘了要去思考用螺牙以外的方法來固定。諸如“凸輪、楔子等”，或者很多場合可使用更簡單的“嵌合”。

也就是“卡式、一拍就好”的方法。

在此狀況下，非常重要的是要思考“受力的方向”。

關(guān)于受力的方向，它有三個方向：“X——右與左，Y——前與后，Z——上與下?！贝藭r，如果你思考“哪一個方向需要力量？”將可采用非常簡單的固定方法。

●?以沖壓機的模具為例，模具本身的前后左右并沒有大的重量負(fù)荷，只需要簡單的固定方法即可。但在垂直的方向：

＊?下模，機床支撐著向下方的力量；

＊?上模，只需要讓其本身的重量不會落下的固定即可；

＊?最大的負(fù)荷來自于上下模接觸時的壓力。

如果我們這樣思考的話：

＊?將上下模兩側(cè)的尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，使用L形的定位塊，讓其可定位于0.15mm的誤差范圍內(nèi)，只有前后的移動是使用楔子來固定。

用這種方法，50t以下的沖壓機模具就可簡單的以推進(jìn)或拉出方式來換模，一般只要花15秒即可。當(dāng)然在此狀況下，必須先將模具高度標(biāo)準(zhǔn)化。

● 8軸塘孔機有定位器，以往是以螺牙來嵌合，而且位置是在機器的背面，操作非常不方便。

然而定位器的目的是“擋住產(chǎn)品并決定尺寸”，因此做了如下的改善：

＊?將螺牙車掉，用圓筒(柱)來嵌合

＊?在裝配部做出溝槽，從定位器拉出彈簧，掛上裝配部的溝槽，于是利用其彈力確保定位器不會移位

在此案例中，左右與垂直方向都由圓筒狀的嵌合來固定，而向前的拉力幾乎沒有，向后的推力則由圓筒的底部來承受。

以這樣的方法完全地滿足了所需的功能，而更換模具的時間則可縮短到原來的1/10。

一般在思考如何鎖緊的改善時，都立刻地會選擇諸如“油壓、氣壓或者磁力鎖緊裝置”等昂貴的裝置，但如果真正的“正確地認(rèn)知固定的功能”，則可以思考出許多便宜且簡單的方法。

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消除調(diào)整

為了縮短更換模具的時間，最重要的是不要調(diào)整。也就是要對“可以設(shè)置，但不要調(diào)整”的意義有正確的理解。

因為這兩者具有不同的特點，但一般都沒有被正確地理解。

● 設(shè)置——如果限制開關(guān)已經(jīng)被事前安裝于下一個工作位置的話，只要一次就可準(zhǔn)確地定位，而不需要調(diào)整。

● 調(diào)整——移動限制開關(guān)之后，還需啟動機械，再前后移動、調(diào)整以確定限制開關(guān)的正確位置。

令人吃驚的是，許多人竟然誤認(rèn)為“調(diào)整本就是更換模具作業(yè)的一部份”。

因此，為了能“消除調(diào)整”，有效的想法是“最小公倍數(shù)系統(tǒng)”。

● 如果有五個要設(shè)置限制開關(guān)的地方，“事前就在各位置裝置五個限制開關(guān)”。

并分別接上獨立的電源開關(guān)，如果希望第二個位置的限制開關(guān)動作，就讓第二個開關(guān)通電而能動作，其他限制開關(guān)則不通電。

這么一來就可實現(xiàn)“一觸即切換限制開關(guān)”，同時完全不需要調(diào)整。也就是所謂“保留機構(gòu)，只切換功能”的想法。

● 有一個作業(yè)是要在馬達(dá)的軸上鉆一個鎖螺絲的孔。共有8種軸長，因此需要根據(jù)其種類調(diào)整定位器，但每當(dāng)移動定位器，就需要調(diào)整。

現(xiàn)在則使用了一個圓盤，裝置了8種厚度的定位器，只要配合軸長，將相對應(yīng)的定位器轉(zhuǎn)過來，就完全不需要調(diào)整，而且可以“一觸定位”。如圖21（p80）

● 有一種切削照相機零件的自動機器。有五種決定刀具位置的“基準(zhǔn)工裝夾具”，而且在裝置刀具之后，為了調(diào)整，需要高度的技術(shù)與好幾小時的時間。

其改善是在圓筒的外緣車上相當(dāng)對于五種工裝夾具的溝槽。當(dāng)產(chǎn)品變更時，只要旋轉(zhuǎn)圓筒型基準(zhǔn)工裝夾具，并在所需的位置插上插銷，即可縮短更換工裝夾具的時間，只需幾分鐘而且完全不需要熟練的技術(shù)。

另有以下的案例：

● 為汽車制造螺旋狀彈簧的機器，需要處理6種不同的彈簧高度。因此需要旋轉(zhuǎn)螺桿來調(diào)整定位器的位置。調(diào)整之后，還要根據(jù)試做的結(jié)果再調(diào)整。

為此，將整個螺桿的螺牙車削掉，并在其底部準(zhǔn)備了可分別嵌合的六個種類的定位工裝夾具，因此只要根據(jù)需求，放置特定的定位工裝夾具于定位器中，因此不需要調(diào)整即可設(shè)定所定的位置。

有許多機器都使用螺桿來調(diào)整位置，但“雖然機器所配備的裝置具有無級且可連續(xù)調(diào)整位置的功能，但我們只需要有限且階段的決定位置的功能”。

所以當(dāng)我們需要將定位器從100mm移動到120mm時，我們并不需要慢慢地從100.1mm, 100.2mm, 100.3mm, ??101mm??102mm??，連續(xù)地移到120mm。只要“一下子就從100mm移到120mm就好了”。

而且，實際上我們所需要的只是極少、有限的階段數(shù)而已。

但為什么會變成這樣的情況呢？因為機器制造商并不知道各公司使用機器的狀況，因此他們才提供了具有“無限且可連續(xù)調(diào)整位置”功能的機器。

但在各個實際使用的工廠，則有適合自己工廠作業(yè)的最便利方法，而這些方法往往只需要“有限且階段的位置”因此你只需根據(jù)你自己工廠的實際需求改善機器就好了。

令人意外的是，在不理解這件事的情況下，囫圇吞下制造商所提供機器的功能，大都照本宣科地沿襲著非常困難的操作方法，對于這一點我們需要慎重地檢討。

總之，實際地試行快速換模SMED系統(tǒng)，我深切地感覺到：“也許機器制造商是有考慮到如何制造產(chǎn)品的功能，但他們是否幾乎完全沒有考慮‘如何簡單的更換模具的方法呢？”

所以我想到“實際使用機器的人‘應(yīng)該根據(jù)自己工廠的實際情況，自己思考如何改善”。

到此為止，快速換模SMED系統(tǒng)的基本想法是一樣的，但是實際使用時，也會因各工廠的不同而采用許多不同的方法。

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快速換模SMED的效果

如果采用了“快速換模SMED系統(tǒng)”，可以期待以下的“三個效果”：

1. 因為縮短了更換模具的時間，所以可提升機械的稼働率（Operation ratio）。

2. 因為可以小批量生產(chǎn)，而可以大幅地降低成品庫存與在制品庫存。

3. 因為可以迅速地對應(yīng)需求的波動，立即調(diào)適生產(chǎn)計劃，所以可對應(yīng)車種與交期的變化。也因此可大幅地減少整車與在制品庫存。

雖然有上述的三個效果，但一般的工廠經(jīng)常只看到眼前的“提升機械的稼働率”。

但是豐田生產(chǎn)方式則認(rèn)為“必要量就是生產(chǎn)量”，因此生產(chǎn)比需求還多的數(shù)量，就被認(rèn)為是“浪費”。因為以降低成本為優(yōu)先，所以豐田生產(chǎn)方式認(rèn)為“即使降低機械的稼働率也是正常的”。

豐田特別小心于“別改善了機械稼働率，卻招致了過量生產(chǎn)的浪費”，因此反而特別著重于2, 3項“減少成品與在制品庫存”的效果。

正是因為這樣，豐田生產(chǎn)方式在將1小時的換模時間改善到3分鐘之后，繼續(xù)進(jìn)行“縮小批量，進(jìn)行20次換?！?。

隨之而來的還有其他效果。最近我訪問不同的工廠時，常聽到管理高層提到以下的插曲。

“做了‘快速換模SMED’系統(tǒng)之后，大幅地縮短了更換模具的時間，因此可以小批量生產(chǎn)，不只是大幅地減少了完成品與在制品庫存。

更有甚者最近如發(fā)生‘變更模具以外的問題’時，以往的話，在現(xiàn)場的人們總是態(tài)度消極地說‘那是不可能的’或是‘那很困難的！’

但因為當(dāng)初被認(rèn)為不可能的‘變更模具’都被改善后，現(xiàn)場就產(chǎn)生了‘我們來挑戰(zhàn)這個問題’的積極正面氣氛，這是最大的效果。”

因此“將以往認(rèn)為不可能的事成為可能”的經(jīng)驗，可以讓操作員更有信心，這不正是“快速換模SMED”系統(tǒng)的最重大效果嗎？（全文完）

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