制造业控制浪费的实用方法

制造工厂中各种要素及其相互关系的汇总图（NEXT STEP 模型和概念）

生产经济性基础

制造由一系列转化过程构成。车间通过一系列单独的转化工序（例如锻造、焊接或加工），将原材料加工成成品或半成品。每个工序包括许多单独的要素。加工的基本要素包括刀具、机床、夹具、冷却液供应等。这些要素共同构成了一个从生产系统中的相关设备和组件获得支持的加工系统。

规划、编程和经济管理职能部门以生产系统为中心，构成生产环境。生产环境的核心要素是人。尽管今天的制造业广泛采用计算机、机器人和其他先进技术，但控制整体环境的决策者是人。

加工工艺以一系列涉及刀具选择、切削工况、编程、工件材料和工装夹具的技术应用细节为基础。其他关键细节包括产量要求和成品工件的规定质量等级。

这些技术应用细节与经济效应之间的关系及其发展变化规律，称为生产经济性。生产经济性的目标是平衡所有涉及的因素。技术要素旨在工件质量、数量和及时交货方面产生令人满意的结果，但同时，为了企业的可持续发展，必须控制运营成本。

加工工艺中产量与成本之间的平衡可以通过三个阶段实现。第一阶段是制定可靠的加工工艺流程。这对尽量减少意外事件（例如刀具断裂、切屑不受控制以及由此产生的工件损坏）至关重要。通过选择有能力满足或超过加工工艺中产生的机械负荷、热负荷、化学负荷和摩擦负荷的刀具，可确保车间操作的可靠性。

STEP 中开发的整体可加工性模型

实现平衡生产经济性的第二阶段涉及选择切削工况，反映了现实情况对加工工艺的限制。理论上，切削刀具的适用性非常广泛。然而，车间的特定现实情况限制了有效应用参数的范围。

例如，刀具的能力和性能会受以下因素影响：装配该刀具的机床的功率大小、工件材料的加工特性、以及零件配置是否容易引起振动或变形。尽管在理论上可以选择广泛的切削工况，但事实上，刀具的选择范围是受现实限制的。

下图显示，结合特定切削应用场合的现实情况，适用的切削速度、切削深度和进给量选择已缩减。

三维示图显示了可在切削环境限制下使用的所有切削工况组合

应用特定场合的应用限制范围之外的切削工况将会产生负面经济效应，导致成本增加、生产率降低。加工工艺中大约 90% 的问题都源于未重视车间现实情况对切削工艺的限制。

当切削工况未超出车间应用限制范围时，从技术层面上来说，操作是安全的。然而，技术性安全的切削工况组合并不会产生相同的经济效益。切削工况改变时，加工工艺成本也会随之变化。移向更激进但技术上仍安全的切削工况时，成品工件的产量会增加，但在到达某一点后，生产率便会下降，因为激进的切削参数会导致刀具寿命缩短。随着时间的推移，由于换刀会花费更多的时间，零件产量也会下降。

切削工况、生产率和加工成本之间的关系。这是一个简化的模型，未考虑浪费因素。

浪费对生产经济性的影响

然而，制造系统中的浪费会干扰平衡生产经济性的作用机制。制造系统中存在各种形式的浪费，这种浪费会破坏平衡。例如，在一个仅需 15kW 的连续切削应用场合中使用 60kW 的机床就是一种能源和电力浪费。再比如，当成品工件未达到要求的质量等级时，由于产品不合格，加工工艺中投入的时间、金钱和资源就是种浪费。同样，当制造工件非必要地高出所需的质量等级时，也是种浪费，因为更高的质量意味着更多的成本投入。

不充分利用或滥用智力资源也是种浪费，这种浪费往往未受到重视。公司某些员工可能拥有能够帮助公司发展的知识或技能，但由于缺乏沟通、公司内部政治等原因，其知识和技能未得到充分利用，因此浪费掉了。

减少浪费的工具

在确定浪费行为并进行分类后，车间应制定一个减少或消除浪费的计划。制造商可以借助于很多工具来查明、量化并尽量减少浪费行为。例如，对刀具使用、操作和性能下降的分析将有助于找出存在问题的环节。

这类分析已表明，在某些情况下，多达 20% 至 30% 的刀具被工作人员错误地判定为报废，而实际上它们仍然可以使用 - 剩余的刀具寿命就被浪费掉了。通过制定明确的刀具报废标准并将标准传达给车间工作人员，可以大大减少刀具寿命的浪费。

同样，机床停机时间分析可以量化刀具装夹、编程和换刀等活动所花费的时间。这些分析往往表明，通过更好地理解、执行和协调这些必要但耗时的活动，可以避免多达 50% 至 60% 的停机时间。

借助采访、调查和培训计划，可以在处理那些导致智力资源和知识技能被浪费的人事问题时，发现很多有用的信息。由此，员工可以更好地开展工作，并培养自身的能力，从而最大限度地提高生产率。

管理增值活动、价值支持活动和非必要活动

20世纪初，美国机械工程师 Fredrick Taylor 对车间操作进行了大量研究，提出通过消除生产环节中不会为最终产品增加价值的活动来推动生产率的提高。现代“精益生产”原则遵循了同样的理念。

在加工操作中，只有当刀具实际切削金属并生成切屑时，才会发生真正的增值活动。其他例如零件装载和固定等行为，称为“价值支持活动”，这些活动不会直接增加产品的价值，但却是实现增值所必须的活动。

加工系统中的第三种活动是非必要活动。这些活动既不创造价值，也不支持创造价值，相反消耗资源，不会带来任何效益。纯粹属于浪费行为。解决问题就是一种非必要活动。如果起初就合理地设计并控制加工工艺，那么就不会产生问题，也无需浪费时间来解决。

加工车间以及所有相关要素的示意图

增值活动（橙色）、价值支持活动（蓝色）和浪费活动（红色）概览。人力（灰色）是实现最佳制造绩效的关键因素。