快速换模SMED的本源思考

全文总计4897字，需阅读10分钟，以下为正文：

01

“快速换模SMED”系统乃是思想革命

对丰田生产方式而言，如果说“大幅度地缩短换模时间，正是它最核心的奥秘”，也绝非言过其实。

其理由是，如果你是以“接单生产”为方向，并希望零库存的话，毫无疑问的，将遇到需要解决“换模时间长”这一无法绕过的难题。

我一直对“缩短换模时间”保持着高度的兴趣，并逐次地改善。1970年，我访问丰田汽车时，听说“当时更换1000t冲压机的模具需要4小时，但西德的大众汽车公司只需要2小时”。

因此我试着解决这一难题，几乎花了半年的时间改善，终于成功地将换模时间缩短到了“1.5小时”，并且为我们终于超过了大众汽车公司而高兴。

大约过了2-3个月，我再次访问丰田汽车时，我被告知“管理高层要求‘将那套1000t冲压机的换模时间缩短到3分钟’”，我想“真是个难题，要怎么办呢？”

突然灵光乍现，想到“将‘内部换模’改成‘外部换模’就好了”。于是，逐步地浮现出实施“快速换模SMED系统”的想法。

接下来的几个月，我们将换模时间扎扎实实地缩短到了3分钟。

当时，我虽然想着“将换模时间从4小时改善到1.5小时已经非常了不起了，为何又提出‘3分钟内完成’这样的严苛要求呢？”，

但是随着我对“丰田生产方式”的研究日益加深，我深刻地感觉到，“为了要在零库存的状况下实现接单生产，必须实施小批量生产，为此，‘必须大幅地缩短换模时间’，这出自管理观点的需求”。

同时我也领悟到：“丰田生产方式的核心奥秘之一，就是采用‘快速换模SMED系统’。”

但是解说丰田生产方式的经济记者则认为：“曾需要3小时的换模时间，在短短的时间内，只要3分钟就可完成’，这是否表示以往操作员是在浪费时间呢？”

这样的解释是基于肤浅的认识而导致的彻底的误解，应该说：“之所以能够缩短换模时间，绝非‘工作强度’的问题，而是基于‘意识革命’的科学方法所实现的‘思想变革’。”

又有些人从“熟能生巧”的立场来解释：“为了能将更换模具的时间从3小时缩短到1/60的3分钟，以公式求之，需要34万次的练习。”这等于是30年的时间，这就是如果能通过练习来达成目标所需要的时间。

除此之外还有这样的补充：“当然缩短换模时间的成果不只是靠练习，也包括了工装夹具的改善，方法的改良等等，另外还有丰田人的智慧与不服输精神所带来的结果。”

但是在丰田汽车公司，只花了3个月的时间，就将换模时间从3小时缩短到3分钟。

所以这不是熟能生巧的问题，而是因为有“科学的‘快速换模SMED系统’支持的关系”。

这件事情不只是在丰田汽车，许多日本企业“仅仅在几个月内，更换模具或工具的时间可以被缩短到1/20，已有数千个例子可以证明”。

同时，比较丰田汽车冲压的换模时间与世界水平的话，表5显示丰田汽车的冲压机换模时间大幅的短于其他国家。

02

“快速换模SMED系统”的重点项目

在近10年实际试行“快速换模SMED系统”时，当然必须思考之前曾说明过的“为快速换模的‘8项基本技巧’”，这些基础技法当然很重要。但最重要的重点可浓缩成以下4点：

① 明确地区分“内部换模”与“外部换模”；

② 极力地将“内部换模”转换成“外部换模”；

③ 改善功能性的锁紧夹具，特别是要思考“无螺栓化”；

④ 彻底地消除“调整”。

因为①与②是非常浅显的内容，在此省略不予说明，以下对③与④加以说明：

03

改善功能性的锁紧具

在螺栓上锁上螺帽来锁紧时，需执行以下三个动作。

① 试着将螺帽旋上螺栓，嵌合约一个螺牙

② 再旋转螺帽

③ 直到最后一个螺牙，锁紧到所需的扭力

在这些动作中，最困难的是动作1需要有以下的动作。

● 对准螺帽与螺栓的中心

● 螺帽必须与螺栓成直角地装上

如果无法做到以上的程度，螺帽就绝对无法装上螺栓，于是在这个时点上比较花时间。

因此会有如下的想法：“是否有不必将螺帽从螺栓上拆下来就可锁紧或拆下的方法呢？”

并想到：“既然螺帽与螺栓的锁紧只有最后一牙是有效的，那么拆下时，是否也只要放松最初的一个螺牙就可以了？”

这些简单的想法，出乎预料的，都未被充分的理解。

有一次我曾这样的告诉现场的人：“在换模时，我只接受锁紧或放松一个螺牙，如果多转一牙，每一牙罚款10万日圆。”

结果引发了以下诸多的改善：

● 有一加硫缸，周围有12支螺栓，盖子上的螺栓孔被改成“梨形”状（如图29-1），也同时使用了“U形垫片”。

只要放松一牙，取下U形垫片，将盖子逆时钟方向旋转到梨形的大孔位置，就可取下盖子，而螺栓螺帽仍留在原处，结果大幅地缩短了加硫缸的切换时间。

● S工业公司有马达电枢绕线的工作。以往为了取下绕线完成的电枢，首先要整个卸下螺帽、垫片。于是改善成图 29-2的做法。

使用外径小于绕线轴内径的螺帽，另外使用U型垫片来压紧，要取下电枢轴时：

＊ 首先松开一个螺牙的螺帽

＊ 取下U型垫片

＊ 穿过还锁在螺栓上的螺帽，取出绕线完成的电枢轴

于是切换下一个产品的时间减少到以往的1/10。

● 在美国的FM公司，以往需要花费2小时来更换模具，结果改善成2分钟。在这个案例中，我也向他们说明“只接受松开一牙就可更换模具，但若松开超过一牙，每一牙就要罚款美金1000元”，于是开发出了图29-3的方法。

＊ 将螺栓的螺牙分成六等份，每隔一等份削去螺牙。

＊ 相对于螺栓，螺帽也如法炮制。

＊ 锁紧时，将螺帽有螺牙的部分套进螺栓上没有螺牙的部分，直到底部，再锁紧一牙即可。

于是得以实现“一锁就紧”。当然这时的螺帽是比一般的螺帽要厚一些。

如果再深入一点，我们要思考“不用螺牙的固定方法”，则是更有效率的固定方式。毕竟，“锁紧螺牙的目的是固定”。

是啊！“螺栓只是固定某些东西的方法中的一个”。但大多数的工程师都认为“要固定东西，当然是用螺栓”。

他们都认为“螺牙万能”，而忘了要去思考用螺牙以外的方法来固定。诸如“凸轮、楔子等”，或者很多场合可使用更简单的“嵌合”。

也就是“卡式、一拍就好”的方法。

在此状况下，非常重要的是要思考“受力的方向”。

关于受力的方向，它有三个方向：“X——右与左，Y——前与后，Z——上与下。”此时，如果你思考“哪一个方向需要力量？”将可采用非常简单的固定方法。

● 以冲压机的模具为例，模具本身的前后左右并没有大的重量负荷，只需要简单的固定方法即可。但在垂直的方向：

＊ 下模，机床支撑着向下方的力量；

＊ 上模，只需要让其本身的重量不会落下的固定即可；

＊ 最大的负荷来自于上下模接触时的压力。

如果我们这样思考的话：

＊ 将上下模两侧的尺寸标准化，使用L形的定位块，让其可定位于0.15mm的误差范围内，只有前后的移动是使用楔子来固定。

用这种方法，50t以下的冲压机模具就可简单的以推进或拉出方式来换模，一般只要花15秒即可。当然在此状况下，必须先将模具高度标准化。

● 8轴塘孔机有定位器，以往是以螺牙来嵌合，而且位置是在机器的背面，操作非常不方便。

然而定位器的目的是“挡住产品并决定尺寸”，因此做了如下的改善：

＊ 将螺牙车掉，用圆筒(柱)来嵌合

＊ 在装配部做出沟槽，从定位器拉出弹簧，挂上装配部的沟槽，于是利用其弹力确保定位器不会移位

在此案例中，左右与垂直方向都由圆筒状的嵌合来固定，而向前的拉力几乎没有，向后的推力则由圆筒的底部来承受。

以这样的方法完全地满足了所需的功能，而更换模具的时间则可缩短到原来的1/10。

一般在思考如何锁紧的改善时，都立刻地会选择诸如“油压、气压或者磁力锁紧装置”等昂贵的装置，但如果真正的“正确地认知固定的功能”，则可以思考出许多便宜且简单的方法。

04

消除调整

为了缩短更换模具的时间，最重要的是不要调整。也就是要对“可以设置，但不要调整”的意义有正确的理解。

因为这两者具有不同的特点，但一般都没有被正确地理解。

● 设置——如果限制开关已经被事前安装于下一个工作位置的话，只要一次就可准确地定位，而不需要调整。

● 调整——移动限制开关之后，还需启动机械，再前后移动、调整以确定限制开关的正确位置。

令人吃惊的是，许多人竟然误认为“调整本就是更换模具作业的一部份”。

因此，为了能“消除调整”，有效的想法是“最小公倍数系统”。

● 如果有五个要设置限制开关的地方，“事前就在各位置装置五个限制开关”。

并分别接上独立的电源开关，如果希望第二个位置的限制开关动作，就让第二个开关通电而能动作，其他限制开关则不通电。

这么一来就可实现“一触即切换限制开关”，同时完全不需要调整。也就是所谓“保留机构，只切换功能”的想法。

● 有一个作业是要在马达的轴上钻一个锁螺丝的孔。共有8种轴长，因此需要根据其种类调整定位器，但每当移动定位器，就需要调整。

现在则使用了一个圆盘，装置了8种厚度的定位器，只要配合轴长，将相对应的定位器转过来，就完全不需要调整，而且可以“一触定位”。如图21（p80）

● 有一种切削照相机零件的自动机器。有五种决定刀具位置的“基准工装夹具”，而且在装置刀具之后，为了调整，需要高度的技术与好几小时的时间。

其改善是在圆筒的外缘车上相当对于五种工装夹具的沟槽。当产品变更时，只要旋转圆筒型基准工装夹具，并在所需的位置插上插销，即可缩短更换工装夹具的时间，只需几分钟而且完全不需要熟练的技术。

另有以下的案例：

● 为汽车制造螺旋状弹簧的机器，需要处理6种不同的弹簧高度。因此需要旋转螺杆来调整定位器的位置。调整之后，还要根据试做的结果再调整。

为此，将整个螺杆的螺牙车削掉，并在其底部准备了可分别嵌合的六个种类的定位工装夹具，因此只要根据需求，放置特定的定位工装夹具于定位器中，因此不需要调整即可设定所定的位置。

有许多机器都使用螺杆来调整位置，但“虽然机器所配备的装置具有无级且可连续调整位置的功能，但我们只需要有限且阶段的决定位置的功能”。

所以当我们需要将定位器从100mm移动到120mm时，我们并不需要慢慢地从100.1mm, 100.2mm, 100.3mm, ⋯⋯101mm⋯⋯102mm⋯⋯，连续地移到120mm。只要“一下子就从100mm移到120mm就好了”。

而且，实际上我们所需要的只是极少、有限的阶段数而已。

但为什么会变成这样的情况呢？因为机器制造商并不知道各公司使用机器的状况，因此他们才提供了具有“无限且可连续调整位置”功能的机器。

但在各个实际使用的工厂，则有适合自己工厂作业的最便利方法，而这些方法往往只需要“有限且阶段的位置”因此你只需根据你自己工厂的实际需求改善机器就好了。

令人意外的是，在不理解这件事的情况下，囫囵吞下制造商所提供机器的功能，大都照本宣科地沿袭着非常困难的操作方法，对于这一点我们需要慎重地检讨。

总之，实际地试行快速换模SMED系统，我深切地感觉到：“也许机器制造商是有考虑到如何制造产品的功能，但他们是否几乎完全没有考虑‘如何简单的更换模具的方法呢？’”

所以我想到“实际使用机器的人‘应该根据自己工厂的实际情况，自己思考如何改善’”

到此为止，快速换模SMED系统的基本想法是一样的，但是实际使用时，也会因各工厂的不同而采用许多不同的方法。

05

快速换模SMED的效果

如果采用了“快速换模SMED系统”，可以期待以下的“三个效果”：

1.因为缩短了更换模具的时间，所以可提升机械的稼働率（Operation ratio）。

2.因为可以小批量生产，而可以大幅地降低成品库存与在制品库存。

3.因为可以迅速地对应需求的波动，立即调适生产计划，所以可对应车种与交期的变化。也因此可大幅地减少整车与在制品库存。

虽然有上述的三个效果，但一般的工厂经常只看到眼前的“提升机械的稼働率”。

但是丰田生产方式则认为“必要量就是生产量”，因此生产比需求还多的数量，就被认为是“浪费”。因为以降低成本为优先，所以丰田生产方式认为“即使降低机械的稼働率也是正常的”。

丰田特别小心于“别改善了机械稼働率，却招致了过量生产的浪费”，因此反而特别着重于2, 3项“减少成品与在制品库存”的效果。

正是因为这样，丰田生产方式在将1小时的换模时间改善到3分钟之后，继续进行“缩小批量，进行20次换模”。

随之而来的还有其他效果。最近我访问不同的工厂时，常听到管理高层提到以下的插曲。

“做了‘快速换模SMED’系统之后，大幅地缩短了更换模具的时间，因此可以小批量生产，不只是大幅地减少了完成品与在制品库存。

更有甚者最近如发生‘变更模具以外的问题’时，以往的话，在现场的人们总是态度消极地说‘那是不可能的’或是‘那很困难的！’

但因为当初被认为不可能的‘变更模具’都被改善后，现场就产生了‘我们来挑战这个问题’的积极正面气氛，这是最大的效果。”

因此“将以往认为不可能的事成为可能”的经验，可以让操作员更有信心，这不正是“快速换模SMED”系统的最重大效果吗？

资料来源：网络（如侵联删）