生产线设计中人因工程的应用-伺服电机生产线中的CELL模式工业工程三班韩风顺(1140242062) 崔友志(1140242058)李炜(1140242067)一、生产线建立的背景-机器人与伺服电机近年来中国工业机器人销售处于快速增长阶段，2013年中国已成为全球第一大工业机器人市场，购买机器人数量超过3.6万台，超过日本、美国和德国。
机器人产业壮大，需要在伺服、集成控制等领域相继取得突破。
其中，作为目前国际机器人市场的4大巨头之一，迄今为止，A公司机器人中使用的伺服电机全部采购自外部，其中包括其在机器人领域最大的竞争对手-安川电机。
所以，作为A 公司长期战略的一部分，公司决定向机器人的心脏，伺服电机领域进行业务拓展。
目前，国外品牌占据了中国伺服电机市场近75%的市场份额，品牌市场主要来自日本和欧美。
其中，日系产品以约45%的市场份额居首，其著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等。
但是，其中A公司作为国际输配电行业的领头羊，在该领域完全是一片空白。
图表：2014年伺服电机企业所占的市场份额饼图但是，随着国内装备制造业整体性的产业升级，其自动化、数控化、智能化的发展方向为伺服电机产品提供了十分广阔的市场空间。
伺服电机行业和产品符合国家产业政策所鼓励的发展方向，因此，A公司需要扩大生产能力以巩固其在机器人市场的领导地位，满足未来市场需求的增长。
伺服电机处于具备高科技含量的行业，必须不断加强研发投入力度和研发能力，才能持续增强核心竞争能力。
针对伺服电机行业特点和企业的未来发展战略，A公司决定在上海建立伺服电机生产线，以满足日益增长的中国市场对机器人的需求，同时作为其全球基地的一部分，供给国外市场。
二、生产线流程建设伺服电机生产线采用柔性、半自动化的生产方式，以适应公司无刷电机系列化生产的要求，同时保证关键工序的生产稳定性和一致性。
下面重点对伺服电机生产线主要产品工艺流程介绍如下：根据上述的工艺流程及A公司在该领域的经验，公司管理层决定生产线以电机装配为主，主要原材料及不见外购的方式进行生产。
其中，所有的设备必须满足下列要求：1）适应连续化生产要求，根据设备的生产（加工）能力，实现生产均衡能力流程，主辅设备相互配套，系列产品通用。
2）在保证仪器设备生产性能的条件下，立足国产和配套就近原则，力求经济实用，方便维护保养。
根据生产线确定的主要产品，对生产线需求配置整理生产线建设，是公司改变传统生产运营模式的转变，需要建立科学、动态的现代化生产管理方法。
以市场为导向，牵引工作重心，合理组织生产线线建设，量力而出，精打细算。
充分调研线上项目，有序安排，利用江浙沪地区的技术、资源、人才优势，将产品研发生产的关键技术控制好，提高生产线管理运行效率，人尽其才，协调运转。
基于上述的原则，并且结合目前世界上先进伺服电机企业的生产模式的学习，公司决定整条生产线的设计必须采用Cell模式，即单元式生产，详见第三节。
三、生产线设计的基本理念-Cell单元式生产模式何谓单元式生产模式，它有什么特点，相较于传统的流水线，它有哪些优势？首先，单元生产方式比流水线式生产方式每个生产单位的作业者人数大为减少。
电子产品的流水线一般作业者人数为几十人，视产品复杂程度及装配工序多少有差异。
而采用单元生产方式时，每个生产小组的作业者人数通常只有10人以下，极端化的单元生产方式甚至由1人完成全部工作。
其次，单元生产方式比流水线生产方式每个生产单位的工作台面积小得多。
作业者围在较小的工作台（通常为圆形）周围工作，每个工作台面积通常为几平方米，常用的为2平方米左右。
而流水线生产方式的工作台面积通常都要几十平方米（面积＝工作台宽度×传送带长度）。
第三，流水线生产方式下需要的传送带在单元生产方式下不再被需要。
但是，在上述不同背后，单元生产方式与流水线生产方式仍然有一个最大的相同，那就是它们都采用工作分工和流水作业方式。
也就是说，单元生产方式并没有抛弃流水线生产方式所基于专业化分工获得效率提高的原理。
所谓“极端化的单元生产方式可以由1个人完成全部作业”的说法，在实际生产中是概率极小的。
单元生产方式只是把原来较细致的分工变为较粗的分工，原来数十个工位流水作业完成的工作，在单元生产方式通常由3－5人完成。
到这里，我们再来分析一下单元生产方式相对于流水线生产方式的优势。
首先，就是它对生产规模有更强的灵活性。
流水线生产方式最适合大规模生产，对于小批量、多品种生产没有效率优势。
而A公司的生产线所面临的市场情况恰恰不是少品种、大批量，而是更显著的客户个性化需求导致的多品种、小批量。
事实上，单一品种的生产在亨利·福特时代的后期就已经行不通了，福特本人最终也放弃了只生产一种T型车的政策，被迫转而生产多几种车型。
20世纪末，小批量、多品种的趋势更加明显。
显然，单元生产方式相比于以传送带为特征的流水线生产方式更能适应小批量、多品种的环境。
如果客户的订单批量下，那就由一个或少数几个单元生产就可以了，如果客户的订单批量大，就多增加几个单元以提高生产能力，非常灵活。
其次，生产所需要的设备投资大为减少。
尤其是相对于日本企业一贯追求的机器自动化，单元生产方式以人和通用工具（例如那些“机关”）为主，只需要很少的设备投资，就可以满足各种生产的要求。
这一点非常重要，非常符合他强调的“现金流”经营，要保持良好的现金流，当然应该少把先进投入到那些难以变现的、昂贵的、重厚长大的自动化设备上。
第三，从工业工程专业的角度看，单元生产方式由于工序的分解比传统流水线式生产时的分解要粗得多，不必为了追求分工的专业化效率，但是可以换到分工的更加均衡，也就是流水线生产的“平衡率”的提高。
也就是，尽管专业化分工的效率有所下降，但是协作的整体效率却可能提高。
更何况，流水线生产方式下过细的工序分解经常会把本来有机连结在一起的、流畅的动作组合强行拆开以迎合“节拍”的需要，单元生产方式可以最大程度地避免这种生硬的“分解”。
第四，单元生产方式下，作业者需要做较复杂的操作组合，而不是原先很简单、重复性的枯燥操作，使得作业者工作的趣味性提高，更重要的是，单元生产方式的实施往往需要作业者小组一起自己研究如何更好地工作，每个作业者从中体会到的参与感、挑战感和满足感是在流水线式生产方式下不可能体会到的。
当然，通过主动地参加研究如何改善工作，工人们得到的技能提升也是非常显著的。
正是在这个意义上，一些媒体认为，单元生产方式将原来流水线生产方式下的“片面人”变成了“完整人”，带来了工业社会生产线上“人”的复归。
第五，单元生产方式下，因为传送带不再需要了，而节省了面积。
福特很强调传送带对流水线生产方式的重要性，并将它作为三个主要原则之一，因为它替代了原来耗费人的时间、力气的搬运活动。
但是在单元生产方式下，工作台的面积并不大，作业者们围坐在工作台四周，每个作业者装配后的在制品被放在他很方便的地方，通常是由前方，而处在他的下一道工序的作业者也可以很自然地、方便地拿到。
因为搬运的距离完全在每个作业者手臂够到的方便的范围内，也就根本不再需要传送带来完成搬运。
与传送带相应的无人帮运系统也没有什么用武之地了。
经过几个月的反复的论证及研究，A公司对生产线的规划如下，图中所示为生产线装配区域的平面布置图。
上图中，开始位置的员工收到检测完成的定子和套入L端盖的转子后，第一步就是在转子插入设备上将对其插入对应的定子内，该动作完成后，可以立刻将其放在其右手边的琨道线上，第二个员工可以马上将已经准备好的刹车组件装配到转子上，然后压入调整垫圈，调整刹车位置，并固定螺栓。
结束后，将其轻轻往前推，电机就会来到琨道线的拐角处，NL端盖安装位置的员工拿到电机，快速装配好NL端盖，涂胶，调整位置，拧紧螺栓，流入下一道工序-插座安装。
这样一个U型区域，每个班次可以完成大概50-60台左右的伺服电机安装，整个区域只需要8个人。
除了相关的测试设备，其余的仅仅是常用的手动工具，无任何昂贵的自动化设备及流水线。
同时，正如上面图所显示的那样，整个装配单元采用U型布局，其中主要的伺服电机装配工艺全部在滚轮线上完成，不但减少了劳动强度，提高了生产效率，还大大节省了整个生产线所占用的面积。
生产线投入运营后，最常见的场景就是U形的工作区域内，几个人组成的工作单元完成全部的组装工作。
没有了流水线，没有了无人帮运机，也不见了自动化仓库，单元式生产开始成为新的选择。
单元式生产实施后，员工的作用日益显著。
在单元式生产方式中，劳动者们不是固定在一个位置上，只简单地重复安装或插装某些零部件，而是在同一位置上组装完整一件完全的产品。
在这样的生产方式中，劳动者们可以根据组装需要及自己在组装中得到的体会和经验，选择、调整和改进组装操作过程，代替了在一个移动流水线上只是机械被动地安装不同的零部件的方法。
一件完整的产成品不是通过所有劳动者的配合来完成，而是由几个劳动者（小团队或小单元）合作，甚至于可以从一个劳动者手中产生，专门化或专业化被综合化或整体化代替。
另一方面，流水线也不再需要了，取而代之的是工作台。
工作台的面积并不大，只有几平方米，最小的为2平方米左右。
几个作业者（通常为10人以下）围坐在工作台四周，每个作业者装配后的制品被放在他很方便拿到的地方，一般是右前方，而处在他的下一道工序的作业者也可以很自然地、方便地拿到。
因为搬运的距离完全在每个作业者手臂够到的方便的范围内，也就根本不再需要传送带来完成搬运。
与之相应的无人帮运系统也被手动推车取代了，同时也节省了大量原用于生产的空间。
四、Cell单元式生产的集成思考单元式生产方式实质上是在吸取了流水线生产方式关于工作分工和流水作业的优点上演化而成的。
在去除原有的传送带情况下，单元式生产并不排斥专业化分工，只是把原来较细的分工变为较粗的分工，原来数十个员工依靠流水线作业完成的工作，在单元式生产方式下通常由３～５人围着工作台完成而已。
所谓“极端化的单元式生产方式可以由１个人完成全部作业”的说法，在实际生产中的概率是极小的。
这种较粗的分工，正好避免了迎合“节拍”的需要，将本来有机联结在一起的、流畅的动作组合强行拆开。
不必过于追求分工的专业化效率，却可以换到分工的更加均衡。
因此，尽管专业化分工的效率有所下降，但是协作的整体效率却可能提高。
当然，单元式生产方式在某些方面的成功并不意味着它已经可以全面取代流水线了。
因为它并不是在生产效率上完全超过了流水线生产方式，只是运用效率上较小的损失换来生产批量、品种上的较大灵活性，在小批量、多品种时体现出效率来。
同时，单元式生产方式相对于日本流行的机器自动化流水线方式，在成本、柔性方面有显著优势。
在大规模生产的情况下，国内企业依靠劳动力成本优势进行流水线生产仍然是一种有效的方式。