细胞达到最大值

在转向灵活的“精益”制造单元之前，罗伯茨工具公司每个员工每年产生约11万美元的收入。那是在2000年。当时，这家位于加州查茨沃斯(Chatsworth)的商店大约有50名员工，并不是一家年收入达600万美元的公司。然而在2006年，它的业务价值为1800万美元，拥有79名员工。这意味着每位员工的年销售额已跃升至近24万美元。

拥有并经营这家公司的两兄弟之一布拉德·哈特(Brad Hart)将这种变化归因于向手机制造的转变。“对我们来说，这是唯一的出路，”他说。

哈特先生相信自动化细胞是生存的关键。“细胞是获得健康利润的唯一途径，”他说。他说，蜂窝制造使大大缩短交货时间和减少劳动力投入成为可能，同时增加吞吐量和提高质量。目前，该商店有七个单元。最复杂的单元由两个丰田hmc和沿着轨道引导的托盘穿梭车的十几个缓冲站组成。这个细胞体现了哈特认为非常引人注目的精益制造概念。

他还认为，对于那些与他从事相同业务的商店来说，制造复杂的、高精度的航空航天和国防零部件是“唯一的出路”。尽管这些工厂可能是他的竞争对手，但哈特正在积极鼓励和帮助它们采用精益的、单元化的制造方式。他说:“如果我们要把这种制造业留在美国，这是至关重要的。”在这个国家拥有一个由有能力、有竞争力的机械制造厂组成的可行社区，促使波音(Boeing)和帕克航空(Parker Aerospace)等客户首先转向哈特的制造厂和其他国内制造商。

事实上，哈特先生已经成为使用自动化加工单元的精益制造的传教士。Roberts Tool是供应商卓越联盟(SEA)的成员，SEA是由航空航天、国防和航天行业的主承包商、一级供应商和其他供应商公司组成的会员组织。SEA成立于2004年，旨在促进精益制造和其他技术的采用，以提高供应链效率和竞争力。

Hart先生经常向航空航天/国防供应链中的中小型制造公司发表演讲，并参与其他促进SEA的精益企业系统的努力。他说:“我试图向这些公司展示，他们如何能在给顾客20%的折扣的同时，还能赚到比过去多一倍的钱。”这是一个简单而有力的信息。当然，哈特先生必须准备好以他自己的商店为例来说明如何做到这一点。

“我不在乎这些公司是否会成为我的竞争对手，”他坚称。“如果整个美国的供应商基础不能提供这种价值，也不能盈利，那么工作就会落到能够提供这种价值的国家。”他相信，细胞制造概念可以帮助其他像他一样的公司获得全球竞争力。“供应链上的所有人都有大量工作要做。增长不会来自我们彼此窃取工作机会。”

拥抱精益

罗伯茨工具公司成立于1957年，最初是一家机加工车间。哈特的父亲在1986年买下了这家公司，并将其带入了数控加工时代。复杂的液压泵部件成为它的专长。然而，这家商店的组织方式是典型的工作车间方式。单机机床按类型分组。成批的零件从一台机器转移到另一台机器，往往等待加工，而前面的工作已经完成。

哈特和他的兄弟比尔(Bill)在父亲1998年退休后接管了公司的管理。在这种管理转变发生的同时，传统的车间组织的许多缺点正被广泛认识到。关于生产效率、团队合作和持续改进的新理念暴露了这些弱点，并指出了解决方案。罗伯特·图尔是积极改变的一个很好的候选人。它的生产周期很长。设置一个作业的时间通常比总的加工时间要长。在制品(WIP)和零件库存占用了资金。该公司一年只有三到四个存货周转。

幸运的是，该公司最好的客户之一向哈特介绍了精益制造的概念，他非常热情地接受了这一概念。

对Roberts Tool来说，采用精益生产意味着战术和战略的根本转变。在战术层面上，精益制造提出了一种系统地减少或消除不能为客户增加价值的活动的方法。在战略层面上，精益生产迫使工厂摆脱单纯的工作车间。最终，精益制造引导车间安装加工单元。在哈特看来，在涉及零部件家庭的类似客户的情况下，精益生产将是最有力的。

哈特解释说:“一家工厂可以为任何人生产任何东西，但我们看到了一个更大的机会，那就是做一个低成本、短交货期的利基产品制造商。”该店主要为航空航天和国防工业的客户提供复杂的高精度零件，因为这些客户最有可能继续在美国制造，特别是与能够提供有竞争力的价格和短交货时间的合作伙伴。哈特先生希望他的公司成为这样的合作伙伴。

哈特坚持说:“我们不是就业商店。”“Job shop”意味着罗伯茨工具不再适合的商业模式。该公司不会通过与其他商店竞标获得任何订单来出售机器时间，永远不知道将有多少工作或零件数量通过商店。“我们需要重复的部分，”哈特说。在这种商业模式中，商店为客户提供专用的容量。他说:“这让客户脱离了预测业务。”交货期对顾客和商店来说都不是一个重要的因素。他说:“我们只需要知道应该生产多少零件，以及什么时候需要交货。”

然后就可以相应地安排合适的加工单元。因为安装时间是以分钟或更短的时间来衡量的，而且周期时间是经过验证的，所以工厂只需确保电池能够达到适当的takt时间——即由客户需求决定的生产速度。

哈特先生解释说:“没有批处理，也没有在制品库存。”“我们的车间里只有两种零件——待运的毛坯和成品。如果客户没有订购，我们就不会开始加工。”

细胞是什么?

哈特先生并没有通过机器人、引导车辆或其他特定组件的存在来定义细胞。任何一组设备被安排为一体式连续流(空白部分进入，成品部分出来)，有能力实现适当的takt时间(符合客户需求的生产节奏)，并满足所有质量规格，这就是一个单元。最小化或消除设置时间和其他不增加价值的活动的规定使计算单元“精简”。

连续的流量和时间决定了电池的设计。要完成设备组内的零件，必须提供哪些工序?每道工序需要多少工序才能生产出足够快的零件以按时交付订单?这些问题的答案可能需要一个自动化的多机单元，也可能需要一个单独的、手动加载的VMC和一组辅助的手动操作工作站。Roberts Tool有这两种类型的例子，也有介于两者之间的例子。

哈特解释说:“关键是要为正确的应用程序使用正确的工具。”

最精细和能力最强的单元是围绕丰田机械美国公司(Arlington Heights, Illinois)的灵活制造系统建造的单元。正如哈特先生所说，这是一个很好的例子，cell被设计成“为正确的应用提供正确的工具”。

FMS由两辆FA400 hmc组成，沿着轨道并排排列，用于轨道制导车辆(RGV)。这些30马力，40锥度的机器具有功率和精度，以生产复杂的液压歧管和其他喷气发动机部件的固体钛在±0.0005英寸的公差。每台机器有一个120口袋的自动换刀器(ATC)。

RGV从FMS一端的安装站穿梭400毫米托盘到机器的托盘更换器或9个缓冲站中的任何一个，这些缓冲站沿着机床对面的轨道排列。FMS可以同时容纳14个活动托盘。每台机器上的托盘更换工确保生产中断的时间只够用托盘坯交换一托盘成品。通过用装载空白的托盘填充缓冲站，FMS可以在很少操作员干预的情况下连续运行较长时间。

FMS由制造商专有的马赫III单元控制器软件控制。该系统协调RGV的运动，并跟踪托盘被送到机器的顺序。当相应的托盘到达时，它还下载适当的CNC程序和工具数据到每台机器。哈特说，控制系统的强度是FMS的一个主要卖点。他说:“这为我们提供了所需的自动化程度和灵活性，我们需要将FMS作为一个精益单元来操作。”

FMS本身遵循建造者的标准，预先设计的配置，它是模块化的，允许安装在任何数量的机器上。例如，罗伯茨工具公司的FMS可以通过延长轨道、安装第三台机器和增加更多缓冲站来扩大。使这种FMS成为精益加工单元的是对托盘和刀具离线准备的容纳。

零时间离线设置

哈特指出:“这就是我们如何在这个单元上实现接近零的设置和转换。”他说:“零设置和高吞吐量使这个电池成为一个高产的赚钱机器。”

所有的托盘都配有直立的工作支架。为分配到这个单元的每个部件至少建立了两个完全固定的基座(一个用于在机器中处理，一个用于在队列中等待)。基座被保存在专用的托盘上，当不使用时，被存储在FMS结束时靠近操作员站的架子上。(这种使用点存储最小化了托盘的行程和操作步骤。)即使电池可以生产几个零件号，它需要相对较少的托盘。这是因为许多托盘可以接受多个零件编号。

哈特解释说:“当某个零件的订单来临时，我们只需要取回它的托盘，在安装站装载实坯，然后在机器前排队。”

同样，所有加工进入细胞的零件所需的切削工具都始终保存在机器的atc中。补充atc的替代工具也准备在细胞的这个区域。工具被预先设定并装在推车里，然后在一个工作轮班的开始或结束时更换。

“这一切都发生在线下，”哈特强调说。安装和工具准备对零件流动没有任何影响。”

同样重要的是这种方法所确保的设置的一致性。零件总是以完全相同的方式定位和固定，这对高质量的零件生产至关重要，他说。没有引入影响输出的变量。

在安装这个电池之前，工厂用独立的机床制造类似的零件。通常情况下，安装需要两周时间，第一部分的检查和验收需要另外一周时间。这家店需要6周的交货时间才能完成一笔订单。今天，它需要3天。

底线是:细胞制造去掉了大部分不能增加零件价值的活动，同时加快了能增加零件价值的活动。哈特说:“这意味着我们可以把这些浪费的成本从零件的价格中扣除，但每锭小时的收入仍几乎是原来的两倍。”车间整体较高的吞吐量反映在每年的库存周转次数从4次增加到12次。

制造工艺，而不是制造零件

哈特认为，设计细胞既是一门科学，也是一门艺术。这是一门科学，因为精益制造的概念，如连续流程，需要时间和设置减少，可以减少对规模大小和指定单元设备的猜测。从某种意义上说，这是一门艺术，即发现和利用盈利操作的机会，需要对适合于细胞制造的各种部件和部件组合有一种“感觉”。然而，掌握细胞制造概念并不是阻碍许多商店的原因。

哈特认为，店主更有可能难以理解这样一个事实:他们必须从制造零件的业务中抽身而出，转而从事建筑工艺的业务。他说:“建立一个流程需要大量的前期投资，但客户和供应商都能获得持久的回报。”设计和建造一个单元，解决离线安装、固定、工具、编程和检查例行程序的所有细节，必然要比传统的作业车间思维在其通常的报价实践中所能证明的更多的时间和金钱。

这种想法没有抓住重点。哈特认为，构建流程的关键在于，就像精益制造单元所体现的那样，既要为客户大幅降低成本，又要大幅提高供应商的利润率。正如他所说:“一旦你在构建流程上进行了投资，每当客户订单由该流程完成时，就会产生节约成本、提高利润的效果。你可以通过分享设计理念向客户证明这一点。如果你能在产品生产期间提供10%或20%的降价，为什么顾客要去找一家承诺降价1%或2%的商店呢?与此同时，电池的高吞吐量使其具有非凡的盈利能力，免受过度设置、高报废率和批处理瓶颈的侵蚀。”

哈特最近有机会向他在小型飞机行业最好的客户之一演示流程构建的价值。他被要求创建一个模型细胞，可以与客户的传统作业车间来源相比较。这个模型单元必须满足以下目标:

• 从一开始就降低10%的成本。
• 缩短80%的生产周期。
• 将所有30个不同部件的安装时间减少90%。
• 在实时过程监控中保持六西格玛质量。
• 使用非熟练工人按标准工作程序操作细胞。
• 赚的钱至少是比较供应商的两倍。

罗伯茨·图尔在八周内就把电池安装好并开始运转。示意图见第84页。牢房只有240平方英尺的空间。操作人员在每个部件循环中仅移动10英尺。视觉信号系统(精益术语中的“超市”)告诉操作员下一步要生产什么部件，因此没有正式的调度。当电池需要补充时，看板系统提供视觉信号。以下是该项目取得的成果:

• 所有30个部件可以在不到一分钟的离线设置(因此，零在线设置时间)。
• 完成一套30个零件的运输所需时间为加工1天，表面处理和油漆3天。
• 过程控制保持在1.33 Cpk或更好。
• 单元操作的每个方面都有文件记录，并完全建立了标准的工作程序。
• 运行该单元不需要特殊技能或之前的培训。
• 一个不熟练的操作员每小时能产生286美元的收入。

竞争源的流程的前置时间为87天。该供应商需要39.7小时才能完成一套部件的运输，而罗伯茨工具模型单元只需要9.8小时。原始供应商在每个“装运集”上花费了70小时的设置时间，而模型单元的设置时间为零。原来的供应商一次生产57套零件，而模型单元只有3套。底线:客户从老供应商那里得到的成本是每套零件4,078美元。电池模型的成本是3570美元。原来的供应商每小时赚76.29美元。罗伯茨·托尔制作模型电池的时薪为286.65美元。

这些结果强化了客户将精益单元制造方法推广到供应链中所有来源的意图。Roberts Tool的模型单元为这些供应商提供了一个可以做什么和需要做什么的例子。

更多真正的信徒

哈特先生希望其他商店能效仿罗伯茨工具的做法。“我不会试图告诉其他商店如何经营他们的生意。我确实试图向他们展示我是如何经营自己的公司的。”他看到了令人鼓舞的结果。他引用了最近的一项进展:一位店主与当地一群航空航天供应商会面，进行同行评审。哈特先生代表罗伯茨工具公司参加这些会议。在听说了在Roberts Tool安装的丰田FMS单元后，该店主认识到，该建造商提供的类似系统也适合他的情况。该系统目前正在订购中。

最后，哈特指出，他希望自己的员工真正相信精益制造和单元加工的优势。为此，他的公司实施了一种与员工分享生产率增长的系统。这个公式是根据净工资与净销售额的比率计算的，它鼓励人们从店铺经营中消除浪费。简而言之，精益制造的价值体现在更丰厚的薪水上。