山高刀具：多品种、小批量生产模式下如何满足客户需求？

在计划和实施加工方案时，制造商通常会将重点放在内部加工的操作要素上，而忽略加工的最终目的：确保客户满意。

在很大程度上，客户满意度是以尽可能缩短从客户下订单到成品交付的时间为基础的。在过去，制造商通过加工成千上万个相同的零件并准备大量库存以便可以立即发货，来最大限度地缩短交付时间。这种种类少、产量高 (LMHV) 的生产方案使制造商能够在整个逐步进行的加工过程中，及时满足客户的需求并避免出现意外的生产错误和中断。

然而，今天的市场需求却截然不同。越来越多的客户订购为特定需求定制的小批量产品。因此，制造商很少进行大量生产。成组的重复组件不是大批量生产的，而是几百个、几十个甚至单个地生产的。这些种类多、产量低 (HMLV) 的生产方案没有为持续的过程开发或意外中断留出余地。制造商必须确保整个加工过程完全可靠。即时速度、一致性和可预测性至关重要。

许多制造商将重点放在提高效率上，追求以最低成本实现最大产量。实际上却忽略了更重要的事情– 满足客户要求的关键优先事项，尤其是客户对按时交付的要求。

QRM

“快速响应制造 (QRM)”的概念是在 HMLV 时代早期提出的，该概念强调了时间在制造过程中的关键作用。QRM 策略以及零浪费和过程优化工作提供了这样一个蓝图：制造商得以尽可能缩短交付周期从而最大限度提高客户满意度。

上世纪 90 年代，威斯康星大学麦迪逊分校 (University of Wisconsin-Madison) 的工业工程教授 Rajan Suri 认识到制造业市场即将发生的变化，尤其是 HMLV 生产趋势。1993 年，他成立了快速响应制造中心。该中心的宗旨是在大学和制造公司之间建立合作伙伴关系，以开发和实施缩短交付周期的方法。除了精益、六西格玛和类似的过程改进计划外，QRM 策略也常被使用。

传统方法

在传统加工环境中，生产经理首先考虑的是机器利用率。如果一台机器不运转，它就没有效率，它就是在花钱而不是在赚钱。机器必须不停运转，生产大量库存。库存零件可以缓冲波动的客户需求。

但是，在 HMLV 制造中，投入生产往往不是为了库存，而是为了生产客户要求的小批量定制零件。不存在缓冲库存。

碰上急件时情况会更加复杂，有时候面临一些紧急情况或是重要客户的特殊要求不得不紧急处理一些订单。如果工厂的所有机器都在运转，那么为了优先处理急件，必然会耽误其他工作。被耽误的其他生产继而又变成了急件，交付周期延长，生产过程被打乱。

另一个问题是制造人员倾向于按照内部考核指标办事，例如实现 100% 按时交付。往往不会根据最优的生产效率制定计划。例如，车间人员可能知道完成某项工作只需要一天时间，但会分配两天时间以应对可能的急件或其他延迟所造成的生产中断。

生产计划员增加了一个时间缓冲，以避免因未及时交付而被管理层训斥的情况发生。但是，如果类似的行为在整个车间都很常见，两周的交付周期可能会延长到七周。车间内部的按时交付绩效可能为 98%，因此生产人员对满足内部目标很满意，但需要在两周内收到产品的客户一点儿也不满意。

传统制造环境有着系统局限性（见图 2）。左图是一条交通量最少的高速公路，象征着资源未充分利用，如果用于制造业，则表示每个成品工件的生产成本较高。右图是一条过度使用的高速公路，车辆拥堵不前，这代表了出现错误或意外工作争夺生产高速公路上的空间时导致的混乱和延长的交付周期。中间的图片展示的是一种平衡且经济高效的资源输出和利用方法。

HMLV 生产路线图

在 HMLV 生产环境中，生产不同工件的首次零件产量和一致质量是关键因素。目标是提供单件批次的零件成本与百万件批次的零件成本相同的定制产品，并确保立即交付。

从一开始就生产优质零件取决于无故障和可靠的加工过程的建立。目前盛行将最新的生产技术和数字化技术作为加工问题的解决方案。然而，速度、一致性和灵活性曾经是、现在仍然是建立在卓越运营的基础上的，也是建立在受过良好教育、拥有积极心态和动力的制造人员的基础上的。（参见附注）。

在讨论数字化和优化之前，有必要全面了解车间运营情况，确定浪费时间和资源的生产环节，并制定尽量减少浪费的方法。在这基础上再考虑工艺质量或可靠性。

零浪费车间

缩短交付周期需要消除制造过程中的浪费。零浪费车间不会过度生产零件，而是充分利用工件材料，并消除半成品零件的额外移动。加工过程中的浪费和耗时的活动包括产生毛刺、不良表面质量、长切屑、振动和产生不合格零件的加工误差。不良零件必须返工或拒收并再制，这都会增加生产过程中的等待时间。

即使生产的零件质量高于客户的要求，也意味着浪费时间和金钱。车间必须认识到，工件质量应在满足客户规格和功能要求的情况下尽可能得低。

如果某个零件的公差为 5 微米，那么实现 3 微米的公差就是在浪费。要实现更紧密的公差，就需要使用质量更高的刀具和更加精密的加工过程，但客户不会为他们要求之外的这些更高质量慷慨解囊。因此这项工作对于车间来说就是一笔赔钱买卖。

遵守限制条件

建立平衡加工过程的第一阶段是选择负荷能力能够满足或超过金属切削加工中存在的机械、热、化学和摩擦负荷的刀具。

第二阶段涉及选择切削工况，识别现实条件对加工工艺的限制。理论上，刀具的能力范围非常广泛，但车间的特定现实情况限制了有效参数的应用范围。

例如，刀具的切削能力取决于所使用的机床的功率。工件材料的加工特性可能会限制切削速度或进给率，而复杂或脆弱的工件配置可能会容易引起振动。尽管大量切削工况组合在理论上可行，但放在车间现实条件下适用参数较为有限。

应用生产限制条件之外的切削工况将会产生负面效应，包括成本增加和生产率降低。加工过程中遇到的大部分问题都源于不遵守现实情况对切削工艺的限制。当切削工况在现实限制条件范围内时，从技术层面上来说，加工就是安全的。

然而，并不是每个技术安全的切削工况组合都会产生相同的经济效益。当切削工况改变时，加工成本也会随之变化。更激进但技术上仍安全的切削工况会加速成品工件的产出。但在达到某一点后，产出便会减缓，因为激进的切削参数还会导致刀具寿命缩短，并且多次换刀会花费更多的时间。

因此，实现平衡加工过程的第三阶段涉及确定在给定条件下的切削工况的最佳组合。需要建立一个工作域，工作域内为可以提供所需生产率和经济性水平的组合。采用该组合进行生产，通常需要进行一些故障排除以解决特定问题，以及需要持续的过程分析和优化。

通用刀具

虽然高性能的专用刀具可以提高产出速度，但在加工条件限制下，通用性更广的刀具可能是更优选择。在加工特定零件时，为了实现加工生产率和成本效益的最大化，从一种工件配置变为另一种工件配置可能需要完全清空机床转台并更换所有刀具。在 HMLV 生产模式下，小批量的不同零件频繁更换，转换时间会消耗使用最大生产率刀具带来的整体生产率提高。

在刀具性能达到最大限度的情况下，一些操作员会减小切削参数，以防刀具故障和中断。另一方面，尽管通用刀具采用不太激进的参数，但仍比以生产率为中心的刀具更适合于广泛的切削工况。采用通用刀具加工各种不同的工件时，实际加工可能会稍慢一些或更贵一些，但安装时间、报废和交付周期的减少弥补了这些差异。

结论

客户满意度是所有业务关系的目标。在制造业，客户满意度的一个关键因素是按时交付加工的零件。HMLV 生产方案给制造商带来了压力，要求他们优化加工以缩短交付周期和加快交付速度。运用“快速响应制造”概念以及零浪费和优化计划，使制造商能够实现满足客户对按时交付的要求所需的速度和可靠性，同时确保制造利润率。

人才和智能机器

HMLV 生产方案具有复杂多变的特性，这似乎成为应用最新制造技术的绝佳条件，包括通过智能机器和数据分析实现的内部数字化、通过集成供应链实现的外部数字化，以及通过与客户的基于 Web 的连接来匹配供求关系。新技术浪潮显然最大限度地降低了人工投入在制造业务中的价值。

但相反，HMLV 生产方案中快速变化的要素增加了人工投入的重要性。复杂的加工需要传统工艺形式，包括创新性和灵活性，以快速适应不断变化的零件、工件材料和切削工况。

最重要的是，制造人员必须拥有积极的理念和动力，才能应对和解决 HMLV 生产带来的各种新挑战。

获得这种理念需要持续的内部培训，向车间人员证明提高生产率不一定需要高额费用和高科技。需要使车间人员认识到满足客户需求的重要性。可以反复运用并且扩充在改进个别加工或一系列加工时获得的经验教训，以应用于整个车间的类似情况。

山高技术培训课程 (STEP) 等系统的培训可以帮助车间人员快速掌握生产经验，成熟实用的课程内容有助于生产人员熟悉最新的刀具系统和技术。

将过程分析和改进的实践经验与有组织的培训计划相结合，是建立问题解决和过程改进文化的关键，这将为持续的制造成功提供支持。需要补充的是，培训是交互式信息资源，例如山高 My Pages 数字门户，可以为用户采购刀具提供便捷服务，提供刀具应用指导、工艺优化及工程辅助。

为了最大限度地发挥 HMLV 加工的优势，管理层必须摆脱传统的大批量加工的系统性限制。需要培养员工正确的生产理念，从而在产出与灵活性之间建立平衡，始终确保客户完全满意。

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（山高刀具）

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