单元生产方式
摘要：伴随着科学技术的发展，当今的企业面对的市场环境也是瞬息万变。企业的生产运作需要更高的柔性来面对市场随时变化的需求环境，所以越来越多的企业采用了多品种小批量的生产方式。本文就单元布局产生的背景；单元布局的优缺点；单元布局所采用的成组技术，特别是基于工艺流程的顺序聚类方法进行介绍。
关键字：单元布局；生产方式；成组技术；排序聚类法
目录
1.
生产方式的演变 . .......................................................................................................... 2 1.1. 1.2. 1.3. 2.
基于工艺原则的单件生产 . .............................................................................. 2 基于标准化流水线的大量生产 . ...................................................................... 2 基于单元布局的多品种小批量生产方式 . ...................................................... 2
单元生产方式介绍 . ...................................................................................................... 3 2.1.
单元生产的几种常见形式 . .............................................................................. 3
2.1.1. 屋台式 . ...................................................................................................... 3 2.1.2. 逐兔式 . ...................................................................................................... 3 2.1.3. 分割式 . ...................................................................................................... 3 2.2. 3.
单元生产的优缺点 . .......................................................................................... 4
实现单元生产的成组技术 . .......................................................................................... 4 3.1. 3.2.
基于生产流程分析的排序聚类法 . .................................................................. 4 生产流程分析的排序聚类法实例 . .................................................................. 5
4.
结论............................................................................................................................... 7
生产方式主要经历了三个发展阶段：单件手工作业，大批量生产，柔性化、系统化和智能化的生产方式。制造业被大批量生产方式主导了将近百年，其间世界各国工业化进程得到了极大发展，进而促进市场经济的形成。随着科学技术的飞速发展、市场的高速变化和产品需求的多样化，市场对产品的需求已经从传统的刚性需求向高度定制化的柔性需求转化，这使得大批量生产方式的规模经济优势遭遇了前所未有的挑战。
1. 生产方式的演变[1]
1.1. 基于工艺原则的单件生产
单件生产方式是按照用户的要求进行生产, 采用手动操作的通用机床。由于无标准的计量系统, 所以生产出来的产品规格只能达到近似要求, 可靠性和一致性不能得到保证。生产效率不高, 产量很低, 例如当时的汽车产量每年不超过1000辆, 而且生产成本很高, 也不随产品产量的增加而下降。从业者通晓和掌握产品设计、机械加工和装配等方面的知识和操作技能, 大多数人从学徒开始, 最后成为制作整台机器的技师或作坊业主。工厂的组织结构松散, 管理层次简单, 由业主自已和所有顾客、雇员和协作者联系。 1.2. 基于标准化流水线的大量生产
自从福特开创的汽车装配自动流水生产线。从此制造业开始了第一次生产方式的转换, 这种模式推动了工业化的进程, 为社会提供了大量的经济产品, 促进了市场经济的高速发展, 成为各国纷纷仿效的生产方式, 大量生产方式的主要特征是:实行从产品设计、加工制造到管理的标准化和专业化。采用移动式的装配线和高效的专用设备。实行纵向一体化制度, 把一切与最终产品相关的工作都归并到厂内自制, 自制率高。这些都提高了生产率, 降低了成本, 保证了质量, 缩短了生产周期, 使工业生产面貌发生了根本的变化, 生产力发生了飞跃。 1.3. 基于单元布局的多品种小批量生产方式
单元式生产方式是从流水线生产方式中革新出来的一种新的生产方式，是一种自律分散型生产方式。20世纪80年代初日本在推行柔性制造系统时期开始在生产制造领域频频使用。当时为了适应多品种生产的需要，将在制品和生产设备按品种分成若干个单位，这些在制品单位或设备单位被称之为细胞；再由一个或者少数几个作业人员承担和完成细胞内所有工序。单元式生产方式主要依靠手工组装由少数的精通多道工序的员工组装产品，是一种适应性很强的生产方式，适用于生产设备不太大，需手工操作的生产环节如；装配环节等。由于单元式生产方式具有许多优势，目前它不仅在日本国内的手机、电脑、复印机、印刷机、录像机、显微镜、医疗机械、汽车零部件、机械零部件、机车、木工、缝纫等行业
得到日益广泛的应用，至今在日本之外的许多海外、企业也都开始应用这种生产方式。
2. 单元生产方式介绍 2.1. 单元生产的几种常见形式 2.1.1. 屋台式
屋台式单元生产线，指的是一位作业员拥有一条单独的生产线屋台式命名来源于一种日本的小吃作坊日本一些售卖小吃的摊贩，有一台活动的食品制作车，加工食品的食料炊具全部放在车上，当顾客有需要时老板当场制作，这种食品的制作车，就叫屋台。如图1：
[2]
图1 屋台式单元生产线
2.1.2. 逐兔式
逐兔式单元生产线，作业员仍然采用一人完结式作业方式，每个人从头做到尾。与屋台式不同的是，逐兔式并没有采用一个人一条生产线的做法，而是采用多人共用一条生产线的方式。如图2：
图2 逐兔式单元生产线
2.1.3. 分割式
分割式单元生产线，多人共用一条生产线，与逐兔式相比更进一步的是，部分放弃了一人完结的作业方法，转而根据员工的技能现状尽可能合并生产作业这样，一个完整的工艺流程，由几位作业员分工完成，因此称之为分割式单元生产线。如图3：
图3 分割式单元生产线
2.2. 单元生产的优缺点
佳能电子总裁酒卷久总结道：如果只用一句话来说明引入单元式生产方式的效果的话，那就是“去除车间的无用功”。根据日本企业的实际应用效果和具体数据，单元式生产方式的优势有以下几点：第一，设备投资规模小，单元式生产方式以手工作业为主，虽然根据需要也使用少量简单的机械和自动化工具，但价格低廉。因此，即便是小批量生产也可望在短期内收回投资。第二，生产周期缩短，单元式生产方式由于细胞内的所有工序都是由个人或少数几个人来承担，因此缩短了生产周期设定和调试时间短。流水生产线在企业变换产品的品种和规格时必须花大量时间进行重新设定和调试，而采用单元式生产方式后，当企业变换产品的品种和规格时，只需根据产品的形状和工序构成重新组装一下工作台，重新培训一下工人即可，因此一般在几天内就能投人生产。第三，有利于明确责任，建立激励和制约机制，采用单元式生产方式以后，细胞内的所有工序由个人或少数几个人承担，责任明确，好坏有别，它增强了工人对工作的责任感和成就感。
单元式生产方式也不是完美无缺的可，与流水线生产方式相比单元式生产方式也有许多弱点：一是生产效能不稳定，在流水线方式下可以根据流水线流动速度管理任务时间，完成一个产品的时间、每个人所用的操作时间，可以很精确地设定。在单元式生产方式下，一个人负责多个流程段技能，个人差别非常显著，很难对全工厂的生产量进行管理。再精确一点的，话即使是同一个操作者一天中的速度也有快有慢，很难像流水线方式那样将任务时间维持在固定一点上。二是容易出现不良率较高的问题：在流水线方式下由于每个人对于自己的每一个操作都很熟悉，一有异常马上就可以发现，即使某个操作者没有发现，整个生产线上总有人会发现。在单元式生产方式中如果某个操作者没有发现异常那么在完成组装工作之后就会产生大量的次品。
3. 实现单元生产的成组技术
3.1. 基于生产流程分析的排序聚类法[3]
生产流程指的是零件加工过程的工艺过程，应用生产流程分析的前提是已知该零件的工艺过程（包括工艺顺序和所用设备），通过相同或相似的工艺路线将零件聚集在一起成组，因此，这是划分工艺组（包括调整组、数控组等）或管理组（包括同期投产组等）的好方法。按照生产流程分析，可在此分组基础上形成理论上的按成组生产组织布置设备的成组生产单元。
排序聚类法是聚类分析中一种实用的好方法。在进行排序聚类分析法之前，先按生产流程分析法准备生产流程工艺图，就是车间的设备-零件矩阵，然后按排序聚类算法进行。排序聚类算法的基本思想是在原始生产工艺流程矩阵基础上，
先按列序对全部列的二进制数进行数值大小的比较，然后将比较结果按从右到左数值升序重新排列原始生产工艺流程矩阵中的列序，得到新的矩阵。在新矩阵的基础上，再按行序对全部行的二进制数进行大小比较，将比较结果按从上到下数值升序重新排列，如此反复进行，直到行和列都符合升序排列为止。其过程如下图4（“1”表示产品使用相应机器，否则不使用）：
图4 排序聚类算法
排序聚类算法的步骤可归纳如下： 步骤一：对全部列计算列总权W j
n
W j = 2i M ij
i=1
步骤二：如计算所得个列总权W j 呈升序，转至步骤三；否则重新排列各列，使W j 呈升序。
步骤三：对全部行计算列总权W i
m
W i = 2j M ij
j=1
步骤四：如计算所得各行总权W i 呈升序，就停止；否则重新排列各列，使W i 呈升序，并转至步骤一。
3.2. 生产流程分析的排序聚类法实例
现有七种零件，所使用的机器共有八种，其生产工艺流程分析矩阵如图3所示，要求按照排序聚类法进行分组。
计算过程如下： 对全部列计算列总权W j
排序后的结果如下矩阵所示，可以得出七种零件可以分成三个产品组，其中B 和D ，A 和E ，C 、F 和G 一组。
各个生产单元机器组成如下： 单元一，生产B 和D ：
单元二，生产A 和E ：
单元三，生产C 、F 和G ：
4. 结论
单元生产是一种典型的基于对象的布局方法，有很大的柔性。作为企业面对变幻莫测的市场环境，所采取的最有效的生产布局方式。当企业订单变化时可以很快采取措施应对这种变化。单元式的生产布局，现在已经成为精益生产实施过程中的一个重要组成部分。但是由于单元生产对员工的技能，生产计划、调度，在制品管理有一定的要求，所以企业在实施单元生产时不仅要根据具体市场环境，还要做好基础准备。
【参考文献】
[1] 赵涛，齐二石．生产方式的发展演变历程[J]．工业工程，1998，（3）. [2] 刘平．精益生产方式之单元生产的应用研究[J]．企业导报，2013，（18）.
[3] 罗振壁，朱耀祥，张书桥．现代制造系统．北京：机械工业出版社，2004.8.
单元生产方式
摘要：伴随着科学技术的发展，当今的企业面对的市场环境也是瞬息万变。企业的生产运作需要更高的柔性来面对市场随时变化的需求环境，所以越来越多的企业采用了多品种小批量的生产方式。本文就单元布局产生的背景；单元布局的优缺点；单元布局所采用的成组技术，特别是基于工艺流程的顺序聚类方法进行介绍。
关键字：单元布局；生产方式；成组技术；排序聚类法
目录
1.
生产方式的演变 . .......................................................................................................... 2 1.1. 1.2. 1.3. 2.
基于工艺原则的单件生产 . .............................................................................. 2 基于标准化流水线的大量生产 . ...................................................................... 2 基于单元布局的多品种小批量生产方式 . ...................................................... 2
单元生产方式介绍 . ...................................................................................................... 3 2.1.
单元生产的几种常见形式 . .............................................................................. 3
2.1.1. 屋台式 . ...................................................................................................... 3 2.1.2. 逐兔式 . ...................................................................................................... 3 2.1.3. 分割式 . ...................................................................................................... 3 2.2. 3.
单元生产的优缺点 . .......................................................................................... 4
实现单元生产的成组技术 . .......................................................................................... 4 3.1. 3.2.
基于生产流程分析的排序聚类法 . .................................................................. 4 生产流程分析的排序聚类法实例 . .................................................................. 5
4.
结论............................................................................................................................... 7
生产方式主要经历了三个发展阶段：单件手工作业，大批量生产，柔性化、系统化和智能化的生产方式。制造业被大批量生产方式主导了将近百年，其间世界各国工业化进程得到了极大发展，进而促进市场经济的形成。随着科学技术的飞速发展、市场的高速变化和产品需求的多样化，市场对产品的需求已经从传统的刚性需求向高度定制化的柔性需求转化，这使得大批量生产方式的规模经济优势遭遇了前所未有的挑战。
1. 生产方式的演变[1]
1.1. 基于工艺原则的单件生产
单件生产方式是按照用户的要求进行生产, 采用手动操作的通用机床。由于无标准的计量系统, 所以生产出来的产品规格只能达到近似要求, 可靠性和一致性不能得到保证。生产效率不高, 产量很低, 例如当时的汽车产量每年不超过1000辆, 而且生产成本很高, 也不随产品产量的增加而下降。从业者通晓和掌握产品设计、机械加工和装配等方面的知识和操作技能, 大多数人从学徒开始, 最后成为制作整台机器的技师或作坊业主。工厂的组织结构松散, 管理层次简单, 由业主自已和所有顾客、雇员和协作者联系。 1.2. 基于标准化流水线的大量生产
自从福特开创的汽车装配自动流水生产线。从此制造业开始了第一次生产方式的转换, 这种模式推动了工业化的进程, 为社会提供了大量的经济产品, 促进了市场经济的高速发展, 成为各国纷纷仿效的生产方式, 大量生产方式的主要特征是:实行从产品设计、加工制造到管理的标准化和专业化。采用移动式的装配线和高效的专用设备。实行纵向一体化制度, 把一切与最终产品相关的工作都归并到厂内自制, 自制率高。这些都提高了生产率, 降低了成本, 保证了质量, 缩短了生产周期, 使工业生产面貌发生了根本的变化, 生产力发生了飞跃。 1.3. 基于单元布局的多品种小批量生产方式
单元式生产方式是从流水线生产方式中革新出来的一种新的生产方式，是一种自律分散型生产方式。20世纪80年代初日本在推行柔性制造系统时期开始在生产制造领域频频使用。当时为了适应多品种生产的需要，将在制品和生产设备按品种分成若干个单位，这些在制品单位或设备单位被称之为细胞；再由一个或者少数几个作业人员承担和完成细胞内所有工序。单元式生产方式主要依靠手工组装由少数的精通多道工序的员工组装产品，是一种适应性很强的生产方式，适用于生产设备不太大，需手工操作的生产环节如；装配环节等。由于单元式生产方式具有许多优势，目前它不仅在日本国内的手机、电脑、复印机、印刷机、录像机、显微镜、医疗机械、汽车零部件、机械零部件、机车、木工、缝纫等行业
得到日益广泛的应用，至今在日本之外的许多海外、企业也都开始应用这种生产方式。
2. 单元生产方式介绍 2.1. 单元生产的几种常见形式 2.1.1. 屋台式
屋台式单元生产线，指的是一位作业员拥有一条单独的生产线屋台式命名来源于一种日本的小吃作坊日本一些售卖小吃的摊贩，有一台活动的食品制作车，加工食品的食料炊具全部放在车上，当顾客有需要时老板当场制作，这种食品的制作车，就叫屋台。如图1：
[2]
图1 屋台式单元生产线
2.1.2. 逐兔式
逐兔式单元生产线，作业员仍然采用一人完结式作业方式，每个人从头做到尾。与屋台式不同的是，逐兔式并没有采用一个人一条生产线的做法，而是采用多人共用一条生产线的方式。如图2：
图2 逐兔式单元生产线
2.1.3. 分割式
分割式单元生产线，多人共用一条生产线，与逐兔式相比更进一步的是，部分放弃了一人完结的作业方法，转而根据员工的技能现状尽可能合并生产作业这样，一个完整的工艺流程，由几位作业员分工完成，因此称之为分割式单元生产线。如图3：
图3 分割式单元生产线
2.2. 单元生产的优缺点
佳能电子总裁酒卷久总结道：如果只用一句话来说明引入单元式生产方式的效果的话，那就是“去除车间的无用功”。根据日本企业的实际应用效果和具体数据，单元式生产方式的优势有以下几点：第一，设备投资规模小，单元式生产方式以手工作业为主，虽然根据需要也使用少量简单的机械和自动化工具，但价格低廉。因此，即便是小批量生产也可望在短期内收回投资。第二，生产周期缩短，单元式生产方式由于细胞内的所有工序都是由个人或少数几个人来承担，因此缩短了生产周期设定和调试时间短。流水生产线在企业变换产品的品种和规格时必须花大量时间进行重新设定和调试，而采用单元式生产方式后，当企业变换产品的品种和规格时，只需根据产品的形状和工序构成重新组装一下工作台，重新培训一下工人即可，因此一般在几天内就能投人生产。第三，有利于明确责任，建立激励和制约机制，采用单元式生产方式以后，细胞内的所有工序由个人或少数几个人承担，责任明确，好坏有别，它增强了工人对工作的责任感和成就感。
单元式生产方式也不是完美无缺的可，与流水线生产方式相比单元式生产方式也有许多弱点：一是生产效能不稳定，在流水线方式下可以根据流水线流动速度管理任务时间，完成一个产品的时间、每个人所用的操作时间，可以很精确地设定。在单元式生产方式下，一个人负责多个流程段技能，个人差别非常显著，很难对全工厂的生产量进行管理。再精确一点的，话即使是同一个操作者一天中的速度也有快有慢，很难像流水线方式那样将任务时间维持在固定一点上。二是容易出现不良率较高的问题：在流水线方式下由于每个人对于自己的每一个操作都很熟悉，一有异常马上就可以发现，即使某个操作者没有发现，整个生产线上总有人会发现。在单元式生产方式中如果某个操作者没有发现异常那么在完成组装工作之后就会产生大量的次品。
3. 实现单元生产的成组技术
3.1. 基于生产流程分析的排序聚类法[3]
生产流程指的是零件加工过程的工艺过程，应用生产流程分析的前提是已知该零件的工艺过程（包括工艺顺序和所用设备），通过相同或相似的工艺路线将零件聚集在一起成组，因此，这是划分工艺组（包括调整组、数控组等）或管理组（包括同期投产组等）的好方法。按照生产流程分析，可在此分组基础上形成理论上的按成组生产组织布置设备的成组生产单元。
排序聚类法是聚类分析中一种实用的好方法。在进行排序聚类分析法之前，先按生产流程分析法准备生产流程工艺图，就是车间的设备-零件矩阵，然后按排序聚类算法进行。排序聚类算法的基本思想是在原始生产工艺流程矩阵基础上，
先按列序对全部列的二进制数进行数值大小的比较，然后将比较结果按从右到左数值升序重新排列原始生产工艺流程矩阵中的列序，得到新的矩阵。在新矩阵的基础上，再按行序对全部行的二进制数进行大小比较，将比较结果按从上到下数值升序重新排列，如此反复进行，直到行和列都符合升序排列为止。其过程如下图4（“1”表示产品使用相应机器，否则不使用）：
图4 排序聚类算法
排序聚类算法的步骤可归纳如下： 步骤一：对全部列计算列总权W j
n
W j = 2i M ij
i=1
步骤二：如计算所得个列总权W j 呈升序，转至步骤三；否则重新排列各列，使W j 呈升序。
步骤三：对全部行计算列总权W i
m
W i = 2j M ij
j=1
步骤四：如计算所得各行总权W i 呈升序，就停止；否则重新排列各列，使W i 呈升序，并转至步骤一。
3.2. 生产流程分析的排序聚类法实例
现有七种零件，所使用的机器共有八种，其生产工艺流程分析矩阵如图3所示，要求按照排序聚类法进行分组。
计算过程如下： 对全部列计算列总权W j
排序后的结果如下矩阵所示，可以得出七种零件可以分成三个产品组，其中B 和D ，A 和E ，C 、F 和G 一组。
各个生产单元机器组成如下： 单元一，生产B 和D ：
单元二，生产A 和E ：
单元三，生产C 、F 和G ：
4. 结论
单元生产是一种典型的基于对象的布局方法，有很大的柔性。作为企业面对变幻莫测的市场环境，所采取的最有效的生产布局方式。当企业订单变化时可以很快采取措施应对这种变化。单元式的生产布局，现在已经成为精益生产实施过程中的一个重要组成部分。但是由于单元生产对员工的技能，生产计划、调度，在制品管理有一定的要求，所以企业在实施单元生产时不仅要根据具体市场环境，还要做好基础准备。
【参考文献】
[1] 赵涛，齐二石．生产方式的发展演变历程[J]．工业工程，1998，（3）. [2] 刘平．精益生产方式之单元生产的应用研究[J]．企业导报，2013，（18）.
[3] 罗振壁，朱耀祥，张书桥．现代制造系统．北京：机械工业出版社，2004.8.