上海, 2017 年 06 月 - 制造商們一直在追求生產力最大化和效率最大化。如今，制造商們往往會借助于云計算、數據驅動的制造、信息物理系統、工業 4.0 等新一代信息技術。這些先進的理念無疑將會拉動制造業的轉型發展。然而，與之相悖的是制造業的現狀，制造環節中存在不少浪費現象，亟需加以控制。在討論數字化和優化之前，制造商們有必要仔細檢查自身的操作流程，確定存在浪費的領域，并制定行之有效的方法來減少或消除浪費。控制浪費是制造企業準備采用先進智能制造戰略的第一步。
圖 1 - 制造工廠中各種要素及其相互關系的匯總圖(NEXT STEP 模型和概念)。
生產經濟性基礎
制造由一系列轉化過程構成。車間通過一系列單獨的轉化工序(例如鍛造、焊接或加工)，將原材料加工成成品或半成品。每個工序包括許多單獨的要素。加工的基本要素包括刀具、機床、夾具、冷卻液供應等。這些要素共同構成了一個從生產系統中的相關設備和組件獲得支持的加工系統。
規劃、編程和經濟管理職能部門以生產系統為中心，構成生產環境。生產環境的核心要素是人。盡管今天的制造業廣泛采用計算機、機器人和其他先進技術，但控制整體環境的決策者是人。
加工工藝以一系列涉及刀具選擇、切削工況、編程、工件材料和工裝夾具的技術應用細節為基礎。其他關鍵細節包括產量要求和成品工件的規定質量等級。
這些技術應用細節與經濟效應之間的關系及其發展變化規律，稱為生產經濟性。生產經濟性的目標是平衡所有涉及的因素。技術要素旨在工件質量、數量和及時交貨方面產生令人滿意的結果，但同時，為了企業的可持續發展，必須控制運營成本。
加工工藝中產量與成本之間的平衡可以通過三個階段實現。第一階段是制定可靠的加工工藝流程。這對盡量減少意外事件(例如刀具斷裂、切屑不受控制以及由此產生的工件損壞)至關重要。通過選擇有能力滿足或超過加工工藝中產生的機械負荷、熱負荷、化學負荷和摩擦負荷的刀具，可確保車間操作的可靠性。
圖 2 - STEP 中開發的整體可加工性模型。
實現平衡生產經濟性的第二階段涉及選擇切削工況，反映了現實情況對加工工藝的限制。理論上，切削刀具的適用性非常廣泛。然而，車間的特定現實情況限制了有效應用參數的范圍。
例如，刀具的能力和性能會受以下因素影響：裝配該刀具的機床的功率大小、工件材料的加工特性、以及零件配置是否容易引起振動或變形。盡管在理論上可以選擇廣泛的切削工況，但事實上，刀具的選擇范圍是受現實限制的。
圖 3 顯示，結合特定切削應用場合的現實情況，適用的切削速度、切削深度和進給量選擇已縮減。
圖 3 - 三維示圖顯示了可在切削環境限制下使用的所有切削工況組合。
應用特定場合的應用限制范圍之外的切削工況將會產生負面經濟效應，導致成本增加、生產率降低。加工工藝中大約 90% 的問題都源于未重視車間現實情況對切削工藝的限制。
當切削工況未超出車間應用限制范圍時，從技術層面上來說，操作是安全的。然而，技術性安全的切削工況組合并不會產生相同的經濟效益。切削工況改變時，加工工藝成本也會隨之變化。移向更激進但技術上仍安全的切削工況時，成品工件的產量會增加，但在到達某一點后，生產率便會下降，因為激進的切削參數會導致刀具壽命縮短。隨著時間的推移，由于換刀會花費更多的時間，零件產量也會下降。
切削工況組合在某一點可以實現產量和制造成本的平衡。圖 4 顯示了切削工況、生產率以及刀具和機床成本之間的關系。(圖形僅關注受切削工況影響的要素 - 不包括材料成本、間接成本以及管理和工程成本。)軸的右側是更為激進的切削工況，并在頂點獲得更高的生產率。圖形中間的淡藍色區域標志著能夠實現生產率(最高產量)和經濟性(最低成本)平衡的切削工況組合。
圖 4 – 切削工況、生產率和加工成本之間的關系。這是一個簡化的模型，未考慮浪費因素。
因此，實現平衡生產經濟性的第三階段涉及在給定條件下確定切削工況的最佳組合。需要考慮加工操作中的所有因素，采用可以實現所需生產率和經濟性的切削參數。
浪費對生產經濟性的影響
然而，制造系統中的浪費會干擾平衡生產經濟性的作用機制。制造系統中存在各種形式的浪費，這種浪費會破壞平衡。例如，在一個僅需 15kW 的連續切削應用場合中使用 60kW 的機床就是一種能源和電力浪費。再比如，當成品工件未達到要求的質量等級時，由于產品不合格，加工工藝中投入的時間、金錢和資源就是種浪費。同樣，當制造工件非必要地高出所需的質量等級時，也是種浪費，因為更高的質量意味著更多的成本投入。不充分利用或濫用智力資源也是種浪費，這種浪費往往未受到重視。公司某些員工可能擁有能夠幫助公司發展的知識或技能，但由于缺乏溝通、公司內部政治等原因，其知識和技能未得到充分利用，因此浪費掉了。
減少浪費的工具
在確定浪費行為并進行分類后，車間應制定一個減少或消除浪費的計劃。制造商可以借助于很多工具來查明、量化并盡量減少浪費行為。例如，對刀具使用、操作和性能下降的分析將有助于找出存在問題的環節。
這類分析已表明，在某些情況下，多達 20% 至 30% 的刀具被工作人員錯誤地判定為報廢，而實際上它們仍然可以使用 - 剩余的刀具壽命就被浪費掉了。通過制定明確的刀具報廢標準并將標準傳達給車間工作人員，可以大大減少刀具壽命的浪費。
同樣，機床停機時間分析可以量化刀具裝夾、編程和換刀等活動所花費的時間。這些分析往往表明，通過更好地理解、執行和協調這些必要但耗時的活動，可以避免多達 50% 至 60% 的停機時間。
借助采訪、調查和培訓計劃，可以在處理那些導致智力資源和知識技能被浪費的人事問題時，發現很多有用的信息。由此，員工可以更好地開展工作，并培養自身的能力，從而最大限度地提高生產率。
管理增值活動、價值支持活動和非必要活動
20世紀初，美國機械工程師 Fredrick Taylor 對車間操作進行了大量研究，提出通過消除生產環節中不會為最終產品增加價值的活動來推動生產率的提高。現代“精益生產”原則遵循了同樣的理念。
在加工操作中，只有當刀具實際切削金屬并生成切屑時，才會發生真正的增值活動。其他例如零件裝載和固定等行為，稱為“價值支持活動”，這些活動不會直接增加產品的價值，但卻是實現增值所必須的活動。
加工系統中的第三種活動是非必要活動。這些活動既不創造價值，也不支持創造價值，相反消耗資源，不會帶來任何效益。純粹屬于浪費行為。解決問題就是一種非必要活動。如果起初就合理地設計并控制加工工藝，那么就不會產生問題，也無需浪費時間來解決。
圖 5 - 加工車間以及所有相關要素的示意圖。
結論
過去，非必要活動往往被視為制造工藝的一部分，而非干擾生產經濟性平衡的主要因素。如今，人們開始關注消除或盡可能減少非必要活動。生產率和產能規劃的重點在于消除非必要活動，盡可能減少價值支持活動，并優化增值活動。(參見圖 6)
圖6 - 增值活動(橙色)、價值支持活動(藍色)和浪費活動(紅色)概覽。人力(灰色)是實現最佳制造績效的關鍵因素。
消除浪費后，理論上的生產經濟性就能得以實現。在這一點上，生產經濟性的進步可以直接應用于公司。然而，在努力消除每種浪費時，必須小心謹慎。關鍵是要量化浪費減少活動的投資回報。徹底消除浪費可能會涉及非常大的投資，從經濟的角度來看，接受浪費或部分浪費并與之共存可能是更妥善的選擇。在做出此類決策時，需要遵從適當的定量分析，公司內部也需要平衡利弊。
附注：
山高咨詢服務
隨著產品制造變得越來越復雜，用戶需要更多應用協助，從而從新技術中獲得最大利益。在加工中，初級協助是指導用戶為某一操作選擇合適的刀具。選擇刀具后，在選擇最佳切削工況、冷卻液的使用和其他考慮因素時，用戶需要進一步的指導建議。然后，如果刀具在該操作中不能發揮預期性能，刀具供應商可以提供故障排除幫助。這三種協助模式構成了傳統的刀具服務。
當刀具服務從單一應用擴展到涵蓋一臺或多臺機床對工件進行多項加工的工藝時，最終用戶需要獲得有關安排工序、工件操作和其他方面的指導，從而最大限度地提高效率和生產率。這種協助等級被稱為“工程服務”。制造商們越來越頻繁地尋求有關改善整個車間或企業的職能、產量和成本控制方面的指導。在這種情況下，一些獨立的咨詢公司開始開展所謂的“管理或制造咨詢”業務。然而，要對一家制造企業進行真正的評估，就必須全面理解該企業的核心業務。
數十年來，憑借長期積累且廣泛的加工工藝及刀具知識，山高一直致力于提供傳統的刀具服務、工程服務，并在某種程度上還提供了更大規模的咨詢服務。這些都是在特定情況下為客戶提供的協助性服務，但在 2016年，山高組建了自己的咨詢服務部門，從而為客戶提供一系列更精簡、更快速的制造服務。
山高咨詢服務包括廣泛的專業資源和交付方法。刀具選擇和應用協助通過在線方式全天候為客戶提供，以滿足車間希望快速提高生產率的需求。
工程服務可以通過電子通訊提供，并在必要時進行現場查看。山高咨詢服務還包括對車間各職能部門的操作進行綜合全面的分析和指導，以及有關機床維護、車間布局、物流和組織職能的咨詢。此外，還可就以下方面提供咨詢：人員技能和知識問題，以及企業生產戰略中制造技術與成本之間的關系。
所有山高咨詢關系都基于 NEXT STEP 概念，并且根據企業客戶的具體需求進行定制。此外，這也是山高和客戶的對話平臺，旨在實現共同目標。
山高總部設在瑞典法格斯塔市，在超過 45 個國家/地區設有辦事處，是為銑削、車削、孔加工和螺紋加工領域提供全面金屬切削解決方案的全球最大供應商之一。另外，80 多年來，公司一直與各行各業的制造商密切合作，提供他們所需的刀具、工藝和服務，幫助他們獲得最高的生產率和最大的利潤率。
圖 1 - 制造工廠中各種要素及其相互關系的匯總圖(NEXT STEP 模型和概念)。
生產經濟性基礎
制造由一系列轉化過程構成。車間通過一系列單獨的轉化工序(例如鍛造、焊接或加工)，將原材料加工成成品或半成品。每個工序包括許多單獨的要素。加工的基本要素包括刀具、機床、夾具、冷卻液供應等。這些要素共同構成了一個從生產系統中的相關設備和組件獲得支持的加工系統。
規劃、編程和經濟管理職能部門以生產系統為中心，構成生產環境。生產環境的核心要素是人。盡管今天的制造業廣泛采用計算機、機器人和其他先進技術，但控制整體環境的決策者是人。
加工工藝以一系列涉及刀具選擇、切削工況、編程、工件材料和工裝夾具的技術應用細節為基礎。其他關鍵細節包括產量要求和成品工件的規定質量等級。
這些技術應用細節與經濟效應之間的關系及其發展變化規律，稱為生產經濟性。生產經濟性的目標是平衡所有涉及的因素。技術要素旨在工件質量、數量和及時交貨方面產生令人滿意的結果，但同時，為了企業的可持續發展，必須控制運營成本。
加工工藝中產量與成本之間的平衡可以通過三個階段實現。第一階段是制定可靠的加工工藝流程。這對盡量減少意外事件(例如刀具斷裂、切屑不受控制以及由此產生的工件損壞)至關重要。通過選擇有能力滿足或超過加工工藝中產生的機械負荷、熱負荷、化學負荷和摩擦負荷的刀具，可確保車間操作的可靠性。
圖 2 - STEP 中開發的整體可加工性模型。
實現平衡生產經濟性的第二階段涉及選擇切削工況，反映了現實情況對加工工藝的限制。理論上，切削刀具的適用性非常廣泛。然而，車間的特定現實情況限制了有效應用參數的范圍。
例如，刀具的能力和性能會受以下因素影響：裝配該刀具的機床的功率大小、工件材料的加工特性、以及零件配置是否容易引起振動或變形。盡管在理論上可以選擇廣泛的切削工況，但事實上，刀具的選擇范圍是受現實限制的。
圖 3 顯示，結合特定切削應用場合的現實情況，適用的切削速度、切削深度和進給量選擇已縮減。
圖 3 - 三維示圖顯示了可在切削環境限制下使用的所有切削工況組合。
應用特定場合的應用限制范圍之外的切削工況將會產生負面經濟效應，導致成本增加、生產率降低。加工工藝中大約 90% 的問題都源于未重視車間現實情況對切削工藝的限制。
當切削工況未超出車間應用限制范圍時，從技術層面上來說，操作是安全的。然而，技術性安全的切削工況組合并不會產生相同的經濟效益。切削工況改變時，加工工藝成本也會隨之變化。移向更激進但技術上仍安全的切削工況時，成品工件的產量會增加，但在到達某一點后，生產率便會下降，因為激進的切削參數會導致刀具壽命縮短。隨著時間的推移，由于換刀會花費更多的時間，零件產量也會下降。
切削工況組合在某一點可以實現產量和制造成本的平衡。圖 4 顯示了切削工況、生產率以及刀具和機床成本之間的關系。(圖形僅關注受切削工況影響的要素 - 不包括材料成本、間接成本以及管理和工程成本。)軸的右側是更為激進的切削工況，并在頂點獲得更高的生產率。圖形中間的淡藍色區域標志著能夠實現生產率(最高產量)和經濟性(最低成本)平衡的切削工況組合。
圖 4 – 切削工況、生產率和加工成本之間的關系。這是一個簡化的模型，未考慮浪費因素。
因此，實現平衡生產經濟性的第三階段涉及在給定條件下確定切削工況的最佳組合。需要考慮加工操作中的所有因素，采用可以實現所需生產率和經濟性的切削參數。
浪費對生產經濟性的影響
然而，制造系統中的浪費會干擾平衡生產經濟性的作用機制。制造系統中存在各種形式的浪費，這種浪費會破壞平衡。例如，在一個僅需 15kW 的連續切削應用場合中使用 60kW 的機床就是一種能源和電力浪費。再比如，當成品工件未達到要求的質量等級時，由于產品不合格，加工工藝中投入的時間、金錢和資源就是種浪費。同樣，當制造工件非必要地高出所需的質量等級時，也是種浪費，因為更高的質量意味著更多的成本投入。不充分利用或濫用智力資源也是種浪費，這種浪費往往未受到重視。公司某些員工可能擁有能夠幫助公司發展的知識或技能，但由于缺乏溝通、公司內部政治等原因，其知識和技能未得到充分利用，因此浪費掉了。
減少浪費的工具
在確定浪費行為并進行分類后，車間應制定一個減少或消除浪費的計劃。制造商可以借助于很多工具來查明、量化并盡量減少浪費行為。例如，對刀具使用、操作和性能下降的分析將有助于找出存在問題的環節。
這類分析已表明，在某些情況下，多達 20% 至 30% 的刀具被工作人員錯誤地判定為報廢，而實際上它們仍然可以使用 - 剩余的刀具壽命就被浪費掉了。通過制定明確的刀具報廢標準并將標準傳達給車間工作人員，可以大大減少刀具壽命的浪費。
同樣，機床停機時間分析可以量化刀具裝夾、編程和換刀等活動所花費的時間。這些分析往往表明，通過更好地理解、執行和協調這些必要但耗時的活動，可以避免多達 50% 至 60% 的停機時間。
借助采訪、調查和培訓計劃，可以在處理那些導致智力資源和知識技能被浪費的人事問題時，發現很多有用的信息。由此，員工可以更好地開展工作，并培養自身的能力，從而最大限度地提高生產率。
管理增值活動、價值支持活動和非必要活動
20世紀初，美國機械工程師 Fredrick Taylor 對車間操作進行了大量研究，提出通過消除生產環節中不會為最終產品增加價值的活動來推動生產率的提高。現代“精益生產”原則遵循了同樣的理念。
在加工操作中，只有當刀具實際切削金屬并生成切屑時，才會發生真正的增值活動。其他例如零件裝載和固定等行為，稱為“價值支持活動”，這些活動不會直接增加產品的價值，但卻是實現增值所必須的活動。
加工系統中的第三種活動是非必要活動。這些活動既不創造價值，也不支持創造價值，相反消耗資源，不會帶來任何效益。純粹屬于浪費行為。解決問題就是一種非必要活動。如果起初就合理地設計并控制加工工藝，那么就不會產生問題，也無需浪費時間來解決。
圖 5 - 加工車間以及所有相關要素的示意圖。
結論
過去，非必要活動往往被視為制造工藝的一部分，而非干擾生產經濟性平衡的主要因素。如今，人們開始關注消除或盡可能減少非必要活動。生產率和產能規劃的重點在于消除非必要活動，盡可能減少價值支持活動，并優化增值活動。(參見圖 6)
圖6 - 增值活動(橙色)、價值支持活動(藍色)和浪費活動(紅色)概覽。人力(灰色)是實現最佳制造績效的關鍵因素。
消除浪費后，理論上的生產經濟性就能得以實現。在這一點上，生產經濟性的進步可以直接應用于公司。然而，在努力消除每種浪費時，必須小心謹慎。關鍵是要量化浪費減少活動的投資回報。徹底消除浪費可能會涉及非常大的投資，從經濟的角度來看，接受浪費或部分浪費并與之共存可能是更妥善的選擇。在做出此類決策時，需要遵從適當的定量分析，公司內部也需要平衡利弊。
附注：
山高咨詢服務
隨著產品制造變得越來越復雜，用戶需要更多應用協助，從而從新技術中獲得最大利益。在加工中，初級協助是指導用戶為某一操作選擇合適的刀具。選擇刀具后，在選擇最佳切削工況、冷卻液的使用和其他考慮因素時，用戶需要進一步的指導建議。然后，如果刀具在該操作中不能發揮預期性能，刀具供應商可以提供故障排除幫助。這三種協助模式構成了傳統的刀具服務。
當刀具服務從單一應用擴展到涵蓋一臺或多臺機床對工件進行多項加工的工藝時，最終用戶需要獲得有關安排工序、工件操作和其他方面的指導，從而最大限度地提高效率和生產率。這種協助等級被稱為“工程服務”。制造商們越來越頻繁地尋求有關改善整個車間或企業的職能、產量和成本控制方面的指導。在這種情況下，一些獨立的咨詢公司開始開展所謂的“管理或制造咨詢”業務。然而，要對一家制造企業進行真正的評估，就必須全面理解該企業的核心業務。
數十年來，憑借長期積累且廣泛的加工工藝及刀具知識，山高一直致力于提供傳統的刀具服務、工程服務，并在某種程度上還提供了更大規模的咨詢服務。這些都是在特定情況下為客戶提供的協助性服務，但在 2016年，山高組建了自己的咨詢服務部門，從而為客戶提供一系列更精簡、更快速的制造服務。
山高咨詢服務包括廣泛的專業資源和交付方法。刀具選擇和應用協助通過在線方式全天候為客戶提供，以滿足車間希望快速提高生產率的需求。
工程服務可以通過電子通訊提供，并在必要時進行現場查看。山高咨詢服務還包括對車間各職能部門的操作進行綜合全面的分析和指導，以及有關機床維護、車間布局、物流和組織職能的咨詢。此外，還可就以下方面提供咨詢：人員技能和知識問題，以及企業生產戰略中制造技術與成本之間的關系。
所有山高咨詢關系都基于 NEXT STEP 概念，并且根據企業客戶的具體需求進行定制。此外，這也是山高和客戶的對話平臺，旨在實現共同目標。
山高總部設在瑞典法格斯塔市，在超過 45 個國家/地區設有辦事處，是為銑削、車削、孔加工和螺紋加工領域提供全面金屬切削解決方案的全球最大供應商之一。另外，80 多年來，公司一直與各行各業的制造商密切合作，提供他們所需的刀具、工藝和服務，幫助他們獲得最高的生產率和最大的利潤率。