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通过将传统SMED方法与多种标准决策技术相结合，提出一种减少时间的方法
摘要：缩短时间的建立是有效实施许多精益生产即JIT和看板管理的一个基本要素。大多数当前的设置缩减方法是基于Shingo的单分钟模具交换（SMED），建议将内部设置操作转换为外部操作。然而，如Shingo提出的常规SMED方法不具有完成这种转换的系统方法。因此，提出了一种新方法来帮助过程工程师实现SMED。所提出的方法是基于常规SMED，但它也将多标准决策技术（MCDM）纳入第三个实施阶段。本工作中使用的MCDM技术是分析层次过程（AHP），偏好选择索引（PSI）和逼近理想解排序法（TOPSIS）。提出的方法提供了一种用于在可用备选方案中选择最佳设备技术的系统程序，并且还考虑影响决策过程的其它因素;包括：成本，能源，设施布局，安全，寿命，质量和维护。 用PVC工业的一个真实例子来举例说明这种方法。结果证明了所提出的方法在减少了时间，提高了机器的利用率，并且提高整个设施的生产率和灵活性。
关键词：减少生产准备 SMED MCDM 生产力改善 精益
1.介绍
在过去的几十年中，随着技术进步与经济全球化的发展，给客户带来了提出适合自己所需产品的机会[1][2]。因此，个人需求和期望值的增加在行业中创造了新的趋势[3]。新的趋势是缩短交货时间的小批量生产，以便快速响应客户需求的变化[4]，同时能够先于其他企业将一种产品转换到另一种产品。实现这个目标的一种方法就是减少生产准备时间即第一批最后一件良品到下一批第一件良品所需的时间[5][6][7]。减少换线时间障碍的一个重要好处是使生产力最大化[8]。好处在于不仅不需要购买新机器来提高生产能力，而且还有其他显著地积极影响，包括：质量的改进，减少废品率，降低库存，提高生产系统的灵活性与客户之间响应[9]。生产准备时间的减少的最大优点是允许批量的减少[10][。减少换线时间能有效的实施精益生产（例如JIT，看板和拉式系统）以达到小批量的目的[11]。在多种产品的生产线中，减少换线时间的需求变得越来越重要[12]。
SMED是精益工具[13]]之一，用于减少换线置时间，提供快速设备更换和快速模具交换的方法[14]。 SMED由日本工业工程师Shigeo Shingo开发的方法，它提出了一个非常简单的方法来显著改进换线操作。这种方法的目标是将换线时间减少到一个数字（lt;10分钟），故给出了这种方法的名称（SMED）。 这种方法有时在文献中称为快速更换工具。SMED的核心想法是通过在设备运行时尽可能多地执行线外操作来减少在换线步骤中浪费的时间，并且简化剩余的步骤，使得生产流程更顺利[15]。
在SMED方法中，换线的动作可以分为两类：线内换线和线外换线。线内换线需要停机操作，降低产量，应该尽量减少。线外操作可以再机器运行时进行操作。多年来，修改常规SMED的方法已经受到广泛关注，并且通过改进每个实施阶段中的动作过程而获得的预期效果，以便将注意力集中于能产生最大改进的实施阶段[16][17][18]。改进设备是将换线工作从内部转换为外部的常见方法，但是并没有明确的方法来完成。因此，提出一种新的方法来帮助工程师实现SMED。新的方法是基于原先由Shingo提出的SMED，并将MCDM技术融入的第三实施阶段。MCDM技术包含AHP，TOPSIS和PSI，这种方法提供了在可用备选方案中选择最佳设置技术的系统程序。除了减少换线时间以外，所提的方法包含了各种因素，包括：成本，能源，设施布局，安全，寿命，质量和维护。 为了说明我们所提出的方法的可用性，我们给出了PVC行业的详细实例，然后使用该方法得到换线时间减少的百分比来评估所提出的方法。
2. 文献综述
2.1.SMED方法
尽管SMED在消除浪费方面非常有用，但并不是非常有用广泛。在这一节中，通过几个案例来呈现。McIntosh，Owen，Culley和Mileham已经评估了转换的潜在性，这可能通过改变执行任务的顺序而不改变任务本身的执行方式或者通过改变现有任务来更快地完成工作[19]。许多研究人员意识到SMED实施的效果和优势，他们试图通过使用SMED方法消除浪费和非附加值活动，从而了解预期的效益和节省[20]。例如Rivera和Chen已经讨论了实施精益工具（包括SMED）对成本时间剖面（CTP）和成本时间投资（CTI）的预期影响[20]。莫雷拉和佩斯发现实施SMED可节省约2％的公司销售额（大约360,000欧元）[21]。Ulutas注意到应用SMED节省了时间和提高了雇主的安全[22]。Kuscaron;ar，Berlec，Zefran和Starbek介绍了SMED的方法在组织和实施喷射机的应用，达到了将换线时间降到了10分钟以内的效果[23]。Deros et al通过实施传统SMED技术，在汽车电池组装线上实现了35％以上换线时间的减少[24]。Abraham，Ganapathi和Kailash Motwani证明，通过将常规SMED应用于冲压机台生产线上可以实现BMS机器的极大换线时间障碍的减少。机台换线时间障碍减少了75％，导致了生产线的生产率显着的提高[25]。Kumar和Abuthakeer描述了汽车工业生产率的提高是由于SMED的实施，其中换线时间减少了28分钟[26]。
SMED方法的使用不限于一种类型的工业，而是已经应用于制造过程，管理服务和组装操作。每次为设置过程提出新技术时，必须将其使用的预期效益与其成本进行比较。例如，在高速电路板组件的设置中，它变得至关重要。使用现代信息技术设备作为无线终端，以及条形码以方便过程; 使用这些设备的直接效益的高于其成本[27]。
常规的SMED方法适用于仅由一台机器和一个人组成的系统。 由于大多数工业系统具有不止一个具有操作员团队的机器，所以常规SMED方法在其简单形式中的有效性是不够的。 因此，Goubergen已经开发了被称为多机器设置缩减（MMSUR）的修改的方法来处理这些情况[28]。
由Shingo提出的常规SMED由图1所示的框架描述。 它通过四个不同阶段实施。
观察当前方法并分
解成一系列的动作
尽可能的合并操作
改善原来
换线步骤
消除任何不
需要的操作
规范设置任务
换线操作提
前准备条件
区分内换线和外换线
分析所有动作
列出所有换线动作
创建标准的换
线操作检查表
进行动作时间研究并确
定每个动作的标准时间
阶段1：设置当前流程图
阶段4：简化所有步骤
阶段3：讲内换线转化成外换线
阶段2：区分内换线和外换线
图1. 传统SMED方法框架
2.1.1.阶段1：设置过程图
此阶段的目标是为转换过程中包含的所有设置活动提供一个整体映像。这可以通过采访机器操作员和生产线主管来收集有关当前设置程序的数据，然后将设置操作分解为一系列操作。这是之后确定每个动作的标准时间的根据并使用特殊工作表（标准操作设置检查表）列出所有设置操作及其对应所需的资源。
2.1.2.阶段2：区分外环线与内换线
在查看设置过程图之后，换线被分为两种：内部（当机器离线或停止时完成）和外部（当机器运行时执行）。 为了将内部与外部隔离，Shingo建议使用三种不同的工具：
·检查列表：执行设置所需的所有必要资源（工具，人工，程序）的列表。
·功能检查：显示设置所需的所有工具的可用性和状态。
·在开始设置任务之前提前准备工具和组件。设置任务。
2.1.3.阶段3：将可能转移的内环线转移到外换线
在这个阶段的改进可以通过修改设备，并舍弃一些设置来完成。 建议几种有助于转换过程的技术：
·提前准备机器到所需的工作条件;即，预热机器部件，在进料到机器之前预热原材料。
·尽可能使用标准程序执行设置任务，使用标准刀具尺寸也很重要。
2.1.4.阶段4：简化所有内换线与外换线
根据Shingo，可以实现该阶段的改进有两个步骤：
·改进外部设置：这包括帮助工人以更好的方式执行换线任务的活动，即消除与找到。移动和替换材料和工具相关的时间浪费，以及早期工具检查以确保它们正常工作。
·改进内部设置：该步骤的改进可以以几种形式完成，即，在可能的任何时间执行多于一个设置，避免使用手动夹紧和紧固件。 这些活动预计将对减少了换线时间产生重大影响。
2.2.MCDM技术
MCDM是通用决策分支之一，用于通过系统方法基于几个属性对不同的替代品进行排名，以便选择满足问题主要目标的最佳替代品[29]。MCDM的应用不限于特定领域，它在需要决策的许多领域（即工业，经济，社会等）中被成功地实施。在本研究中，将使用三种MCDM技术，这些技术是：AHP，TOPSIS和PSI。 实现这些技术的详细过程在文献中解释，并且其超出了本文的范围。
AHP是最广泛使用的决策技术之一。该技术提供了一种有效，快速和简单的过程，以在满足问题的主要目标的一组选项中选择替代[30]。 实现AHP的步骤在文献中的其他地方描述[31][32][33]。
PSI方法首先由Mania和Bhatt提出的材料选择问题[34]，设施布局设计选择问题[35]和生产系统生命周期设计阶段的决策问题 [36]。 在PSI方法中，基于统计计算来分配标准的总体权重。 同时，文献中的许多决策技术需要在使用广泛计算实现的属性之间分配相对偏好。 声称PSI方法是最有效和适合用于具有几个冲突属性的决策问题的方法。
TOPSIS最初是由Hwang和Yoon（1981）开发的 [37]。它用于根据与正理想和负理想情况的相似性对替代进行排名。TOPSIS技术将给定替代方案中的最佳替代方案描述为与假设正的理想情况最接近的替代方案,最坏的选择是最接近假设的负理想情况，这意味着所有最好的属性值可以使用这种替代方法实现 [38]。在一些情况下，替代方案可以与理想情况有最小欧几里得距离，并且同时具有距离最差情况的短距离。因此，TOPSIS考虑这种情况并选择同时具有到最佳解的最小距离和到最差解的最大距离的备选方案[39]。 TOPSIS技术已经应用于许多决策问题中[40]或与其他技术相结合[41][42]。 Salomon和Montevechi提出了几种决策技术的比较，包括：AHP，TOPSIS，ELECTRE和ANP。不同的MCDM技术的结果几乎相似。 然而，作者建议使用AHP以获得优异的和有时最佳的结果。
3. 针对单个机台的第三个实施阶段方法的提出
提出的方法建议将MCDM技术并入常规SMED的第三实施阶段。该方法提供了在可用备选方案中选择最佳设置技术的系统过程。 认识到减少时间不是控制换线过程选择的唯一元件; 该方法还考虑了其他因素，包括：成本，能源，设施布局，安全，寿命，质量和维护。 表1列出了可用于AHP方法的所有一般标准和子标准及其定义; 子标准表示将在PSI和TOPSIS的应用中使用的属性。图2表示了了AHP层次结构。
表1.AHP方法中使用的一般标准和子标准
图2. AHP决策层次图
·
·
·
代替品n
代替品2
代替品1
易于维护（SC16）
维修频率（SC15）
加工对象寿命（SC14）
事故预期平均寿命(SC13
)
事故检测（SC12）
事故严重程度（SC11）
事故频率（SC10）
固定（SC3）
变量（SC4）
重组（SC9）
地板条件（SC8）
所需空间（SC7）
员工人数和效率（SC6）
能量消耗（SC5）
处理时间（SC2）
设备启动（SC1）
3级：子标准
保养（C8）
质量（C7）
寿命（C6）
安全（C5）
设施（C4）
能源（C3）
花费（C2）
时间（C1）
选择最佳技术
4级：替代品
2级：标准
1级：目标
开始时，MCDM团队成员（过程工程师，生产线工程师和管理人员）致力于建立用于TOPSIS和PSI技术的AHP方法和决策矩阵的成对比较矩阵。 为了减少问题的复杂性（分析时间和成本），可以通过消除不那么有意义的标准来减少标准的数量，考虑到所使用的标准的数量越多不一定意味着更准确的分析。 相反，在所需的
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