快速换型 (Single Minute Exchange of Die)

快速换型（SMED）是一种系统性方法，用于显著缩短设备换型时间，实现小批量、多品种、柔性生产，提高设备利用率和响应速度。

什么是SMED？

SMED，全称Single Minute Exchange of Die（单分钟换模），由日本工业工程师新乡重夫（Shigeo Shingo）在1950年代提出。其核心理念是将换型时间缩短到个位数分钟（即10分钟以内，"single minute"指的是个位数分钟，而非1分钟）。

换型（Changeover）定义： 从生产最后一件合格的A产品，到生产出第一件合格的B产品所需的全部时间。

SMED的本质：通过区分内部作业和外部作业，将内部作业转化为外部作业，并优化所有作业步骤。

为什么SMED很重要

在传统制造模式下，换型时间长导致企业不得不采用大批量生产以摊薄换型成本。但大批量生产带来诸多问题：

传统大批量生产的痛点：

• 库存积压，占用大量资金
• 响应市场需求慢，失去订单
• 产品老化风险增加
• 质量问题扩大化
• 生产计划不灵活

SMED的价值：

• 提高设备利用率：减少非生产时间
• 缩短交货期：更快响应客户需求
• 降低库存：可以小批量生产
• 提升质量：减少调试时间，减少废品
• 增强灵活性：可以频繁切换产品
• 降低成本：减少库存和浪费

经济效益计算示例： 假设一台设备：

• 每次换型时间：从4小时缩短到40分钟
• 每周换型次数：5次
• 每周节约时间：(4小时 - 0.67小时) × 5次 = 16.65小时
• 每年节约时间：16.65小时 × 52周 = 866小时
• 设备价值：如按每小时产值2000元计算，年增产值：173万元

SMED的核心概念

1. 内部作业 vs 外部作业

内部作业（Internal Setup）： 必须在设备停机状态下进行的作业

• 拆卸旧模具/工装
• 安装新模具/工装
• 调整设备参数
• 试生产和调试

外部作业（External Setup）： 可以在设备运行时进行的作业

• 准备模具/工装
• 准备物料
• 预热模具
• 查阅作业指导书
• 准备工具

SMED的黄金法则： 尽可能将内部作业转化为外部作业，让设备停机时间最短。

2. 换型时间的构成

典型换型过程包括：

关键洞察：调整时间占比最大，也是改善潜力最大的环节。

SMED实施的四个阶段

阶段0：分不清内外部作业

特征：

• 没有换型流程标准
• 内外部作业混在一起
• 换型时间长且不稳定
• 频繁查找工具和物料

典型场景： 设备停机后才发现缺少工具，到处寻找；换型过程中才发现物料未准备好，临时去取料。

改善目标：观察和记录当前换型过程

阶段1：区分内外部作业

目标：识别哪些作业可以在设备运行时完成

方法：

1. 录像分析：录制完整的换型过程
2. 时间研究：记录每个步骤的耗时
3. 分类：将每个步骤分类为内部或外部作业
4. 分析：识别被误认为是内部作业的外部作业

工具：换型观察表、工作抽样、录像回放

典型发现：

• 准备工具应该是外部作业，却在设备停机后才开始
• 查阅作业指导书应该是外部作业
• 预热模具可以在设备运行时进行

预期效果：换型时间减少30-50%

阶段2：将内部作业转化为外部作业

目标：最大化外部作业，最小化内部作业

转化策略：

策略1：提前准备

• 工具、物料、文档提前准备好
• 建立换型准备检查清单
• 使用换型准备车（移动工具车）

策略2：标准化和预设置

• 模具预设置：在工作台上提前调整模具
• 预装配：提前完成可装配的部分
• 温度预设：提前预热/预冷到所需温度

策略3：功能标准化

• 统一模具/工装接口尺寸
• 统一安装高度和位置
• 统一紧固件规格

策略4：并行作业

• 多人同时作业（需设计无干涉的作业布局）
• 一人操作设备，另一人准备下一步

实例：

• 改进前：设备停机后，操作工去仓库领取模具，来回需要10分钟
• 改进后：上一个产品快结束时，物料员提前将下一个模具送到现场，设备停机时模具已在旁边等待
• 效果：节省10分钟内部作业时间

预期效果：换型时间再减少50-70%（相对阶段1）

阶段3：优化内外部作业

目标：进一步缩短所有作业的时间

内部作业优化方法：

方法1：快速紧固装置

• 用快速夹具替代螺栓（如cam-lock、lever clamps）
• 减少紧固点数量
• 一次性定位（poka-yoke）

示例：

• 改进前：12个螺栓，每个需要拧10圈，用扳手拧紧
• 改进后：4个快速夹具，1/4圈即可锁紧
• 效果：从15分钟缩短到1分钟

方法2：消除调整

• 使用定位销和限位块实现"一次定位"
• 数字化设定（如CNC数控系统）
• 标准化设置（刻度、标尺、模板）

示例：

• 改进前：通过反复试生产调整设备参数，需要生产20件才调好
• 改进后：使用数控系统，输入产品代码，参数自动调用
• 效果：调整时间从30分钟缩短到2分钟

方法3：机械化/自动化

• 使用气动/液压工具
• 自动定位装置
• 机械手辅助搬运

外部作业优化方法：

方法1：就近存放

• 模具/工装放在使用地点附近
• 使用影子板（shadow board）管理工具
• 建立换型物料超市

方法2：标准化作业

• 制定换型标准作业程序（SOP）
• 培训操作人员
• 使用换型检查清单

方法3：可视化

• 颜色编码识别模具和产品
• 标识清晰的作业指导
• 换型步骤看板

预期效果：换型时间再减少50%（相对阶段2）

阶段4：持续改进

目标：追求极致的换型速度

方法：

• 定期回顾换型数据
• 员工提出改进建议
• 标杆学习（学习最快的换型案例）
• 应用新技术（如RFID、IoT）

世界级SMED目标：

• 简单换型：< 10分钟
• 中等复杂换型：< 30分钟
• 复杂换型：< 1小时

SMED实施七步法

第一步：组建SMED团队

团队构成：

• 生产操作工（最关键，他们最了解换型过程）
• 生产主管
• 工艺工程师
• 设备维护人员
• 精益专家（引导者）

团队职责：

• 观察和分析换型过程
• 提出改进方案
• 实施改进
• 标准化和培训

第二步：选择目标设备

选择标准：

• 换型频繁的设备
• 换型时间长的设备
• 瓶颈设备
• 改进潜力大的设备

数据收集：

• 当前平均换型时间
• 每周/每月换型次数
• 换型导致的停机时间
• 换型的成本影响

第三步：观察和记录当前状态

观察方法：

1. 现场观察：

   • 全程跟随换型过程
   • 使用秒表记录每个步骤的时间
   • 拍照或录像

2. 访谈：

   • 询问操作工的痛点和建议
   • 了解哪些步骤最困难

3. 数据分析：

   • 绘制换型流程图
   • 制作时间分析表
   • 识别时间占比最大的步骤

换型观察表模板：

输出：详细的换型流程图和时间分析

第四步：分析和制定改进计划

分析步骤：

1. 将所有步骤分类为内部或外部作业
2. 识别可以转化的内部作业
3. 识别可以优化的步骤
4. 计算改进潜力

改进优先级：

• 高优先级：快速见效（Quick Wins）

  • 不需要投资或投资很小
  • 可以立即实施
  • 示例：提前准备工具、使用检查清单

• 中优先级：需要一定准备

  • 需要制作工装或夹具
  • 需要一些培训
  • 示例：制作快速夹具、建立换型物料车

• 低优先级：长期项目

  • 需要设备改造或投资
  • 需要较长时间实施
  • 示例：设备自动化改造、模具标准化

输出：SMED改进行动计划

第五步：实施改进

实施原则：

• 先易后难：从Quick Wins开始
• 小步快跑：快速实施，快速验证
• 持续迭代：不断优化

实施活动：

• 制作换型准备检查清单
• 制作换型标准作业指导书
• 制作或采购快速夹具
• 培训操作人员
• 试运行和调整

工具示例：

换型准备检查清单：

□ 下一个产品的模具已放置在设备旁
□ 所需工具已放在工具车上
□ 作业指导书已打开到正确页面
□ 物料已准备好
□ 质检人员已通知
□ 下一班次人员已准备就绪

输出：改进措施的实施和试运行结果

第六步：测量和验证

测量内容：

• 改进后的换型时间
• 换型时间的稳定性（标准差）
• 首件合格率
• 操作人员反馈

对比分析：

改进前平均换型时间：240分钟
改进后平均换型时间：45分钟
时间缩短：81%
换型次数：从每周2次增加到每周10次
小批量生产：批量从1000件减少到200件
库存周转率：提升3倍

输出：SMED改进效果报告

第七步：标准化和推广

标准化：

• 更新换型标准作业（SOP）
• 培训所有相关人员
• 建立换型审核机制
• 持续监控换型时间

推广（横向展开）：

• 将成功经验应用到其他设备
• 分享最佳实践
• 建立SMED知识库

持续改进：

• 定期（如每月）回顾换型数据
• 识别新的改进机会
• 鼓励员工提出改善建议

输出：标准化文件和推广计划

真实案例

场景：某印刷企业的印刷机换型时间平均4小时，严重影响交货期。

SMED实施过程：

第一步：组建团队 团队成员：2名印刷操作工、生产主管、工艺工程师、精益专家

第二步：选择设备 选择主力印刷机，每周需要换型8次

第三步：观察当前状态

• 录制完整换型过程
• 制作详细的时间分析表
• 当前换型时间：平均240分钟（4小时）

主要步骤和耗时：

1. 寻找和准备工具：15分钟（应为外部）
2. 阅读作业指导书：10分钟（应为外部）
3. 清洗滚筒：30分钟（内部）
4. 拆卸旧印版（24个螺栓）：45分钟（内部）
5. 安装新印版：40分钟（内部）
6. 调整套准：80分钟（内部，最耗时）
7. 试印和调色：20分钟（内部）

第四步：制定改进计划

快速见效（第1个月）：

• 制作换型准备检查清单
• 提前准备工具和印版
• 预清洗滚筒（外部作业）

中期改进（第2-3个月）：

• 用快速夹具替代螺栓
• 标准化印版尺寸和定位
• 制作套准标准模板

长期改进（第4-6个月）：

• 引入CCD套准系统，实现自动对版
• 优化清洗系统

第五步：实施

第1个月（快速见效）：

• 实施换型准备检查清单
• 建立换型工具车
• 提前准备印版和物料
• 结果：换型时间缩短到180分钟（缩短25%）

第2-3个月（快速夹具）：

• 设计和制作快速夹具（投资5000元）
• 用4个快速夹具替代24个螺栓
• 结果：换型时间缩短到120分钟（缩短50%）

第4-6个月（自动对版）：

• 引入CCD自动套准系统（投资20万元）
• 实现自动对版，减少调整时间
• 结果：换型时间缩短到35分钟（缩短85%）

最终成果：

• 换型时间：从240分钟缩短到35分钟（缩短85%）
• 换型次数：从每周8次增加到每周20次
• 小订单响应能力：可接受最小订单从10000张降低到2000张
• 库存周转率：提升4倍
• 交货期：从7天缩短到3天
• 年度收益：增加订单约500万元，减少库存成本约100万元
• 投资回收期：3个月

SMED常见误区

SMED与CBS其他工具的关联

• 与TPM的关系：SMED减少调整损失，是TPM的重要改善手段
• 与5S的关系：整洁有序的现场是SMED的基础
• 与标准作业的关系：SMED优化后需要标准化固化成果
• 与VSM的关系：SMED缩短换型时间，减少价值流中的等待
• 与拉动生产的关系：快速换型是实现小批量拉动生产的前提

SMED成功的关键要素

1. 观察和测量：详细记录当前状态，识别改进机会
2. 操作工参与：他们最了解换型过程，最有发言权
3. 先易后难：从Quick Wins开始，建立信心
4. 标准化：将改进固化为标准作业
5. 持续改进：不断追求更快的换型速度
6. 投资回报分析：计算改进的经济效益

结语

快速换型（SMED）是精益生产的核心工具之一，它打破了"大批量生产才经济"的传统观念，让小批量、多品种、柔性生产成为可能。SMED不仅缩短换型时间，更重要的是改变了我们对制造灵活性的认知。

SMED的成功案例遍布各行各业：

• 汽车行业：丰田的冲压换模从4小时缩短到3分钟
• 食品行业：饮料灌装线换型从2小时缩短到10分钟
• 印刷行业：印刷机换版从4小时缩短到30分钟
• 注塑行业：注塑机换模从1小时缩短到8分钟

记住SMED的核心原则：

1. 区分内外部作业：这是SMED的起点
2. 内转外：将内部作业转化为外部作业
3. 优化：优化所有作业步骤
4. 标准化：固化改进成果
5. 持续改进：永无止境

"换型时间不是不可改变的，只是我们习惯了接受现状。挑战现状，你会发现无限可能。" —— 新乡重夫

现在，选择一个换型频繁的设备，用秒表记录换型过程，开始你的SMED之旅吧！

扩展阅读：

• 《Single Minute Exchange of Die》（Shigeo Shingo）
• 《快速换模：SMED系统》
• CBS工具：全员生产维护（TPM）、标准作业（SW）、5S现场管理