图1  操作人员正在装卸工作站工作，同时加工单元中的所有机床都在切削操作之中

一个旨在扩大其生产能力的制造商，没有采取高风险的削减劳动力方式，而是看到了托盘单元可以彻夜运行的前景，因此将这种工作方式作为其主要的目标。

如果在美国的任何一个地方，应该有制造业工作的话，那么这个地方就应该是称作“Steelville”的小镇。Dennis、John和Robert Bell兄弟都同意这个观点。

在密苏里州，Steelville这个名字实际上是指一个相当小的小镇，小镇有1400名居民。这也是自1970年以来，Bell家族开始承包机加工业务为公司所取的名字——Steelville制造公司。2009年，该公司的就业率出现了增长的趋势，在任何行业中很少有这样的公司会出现这样的情况，更不用说制造行业了，这一点是值得夸耀的。截止到2008年底，Steelville制造公司共有80名员工，到2009年底，其雇员人数已经超过了100人。

该公司是如何有信心来扩大其劳动力，并达到了与许多公司直觉相反的效果呢？具体来说，该公司提高了其自动化生产的执行程度。它增添了采用托盘系统上料的加工中心，而不是采用单独的托盘上料。

图2  加工单元中的其中一台5轴加工中心正在生产这一军用飞机的部件

在通常情况下，自动化生产被看作是劳动力的替代方法。然而，从如何扩大制造业务的角度来看，自动化生产恰恰是对劳动力的最好保护。以Steelville公司为例，现在该公司可更加自由地扩大生产，不需要过量地增加其劳动力，以免其业务受到经济波动的影响。在某种程度上，这是由于自动化生产的方式提高了无人化生产的能力，以满足需求激增的需要。

Steelville公司吸引这些激增需求的最新资产是围绕Fastems公司托盘系统所建立起来的一套加工单元——这是从这一家北美供应商引进安装的最长系统之一。Fastems公司提供多层次托盘存储和检索单元，它可将分离、独立的加工中心（甚至是来自不同制造商的机床）连接到一个统一的加工单元中。在Steelville公司，该系统共有94个托盘，而整个加工单元的长度为16ft（1ft=30.5cm），具有足够的空间，除了安装各种上下料工作站外，至少还可安装6台大型卧式加工中心。

加工中心有4台已经到位。它们包括两台配有800mm托盘的5轴加工中心和2台配有630mm的4轴加工中心，这4台机床全部由Okuma公司提供。尽管托盘的尺寸不同，但所有的机床都可共享所有可相互交换的托盘。

图3  并非所有车间内的加工工作都是复杂的。加工单元也像这个工件那样正在高效地加工着

现在，该加工单元已经创建，它将这4台机床以这样的方式组合在一起，构成了Steelville公司工厂内的“大型零件”加工单元。它与该工厂内现有的一套用于较小零件加工的托盘单元平行操作，该单元是作为成套系统设备从一家加工中心制造商那里购置的。即使该车间不想为其第二套加工单元创建公司的单一体系，但它已经从第一套加工单元中看到了该公司所能够做到的一切，因此它了解一套托盘系统究竟具有多高的价值。

Steelville公司的副总裁John Bell先生说，安装一套托盘加工单元，当然要比只安装独立的机床设备更为昂贵。但是从实际使用情况来说，光凭成本可能是很难说明问题的。托盘装置本身并不会产生切屑。

不过，他说，单是额外的成本并不是重点所在。相反，其重点在于，托盘系统盈亏平衡的门槛并不要求车间抓紧昼夜生产的时间。因此，由该加工单元创造的生产能力，在一定意义上是可以自由索取的。这是因为车间还没有必要去发挥其全部潜力。对那样的工作水平，也没有必要增加员工。相反，无论在什么时候，当需要额外的生产能力时，对于所预期的低端需求来说，车间需要聘用员工，而托盘系统则使其有可能进行长期、彻夜的无人化操作运行。由于自动化生产，大多数车间的潜在生产能力可按需要随时选择发挥，它对公司的员工是否需要增加或减少会产生一定的影响。

图4  加工单元中所有的4台加工中心都使用尺寸为630mm的托盘，即使是原先采用较大标准托盘的机床。在这些较大的机床上，630mm的托盘安装在标准托盘上。该车间自己在较大的托盘上添加了接收台，里面安装了保持固定旋钮。托盘单元中可以混合使用不同尺寸的托盘，但就目前而言，该车间在每一台机床上都安装了适合的托盘

您是否生产下列产品

Steelville公司制造飞机零部件、加工铝材、钛金属和钢材。该车间的加工中心生产很多几何形状具有挑战性的元件。然而，该车间已树立起良好的声誉，并成为一个可靠的具有良好成本效益的供货来源，为客户提供比较简单的以及各种个性化需求的零件。Bell先生开玩笑地说，该公司希望从其他车间遗留的波音787相关加工业务中找到一些份额。

他说，一场“梦境”般的方式促使他们购置了这套新的加工单元。事实上并没有特殊的项目或一系列的工作来证明他们有必要购置这一成套系统，更不用说任何的加工中心了。确实，该车间创建了这套加工单元以后，工作项目也随之而来。更确切地说，是经销商Hartwig公司为Steelville公司创建了这套加工单元，Hartwig公司位于密苏里州的办事处提供了机床、Fastems系统，以及为设计和安装这套加工单元提供了各种成套工程服务。

这一很长的Fastems装置本身，就是一套托盘单元系统，只是缺少了加工中心。Steelville公司专门用于夹持和固定特定工件数量的托盘，由两个等级的储存区储存。该装置的托盘检索系统，将托盘传送到装卸工作站，供操作人员使用，或按照该系统单元控制员的调度，将其传送到加工中心本身。

托盘是通过叉车，而不是通过固定和专用导轨转运到机床上的。这意味着，机床与托盘储存区之间没有“硬件”连接设备。因此，Steelville公司可以在这一加工单元中添加或更换其所选用的加工中心，自由地改变加工中心的数量、大小和机型。确切地说，这种自由度正是第三方为这套最新加工单元所提出的方案和要求。

图5  目前包括4台加工中心，但此加工单元至少还有再安装两台机床的空间。左图所示的装载站不是用于装卸零件的，而是用于上原材料的。该车间还使用加工单元中很大的储存空间来储存这类原料

“在20年内，我们仍将会在这里工作，”Bell先生说。早先，单一来源的加工单元持续为该公司提供良好的服务，但在未来的几年中，该车间希望其下一套加工单元能够自由地适应任何生产能力的变化，实践证明做到这一点是非常重要的。有了这套新的加工单元，该车间就不会受到任何机床的尺寸、型号或供应商的制约。也许加工中心可以改变，但是托盘加工单元的方法似乎将会继续在这里保留。

为什么加工单元具有一定的意义

采用托盘单元的加工方法是有珍贵价值的，其原因越来越清楚，因为实际上在几个星期内，该车间首先实现了卧式加工中心的价值。直到2000年为止，Steelville公司的所有加工中心都是立式的。在其最后决定改变这种状况前，该车间才确信配置卧式加工中心所具有的优点。一旦当其这样做的时候，该车间很快发现最初这些卧式加工中心的生产局限性究竟发生在什么地方。按照谨慎安排的生产运行计划，工件将在一台独立的卧式加工中心的两个托盘上进行装卡调试，但是当时提出小批量紧急订货的客户又匆忙地要求该计划和调试重新返工。只有像一个托盘单元那样的解决方案才能够允许大量的工件停留在专用托盘上，因此调试装卡工作可以及时地在机床的里面或外面进行，以满足客户计划外的需求。

事实上，Bell先生说，这类短期运行的工作才能够真正体现出一套加工单元的生产效率。有些车间往往认为加工单元对大批量生产才具有最大的意义，但他发现真实的情况恰好相反。如果需要长期的生产运行，那么采用独立的机床是很好的，当第二个托盘在机床上加工时，操作员可以在另一个托盘上装卸工件。当一台独立机床上的主轴利用率可能受到妨碍时，可以改变工件的装卡调试。相反，由托盘系统上料的一台机床，可以使主轴保持很高的利用率，因为在一系列托盘上的一系列工件，可以一直运行加工，也许只有其中一个托盘上的工件需要进行新的、较长时间的装卡调试。

价值提高了26%

实际上，这样的优势使员工们的努力创造了更高的价值——即使在白天的时候。事实上，Steelville公司已经衡量了这一价值的增加。该公司声称，在安装独立加工中心的地方，采用一个托盘系统，可使每台加工中心的操作员多创造26%的价值。

这种价值的增加，部分原因是由于采用了加工单元的方法，允许较大比例的加工中心让操作员工作。该价值增加的另一部分原因是来自于紧急订货所增加的生产量，此时，机床的切削加工并未中断。Bell先生说，这一员工价值的增加，也是因公司实现托盘加工单元自动化生产而获得的另一部分回报——这部分回报甚至没有将无人化作业的夜班生产能力考虑在内。