航空制造技术
AERONAUTICAL　MANUFACTURING　TECHNOLOGY
1999年　第5期　no.5　1999




先进制造技术在组合机床制造中的应用
刘新亚
　　［摘要］　介绍了并行工程、敏捷制造及精良生产等先进制造技术的特点及在组合机床研制中的应用，提出了如何深化和推广这一应用的具体措施。
　　关键词： 组合机床　并行工程　敏捷制造　精良生产
Application of Advanced Manufacturing Technology in Modular Machine Tool
　　［ABSTRACT］　The characteristics of the advanced manufacturing technology such as concurrent engineering, agile manufacturing and lean production and their applications in the development of modular machine tool are introduced. The method to advance this application is also discussed in the paper.
　　Keywords: Modular machine tool　Concurrent engineering　Agilemanufacturing　Lean production
　　在机床工业中，随着社会对产品要求的不断提高，随着市场竞争的不断加剧，满足用户要求，包括提高产品质量、缩短生产周期、降低成本、改进售后服务已成为赢得市场的突破口。为了达到赢得市场这一目的，应当引入现代先进制造技术：并行工程、敏捷制造及精良生产，以促进组合机床的发展。
　　随着计算机及信息技术的发展，先进制造技术不仅具有缩短生产周期、降低生产成本、提高产品质量、提高生产率、增强企业竞争力的优点，而且还具有高精度、高柔性的特点。世界各国都在大力推行先进制造技术，并将其推广到汽车、航空和航天等领域中。近年来，并行工程、敏捷制造、精良生产这几项先进制造技术在我国也得到了一定的发展应用。
1　并行工程
　　并行工程又称为同步工程，是集成、并行地优化设计产品及其各种相关过程(包括制造及支持)的系统方法，这种方法引导产品开发人员一开始就考虑到产品从概念设计到消亡的整个生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户需求等。
　　并行工程最早是作为缩短产品开发周期的一种手段而发展起来的。其特征是将产品的开发、生产中涉及的各种工程行为分解成一系列子任务，如市场分析、设计、工艺设计、生产计划和器材外购、加工、质量保证、检测及售后服务等。这些子任务尽可能并行同步统筹考虑，以达到改进设计、缩短周期、提高质量、降低成本、优化设计的目的。它强调集成、协调和并行，即：(1)将管理、设计、生产、服务等所有与项目有关的人员及产品信息集成为一个整体，强调各相关部门总体目标及利益的一致；(2)采取设置一个称职的项目负责人和有合理人才结构的协同工作小组的管理模式，由工作组负责项目中各部分子任务的协调及推进；(3)并行处理各阶段的工作。根据项目中不同任务之间关联性的不同，各部分子任务的工作过程可以部分重叠或完全重叠。根据这些原则，制定一个合理、优化的工作计划，并在其中必要的位置设置考核点，由项目工作组具体落实，使各子任务并行、有序地向前推进，以保证整个项目的顺利实施。
1.1　并行工程与传统工作方式的比较
　　按传统的工作方式，各阶段的工作是连续串行的。在这种产品开发方式中，各阶段相互脱节，互不关联，导致设计错误增多，且难及时发现，这样造成设计返工多，使开发周期拉长，成本增加。
　　采用并行工作方式后，将各项工作过程集成起来并行考虑，各项工作可重叠进行。有问题时可以及时协调更改，以免因遗留到后续阶段而增加改正的难度及费用。因此，采用并行工程可明显缩短产品开发周期，降低成本，很适合组合机床专业的发展。
1.2　应用实例
　　将并行工程的方法应用于产品开发中，效果非常显著。1997年3月，北京航空工艺研究所与某摩托车厂签定了设计制造6台曲柄加工机床的合同项目，要求年底交货，且机床的要求与以往有较大差别。在该项目中采用了并行工程的方法，平行、交叉作业(见图1)，大大缩短了设计、制造工期，圆满地完成了任务。

图1　组合机床并行开发流程图
Fig.1　Concurrent development flow chart of modular machine tool
　　组合机床并行开发的具体做法是：
　　(1)设立一个由多专业人员组成的开发研制工作组。由工作组具体实施项目的各部分工作，工作组成员分工协作，各负其责，及时协调，从而实现优化的设计。如机床的一种夹具要求在夹紧过程中零件能够浮动，如果单独从机械结构方面考虑，满足这一要求比较困难，夹具的结构也复杂。后来通过与电器控制及液压设计人员协调，提出了修正控制程序、改变夹紧动作次序、调整液压压力的解决方案，满足了夹紧的要求。
　　(2)在制定工艺方案、签定合同阶段，就初步确定了一些标准部件。
　　(3)多次多级方案评审。在确定机床总体工艺方案、关键部件总体设计过程中，由技术委员会多次对设计方案进行评审，并且在投入生产前还要经过用户对设计方案会审。这样，就达到从设计一开始就考虑到工艺设计、工装设计、加工制造、装配调试等下游各阶段可能出现的问题，从而大大减少了设计额定更改次数，满足了用户要求，使设计方案达到最佳。
　　(4)采用设计预发布的方法。在正式机床总体图出图以前，分阶段公布已确定的各部件主要结构及主要数据，使工艺设计、工装设计能提前进行。在机床总体设计的同时，确定出一些部件如夹具、刀具等的协调尺寸，并同时开始设计夹具和刀具，另外，还同时确定滑台、移动工作台等部件，这些部件尽可能选择已有的标准部件，在总体设计未完成时就将其投产。在设计中总体与各部件如夹具、刀具之间及时协调，有关联的尺寸改动时互相及时协调，使其他相关图纸的尺寸得到及时改正。
　　(5)部件设计中可以将加工周期长的零件如夹具体等铸件尽早定型，提前进行工艺设计，投入生产。
　　(6)各部件一完成设计，就随时进入工艺设计及生产阶段。所以各部件中的零件也是在车间并行加工的。
　　采用这一方式，工作组4人只用了4周的时间就在将部分通用部件如滑台、移动工作台和动力头等投产的同时，完成了机床的机械设计及外购件订货。机床的生产过程中，各个部件在北京航空工艺研究所和几个外协厂家同时进行。在机床的安装和调试时，也是几台机床同时进行，通过这些工作，为机床的按时交付争取了宝贵的时间。
2　敏捷制造
　　敏捷制造是美国里海大学在“21世纪制造业战略”的报告中提出的一种全新的制造模式。经过发展，美国lacocca研究所将其定义为：“敏捷是指一个公司在连续的不可预测市场变化的竞争环境中发展和繁荣起来的一种能力，即对迅速变化的全球市场的快速响应能力，是公司用计算机网络与全球生产系统、市场、竞争者连接起来，在高质量、高性能、低成本、顾客设定产品配置等用户需求驱动的市场形势下所表现出的一种能力”。其特征是把柔性生产技术、灵活的组织管理和掌握专业技能的人员集成为一个协调、互相关联的系统，同时为了实现统一的战略目标，把同一行业的不同企业通过共同的基础结构连结起来，将过去你死我活的竞争变为友好合作的竞争，从而对瞬息万变的市场作出快捷的响应。因此，这种技术很适合组合机床专业的发展。
　　(1)敏捷首先是推进产品的模块化，反映在组合机床中就是推行机床功能部件的标准化和系列化。在曲轴加工机床的开发与设计中，能大大缩短设计周期，并行工程的应用是一个因素，大量标准部件、通用部件的应用也是一个关键因素。
　　(2)在敏捷制造中，必须体现人和组织都是最宝贵的财富。在大批量的生产中，人们总是把技术当作解决制造和销售问题的关键，而在敏捷制造中，以最佳方式利用人则是解决问题的关键，技术仅是方法或手段。因此，需要推行项目工作组的组织模式，提倡爱岗敬业精神，充分发挥员工的主观能动性。
　　(3)在敏捷制造中，强调企业间的动态组合协作，推行社会化大生产。我们组合机床的开发正是沿这个方向发展的，具体做法如下：
　　a.在机床的总体设计阶段，选用有信誉的专业厂生产的标准部件。
　　b.在专用部件的生产中，推行“两头在内，中间在外”的方式。北京航空工艺研究所组合机床年产四五十台，在组合机床的部件中，除关键部件如动力头、刀具、精密滑台和部分夹具等部件在本所加工外，其他都利用外协生产加工。
　　c.推行与国内外同行业的技术合作。这样既有利于迅速提高技术水平，又能提高技术方案的竞争力。
　　据分析，产品的设计开发阶段的工作决定了产值的70%～80%。因此，要赢得竞争，就必须善于利用各种信息和资源，提高技术水平，采用合理优化的设计以降低成本。
3　精良生产
　　精良生产是90年代美国在总结日本丰田汽车公司生产管理方式的基础上总结出来的生产方式。它强调通过改进企业在生产中的包括管理等各项活动的效率，并对各种活动进行成本核算，以达到以最快的市场响应速度、最低的生产成本、最优的产品设计来设计和制造市场所需要的产品。其特征是以用户为上帝，以人为中心，以精简为手段，以零缺陷为目标。
4　深化及推广先进制造技术的应用
　　从以上分析可看出，先进制造技术在北京航空工艺研究所的组合机床的研制中已得到了一些应用，但仍需进一步深化和推广这一应用。在以后的工作中，应注意以下几个方面：
　　(1)进一步推行项目工作组的模式，实行责任到人，由该小组用并行工程的方式负责完成机床从技术方案到设计、制造、调试和交付的工作；同时加强员工的知识与技能培训，随时跟踪国内外组合机床行业的最新进展。
　　(2)研究市场的变化，制定预研计划；同时保持与用户的密切联系，对用户定期回访，为用户提供优质的售后服务，并了解设备运行情况及用户需求，以便改进设计。
　　(3)以优质的产品赢得用户。在组合机床的开发中，除了增强质量意识外，新技术、新工艺的应用也是占领市场的一个重要手段。现在用户普遍要求机床提高效率、增加柔性，并适应小批量、多品种的加工。要提高组合机床的生产效率，在设计中应从提高切削速度、采用先进刀具、集中加工工序3个方面进行考虑。
　　(4)重视开发产品的可重构性，实现机床结构的模块化。在设计中，可采用成组技术，推进组合机床通用功能模块的开发应用，也可采用数控柔性坐标单元的模式。
　　(5)推行敏捷制造技术的应用，建立有效的虚拟联盟的动态合作形式。进一步加强与外购件生产厂及外协厂的合作。充分利用社会上已有的技术、信息及人员设备等资源，实行强—强联合，优势互补，利用虚拟公司的模式扩大我们的生产能力。
　　(6)在组合机床的设计与生产中进一步推广计算机及信息、网络技术的应用。推进CAD技术的应用，实现无图设计，进而建立CAD/CAM/CAPP集成工程设计的环境。
　　经过这几年的发展，北京航空工艺研究所在组合机床设计和制造中，计算机得到普遍的应用，90%以上的设计都是通过计算机来完成的。但在计算机与信息、网络技术结合方面还有许多工作要做，如：a.进一步扩充网络的数据库，以方便使用；b.将设计部分的计算机网络与器材、计划调度网络联网，实现信息、资源共享；c.建立与设计伙伴、客户及供应商之间的以计算机通信网络为基础的信息网。利用网络技术发展机床的远程监控，改进服务，以及时了解用户对机床的使用情况，也可通过网络进行远距离维护处理。
　　(7)进一步加强技术合作与交流，提高我所组合机床在行业内的地位及知名度，同时积极发掘新的市场及用户。应努力开拓国际市场，如向日本丰田汽车制造公司出口用于汽车发动机机体的深孔加工的立式数控双轴深孔钻床，为我所的组合机床进入国际市场开了一个好头。
作者单位：刘新亚　北京航空工艺研究所
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