精益制造：減少生產(chǎn)成本的技術(shù)
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專用機械的時代已經(jīng)過去了。車間必須精益、靈活，用較少的資源做更多的工作，并面向制造設(shè)計。為了做到這些，普通制造商們正在向精益制造或
六西格瑪原則轉(zhuǎn)變，利用研發(fā)的優(yōu)勢，實施現(xiàn)場解決方案，并執(zhí)行產(chǎn)品生命周期管理。
精益制造
WilliamParr是美國精益企業(yè)系統(tǒng)設(shè)計研究所教授和田納西州大學(xué)Greenwood精益企業(yè)中心系主任，據(jù)他介紹，精益制造是一項強大的工具，能幫助所有大型和小型的車間大大縮減生產(chǎn)周期并消除廢品。
他說：“大多數(shù)制造工藝就像乘坐飛機。乘客們往往只有大約20%到25%的時間在空中向他們的目的地移動。類似的，產(chǎn)品通常不是向做好待售準備移動——它在一次批量生產(chǎn)中的某處等待著。采用精益制造，公司減小批量，縮減零件無所事事等待加工的時間。實際上，將生產(chǎn)周期縮短1/2并不稀奇。”
在傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)中，中心計劃員發(fā)出備忘錄，它指定哪些原料零件去往何處。他們還發(fā)出加工單，其中說明了欲在裝配和加工站上構(gòu)造什么。Parr解釋說：“如果計劃準確無誤，沒有任何變化，則事情一切順利。但是，發(fā)生得更多的卻是大量昂貴的廢品，因為總是有變化。”
相反，精益制造的運作使用一種基于JIT交貨的“拉式”系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，零件只根據(jù)需要來制造和交貨。
Parr說：“傳統(tǒng)的推式系統(tǒng)使庫存持續(xù)增長直至車間破產(chǎn)。或者直至執(zhí)行者發(fā)出備忘錄，宣布接下來三個月裁減庫存量。我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種情況在美國工業(yè)中發(fā)生得非常多。但是拉式系統(tǒng)天生就具有低庫存，因為它們對庫存設(shè)置了一定的限度。”
優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計的軟件
公司能夠通過在開始時改進設(shè)計工藝來大大縮減成本。面向制造與裝配的設(shè)計（DFMA）軟件包括一個面向制造的設(shè)計模塊和一個面向裝配的設(shè)計模塊，工程師們利用前者來獲得關(guān)于零件或產(chǎn)品的早期成本估算，他們使用后者來決定制造產(chǎn)品的最佳方法。
工程師們在僅僅只有一個初步的設(shè)計思想時使用軟件。或者，他們使用軟件來對成品進行全面的再次檢查以確保設(shè)計的有效性。例如，工程師們獲取零件的幾何形狀并決定零件應(yīng)該采用鑄造、機加工、或者注模的方式來制造。在該過程中，軟件利用它的大型數(shù)據(jù)庫來決定。數(shù)據(jù)庫中包含數(shù)千種制造工藝、材料和機械，這是與通用和福特等公司同心協(xié)力經(jīng)過多年開發(fā)而成的。
工程師們還評估每次裝配的作用以及各零件之間的關(guān)系。他們反復(fù)簡化和組織設(shè)計，直至達到最小的單件成本。例如，在一項應(yīng)用中，工程師們通過簡化一項產(chǎn)品設(shè)計來消除裝配螺絲的過程，從而大大縮減了工時。
美國羅得島州普羅維登斯的Parker集團公司的董事長MilesParker說，設(shè)計室可以使用軟件有效地設(shè)計產(chǎn)品，因此擊敗可能擁有更多資源的OEM設(shè)計部門。
他說：“有太多的公司根據(jù)相應(yīng)的裝配速度從海外外購，而不考慮機構(gòu)的整體成本。從事創(chuàng)新設(shè)計并消除裝配工作的公司不必到海外采購以使自己富有競爭力。”他解釋說許多一級和二級供應(yīng)商目前正使用軟件，但是即使是小公司也能競爭，只要他們做出優(yōu)秀的設(shè)計。
過去，設(shè)計工程師們設(shè)計產(chǎn)品，然后將其交給制造工程師們。往往，產(chǎn)品不能順利地制造，甚至有時它根本就無法制造出來。Parker繼續(xù)說：“DFMA解決了這些問題，因為設(shè)計師們與服務(wù)、質(zhì)量和生產(chǎn)部門共同使用它。”
智能機械
智能機械試驗項目是一項合作性
研發(fā)項目，由位于密歇根州安阿伯的美國國家制造科學(xué)中心（NCMS）主持。該項目幫助美國軍械庫系統(tǒng)提高其生產(chǎn)率并減小單件成本。得克薩斯苔克斯卡那的紅河軍械庫（RRAD）需要幫助一些陳舊的機械，它們將橡膠鑄模到履帶車的鏈接處。舉例來說，軍械庫不能應(yīng)付由于伊拉克戰(zhàn)爭引起的日益增長的需求。
在該項目中，工程師們?yōu)闄C械設(shè)備配備了傳感器，并提供電子日志以便自動收集有關(guān)每臺機械的性能和良好狀態(tài)的數(shù)據(jù)。在下一階段，工程師們將使用該數(shù)據(jù)來為一個預(yù)測維護系統(tǒng)開發(fā)預(yù)測算法。
項目合作伙伴包括軍械庫、NCMS以及幾家公司，如位于依利諾斯州皮奧里亞的AdvancedTechnologyServices(ATS)公司，還有位于肯塔基州Hebron的辛辛那提實驗室。
自動探測和檢查
據(jù)位于伊利諾州伊埃爾金的WilcoxAssociates公司的業(yè)務(wù)發(fā)展部主任SteveLogee介紹，將設(shè)計與下游工作聯(lián)系起來很好地使電子集成檢查方案與CAD文件相互關(guān)聯(lián)。檢查工藝的精確性和有效性得到了提高，它們支持精益制造，因此降低了編程工作并縮減了成本。
“我們的企業(yè)測量解決方案（EMS）系統(tǒng)采用與MicrosoftOffice大致相同的方式工作。組件具有相似的外觀和感覺，并且它們之間共享數(shù)據(jù)和檢查報告。因此，該系統(tǒng)既適合于家庭式的工廠也適合于通用和福特這樣的大公司。”Logee解釋說。
他認為一個真正的萬能測量系統(tǒng)必須能與多種類型的測量機械和多種探針協(xié)同工作。系統(tǒng)必須是動態(tài)的，并隨著制造業(yè)和計量學(xué)中的新發(fā)展而變化。Wilcox的系統(tǒng)與多種CMM和一系列接觸觸發(fā)器以及非觸式探針協(xié)同工作。對于較大型的零件，它還為CNC機床、視覺系統(tǒng)和關(guān)節(jié)桿工作。
采用該軟件，設(shè)計工程師們在CAD模型內(nèi)開發(fā)并嵌入電子檢查方案。然后他們使用它來生成零件檢查計劃。軟件在各零件中創(chuàng)建探針路徑，并優(yōu)化這些路徑。
Logee解釋說，由于設(shè)計意圖和制造之間存在很重要的關(guān)聯(lián)，所以在CAD系統(tǒng)中研發(fā)檢查方案是最合乎邏輯的。這幫助了工程師們，他們雖然對自己天天使用的CAD系統(tǒng)很熟悉，但是往往不太了解測量和檢查軟件程序。并且，這種聯(lián)系消除了由于未通知生產(chǎn)或質(zhì)量部門所做的設(shè)計修改而導(dǎo)致的制造錯誤。
這些功能有助于自動檢查。將關(guān)鍵信息進行電子編碼的速度越快，諸如點擊程序等手工操作的自動化就會越快地實現(xiàn)。這使操作員們不必向檢查程序手工輸入運動或測量命令或來自紙張設(shè)計圖的信息。
該系統(tǒng)還捕獲從探針收集來的數(shù)據(jù)，并存儲在數(shù)據(jù)庫中以便歸檔、統(tǒng)計分析和生成圖形化報告。相關(guān)人員可以通過企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)或Internet瀏覽貫穿于工廠、組織或者供應(yīng)鏈內(nèi)的數(shù)據(jù)。“EMS通過在設(shè)計、制造和測量之間形成一個閉環(huán)來幫助公司削減生產(chǎn)成本”
多任務(wù)
據(jù)Mazak公司的市場部副主任ChuckBirkle介紹，多任務(wù)是一項制造技術(shù)，包括銑削、車削、鉆孔、攻絲、滾銑以及拋光等工藝，它能在盡可能少的處理和準備時間內(nèi)盡可能多的執(zhí)行這些工藝。
Birkle說多任務(wù)適合于多種多樣的行業(yè)，例如航天、醫(yī)藥、加工和汽車應(yīng)用，但是它不是小市場行業(yè)的解決方案。他補充說它最適合于具有許多特征和幾何形狀的復(fù)雜工件。
Birkle認為多任務(wù)賦予普通制造商們一項精益武器以供使用。“從最完美的角度來說，精益是指減少廢品。無論何時公司都能夠用較少的機床做更多的工作，例如，他們正在利用擁有較少夾具和刀具的精益原則，并減少零件運動、占地面積和能耗，”他解釋說。
對于典型的五或十人車間，Birkle說：“繪制工件的
價值流圖表明它進入設(shè)備，接受粗切削操作，然后待在工作臺上等待一臺特定的機床。零件在整個車間轉(zhuǎn)一趟，被接觸和處理——這種方式難以增加工件價值。”
但是，由于當今的普通車間沒有它們過去所擁有的那些大批量運作任務(wù)，所以更好的措施是減少準備時間。車間應(yīng)該將它們的焦點從周期時間轉(zhuǎn)向加工時間。
他繼續(xù)說：“一個很好的問題是為什么有些工廠運作十批加工任務(wù)能賺錢，而有些不能？因為獲利的工廠更有效地開始和結(jié)束短周期、小批量運作的加工任務(wù)。它們的批量更小，運貨更頻繁，從而使零件更快地被運出去，使他們的客戶感到滿意。”
切削與鉆孔
位于美國新澤西州Fairlawn的SandvikCoromant公司的副董事長JohnIsraelsson說，工廠縮減生產(chǎn)成本的一條途徑是增加他們現(xiàn)有設(shè)備的產(chǎn)出。要做到這一點，他們可以增大切削數(shù)據(jù)或重新設(shè)計工藝以達到更短的周期時間。
Israelsson說：“工廠錯誤地認為他們因購買了較為廉價的刀具或設(shè)備而節(jié)約了資金。但是那是微不足道的。財富存在于產(chǎn)量之中。所以，車間必須采用技術(shù)以便更迅速地制造相同的零件。技術(shù)既在于機床，也在于應(yīng)用技術(shù)的人員的能力和技藝。”
他解釋說Sandvik公司從事的研發(fā)既針對刀具也針對如何加工零件的問題。創(chuàng)造性應(yīng)用的一個例子促使公司提出一項新的切削技術(shù)，該例子與加工航天材料有關(guān)，由于使用了諸如鉻鎳鐵合金等難以加工的材料，所以需慢速加工。
“我們重新設(shè)計了刀片的刀尖半徑和修光刃，使車間進給量增加了100%。由于刀具壓力增大，我們不能使用標準的修光刃技術(shù)。”他解釋說。
Lightsout與機器人自動化
據(jù)位于美國密歇根州羅徹斯特的FanucRobotics公司材料裝卸部經(jīng)理DickJohnson介紹，“lightsout”意味著完全自動化的制造，每周7天每天24小時連續(xù)工作，無直接人工或有限的間接人工。
Johnson解釋說美國目前沒有很多真正的全自動化工廠。“一個限制因素是機器人找到可拆零件的能力。傳統(tǒng)上，車間為機器人固定好零件。但是，除非零件需要加工，否則僅僅出于裝卸目的而使用固定設(shè)備代價就太昂貴了。”
FanucRobotics公司目前提供一些視覺系統(tǒng)來應(yīng)付這種問題。一種是適合平躺零件的2維系統(tǒng)。其余的系統(tǒng)采用3維傳感技術(shù)來處理倉庫內(nèi)混亂地隨意擺放的零件。
他繼續(xù)說：“第二個限制因素是占地面積。大部分時間，公司擁有滿倉庫的零件，叉車駕駛員將它們拾起，然后運至工廠的不同區(qū)域。車間需要能跨越大區(qū)域的機器人。”有些公司已經(jīng)解決了這個問題，它們利用樓梯或者直導(dǎo)軌來延長機器人的伸出長度。有些公司使用特殊的架空支架。
最后一個限制是編程。但是，現(xiàn)代的基于PC的軟件允許脫機仿真機器人工作單元并執(zhí)行機器人語言編程。
Johnson認為現(xiàn)在已經(jīng)準備好了工具，更多的工廠應(yīng)該使用lights-out方式進行生產(chǎn)，或者至少，采用機器人自動化。例如，一家小型制造商原來不相信它能用得起機器人。它那時購買了一臺，而現(xiàn)在已經(jīng)有150多臺機器人正在從事機床維護和電弧焊。“公司感到吃驚，因為機器人編程竟然如此簡單，并且它們?nèi)绱隧樌厝谌氲搅怂墓S內(nèi)。”Johnson報告說。
產(chǎn)品生命周期管理
據(jù)位于美國得克薩斯州普萊諾的UGSTecnomatix公司的經(jīng)營戰(zhàn)略和市場部程序主管TimEgloff介紹，有一些技術(shù)有利于現(xiàn)場解決方案。但是他認為公司如果希望大幅削減生產(chǎn)成本，必須首先實施數(shù)字化制造，并且，這必須是產(chǎn)品生命周期管理（PLM）提供的更廣闊戰(zhàn)略的一部分。
他說：“當今世界充滿信息以及從信息中獲取的重要有用事物。例如，一位
工業(yè)工程師有他的生產(chǎn)量、瓶頸和人機工程學(xué)數(shù)據(jù)。而質(zhì)量工程師和工藝計劃員則擁有其他方面的數(shù)據(jù)。”
UGS說，使用PLM軟件使公司“形成閉環(huán)。這些車間收集來自車間的制成態(tài)數(shù)據(jù)并將其帶回產(chǎn)品生命周期中。”Egloff繼續(xù)說，“這是航天應(yīng)用政府部門所要求的。”他還認為不久以后將會要求車輛上的安全數(shù)據(jù)收集。
Egloff宣稱，“使用尖端技術(shù)的普通制造商們應(yīng)該開始檢查它們的數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)并開始思考如何協(xié)調(diào)它們所擁有的各種數(shù)據(jù)。當執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)者關(guān)注產(chǎn)品生命周期管理時，這就簡單多了。不使用這種戰(zhàn)略的公司將迅速落在后面。”
什么是PLM?
產(chǎn)品生命周期管理是一種由信息推動的集成戰(zhàn)略，可以用來加快成功產(chǎn)品的創(chuàng)新和上市速度。這項戰(zhàn)略是構(gòu)建在對一個與產(chǎn)品相關(guān)的知識、數(shù)據(jù)和流程的知識庫進行共享的基礎(chǔ)之上的。
作為一種商業(yè)戰(zhàn)略，PLM使分布式企業(yè)可以像一個公司一樣在其產(chǎn)品生命周期的每個階段對產(chǎn)品進行創(chuàng)新、開發(fā)、支持和淘汰。這項戰(zhàn)略薈萃了最佳實踐經(jīng)驗和值得吸取的教訓(xùn)，可以累積豐富的、有價值的知識資本，以供重復(fù)使用。
作為一項信息技術(shù)戰(zhàn)略，PLM可以建立一致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，借助這種結(jié)構(gòu)，可以在處于不同地理位置的團隊之間實現(xiàn)實時的虛擬協(xié)同與數(shù)據(jù)共享。它可以使公司在整合系統(tǒng)的同時，在系統(tǒng)的使用期內(nèi)充分利用現(xiàn)有的投資。通過開放的API以及堅守行業(yè)標準，使PLM在最大限度地避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題的同時，可以使需要者在產(chǎn)品生命周期的每個階段都能訪問信息，查看進程及其相關(guān)內(nèi)容。
產(chǎn)品生命周期管理成效顯著
已經(jīng)采用PLM的制造商如今已逐步看到它所帶來的效益。例如：
◆一家最著名的重型卡車企業(yè)將創(chuàng)建新廠的直接和間接勞動力成本減少了30%。
◆首個實現(xiàn)完全集成的泛歐防務(wù)公司創(chuàng)建了一個切實可行的統(tǒng)一知識產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)。
◆一家全球知名的航空公司在工程和制造方面節(jié)約的費用分別達到50%和80%。
◆一家全球汽車制造商每年節(jié)省10億美元，還將生產(chǎn)周期從原來4年縮短為1年。
◆一家中國領(lǐng)先的制造企業(yè)在進行多達10,000個組件的大型裝配工程時，工程修改減少了70%。
◆一家領(lǐng)先的女性時裝連鎖店將從最初設(shè)計到成品完成（裝運時間除外）所需的時間縮短30%。