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成組技術：在工業 4.0 時代（dài）實現卓越運營

2018-12-17 來（lái）源：山高刀具集團作（zuò）者：技術經理 Patrick de Vos

上海, 2018 年（nián） 12月 -工業革命發展到現在，製造商們始終擁有一個共同（tóng）的目標，那就是將零（líng）件生產控製在一定時間和成本內（nèi）。製造工藝從手工製造的單件生產模式發展（zhǎn）為大批量生產線，相（xiàng）同零件的產量顯著提高：大批（pī）量/少品（pǐn）種 (HVLM)生產方案。近年來，隨著數字技術開始廣泛應用於編程、機床控（kòng）製和工件處理係統，工業4.0得到了（le）快速發展，推動了多品（pǐn）種/小批量 (HMLV) 生產模式。

在（zài）工業 4.0 時代，企（qǐ）業往往高（gāo）度（dù）重視最新的生產技術和數字化技術。然而，生（shēng）產（chǎn）率和成本效益最大化依舊建立在卓越運營基礎之（zhī）上。在目前的（de）經濟環境下，製（zhì）造商普遍認為速度是（shì）卓越運營的關鍵指標：盡可能縮短從圖紙進入工廠，到（dào）工件成品最（zuì）終離開工廠的時間。製（zhì）造商開展（zhǎn）的提速工作通常集中在例如精益製造或六西格瑪 (SixSigma)等策略上。

然（rán）而，這些策略通常涉及到 HVLM 生產，有時候並不適用於 HMLV 方案（àn）。成組技術方法是簡化 HMLV輸出（chū）的（de）一項重要因素，將零件分類並編（biān）碼到不同的可加工（gōng）係列中，使車間（jiān）能夠實現最高水準的卓越運（yùn）營。

成組技術

成組技術是一種製造組織策略，在該（gāi）策略中，具有某些相似性（例如幾何形狀、材料、製造工藝或質量（liàng）標準）的零件被歸到特（tè）定群組或係（xì）列中，然後采用一種通用的生產方法進行製造。在計劃加工工序時，它針對（duì）的（de）是整（zhěng）個零件係列（liè），而不是單（dān）個工件。

通常，組織生產零件係列被稱為“單元式製造”。單元（yuán）式製造興起於（yú） 20 世紀 80 年代，大約在 HMLV 生（shēng）產時（shí）代開始的時候。製造商（shāng）們認識到，批量生產規模不斷縮小，而工件和新工件材料的種類不（bú）斷增加。車間麵對的是千差萬別且生產批量相對較小的工件（jiàn）。因（yīn）此，生產準備時間大幅增加，製造商們試圖克服這個問題。

成組技術中的零件（jiàn）係列根據零件的編碼（mǎ）和分類（lèi）進行創建。每個零件（jiàn）都會分配一個由字母、數字（zì）或兩者的組合組（zǔ）成（chéng）的代碼，並且每個單獨的字母或數字都代表（biǎo）工件的特定特征或生產工（gōng）件所（suǒ）需的生產技術。如圖 1所示，零件代碼第 6 位表示工件尺寸，第 7 位表示原材料，第 8 位表示工件材（cái）料的原（yuán）始形狀，第 9位表示所需的質量等級（jí）。第 3 位至第 5 位描述了加工零件所需的工序。

圖 1：優化代碼和分類係統

零件代碼用於計劃生（shēng）產，並通過參考一個稱為“複雜工件”的（de）虛擬或不存在的（de）零件來報價（jià），如圖 2 第二行所示。這裏所謂的（de）“複雜”並不意味著工件難以加工；相反，它描述的是一個通用工件，該工件展示了公司能夠加工的所（suǒ）有特（tè）征，例如高精度和低精度的孔、深腔體和淺腔體、側銑特征等。圖中第一行（háng）的零件代表了可（kě）以選用（yòng）第二行複雜工件所述的工序生產的工（gōng）件。通過將加（jiā）工各個（gè）所需特征的成（chéng）本相加，可以（yǐ）得（dé）出代表性的總（zǒng）成本（běn），並（bìng）且簡化（huà）了定價估算工作。不需要（yào）逐個分析零件成本。

圖（tú） 2：工件加工元素

生產計（jì）劃員和（hé）估價員一起研（yán）究工件圖（tú）紙，通過將工件上的特征與複雜工件上的特征相匹配來進（jìn）行報價，並且還可確（què）定其他生產要素，例如所需的機床、是否需要冷卻液等。此外，借助成熟的（de） CAM 係統執行成組技術還能進一步降低預加工工程時間的要求。另外，由於工廠各部門都基（jī）於相同（tóng）的複雜工件模型工作，這也有效改（gǎi）善了工廠跨部門溝通。

成組技（jì）術方法最初（chū）起源（yuán）於（yú）開發（fā）人員需要與工藝工程師、程序員和計（jì）劃（huá）員接洽，以便收集各種生產工序的成本信息。盡管這種開發（fā）始於 20 世（shì）紀 80年代，但將個（gè）人經驗和數據匯編並組織（zhī）成為一個係統的過程類似於如今盛行的人工智能活動。

在某些（xiē）情（qíng）況下，成（chéng）組技術可以推動車間的重（chóng）組。圖 3 左側顯示了零件在車間中經曆的迂回路徑，該（gāi）車（chē）間采用基於車削、銑削、磨削等機床功能的傳統布局。然而，當工件采用單元布局（圖中右側所示）以係列的形式進行分組和加（jiā）工時，可以布置機床以簡化製造流程，並最大限度地（dì）減少零（líng）件在車間中的移動。每個不同的工件係列均以最高效的方（fāng）式加工，而不需要在（zài）車間內進（jìn）行不必要的運（yùn）輸。因（yīn）此（cǐ）大幅縮短了零件生產時間。

圖 3：車間布局

當（dāng）然，采用新概念既有益處（chù）也（yě）有挑戰。成組（zǔ）技術方法在工（gōng）程設計、工藝規劃和製造（zào）時間節省方麵有不少優點，但也存在一些弊端。首先，在某種程度上，成組（zǔ）技術方法降低了靈活性。如（rú）果某一特定工（gōng）件配置的需求顯著增加，造成生產瓶頸，那麽傳統的車間設置將更加靈活。在傳統布局中，部門中的其他機床可以用來生（shēng）產零件。其次，管理機（jī）床停機時間也會是一項挑戰。如果一（yī）個零件係列出現暫時的（de）需求下降，那麽單元布局中的機床將會閑置。

實施（shī）成組技術概念可能帶來的另一個難題是（shì）往往需要花費過多的時間（jiān）來比較各個編碼（mǎ）係統。然而，比編（biān）碼係（xì）統本身更重要的，是公司應當全麵了（le）解其設備和資（zī）源，以及期望的結果。在這種情況下，內部創建自定義編碼係統將會（huì）是一種簡單而高效的選擇。重新安排車間以更有效地加工零件係（xì）列是另一（yī）項工廠特定的決（jué）策。大型企業（yè）更容易（yì）重新調整他們的機床，而小（xiǎo）型企（qǐ）業可能麵臨經濟方麵的限製和（hé）其他因素。

更快、更準確的（de）報價

創建零件報價的成組技術方法可以提高收入和盈利能力。例如，一家航空航天分包商采用 HMLV生產環境，其批量大小為 1 到 5 個工件（jiàn），每年收到大約 4000份報價（jià）請求。由於沒有足夠的時間對每個零件進行單獨的分析和報價（jià），延緩了定價過程，導致車間隻能對4000 份可能（néng）任務（wù）中的 1500 份進行細致的報價。這（zhè）家分包商（shāng）收到了大約 2600 份訂單。後來，利用成組（zǔ）技術舉措支（zhī）持的（de）分析並利用複雜工件信息進行零件報價後，這家分（fèn）包（bāo）商發現自己每（měi）年可以進行 3000份細致的報價。更多細致的報價吸引（yǐn）到了更多的訂單，達到每年 3200 份訂單的水平。最重要的是，在根據成本和（hé）利潤進行投標時，投標的成本比先前未采用成組技術概念（niàn）的投標平均降低了 30% 以（yǐ）上。

更快、更準確的報價流程具有兩個優（yōu）點。一是錯誤的（de）、對利潤率產生負麵影響的投標價過低情況減少，二是不準確的、令客戶難以接受的虛高報價（jià）情況減少。成組技術概念的實施讓（ràng）製（zhì）造商能夠更好地控製所做的工作及其成本，並降低了不準確報價的發生率。

成組技術規定，不考（kǎo）慮每個單獨的工件及（jí）其生產參數，而是將具有相似特征的零件分組在一（yī）起進行加工。以一家生產皮帶式傳（chuán）動裝置的皮帶輪的車間為例。為了適用於不同尺寸的皮帶，各個皮帶輪的帶槽的直徑（jìng）、寬度（dù）和輪廓有所不同。采用不同配（pèi）置加工時（shí），其間的轉換時（shí）間約為一（yī）個半小時。

工藝流程分析表明，每（měi）次進行皮帶（dài）輪加工轉換時，都（dōu）要完（wán）全拆卸機床，而且需要取出、清洗和放好所有（yǒu）刀（dāo）具。為（wéi）了加工下一個皮帶（dài）輪，需要將大多數相同的刀具放回機床中。在成組技術方法中，相似但不完全相同的皮帶輪被劃分為一個係列。轉換工作包括更改（gǎi） NC 程序、修改一些加（jiā）工參數，有時需要更改用於加工槽形的刀具。根據特定工件，轉換時間從一個半小時（shí）縮短為十分鍾。采用這個方法的主要（yào）難題在於讓車間人員相信，他（tā）們生產的零件屬於同一個係列，可以通過調整工藝流程實現更快地加工。

不同工件

結（jié）論

成組（zǔ）技術製造組織策略可幫助（zhù）製造商高效應對 HMLV 生產的挑戰，山高澳大利亞分公司的 Dave Morr 已對此進行了廣泛的開發工作。傳統的生產率提高策略（例如精益製造（zào）和（hé）六（liù）西格瑪）確實能夠（gòu）帶來一定（dìng）改善，特別是在可對大量相同零件的加工工序進行微調的（de） HVLM 生產中。然而，隨著加工技術以及數字產品設計和管理的進步（bù），高（gāo）度多樣化、小批量的製造日益增多。通過將零件歸（guī）類為（wéi）係列並（bìng）整合定價活動（dòng）和（hé）加工工（gōng）序，成（chéng）組技術方法為（wéi）製造商提供（gòng）了一種高效（xiào）應對工（gōng）業 4.0 時代諸多（duō）挑戰的方法。

圖 4：複雜工件示例

說明

成組技（jì）術和山高谘詢服務 (SCS)成組（zǔ）技術製造組（zǔ）織策略是實（shí）現卓越（yuè）運營的重要要素，並且（qiě）可以（yǐ）有力地推動製造商各方麵的工作。然而，競爭的壓力迫使許多製造商幾乎隻專注於以特定的成本按時生產特（tè）定數量的零件，而沒有時間或專業知識來仔細分析和優（yōu）化其業務和加工工序。

山高成立（lì）了一個新的業務部門，旨在幫助那些有資源可用於生產改進（jìn），但沒有足夠的資金支付雇用工藝改進工程師的高費用或與大型（xíng）業務谘詢公司進行合作的中型公司。山高谘詢服務 (SCS)可幫助製造（zào）商（shāng）平衡（héng）整體製（zhì）造和業務問題與加工效率和經濟性。SCS對品（pǐn）牌保持中立（lì），支持用戶當前使用的任（rèn）何品牌刀具。

利（lì）用 SCS 的（de）第一步是製造（zào）效率評估 (MEE) 工作，包括對加工、生產係統和運營管理績效的分析。SCS 將（jiāng）分析公司的產能，並檢查準備、加工和（hé）設備處理方麵（miàn）的問（wèn）題。從中能夠揭示（shì）產能（néng）/資產問題的根源，以及（jí）員工的知識短板（bǎn）。準備分析包括編程支持以及方法和零件的標準化。通過方法（fǎ）優化和故障（zhàng）排除來識別並解決加工問題。庫存和消耗可視化以及刀具管（guǎn）理計（jì）劃可解決設備處理問題。

在整個 SCS 計劃中，山高技術教育（yù）服務（STEP 研討（tǎo）會和課程）幫助培訓製造公司的員工。服務的一個（gè）主要方麵包括說服車間人員采（cǎi）用新的策略。僅僅（jǐn）將宣傳海報貼在車（chē）間牆壁（bì）上不能起到多大的效果。事（shì）實上，問題往（wǎng）往不在於缺乏新的（de）知識或理念，而（ér）是因為車間人員傾向於采納（nà）傳統解決方案。成功的關鍵是說服員工認識到新策略的好處，並製（zhì）定實施新（xīn）策略的準（zhǔn）則。

圖 5：NEXT STEP 模型

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