1、制 造 企 业 产 品 研 发 和 制 造 创 新 的 思 路和 方 法从生 产制造 模式的 发展分 析 产品 研发和 制造创 新机床行业计 算机应用 技术专家 委员会 陈 宗舜一 、 从生 产制 造模式 的发展 分析 制造企 业产 品研发 和制 造创新在传统机 械制造 企业中， 生产制 造模式 有单件 小批生 产 模式 ， 成批 生产模 式和大 批量生 产 模式。在 单件小 批生产 中，由 于大量 采用通 用的机 床和 工艺装备 ，手工 操作占 相当大 的比重 ， 生产的自 动化水 平低， 加工制 造产品 的劳动 量大， 劳动 生产率低 。即使 使用 NC 机 床和加 工中 心，劳动 生产率
2、 也无法 与成批 生产和 大量生 产相比 ， 此 外， 由于 车间、 工 段、 小 组多采 取工艺 专业化的生 产组织 形式， 生产过程 的平行 性和连 续性很 差，所以生 产中间 断时间 也较多 ,所有 这些因素 ， 使 生产 管 理复杂, 即使使用ERP也很难 解决单 件小批生 产优化 问 题 ,影响到 产品制 造 的生产周期延长 ， 流动 资金的 周转次 数迟缓 ， 从而使 产 品成本提 高。 在 成批生 产条件 下， 由于 产量较大 ，产品 品种较 少， 生 产较稳 定， 有 可能采 用部分 自动化设 备、 专 用设备 和专用 工、 夹 、 量具， 手工 操作 的比重 较单件 生产小，
3、 因此降 低了产 品 的劳动量， 提高 了劳 动 生产率。 同时由 于某些生 产环节是按对 象原则 组织生 产， 设备 按工艺 过 程的流向 进行排 列， 生产 的连 续 性和平 行性较高 ， 各种 环节的 生产能 力是依 据主要 的重复 生 产的产品 来计算 ， 所以 它们之 间的比 例关系 也比较 合 理， 生产 过 程的 间断时 间相应 地减少 ， 所有 这些， 都 为缩短产 品的生 产周 期 ， 加速 流动资 金周转 和降低 产品成本创 造了一 定的条 件， 成 批生产 的经济 技术指 标 成 要高于单 件生产 。 在大量 生产中 ， 由 于广泛 地采用 高 效率的自 动化 、 半 自
4、动化 设备 、 专用 机床和 专用工 艺 本装 备， 生产 的自 动化 水平 高 ,手工 操作 的比 重减 少到最低限度 ， 为提 高劳动 生产率 和降低 产品劳 动量创 造 了有利条 件。 从 上分析 ， 企业 的 技术 、 经济 效果遵 照成 本 线 曲批 量批量法则 ， 图1说明了 成本与 批量的 关系。 图1.成本 与批量 的关系另一方面 ： 企 业的生 产制造 模式类 型取 决于产 品数量 和 生产的稳 定性 、 重 复 性 。 而采 用什 么样的品 种轮换 方式、 确定每 种产品 的批量 多大， 这是 一个组织 生产的 具体方 式、方 法问题 。 美国的福 特汽车 公司曾 经创造
5、了少品 种 、 大批 量、 高效 益的生产 组织方 式， 这种生 产组织 方式 在大量生 产的企 业中沿 用很久。 被认为 是最优 越的方 式。 但是日本 的丰田 汽车工 业公司 打破了 旧的传统 ， 创造 了多品 种、 小批 量、 高 效益的 生产组 织 方式， 这 种新的 生产 组 织方式， 不仅能 更好地适应经济 形势的 变化和 满足市 场需要， 而且可 以 大大减少 在制品 占用数 量， 有效 地利用工时、 设备和 资金 。 丰田 和福特 都是规 模很大 的大量 生产 企业， 由于 组 织生产 的具体 方式不 同 ,丰田创造 了多品 种、小 批量、 高效益 的生产 组织方 式 ， 称为
6、“精 益生产 ”。但是在机械 制造行 业中,产 品的品 种多，结 构和工 艺复杂 ，而经济的 发展和 科学技 术的进 步，又需要 不断地 试制和 生产大量 的新的 产品， 加上用 户对产品个 性化的 要求 ,单 件生产 和小 批量 生产不但 是不可缺 少的 ,而 且是发展 的趋势 ,这就决定 了 70 85%机械 制造企业 属于成 批 生产模式 和单件 小量生 产模式 。 因 此研究 成批生 产模式 和 单件小量 生产模 式成为 企业发 展重大 课题。二 、 怎样 提高 成批生 产模式 和单 件小量 生产 模式国家提出 用科学 发展观 指导经 济工作， 在国民 经济和 社 会发展第 十二个 五
7、年规 划指出， 以 科学发展为 主题， 以加快 转变发展 方式为 主线， 把结构 战略性调整 作为主 攻方向 。 产业 结构 的改变不 但要发 展高科 技产业 、 附加 值高的 产业对传统 产业的改 造和 提 高也是 重要和 必须的 ， 目前我国 已是机 械制造 大国， 但还不 是制造 强国， 尤其 是 单件、 中小 批 量企业 ，处于 低效益 、 高成本运 行状态， 在国 民 生产总 值中占 相当大 的比例， 为 此引导这 些企业 进行 产 品结构 的改造 的同时必 须进行 生产制 造模式 改造 。 由于 机械 制造企业70%85% 属于 单 件 、 中小量 生产模 式 ， 所以这不 是个别
8、 行业的 事， 如何既 运用 市场规 律， 又发 挥各级政 府宏 观 调控的 机制 ， 促进 大量 的单件、中小批 量企业 改变落 后的生 产模式 ，这是 “十 二五规划 ”的重 要内 容 。据最近报 道，已 有 一些 企业正 在 对制 造模式 进行变 革 ， 如大连机 床集团 ，尽管 近几年 来， 大机一直 在加大 产品结 构、 产品 水 平 、 管理 模式及 制造 模式的 调 整， 但由于 生产始 终处在 一个 满负荷的 状态， 一 直没有 腾出手 来进行 制造模 式的调 整。 全球经济 危机 的 影响还 未完全 显现的 时候，大机 已经 敏锐的 感觉到， 调整的 机会来 了， 因 此 从
9、大刀阔 斧地 向 传统制 造模式 挑战。 纵 观世界机床业 ， 哪 怕 是再先 进的国 家 ， 机床 的生产 自古 都是采用 人工操 作。 而大机 恰恰在 成功 的实施了 主要产 品设计、 生产 的 规模化 之 后， 对 传统的 机 床制造理 念和制 造模 式 进行了 近乎颠 覆性的变 革。用一句 简单的 话概括 ， 就是用 汽车 的 大批 量制造生 产模式 生产机 床 。 大连机 床集 团总工艺 师姜伟这样解 释所谓 的用汽 车制造 模式来 生产 机床： 所谓 制造模 式的 转 变， 就是 应用 批量生产 模式， 将大机 自产的 高精、 高 效的设 备， 以 集 成化、 信 息化的 手段集
10、合起来 ， 组成加 工和装配 自动线 ， 实行 流水线 作业。 也 就是说 ， 从机 床 的毛坯件 上线到 出成品 ， 都 是 在线上 高 效运行。 这种制 造模式的转变 不仅大 大减少 了用工 数量 ，提高了 生产效 率，降 低了生 产成本 ， 更重要的 是极大 地提高了产品 精度和 可靠性。 据了解， 目 前大连 机 床的车 床和数 控机 床 产品的 装配已经 完成了 制造模 式的改 变， 全部 “上线 ”， 其生 产效率令 同行业 瞠目 ： 过去 该集团 车床 分厂2800多人 ， 一天 最多出90台 车床， “上 线”以 后 ， 现在 只有400多人 ， 一天 最少出15 0 台。让
11、大 机又赚 了个盆 溢钵满 。今年 大机又 投巨资 ，在 瓦房店车 床生产 基地上 了两条 生产线 ， 一条加工线 ，一条 装配线 ，也就是 比汽车 生产线 还要先 进一步（汽 车生产 线只是 用于装配 ， 这两条线 全部转 起来后 ， 毛 坯进去 ，出来的 就是产 品。 制 造模式的 转变 不 仅大大 提高了 生产效率， 降 低了生 产成本 ， 更重要 的是极 大地提 高了产 品精 度。 目 前大连 机床的 主 导产 品绝对 是市 场的主流 产品 ， 用户 非常认 可 ， 因为 从自动 线上下 来的 产品没有 误差 ， 而且 能及时 满足用 户的 需求。再如北京 一机集 团，在 信息技 术应
12、用 上一直 处于制 造业 领先地位 ，获得 CIMS 项目 国际大 奖，但 企业效 率之显 著提高 还在引 进日本 、 德 国、 法国等 制造业先 进国家 的技术 和管理 技术中 、 通过学习 ，北一 对现代 化、世 界级机 床企业 的理念 、发 展模式和 组织框 架都有 了深刻 的理解 。 在北大隈 工厂在 实现产 品设计 模块化 基础上， 应用了 批 量定制生 产模式， 改变过 去单件 小批制 造生产模 ，使过 去北一 制造 1 台 宽度 5 米 的重型 龙门铣 床需要 3 年 ，现在 一个月 就能出 产 2 台，效率之 高令人 咋舌。 这种速度 的背后 ，是十年 扎实 的转型变革 。员工
13、 由 2003 年的 6000 人减少至不到 2000 人，管 理部门 通过两 次调 整由 50 个 缩减为 9 个 。 人均 劳动生 产率从 78 万提高到160万 ，鲜明 的对比 展示了 制造模 式转型 的效 果。通过以上 二企业 实践 ， 对成 批生产 模式和 单件小 量生产 模 式 改变采 用先进 生产制 造模式 是 可行的而 且是有 效 的。三 、 批量 定制 （MC ） 生产 模式的 基本理 论和 方法大体上说 ， 批 量定制 生产主 要是基 于以下 理论 和方法 得 以实现其 目标的 如图 2， 图 2上半 部说明了 批量 定 制生产 把大批 量生 产 中的优 点和单 件、 小批
14、生产 中的优 点结合 起来 。 中 半部说 明了批量 定制生 产基本 内容， 下半部 说明了 批量定 制生 产模式 必 需有信 息技术 的支持 。图2.图批量 定制生 产的基 本理论 和方法 图3. 批量法 则概念的 发展1批量定制生产模式的 产品研发和制造方法1） 批量法则 概念的 发展。 传 统的批 量法则 中的 “批量 ”是指产品 批量 ，但 是由于 经济的 发展和科 学技术 的进步， 需要不 断地 生 产大量 的新的 产 品品种 ， 而 且 用户 对产品 个性化 的要求 的提高, 就决定了70 %85% 机械 制造企 业属于 成批生 产 模式和单 件小量 生产模 式 ， 怎 样应用 批
15、 量法则提 高 成批 、 单件小 批生产 企业？ 分析企 业组织 生 产最基本 的是组 织工序 生产， 在 工序生 产的基础 上再组 成零部 件， 最后成 为产 品 。 所以产 品批 量可分解 为零部 件批量 ， 更 可分解 为工 序批量。 图 3 是批 量法则 概念的 发展， 图中 成 本可分 解 为：产品 成本、 零部件 成本与 工序成 本； 批量本 可分 解为： 产 品批量、 零部件 批量 与工 序 批 量。 这样在 成批 生产模 式和单 件小量 生 产模式企 业中虽然不可 能形成 大批量 生产企 业的产 品批 量需求， 但可按 批量法 则概念 的发展 ， 组织零部 件批量与工序 批量生
16、 产从而 获得批 量生产 的优 点。图4.批量定 制生产 的产品 设计的 模型 图5.批 量定制 生产的产 品设计 过程2）批量 定制生 产模式 的产品 研发模 式（1）产品 信息的继 承性 ， 尽管不 同定制产 品在外 形和功 能上有一定 的差异 ，但它 们中的 某些部件 具有一 定的相 似性， 这 样就可 以充分 利用成 组 技术的 原 理与方 法， 对已 经经过 生产实 践考验的 产品信 息， 继 承以往 的产 品 信息、 制 造工艺 信 息， 提 高 产品的 一次成 熟性； 同 时， 一 个新产品 的设计 不再需 要从零 开始， 大 大缩短 了产品 设 计周期 。 充 分利 用 产品功
17、 能及结 构相似 性发展多 种的模 块化技 术，包 括部件 共享模 块技术 (Components haring modularity )，部 件交 换 模 块 技 术 ( Component swapping modularity)， 主 件 适 应 模 块 技 术 (Cut to fit modularity)， 添加模 块技术 (Bus modularity)， 组合模 块技术(S ectional modularity )等 。（2）开发 设计过程 重组。 一般的 普遍被设 计人员 接受的 设计方法， 是基于 功能的 设计方 法， 并且 每 设计 一 个新产 品将是 独立和 全新的，
18、而 批量 定 制强调的 不是设 计新零 部件而 是应用 成熟零部 件 （模 块） 组合 新产品， 它对关 键的 过程进 行 分析和 重 组， 以 便将以 前被人 为隔开 但 又相互关 联的活 动组合 起来。 批 量定制 生产的 产品设 计 包括两个 大的 部 分： 全 新 产品开 发和定 制产品开 发。 全 新 产品开 发根据 对市场 的预测 和工厂 的 实际能 力 的分析， 进行新 产品和 标准模块的设计 ， 这 一过程 需要有 长远的 预见 性和创 新性 ， 同 时也有一 定的风 险性 ， 它的 成败将 很大 地影响企 业的命 运； 定制 产品设 计则是 一种常 规设计 的 组合， 主要
19、根据合 同中顾 客需要 的具体 需求选择 适当的 零部件 组合产 品， 并按 具体的 参数对 标 准模块进 行变型 设计， 图 4 是批 量定制 生产的产 品设计 的模型。 图 5是 批量定 制生产 的产品 设 计过程 。 图 6是批 量定制 生产模 式的产 品研发示 意图。图6.批量 定制生 产模式 的先 进 产品 研发 图7. 模块 化产品结 构为批 量定制 创造条 件（3）产品 结构的通 用化、 系列化 、标准化 与模块 化，按 产品信息的 继承性 ，批量 定制生 产模式的 产品研 发模式 ， 传统 的 产品 结构向 通用化、 系 列化、 标准 化与 模块化 发展， 为 批量定 制创造条
20、 件，图7是通 用化、 系列化 、标准 化与模 块化 产品结构 为批量 定制创 造条件 示意图 。2应用信息技术实施批量 定制实现企业两化深入融合批量定制 是先进 制造技 术， 信息 技术是 实现先 进制造 技 术的支 撑 技术， 应 用信息 技术实 施 批量定制 正是企 业两化 深入融 合的体 现与目 标。1）用 PDM 实现 批量定 制产品 开发制 造新模 式 ：深 入 PDM 应用改变 产品设 计模式 ，是改 变 经济发展 模式的 重要技 术支持 。 第一代 PDM 产品， 以 图 档管理 为 主。 图 档管理、 设计流 程管理 对企业来 说是不 可少的 工作 ， 但 不 能改变 企业
21、生产制 造 模式 ， 其实二 十世纪 九十年 代后期 PDM 已由以图 档管理 为主发 展为企 业信息 集成的 核心 PLM发 展。 目前 PDM功能 除了图 档管理、 流程 管理外增 加了零 部件管 理、 结构配 置与 属性数 据管理 等 ， 其中 零部 件 管理 、 结 构配置 与属性 数 据管理应 用是批 量 定制 产品开 发制 造 的新模 式重要 支持 ， 也是发挥 PDM 作 用的关 键。 这些 模块 的应用形 成了批 量定制 生产的 产品设 计环境 与工作 平台 ， 将可改变 传统 产 品设计 模式与 制造计 模式，也 为改 变 传统企 业经济 发展 模 式提供 了技术 支持 。 2）创 造用 MRP/MRP-/ER P 实 现批 量定制生 产组织 新模式 。3）用 PDM实现机 械制造 企业信 息集成 。
