先进制造技术与智能化工厂

如何适应市场的个性化与多样化给企业生产经营带来的巨大变化？如何迎合从单品种大批量生产向多品种订单式生产过渡的趋势？本文将为你提供答案。

How to adapt to the fundamental changes in the production and operations of an enterprise arising from the market’s rising request for customization and persity? How to deal with the increasingly fiercer market competition? How to adapt to the trend of moving from mass production of single products to build-to-order production of multiple products? This article will give you insights to these　questions.

纵观中国经济，2010年超过了10%的增长速度，从而取代日本成为世界第二大经济体，而且每年持续保持平均10.5%的增长率。在这期间，中国的汽车销量在2009年达到了1,350万辆从而超过美国，2010年达到1,800万辆，其差距进一步拉大，成为世界上最大的汽车市场。

在大环境的促进下，中国机床行业也走上了发展的快车道。中国机床的消费量在2000年占到全球机床消费量的10%，到2010年已经高达46%，居全球首位。并且在机床生产方面，也于2009年超过日本、德国，成为机床生产第一大国。可以说，中国已经确立了作为制造大国不可动摇的地位。

某大型外资机床公司的总经理在一次会议上表示，机床消费的水平代表着制造业的发展水平。这足以说明，中国制造已经成为全球制造的重要力量。中国制造的核心，尤其以中高端数控机床为切入从单品种大批量生产向多品种订单式生产过渡，这也正成为一种趋势。市场的个性化与多样化带来了企业生产经营的巨大变化。那么在这种趋势下，如何适应日益激烈的竞争环境呢？有关专家表示，推广和应用复合化、智能化、自动化的技术是未来发展的方向。日本山崎马扎克公司前副会长山崎恒彦也提出了五条建议：一是采用先进的数字化技术和自动化设备，尽量增加无人化时间，把大量非劳动时间转化为创造价值的生产价值。二是通过改善加工手段和生产时间的安排，缩短在线总需时间，利用由此产生的无偿时间生产更多的产品。（除了切削，其他时间都不创造价值，因为工件的形状只在切削的过程中发生变化。这段时间仅占总加工时间的18%，而82%的时间为无偿时间，实际上不创造价值。）三是充分利用大量的无偿时间，将价格高昂的外购件转为内部生产，从而降低企业成本，进一步增加利润。四是通过先进制造技术与成组技术，削弱因多品种、小批量生产带来生产效率降低的负面影响，提高企业的市场竞争力。五是缩短公司与客户的距离，简化公司组织，适应快速经营，将传统的金字塔的组织结构转变为球形组织。

综上所述，先进制造技术与信息化技术相结合，是实现智能化，提高生产效率和企业竞争力的利器。

核心技术——今后中国制造业发展的关键词

为什么要进步？为什么要改革？为什么要创新？其实这些的出现都是为了改变现状。从事制造业的客户现在面临着多项现实难题：首先，由于劳动者环境的急剧变化和对劳动条件改善的要求，导致了劳动成本迅速上升。中国国内的人工费用在2000年到2009年之间上升了3.5倍。人员稳定不足，具有高精度加工、装配技术的工程技术人员不足。其次，产品需求水平越来越高，要求降低成本、提高效率。因此这就要求生产流程进一步的合理化以及逐渐向省力化生产技术的转化和向革新性生产方法的迈进，使产品的附加价值不断提高。最后，中国制造的产品已渗透到世界市场，怎样适应国际竞争成为迫在眉睫的问题。因此要求不断提高产品的高品质和高可靠性。也有人如此计算，我们大家每年都有同等的8,760个小时，其中约2,000小时（23%）用来工作，如何有效地利用其余的6,700小时，将对事业的发展成功带来影响。而复合化技术、自动化技术、智能化技术，将会为今后发生巨大变化的中国制造业发挥重要的作用。其好处有四点。一是延长机器运转时间。二是人员少，效率高。三是能获得最大的投资收益。四是无人介入，运行稳定。

北京机床研究所副总工程师盛伯浩认为，中国机械加工装备和制造技术经历了三个进展特征：20世纪30-50年代，采用传统机床，以流水线技术为核心的自动化制造技术为主；20世纪50-70年代，采用数控机床，以数控技术为核心的集成制造技术为主；20世纪70-80年代，采用柔性化制造系统，以信息技术为核心的集成制造技术为主；20世纪90年代-至今，采用敏捷化制造为特征，以虚拟技术为核心的数字制造技术为主。并且提出，适应现代制造业数控加工装备的特征和需求，要求信息化的高度集成化，柔性化，可重构与分布式生产，以及智能化的工艺与装备。

有关专家指出，随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，可以完成多道工序”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。数控机床的智能化技术也有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。如自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。同时，机器人与主机的柔性化组合得到了广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。

在CIMT2011期间举行的“以科技创新迎接后危机时代”为主题论坛上，这一点被进一步证实，专家一致认为，机床复合化、自动化、智能化技术是今后制造业进一步发展的关键词。

他山之石——宁夏小巨人的智能化工厂

在百度里，智能化工厂的解释就是，利用各种现代化的技术，实现工厂的办公、管理及生产自动化，达到加强及规范企业管理、减少工作失误、堵塞各种漏洞、提高工作效率、进行安全生产、提供决策参考、加强外界联系、拓宽国际市场的目的。而宁夏小巨人的工厂就是将现代化制造技术和信息技术相融合的样板——加工过程高度柔性化、复合化、精益化，制造及管理过程的网络化、信息化、智能化。

7月24日，“MTF2011制造未来展示会”在宁夏小巨人机床公司举行。今年以“智能化、自动化、无人化制造工厂解决方案”为主题。工厂采用了轻钢结构建筑的全封闭、全空调联合式厂房，整个厂房内温度严格控制在20±1℃。恒温厂房中建有大件加工线、中小件壳体零件加工线、轴类及盘类零件加工线、精密加工线、涂装作业线、装配作业线、全自动立体仓库等。并建有恒温超净室用于机床主轴等精密部件的装配和零部件的精密检验。在状态显示屏里，每台机床用不同颜色方块代表其不同的装配进度，员工们也可以随时在线 查询每台机器的相关信息。而测量仪器的数字化，使得自动实现数据采集，测量结果直接进入网络系统，是否合格由系统自行判定，减少人为错误更降低了人力成本。搭建加工线，主轴箱加工线（FMS），中小壳体零件加工线（FMS）等多条加工线全部实现24小时连续工作，16小时无人运转。本文主要从工厂的功能区域划划分上进行介绍。nextpage

配餐式的单元工厂

配餐式的单元化装配是小巨人工厂高速高效运转的诀窍。单元化装配工厂从功能上分为两大区域。一块是单元装配A线作业区，另外一块是总装配作业区。在单元装配A线区内，机床重要的单元部件，包括刀库、机械手、刀塔、主轴，还有加工中心的工作台变换装置等将在这里装备完成并进行试运转实验。A线是总装的前道工序，它的主要功能是把所有的单元件装配在一起，并完成重要精度的调试，所以A线装配的质量，决定了整个机床的精度。当然，在这里也完成包括导轨丝杠以及重要结构件的装配。对于一些如刀塔和主轴等极为精密的部件、单元件，都会在恒温的情况下完成装配。经过试运转和温升实验合格后，产品进入单元件成品放置区。单元件成品运转较快，一般放置0.5–1天后，就会进入A线装配作业。A线装配完成后，机床就会进入总装，安装钣金防护罩然后再进行接线，最后就交给质保部，检验合格后就成为合格的机床。

另外在总装线上，可以看到机床总装的全部过程。也可以看到成品检验的整个过程。那么在这个装配线上，包括球杆仪检验机床的工作精度，包括激光干涉仪测量机床精度等。

全自动立体仓库

作为工厂的整个物流中心，全自动立体仓库在零部件的配餐中起到举足轻重的作用。这里除了实体立体仓库外，PDM和M2 软件为立体仓库的运作提供了坚实的数据基础。共有3,950个货位，可以储存80,000个零部件，采用MRP软件对仓库进行自动管理。通过计算机接入工厂网络，保证每个货位都有合理的储备。有效地保证了用户的交货期要求，并能够即时准确地向用户供应维修备件。从本质上来说，成功的配套式仓库，也是智能化的一种体现。

现代化的钣金工厂

其实和其他制造商的钣金工厂一样，这里也要进行下料、折弯、焊接、涂装这些工序，不同的是工艺水平和生产组织模式。在小巨人，首先这些工序是由两条可实现无人化操作的钣金切割FMS来完成的，确保了高速度、高精度的钣金件的切割工作。其次，由马扎克公司生产的多台APEX系列精密数控液压折弯机组成的钣金成型加工线则用于高效高精度的钣金成型加工。

焊接涂装区

由于钣金焊接的特点，因此主要还是由人来完成。高素质的人工和更严格高效的焊接管理，是高水平焊接的直接保证。

在涂装工厂区域，采用了先进的干粉静电喷涂工艺。和传统的油漆工艺相比，具有外观质感好、附着力强、抗腐蚀、不变色等优点。

智能网络化机械加工中心

所有的机床用零件都是在这里完成。这个除了研磨工序的几台设备以外，几乎所有的设备都是连接在工厂的局域网上，使用自己的智能生产软件进行管理、程序编写、刀具管理以及生产指令下达的监控。这种模式提高了管理的效率和生产的柔性。这里有多台车铣复合加工中心，每台机床都配置了自动料仓和自动上下料装置，组成无人化的车铣复合加工单元，实现一次装夹完成车铣多道工序，从而保证零件的加工精度和加工效率。旁边是箱体类零件加工的FMS，可以一次装夹10种不同零件进行加工，真正实现多品种单件自动化生产。

在大工件的加工中，主要使用大型龙门五面体加工中心。这里有5台单机，还有一条中国第一条大型龙门五面体加工中心的FMS。大型零件可以实现一次装夹即可完成所有工序的粗精加工零件的各部分的位置精度得到了可靠有效的保证。同时，研磨加工工序在恒温室里完成。

机床验收区

机床验收区。顾客对自动化要求较高，机床组装完成后需要在这里进行组线、验证、验收。

小巨人智能化的工厂，还有强大的网络环境及软件，在此不作阐述。

在制造业，技术成为推动其发展的核心助力。对于中小企业而言，多品种、小批量生产使得企业更加具有竞争力。如何使整个生产和管理过程完美地结合了现代的信息技术（IT）和传统的制造技术（MT）。将是面临的有一大考验。

企业的球形组织

这是一种新型的生产系统，在该系统的概念中，制造企业的最小单位不是车间或者班组，而是每一位员工。以制造一台汽车发动机为例，传统的生产方式要通过各种分工，多道工序，需时长，需人多，信息传递距离长，协调管理复杂。在该生产系统中，从坯料开始，到加工出所有部件，到装配成一台完整的发动机，全部由一个人在短时间内完成。这样的生产组织结构将更加简洁、高效。从整个企业来看，球型组织意味着以客户为核心，技术、生产、营销、财务等职能部门等距离地环绕在客户周围，从而正确、及时地向客户提供产品和服务，并随时反馈来自市场的信息。