产品创新体系论文—制造企业产品研发和制造创新的思路和方法.doc

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，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“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 7085%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 150 台。让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 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(Componentsharing modularity )，部件交换模块技术 ( Componentswapping modularity)，主件适应模块技术(Cuttofit modularity)，添加模块技术(Bus modularity)，组合模块技术(Sectional 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，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