浅谈精准装配

1、绪论 当前制造业竞争的全球化和用户需求的多样化要求生产商具有更多的产品种类,更短的产品生命周期，更低的生产成本和更高的产品质量,同时希望得到按照自己要求定制的产品。企业的生产模式己逐渐由单一品种单一型号的大批量生产方式向面向客户的多品种小批量生产方式转变。而产生于需求不足环境下的精益生产方式作为目前制造业最理想的管理哲学、方法和模式之一,作为多品种小批量的经典管理方法 1 ,正逐渐被企业越来越多的采用 2 。精益生产(Lean Production)是在流水生产方式的基础上发展起来的 3 。它的基本思想可用JIT (Just In Time)来描述,即为:“只在需要的时候,按需要的量,生产所需

2、的产品” 4 。精益生产思想在装配过程中的体现是通过自动化的手段;减少人工参与;提高零部件的标准化程度,从而保证产品装配质量 3 。然而,完全自动化的装配是很难实现的,大量的装配过程还需要手工完成。同时自动化的装配和零部件的标准化限制了客户需求的多样化,降低了产品生产的灵活性,不适于多品种,小批量的生产模式。采用精准装配的思想,改变原有装配模式,利用信息化手段是保证手工装配产品质量,实现客户化定制产品装配的重要方法。论文主体1精准装配的提出精准装配是在产品装配过程中使用的一种方法,其中“精”即为:精益;“准”即为:准确。是实现在产品的装配环节中,装配过程和装配所需零部件供应的精益化和准确化。对

3、应于精益生产, 精准装配的基本思想可以用JRIT (Just and Right In Time)来描述,即为:“只在需要的时候,按需要的量,提供准确的零部件,装配所需的产品”。其与精益生产的关系如下:图1精益生产与精准装配 精准装配的核心追求为以下两个方面: (1)精益化:这是精准装配中“精”所实现的目标,精益生产要求装配过程的精益化。精准装配是追求装配过程最简单化和成品库存最小化的装配方法。装配过程最简单化,也就是采用最少的人员、最简单的设备、最容易的装配过程、一次完成的装配;成品库存最小化,也就是只在客户需要的时候,才进行产品的装配,才产生成品。(2)产品质量的最优化:这是精准装配中“准

4、”所实现的目标,也是精准装配所追求的最重要的目标。不仅仅要实现装配过程的精益化,更要改变传统装配中存在的问题,通过信息化手段,改变传统装配的模式,以追求产品质量的最优化。1.1在传统装配模式下首先,零部件与被装配的产品之间的关系是多对一的关系。对被装配的某个产品而言,其所需要的零部件,都有多个可供的选择。例如某个产品仅需要零部件A 一个,为了保证装配的可继续性,装配线上会提供数量大于一个的零部件A ,而只有其中的一个被装配在产品上(如图2所示) 。图2传统装配模式其次,选取一个零部件A 的动作是由被装配产品发出的,操作人员需要确定选取那些零部件,选取数量为多少,造成了装配操作的复杂性,在少品种

5、大批量生产模式下,往往通过增加零部件标准化或采用自动化机械的方式解决。最后,零部件选择的过程是随机的。零部件A 中的任何一个都有可能被选中,虽然所有零部件都符合加工精度和误差范围,但所有零部件之间又都有着个性化的特征(如:长度,直径的不同)。这就导致了影响最终产品质量的一个重要问题,即装配误差对产品质量的影响。如图3所示,同样符合尺寸要求的零部件A ,在同一个产品的装配中,会产生不同的装配误差。如果图3中第三种情况是设计所需要的理想状态,而在实际的装配过程中前两种情况却会经常发生。图3传统装配模式下的装配误差1.2精准装配模式下首先,零部件与被装配的产品之间的关系是一对一的关系。对被装配的某个

6、产品而言,其所需要的零部件,都有且只有一个可供的选择。例如某个产品仅需要零部A 一个,则装配线上只会提供一个最适合于被装配产品的零部件A , (如图4所示) 。图4精准装配模式 其次,选取一个零部件A 的动作是由零部件发出的,操作人员只需要把指定的零部件,指定的数量,装配在指定的一个产品上。不需要操作人员的判断,从而降低装配操作的复杂性,适应于多品种小批量的生产模式。最后,零部件选择的过程是唯一的。零部件A 中具有不同属性(如:各种尺寸特征,检测数据等)的个体,会按照总体最有利于产品最终装配质量的原则,指定给某个产品。如图5所示,根据被装配产品1、产品2和产品3的不同尺寸,决定零部件A1、A2

7、和A3分别指定给产品1、2和3来装配,以实现装配后所有最终产品的装配误差总体最小。图5精准装配模式下的装配误差 缺乏精准装配的精益生产,是不完整的精益生产。通过精准装配,改变传统装配模式,以此来实现装配过程的精益化,达到产品质量的最优化。2精准装配的必要条件 信息和物流的精准化是精准装配的必要条件。2.1信息的精准化装配作为产品生产过程的末端,其前端过程(设计和加工)及装配过程本身信息的精准化是实现精准装配的首要条件。信息的精准化也就是信息的实时和准确化。设计、生产和装配过程信息化的关系如图6所示:图6设计、生产和装配间的信息化关系通过设计过程中的计算机辅助设计,向装配过程提出确保质量的各项要

8、求,如:装配产品的物料清单;如何装配的装配图纸;装配精度和误差等。通过生产过程中的生产追溯,向装配过程提出确保质量的各项条件,如:装配产品所需的零部件数量;零部件尺寸和误差等。装配过程中的仿真,则如同解一道数学应用题,根据设计所提出的要求,按照生产所给定的条件,以实现产品质量的最优化为目的,找到最优化的解。也就是确定所有单个的最终产品是由哪些零部件组成,采用图4所示的模式,实现精准装配。而装配过程的控制,则是以直观和简单的形式指导操作人员进行产品的装配工作。靠人工或非电子化的工票等手段是很难实现精准装配的。只有通过信息化的手段,才能把设计的要求,快速准确的提供给装配过程;才能把生产中产生的庞大

9、零部件数据作为零部件的属性,随同零部件本身提供给装配过程;才能通过仿真,依据零部件属性进行产品装配的优化;才能通过控制,提供最合适的零部件进行精准装配。2.2物流的精准化 在信息精准化基础上的物流精准化是实现精准装配的物质基础。物流的精准化也就是零部件供应的精益和准确化,既在需要产品的时候,按照装配仿真的结果,按照图4所示的方式,提供合适的零部件,进行装配。3精准装配的实现方法 精准装配的实现,需要信息和物流精准化的实现。3.1信息精准化的实现 虽然通过计算机辅助设计(CAD, CAPP等软件)完成的设计过程的电子化已经基本实现,但生产和装配过程的信息化还远远没有完成。实现信息的精准化,首先需

10、要完成基于信息共享基础上的企业全面的信息化。 现有设计过程中的信息化,强调“辅助设计”,其中心的目的是为了更好更快的完成设计,而不是更低成本、更快、更好的完成产品。其功能上需要添加对生产及装配过程的实时指导。如:变化后的零部件和装配图纸,尺寸和精度要求,会在设计确定后,立即反映到生产和装配中。原有纸质的图纸、工票、完工单等,不再出现,换以电子化的数据,通过计算机网络传送到生产装配的现场终端上,以图形或文本的形式指导生产。与装配相关的各种质量要求,以数据共享的形式提供给装配过程仿真与控制。对主要的原材料和零部件加工过程的生产追溯是需要迫切解决的问题。而要实现精准的装配,其关键零部件的属性(如:各

11、种尺寸特征,检测数据等)必须是已知的。所以采购原材料的属性需要跟随物流一起由供应商提供;生产加工过程所产生的零部件各种属性(如:各种尺寸特征、操作人员、操作设备、生产时间等)需要在生产加工过程采集和记录,保存于共享数据库中,并随同物流,与零部件的唯一特征码形成一一对应关系,以便后续工序使用。零部件的唯一特征码是实现零部件本身与零部件属性等信息形成对应关系的手段。可以通过在零部件上粘贴条形码,激光刻蚀编号等方法实现。对于机械加工行业,比较简单可行的方法,是容器标识的方法。既把盛放零部件容器的标识,作为零部件的唯一标识应用于加工过程,只在零部件完成加工后才进行最终标识(如:粘贴条形码)。后续的装配

12、过程,通过此最终标识,从共享的信息中获取零部件的所有属性。 装配过程的控制,亦采用电子化手段,对装配过程优化仿真的结果和装配指令等,通过计算机网络传送到装配的现场终端上,以图形或文本的形式指导装配。采集装配过程所产生的产品的各种属性(如:各种尺寸特征、操作人员、操作设备、装配时间等) ,记录于共享数据库中,并随同物流,与产品的唯一特征码形成一一对应关系,以便后续工序使用。把盛放构成此产品的所有零部件的容器的标识,作为产品的唯一标识应用于装配过程,只在产品完成装配后才进行最终标识(如:粘贴条形码) 。后续的产品检验和销售等过程,通过此最终标识,获取产品及构成产品的零部件的所有属性。3.2物流精准

13、化的实现 任何一种零部件的缺少,都将无法完成装配,因此所有零部件的供应物流都是同等重要的,都可以理解为主物流。物流的实现采用并行供应的方法,如图7所示:图7并行物流生产过程中的物流,随同中间标识容器流动。生产和供应流向装配过程的是按照装配仿真结果产生的仅属于特定产品的零部件集合,这些零部件集合存放于循环使用的标识容器中,形成可完成产品装配的所有零部件的全集,以并行的方式,传送到装配工序,实现精准装配。4精准装配的结果 精准装配的实现,对装配前的设计与生产过程、装配过程和装配后的销售与服务过程,既产品的整个生命周期都将产生很大的影响。4.1设计与生产过程 精准装配对设计与生产过程的直接影响是设计

14、与加工中零部件精度的降低。精益生产要求提高零件的加工精度,从而减少装配误差,保证装配后产品的质量。而通过装配仿真后实现的精准装配,使优化匹配的零部件进行装配。强调的是最终产品在满足功能要求下的装配精度,从而放松了对单个零部件加工精度的要求。同时减弱了零部件的标准化,为个性化定制生产打下基础。增加了对原材料和生产过程中零部件属性的需求,提高了对生产追溯系统的需要,改变了现有生产过程的物流方式。4.2装配过程 精准装配将导致装配线的弱化,就是随着并行物流的实现,装配线的功能将随着精准装配的实现而逐渐衰减。装配过程,将变得非常容易。装配人员的数量将减少,人员的综合技能将降低。4.3销售与服务 产品的最终标识和构成产品的关键零部件属性的一一对应,为个性化销售和服务奠定了基础。客户获得的不仅仅是物质的产品,而且可以了解构成产品的所有关键过程数据。对客户的服务,也是基于客户特定产品的特定服务。结论及建议装配,是产品生产过程的一个部分,决定了精准装配是完善精益生产的一个不可缺少的因素。精准装配,不仅强调装配过程中的精益化,更重视装配过程中的准确化,以实现最终产品的质量最优化和个性化。本文提出了精准装配的概念,对其实现的必要条件;实现方法和结果做了初步的探讨。在基于精准装配下的装配过程所涉及的多方面领域均需要进一步的研究,如:精准装配下,复杂装配过程仿真; 精