环缝焊机总体结构设计

目录

前言1

1绪论3

1.1我国焊接技术的开展水平3

1.2本课题的目的和研究意义4

2研究现状及设计目标6

2.1相近研究课题的特点及优缺点6

2.2现行研究存在的问题及解决方法7

2.3本课题要到达的设计目标8()

3焊接过程中要解决的几个问题9

3.1需要解决的问题9

3.2具体实现中采用的技术及分析9

3.2.1焊接裂纹9

3.2.2未焊透13

3.2.1夹渣13

3.2.2气孔14

3.2.1焊缝外观缺陷14

4系统结构与模型17

4.1结构特点及主要技术参数17

4.2整体结构与原理17

4.2.1整体结构17

4.2.2技术原理18

5系统各局部实现方法及部件选择20

5.1系统各局部实现方法及部件选择20

5.1.1平台的升降2()

5.1.2伸缩臂进给23

5.1.3台车的运行24

5.2设计实现策略及算法描述25

5.2.1驱动伸缩臂的齿轮校核25

5.2.2行走机构计算25

升降机构计算29

5.2.4伸缩机构计算32

6设计中的考前须知及环形缝焊机的未来展望34

6.1设计中的考前须知36

6.2环缝焊机的开展前景36

6.2.1爬行小车式焊管机36

6.2.2长输管道自动焊接机36

环缝焊机焊头自动跟踪系统38

6.2.4焊接机器人39

7结束语40

致谢41

参考文献42

附录A译文43

附录B外文文献53

前百

焊接是现代工业生产中不可缺少的先进制造技术，被广泛应用于机械、冶金、电力、

电子、压力容器、汽车、船舶、建筑、航空航天和军事装备等产业部门。现代工业的新技

术的开展离不开焊接技术，而焊接技术也会得到其他奥新技术的支持。在当今新技术革命

的浪潮中，焊接技术越来越受到各行各业的密切关注。

焊接技术涉及的范围及其应用非常广泛。随着现代先进制造技术的开展，特别是我国

改革开放以来，焊接工艺以及焊接设备的研究与应用都有了全新的开展面貌，这使我对焊

机产生浓厚兴趣。虽然近年来大多数焊接装备均采用最先进的自动控制技术，如数字控制

系统，基于PC机控制系统，智能化控制系统和网络控制系统等，但是为了突出我的专业方

向，我将这次毕业设计的重点放在了焊机的总体结构设计方面。焊机结构采用伸缩臂式焊

接操作方式，工作方式是焊机与滚轮架组合应用。

由于我对焊接的认识只是停留在日常见到的设备和技术上，这些外表上的认识对我的

设计来说还远远不够。所以为了做好我所选择的毕业设计课题，在实际设计之前，我先在

网上搜索了一些焊接技术和焊机的相关知识，对焊机的种类和外部构造有了初步了解。在

此根底上，又到图书馆借阅了焊机的相关书籍，对伸缩臂式焊机的结构有了根本上的认识。

随后，指导老师又给我对环缝焊机进行了深入的讲解。通过参阅相关机械设计资料，本着

提高自己的动手设计能力，综合掌握自己专业的知识的精神，我圆满的完成了这次毕业设

计，虽然在这次设计的过程中出现了一些问题，不过在老师悉心的指导下一一克服，使我

对自己专业知识的掌握又上了一层楼。

毕业设计是在经过了四年的大学学习之后，是对•自己所掌握的知识进行一次系统性的

复习，是我在走进社会前的一次锻炼，尽管我努力的完成这次设计任务，希望交一份完美

的毕业答卷，但是由于我的理论知识和实际经验有限，所以在毕业设计中和说明书中出现

的错误，还请各位老师谅解,并给予批评指正。毕业临近，四年大学学习生活也即将结束。

我忠心的感谢四年来各科老师对我的辛苦教导，在这里我想说一句：“谢谢老师，你们辛苦

，，

1.2本课题的目的和研究意义

外国专家认为：“到2020年焊接扔将是制造业的重要加工工艺。它是一种精确、可靠、

低本钱，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有启发方法能够比焊接更为广泛的

应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。”

世界钢及其他金属产量、品种的不断增长及其对制品质量、性能要求的日益提高。特

别是随着我国的入世及质量、性能要求的口益提高。特别是随着我国的入世及世界制造加

工基地向我国的不断转移，作为工业缝纫机、线（材料）的焊割机和焊丝、焊条的数量、

质量和品位及其自动化生产水平，也将有很大提高。按每亿吨钢材需求25万台焊机，我国

每年消耗3亿吨钢材［焊接结构约1.2吨）统计，需要焊机约75万台。不难预测，今后10年8

年内它们将会继续保持持续高速开展。为适应国内外市场急速开展和剧烈竞争的需求，焊

接设备与材料制造业将以市场为目标，进行传统、通用产品的改造、产品结构的调整、质

量认证和标般管理，组织规模化、专业化、自动化的批量生产；同时加强对现代焊接技术

的研究开发，特别是开展高效、节能、高性能、优质和多丝告诉焊接设备、重大装备及其

数字化控制技术和新焊接材料，取代进口，争取出口。

尤其在近年来，随着我国大型骨干企业焊接技术的改造，我国焊接装备制造行业亦有

了长足的进步。焊接装备的成套性，自动化程度，制造精度利整体质量明显提高，其应用

范围正逐步扩大，尤其是我国制定拉动内需的政策，焊接装备制造业加快开展。我国近几

年国民经济形势持续向好，为焊接装备制造行业的开展也创造了有利条件。世界制造中心

向中国转移，使我国成为世界制造大国，大量的焊接设备出口订单，也是行业高速开展源

源不断的推动力量。

随着国家冶金、矿山、起重、锻压、焦炉、塔架等开发投资力度的增加，给我国焊接

装备制造业带来了新的开展机遇。尤其是我国参加WT0以后，焊接装备制造业面临着更剧烈

的竞争。由此可以看出，焊接技术仍然严重制约着重型机械行业的产量、质量、本钱和生

产周期。结合我国国情，焊接装备制造业的开展方向应是努力提高焊接设备和工艺技术水

平，平衡开展焊接相关技术，结合新产品开发及新工程立项，研究应用焊接新工艺、新设

备、新材料和新技术，进一步提高焊接生产效率和质量，降低本钱，缩小与工业兴旺国家

的差距，推动我国焊接技术的不断开展。

2研究现状及设计目标

2.1相近研究课题的特点及优缺点分析

焊接工艺的不断向前开展，焊机的的结构也变得多种多样。当前国内己有许多专门厂

家生产各种规格的、通用的焊接变位机械。并且我国已经制定了各种焊接变位机、焊接滚

轮架、伸缩臂式焊接操作机的行业标准。为了方便对本课题的研究比拟，现在就研究下环

缝自动焊接装置的结构特点及有缺点。

环缝自动焊接装置采用龙门框架结构，结构紧凑、占地面积小、工作滚装上工位、气

动夹紧、自动定心、双焊机头、两条焊缝可同时施焊、焊机头在焊接点位置三维方向上可

任意调节，还可以通过丝杠传动作横向快速移动，以适应不同规格型号的工作。焊接速度

控制为无极变速电控，各部位的动作由控制集中遥控。较好的解决了目前国内同行业中普

遍存在着的环缝焊接质量不稳定、一次性焊接合格率偏低和生产效率不高等问题，具有能

够适合大批量流水生产和满足焊接工艺要求、自动化程度较高等优点。

焊机的工作原理为，工件在焊机龙头架中间运行，并将工件举升至装置的旋转中心，

再由夹持汽缸将其加紧。调速电机通过变速机头带动主轴、夹头旋转，利用夹头内锥面和

封头的摩擦力，使工件一块转动，转速是根据焊接速度和弓箭的直径等因素来选定的，并

由调速仪来控制。焊机头由开合螺母和传动大丝杠连接，通过传动电机来调整焊机头和焊

缝的大体位置，并由微调手柄来确定精确位置。当焊丝对准环焊缝中心后，即可旋焊。

此装置通过屡次试验，产量由原来的班产I5台提高到60台，操作人员由原来的3人

减至1人，劳动生产率提高了9倍左右。与类似的设备相比，较好的解决了如下几个问题:

1.工件定位合理、加紧牢靠、定位精度高；2.龙门式几家，结构新颖、刚性好、占地面积小、

有利于滚装卸活及生产流水线的布局安排。3.采用了启动装卡，提高了工艺装备水平，减

轻了操作工人的劳动强度。4.显著提高了环缝焊接质量，从而提高了其使用的平安性和可

靠性，具有较高的社会经济效益。

由于经济效益方面考虑，此装置还存在着一些缺乏和需要改良的地方，例如：增加微

机优选焊机参数的系统、焊缝自动跟踪调节系统、焊剂自动上料机构、外观设计更加优化

等。

2.2现行研究存在的问题及解决方法

目前焊机制造行业的自主创新是全行业刻不容缓的重大任务。

当前:国内焊机市场竞争态势日趋剧烈，竞争主要来自于三个方面。一个是国外企业

大军入侵中国市场，其产品知名度高，质量好，尽管价格高出国产产品一大截，但是国内

大企业仍看重其使用可靠性，宁可出高价，也坚持购置。近年来外国厂商也学会了在中国

生产来降低本钱，降低价格，争夺中国市场。这趋势对国内企业冲击是非常大的，而且

随着制造业的国际化，更多外国企业鹿血进入中国，这种形势会更加严峻。二是国内企业

数量增多及规模不断扩大，造成市场份额的挤占。近年来，随着国民经济的开展，钢产量

的增长速度的加快，市场对焊机的需求也不断扩大，使得很多企业也尝到了甜头，同样也

刺激了更多的业内相关人士，拉出“队伍”新建企业，参与市场的竞争，希望从中分的一

杯羹。加之焊机的技术含量不高，进入这个行业的技术及经济门槛低，吸引了不少同行投

身这个领域，除了原同行业的分裂形成一大批生产同质产品的新企业外，还有不少原从事

其他几点产品的企业转产电焊机参加这个队伍，现已形成千军万马、华山一条道的局面。

此外，现全行业面临一批开展较快，经济实力雄厚的企业，为赢得更大市场份额，应对价

格竞争的局面，纷纷采取扩大生产场地、生产规模和产品种类，以低利润、大规模来求得

企业的开展，利用“薄利多销”以期占领市场。其三，就是来自同行间价格的竞争。由于

有以上两种情况。如今的价格是令人触目惊心的，也是无法控制的，所有产品的价格都呈

现之跌不升的现象，有的产品价格之低让人不敢相信。低价格竞争已经成为行业现今的一

大隐患，可如何制止？又如何应付？市场经济谁又能管得住谁？

在以上三种剧烈竞争下，企业怎么办呢？只有走差异化，而实现差异化就必须自主创

新，只有新技术，新产品在市场上的推广，才能实现价格不可比，才能在市场上的产品技

术雷同、外形雷同，只能比谁的价格低了。今天假设谁想跳出价格大战的怪圈，谁想战胜

竞争对手，赢得市场，只有尽快着手于自主创新，以新、好、变来求得生存和开展。尽管

在自主创新中要付出代价，但是，谁先动手创新，谁能尽快推出新的技术产品，谁就将抢

占市场先机。

2.3本课题要到达的设计目标

焊机采用可上下移动的横梁，横梁采用电机驱动，横梁的上固定可以左右移动的轨道,

轨道的一端固定焊头，将焊机底座固定在可移动导轨上。焊头的高度定位由工件及其固定

装置来确定。工件放置在滚筒上，滚筒运用摩擦力带开工件旋转，口到达焊接环形接缝的

目的。能够在一定的要求与设定条件下独立对工件完成焊接工作，从而降低工人的劳动强

度。

3.焊接过程中要解决的几个问题

3.1需要解决的问题

由于材料的焊接性、焊件厚度、焊缝长短等因素的存在，需要结合各种焊接方法的特

点和应用范围来确定。

焊接的根本原那么是：住保证产品质量的前提下，优先选用常用的焊接方法；生产批

量较大时，要考虑提高生产率和降低本钱等。工件在焊接结束后在接头处存留下来的不完

整性称为焊接缺陷，主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。这些缺陷

会减少焊缝截面，降低承载能力；产生应力集中，引起裂纹，降低疲劳强度，易引起构件

破裂而导致脆断。这是在焊接中常见问题。

3.2具体实现中采用的技术及分析

焊接裂纹

焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。

焊缝金属从熔化状态到冷却凝固的过程经过热膨胀与冷收缩变化，有较大的冷收缩应

力存在，而且显微组织也有从高温到低温的相变过程而产生组织应力，更加上母材非焊接

部位处于冷固态状况，与焊接部位存在很大的温差，从而产生热应力等等，这些应力的共

同作用一旦超过了材料的屈服极限，材料将发生塑性变形，超过材料的强度极限那么导致

开裂。裂纹的存在大大降低了焊接接头的强度，并且焊缝裂纹的尖端也成为承载后的应力

集中点，成为结构断裂的起源。

裂纹可能发生在焊缝金属内部或外部，或者在焊缝附近的母材热影响区内，或者位于

母材与焊缝交界处等等。

A、裂纹的分类

根据裂纹尺寸大小，分为三类：(1)宏观裂纹：肉眼可见的裂纹。(2)微观裂纹：

在显微镜下才能发现。（3）超显微裂纹：在高倍数显微镜下才能发现，般指晶间裂纹和

晶内裂纹。

从产生温度上看，裂纹分为两类：（1）热裂纹：产生于Ac3线附近的裂纹。一般是焊

接完毕即出现，又称结晶裂纹。这种二裂纹主要发生在晶界，裂纹面上有氧化色彩，失去

金属光泽。

（2）冷裂纹：指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段

时间〔几小时，几天甚至更长）才出现，故又称延迟裂纹。

按裂纹产生的原因分，又可把裂纹分为：①再热裂纹：接头冷却后再加热至500、700℃

时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化的材料（如含Cr、Mo、V、Ti的金属）的焊接热影

响区内的粗晶区，一般从熔合线向热影响区的粗晶区开展，呈晶间开裂特征。②层状撕裂

主要是由于钢材在轧制过程中。将硫化物、硅酸盐类等杂质夹在其中，形成各向异性。在

焊接应力或外拘束应力的使用下，金属沿轧制方向的杂物开裂。③应力腐蚀裂纹：在应力

和腐蚀介质共同作用下产生的裂纹。除剩余应力或拘束应力的因素外，应力腐蚀裂纹主要

与焊缝组织组成及形态有关。

B、裂纹的危害裂纹，尤其是冷裂纹，带来的危害是灾难性的。世界上的压力容器事故

除极少数是由于设计不合理，选材不当的原因引起的以外，绝大局部是由于裂纹引起的脆

性破坏。

C、热裂纹（结晶裂纹）

（1）结晶裂纹的形成机理热裂纹发生于焊缝金属凝固末期，敏感温度区大致在固相线

附近的高温区，最常见的热裂纹是结晶裂纹，其生成原因是在焊缝金属凝固过程中，结晶

偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界，形成所谓〃液态薄膜〃，在特定的敏感温度区

（又称脆性温度区）间，其强度极小，由于焊缝凝固收缩而受到拉应力，最终开裂形成裂

纹。结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂，为纵向裂纹，有时也发生在焊缝

内部两个柱状晶之间，为横向裂纹。弧坑裂纹是另一种形态的，常见的热裂纹。

热裂纹都是沿晶界开裂，通常发生在杂质较多的碳钢合、金钢、奥氏体不锈钢等材料

气焊缝中。

（2）影响结晶裂纹的因素

a.合金元素和杂质的影响碳元素以及硫、磷等杂质元素的增加，会扩大敏感温度区，

便结晶裂纹的产生时机增多。

b.冷却速度的影响冷却速度增大，一是使结晶偏析加重，二是使结晶温度区间增大，

两者都会增加结晶裂纹的出现时机。

C.结晶应力与拘束应力的影响在脆性温度区内，金属的强度极低，焊接应力又使这飞

局部金属受拉，当拉应力到达一定程度时，就会出现结晶裂纹。

(3)防止结晶裂纹的措施

a.减小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量较低的材料焊接。

b.参加一定的合金元素，减小柱状晶和偏析。如铝、锐、铁、镜等可以细化晶粒。

c.采用熔深较浅的焊缝，改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝外表而不存在于焊缝

中。

d.合理选用焊接标准，并采用预热和后热，减小冷却速度。

e.采用合理的装配次序，减小焊接应力。

D、再热裂纹

(1)再热裂纹的特征

a.再热裂纹产生于焊接热影响区的过热粗晶区。产生于焊后热处理等再次加热的过程

中。

b.再热裂纹的产生温度：碳钢与合金钢55()~65()℃奥氏体不锈钢约3()()℃。

c.再热裂纹为晶界开裂(沿晶开裂)。

cL最易产生于沉淀强化的钢种中。

e.与焊接剩余应力有关。

(2)再热裂纹的产生机理

a.再热裂纹的产生机理有多种解释，其中模形开裂理论的解释如下：近缝区金属在高

温热循环作用下，强化相碳化物(如碳化铁、碳化饥、碳化镜、碳化错等)沉积在晶内的

位错区上，使晶内强化强度大大高于晶界强化，尤其是当强化相弥散分布在晶粒内时，阻

碍晶粒内部的局部调整，又会阻碍晶粒的整体变形，这样，由于应力松弛而带来的塑性变

形就主要由晶界金属来承当，于是，晶界应力集中，就会产生裂纹，即所谓的模形开裂。

(3)再热裂纹的防止

a.注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响。

b.合理预热或采用后热，控制冷却速度。

c.降低剩余应力防止应力集中。

d.回火处理时尽量避开再热裂纹的敏感温度区或缩短在此温度区内的停留时间。

E、.冷裂纹.

(I)冷裂纹的特征

a.产生于较低温度，且产生于焊后一段时间以后，故又称延迟裂纹。

b.主要产生丁热影响区，也有发生在焊缝区的。

C.冷裂纹可能是沿晶开裂，穿晶开裂或两者混合出现。

cL冷裂纹引起的构件破坏是典型的脆断。

（2）冷裂纹产生机理

a.瘁硬组织［马氏体）减小了金属的塑性储藏。

b.接头的剩余应力使焊缝受拉。

c.接头内有一定的含氢量。

含氢量和拉应力是冷裂纹（这里指氢致裂纹）产生的两个重要因素。一般来说，金属

内部原子的排列并非完全有序的，而是有许多微观缺陷。在拉应力的作用下，氢向高应力

区（缺陷部位）扩散聚集。当氢聚集到一定浓度时，就会破坏金属中原子的结合犍，金属

内就出现一些微观裂纹。应力不断作用，氢不断地聚集，微观裂纹不断地扩展，直致开展

为宏观裂纹，最后断裂。决定冷裂纹的产生与否，有一个临界的含氢量和一个临界的应力

值。当接头内氢的浓度小于临界含氢量，或所受应力小于临界应力时，将不会产生冷裂纹（即

延迟时间无限长）。在所有的裂纹中，冷裂纹的危害性最大。

（3）防止冷裂纹的措施

a.采用低氢型碱性焊条，严格烘干，在100〜150℃下保存，随取随用。

b.提高预热温度，采用后热措施，并保证层间温度不小于预热温度，选择合理的焊接

标准，防止焊缝中出现洋硬组织

c.选用合理的焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力

d.焊后及时进行消氢热处理。

未焊透

未焊透是由于母体金属接头处中间或根部的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔

合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊

接件承受载荷时容易导致开裂。

A、产生未焊透的原因：（1）焊接电流小，熔深浅。（2）坡口和间隙尺寸不合理，钝

边太大。（3）磁偏吹影响。（4）焊条偏芯度太大（5）层间及焊根清理不良。

B、.未焊透的危害未焊透的危害之一是减少了焊缝的有效截面积，使接头强度下降。

其次，未焊透焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大得多。未焊透严重

降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源，足造成焊缝破坏的重要原因。未焊透引起

的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大得多。木焊透严重降低焊缝的疲劳强度。

未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。

C、.未焊透的防止使用较大电流来焊接是防止未焊透的根本方法。另外，焊角焊缝

时，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理设计坡口并加强清理，用短弧焊等措施也可有效

防止未焊透的产生。

夹渣

夹渣是指焊后溶渣残存在焊缝中的现象。

A、夹渣的分类

（1）金属夹渣：指铝、铜等金属颗粒残留在焊缝之中，习惯上称为夹铝、夹铜。

（2）非金属夹渣：指未熔的焊条药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物残留于焊缝之

中。冶金反响不完全，脱渣性不好。

B、夹渣的分布与形状有单个点状夹渣，条状夹渣，链状夹渣和密集夹渣。

C、夹渣产生的原因

U）坡口尺寸不合理；b.坡口有污物；（2）多层焊时，层间清渣不彻底；［3）.焊接线

能量小；（4）焊缝散热太快，液态金属凝固过快；（5）焊条药皮，焊剂化学成分不合理，

熔点过高；（6）铝极惰性气体保护焊时，电源极性不当，电、流密度大，鸽极熔化脱落于

熔池中。（7）手工焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮。可根据以上原因分别采取对应

措施以防止夹渣的产生。

（4）夹渣的危害点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖

端还会开展为裂纹源，危害较大

气孔

气孔是由于在熔化焊接过程中，焊缝金属内的气体或外界侵入的气体在熔池金属冷却

凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或外表形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单

个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程

进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体，或者

焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分

解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其应

力集中趋势没有那么大，但是它破坏了焊缝金属的致密性，减少了焊缝金属的有效截面积,

从而导致焊缝的强度降低。

为了防止产生气孔，可以采取以下措施

a.去除焊丝，工作坡口及其附近外表的油污、铁锈、水分和杂物。

b.采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干。

c.采用直流反接并用短电弧施焊。

d.焊前预热，减缓冷却速度。

e.用偏强的标准施焊。

焊缝外观缺陷

焊缝外观缺陷主要表现在咬边、烧穿、焊瘤、焊偏、弧坑和盖面过高等等。

当母体金属熔化过度时造成的穿透（穿孔）即为烧穿。在母体与焊缝熔合线附近因为

熔化过强也会造成熔敷金属与母体金属的过渡区形成凹陷，即是咬边。根据咬边处于焊缝

的上下面，可分为外咬边（在坡口开口大的一面）和内咬边1在坡口底部一面）。咬边也可

以说是沿焊缝边缘低于母材外表的凹槽状缺陷。

选用较小电流并配合适宜的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝反面加设垫板或药垫，

使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。矫正操作姿势，选月合理的标准，采用良好的运条方式

都会有利于消除咬边。焊角焊缝时，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。

焊瘤是指焊缝中的液态金属流到加热缺乏未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后

形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接标准过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳（如

偏芯），焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形

成焊瘤。焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷，易导致裂纹。同时，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸,

会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径，可能造成流动物堵塞。

防止焊瘤的措施:使焊缝处于平焊位置，正确选用标准，选用无偏芯焊条，合理操作。

焊偏是指在焊缝横截面上显示为焊道偏斜或扭曲。

弧坑是指电弧焊时在焊缝的末端（熄弧处）或焊条接续处（起弧处）低于焊道基体外

表的凹坑，在这种凹坑中很容易产生气孔和微裂纹。

防止弧坑的措施:选用有电流衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置，选用适宜的焊接标

准，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。

盖面过高指的是焊道盖面层高出母材外表很多，一般焊接工艺对于加强高的高度是有

规定的，高出规定值后，加强高与母材的结合转角很容易成为应力集中处，对结构承载不

利。

另外，还有焊缝的化学成分或组织成分不符合要求。比方焊材与母材匹配不当，或者

焊接过程中元素烧损等原因。这可能带来焊缝的力学性能的下降，还会影响接头的耐腐蚀

性能。由于焊接标准使用不当，焊点长时间在高温下停留，会使材料晶粒变得粗大而出现

过热组织。如果温度进一步升高，停留时间加长，可能使晶界发生氧化或局部融化，出现

过烧组织。过热可以通过热处理方式来消除，而过烧那么是不可逆转的缺陷。而在焊缝金

属的拉断面上出现的白色斑点，那么是危害极大的缺陷，这些白点是由于焊接过程中产生

的氢聚集而造成的。

这些外部缺陷多容易使焊件承载后产生应力集中点，或者减小了焊缝的有效截面积而

便得焊缝强度降低，因此在焊接工艺上一般都有明确的规定，且常常采用目视检查即可发

现这些外部缺陷。

4系统结构与模型

4.1结构特点及主要技术参数

在大批量的焊接结构生产中，各类机械装备采用了多种多样的组合运用形式，这不仅

可以满足某种单一产品的生产要求，同时也能为具7T同一焊缝形式的不同产品效劳。通过

组合的形式，更加充分发挥了焊机机械装备的作用，提高装配焊接机械化水平，实现高质

量、高效率的生产。

我这次设计的环缝焊机是利用平台式操作机和焊接滚轮架相组合，来进行筒体外的环

缝焊接的。结构简单方便，占地面积小，工件利用滚轮摩擦力带动，按焊接要求速度匀速

滚动，以到达焊接环缝的目的。焊头安装在焊机横梁末端，焊接点的位置可以在三维方向

上任意调节，以适应不同规格尺寸的工件。如果在焊机上安装割炬，还可以利用焊机自身

特点完成滚筒的横向切割任务。

焊机主要参数如下：

焊接工件直径范围：41500mm

焊接工件长度范围：43500mm

焊机焊头三维方向调节范围：1250X1000X3500mm

焊机主题尺寸：2100X1200X1900mm（长X宽X高）

整机重量：W600Kg

4.2整体结构与原理

整体结构

焊接操作机是能将焊接机头［即，焊枪）准确送到待焊位置，并保持在该位置或以选

定焊速沿着设定的轨迹移动的焊接机头的变位机械。

焊接操作机的结构形式主要有以下几种形式：平台式操作机；伸缩臂式操作机；门式

操作机；桥式操作机；台式操作机。台式操作机与伸缩臂式操作机形式比拟相似，区别是

台式操作机没有立柱，伸缩臂通过鞍座安装在底座或行走台上。伸缩臂的前端安有焊枪或

焊接机头，能以焊接速度伸缩。多用于小径筒体内环缝和内纵缝的焊接。

这次我设计的是使用范围和用途较广，机动性较强伸缩臂式操作机。其整体结构如图:

图4-1伸缩臂式操作机

Tab4-lTelescopicboommanipulator

焊接小车或焊接机头和焊枪安装在伸缩臂的一段，伸缩臂通过滑鞍安装在立柱上，并

可以沿滑鞍左右伸缩。滑鞍安装在立柱上，可以沿着立柱随意升降。立柱直接固定在底座

上，立柱通过底座，安装在可沿着轨道行驶的小车上。（也有立柱直接固定在底座上；或

者是安装在底座上的同时立柱可以回转。）这样安装有轨道的焊接操作机的机动性好，而

且其作业范围也会变大，能够与滚筒进行机构配合，进行回转体焊件的内外环缝进行焊接。

同时也可以与其他焊件变位机构配合，进行内外纵缝焊接，螺旋焊缝的焊接，以及回转体

焊件内外外表的堆焊，还可以进行构件上的横、斜等空间线性焊缝的焊接。

这种形式的焊接操作机是国内外应用最广的一种焊接操作机。此外，假设在其伸缩臂

前端安装上相应的作业机头，还可以进行磨修、切割、喷漆、探伤等作业，用途十分广泛。

为了扩大焊接机器人的作业空间，国外将焊接机器人安装在重型操作机伸缩臂的前端,

用来焊接大型构件。例外，伸缩臂操作机的进一步开展，就成了直角坐标式的工业机器人,

它在运动精度、自动化程度等方面比前者具有更优良的性能。

技术原理

立柱采用焊接的连接方式，为了保持足够的强度，焊后应退火消除内应力。与立柱连

接的导轨处，应机械加工，以保证滑鞍平稳升降所需要的垂直度和平行度。

伸缩臂既要求重量轻，有要求有很好的刚度，而且为了保证焊接焊头的焊接精度，仲

缩臂还要求有很高的行位精度，在操作机工作过程中，不能有颤抖。在伸缩臂全伸出去的

状态下，机身仍应该保持平稳，保证行位精度。伸缩臂多采用薄壁空腹冲焊整体结构。

对于伸缩行程较大的操作机，过去才哟哦那个多节式的伸缩结构，现在行程到达8m的

操作机，也采用整体结构，从而保证了伸缩臂的整体刚性和平稳性。另外，在伸缩臂的一

端装有焊接机头，另一端那么应该装有送丝盘和焊剂回收等装置，要尽可能使两端设备的

自重不要悬殊过大，用以保证操作机的工作时的平稳定及工作精度，以确保工件焊接质量。

用以使整体焊机行走的台车是操作机的根底，台车要有足够的强度，车架采用焊板结

构，整体高度要小，而且要尽量降低离地间隙。车轮在装配时要保证四轮着地，以确保操

作机的平稳性。台车上放置驱动小车行进的电机和减速箱等重物，以降低整机的重心，增

加运行的稳定性并防止整机倾覆。

5系统各局部实现方法及部件选择

5.1系统各局部实现方法及部件选择

平台的升降

一、平台升降系统的选择

操作机的平台升降多为恒速或者快速、慢速两档速度。一般速度在0.5-0.2m/min之间。

操作机的平台升降系统的传动形式多种多样，具体形式如下表：

传动形式驱动机构性能及适用范围各注

链传动电动机驱动链制造本钱低，运链条一端没有平

轮，通过链条是平台行稳定、可靠，但传衡重

或伸缩臂升降动精度不如螺旋传动恒速升降

小型操作机采用和齿条传动，在平台

单列链条，大型的操式、伸缩臂式操作机

作机采用多列链条上广泛采用

旋转传动电动机通过丝杠运行平稳，传动丝杠下端多为悬

驱动螺母运动以带动精度高，多用在升起垂状态，恒速或变速

平台或伸缩臂升降，高度不大的各种操作升降

小型操作机如果升起机上

的高度不大，也可以

采用手动

齿条传动电动机预期驱动运行平稳可靠，恒速或变速升降

的齿轮均安装在伸缩传动精度很高，制造

臂的滑座上，齿轮与费用最大，多用在要

固定在立柱上的齿条求精确传动的伸缩臂

相啮合，从而带传动式操作机上

伸缩臂升降。小型操

作机采用单列齿条，

大型操作机采用双列

齿条

钢索传动电动机驱动钢索投资最省，但是恒速升降

卷筒，卷筒上缠绕着运动的稔定性和传动

钢丝绳，钢丝绳的一精度低于以上各种传

端通过滑轮导绕系统动，适用于大升降高

与平台或伸缩臂连度的传动，在平台式

接，带动其升降操作机上应用最多，

在伸缩臂式的操作机

上已经不采用了

根据上述各传动形式及其驱动机构的性能及使用范围，最终选定平台升降系统的传动

形式选择用链传动。链轮处于操作机顶部，链条一端连接平台，另一端连接配重，用以平

衡平台和伸缩臂。链轮由电动机经由减速器驱动，可调速。

这种传动形式制造本钱低廉，结构简单，制造方便，运行稳定可靠，虽然传动的精度

不如螺旋和齿条传动高，但是并不影响平台操作机平台升降的精度和焊机机头的定位精度,

对焊接效果影响不大。所以升降系统的传动形式选用链传动。由于是恒速升降，所以采用

交流电动机驱动。

近来，在国外一些公司生产的操作机上，也有采用交流变频驱动和直、交流伺服电动

机驱动的。在升降的两个极限位置，设置形成开关。除了螺旋传动的意外，在滑鞍与立柱

的接触处应设置防平台或者伸缩臂坠落的装置。该装置有两种类型：一种是偏心圆或者凸

轮式的；一种是卸块式的。

另外，为了降低升降系统的驱动功率，并使力降运动的运行更加平稳，在大中型操作

机上，常用配重来平衡平台或伸缩臂等构件的自重。因此，在我的设计中，采用了配重，

配重由链连接，放置在中空的立柱中。

二、平台升降的制动系统

由于链轮是由电动机经由减速器驱动的，所以可以在链轮旁设置一个制动装置，在这

里我采用棘轮机构。具体方式如下：

棘轮固定在链轮的传动轴上，棘爪固定在机架上，机架装有电磁装置。当按动开关电

机通电时，电磁装置被启动，棘爪被吸开，此时棘轮处于可转动状态，随链轮而转动，棘

爪在棘轮的齿背上滑过；当平台竖直高度到达要求，关闭电动机，链轮和棘轮停止转动，

而同时，棘爪机架上的电磁装置断电，棘爪便接住弹簧的力量重新插入齿轮的齿槽内，棘

轮被锁住，只能做单向的间歇运动。以此来实现链轮制动。

棘轮机构机械结构如下：

图5-1棘轮机构

Tab5-1Ratchetmechanism

1-棘轮2-棘爪3-机架

伸缩臂进给

有些操作机的伸缩臂装置有回转运动，这种回转运动有手动和恒速电动两种驱动方式,

前者多用于小型操作机，后者那么多用于大中型操作机。伸缩臂儿乎都采用立柱自身回转

式，立柱低端直接（手动回转）或通过齿圈（电机驱动）坐落在推理轴承上，保证立柱的

灵活转动。由于我设计的焊机上没有设计伸缩臂的回转运动，所以在这里不多介绍。下面

具体研究下伸缩臂的进给。

伸缩臂的进给运动多为直流电动机驱动，近来也有用直流或交流字符电动机驱动的。

对于环缝焊机不存在焊速进给，所以对焊速运行的平稳性无要求，进给速度的波动也不予

考虑；可是如果是要应用操作机焊直缝，那么对焊速运行的评委性要求较高，进给速度波

动要求小于5%,速度范围覆盖所需焊速的上下限，并且要求均匀可调。有时候，为了保证

到位精度和运行平安，在进给系统中设有制动和行程俣护装置。

伸缩臂的给你传动形式主要有三种，如下表所示：

传动形式驱动机构性能

摩擦传动电动机减速后，驱动运动平稳，速度

胶轮或钢轮，接住其与仲均匀，超载时打滑，起平

缩臂之间的摩擦力，带动安保护作用，但是当伸缩

伸缩臂运动臂以高速伸缩时，制动性

能差，到位精度低

齿条传动电动机减速后，运动平稳，速度

通过齿轮驱动固定在伸均匀，传动精确，是米用

缩臂上的齿条，从而带动最多的传动形式，但是制

伸缩臂造费用较高

链传动电机减速后，通制造费用较低，运动

过链轮驱动展开在伸缩平稳性不如前二者，但是

臂上的链条，从而带动伸在一定条件下仍能满足

缩臂伸缩工艺要求

我这次设计的焊机采用的伸缩臂伸缩系统的传动形式为采用最多的齿条传动。其根本

结构如下：

「伸缩臂2-齿条3-齿轮4-轴5-联轴器6-电动机、减速器

图5-2伸缩臂系统

Tab5-2Telescopicboomsystem

齿条由多根螺钉固定在伸缩臂上，电动机经由减速器减速后，由减速器主轴提供动力,

道过联轴器传动到齿轮上，齿轮转动驱动齿条，齿条芍动伸缩臂伸缩。以实现焊机机头的

横向进给。

台车的运行

操作机台车的运行，多数选择电动机单速驱动，行驶速度一般是120-360m/h之间，最

高可到达600m/h。单速运行的运行的台车，多用交流电机驱动；变速运行的台军，现在已

经多采用交流变频方式驱动。

我设计的台车模式比拟简单，平台上方固定焊机立柱，下方安装四个小车轮子，在安

装过程中，需保证四个轮子同时着落在双轨道之上。驱动电动机及减速箱放置在小车下方,

用以降低焊接操作机的整体重心，防止倾覆。电动机芍动一只主动轮，其他三个轮子为从

动轮。

一般来说台车的运行系统中应当设有制动装置，在台车与轨道之间设有夹轴器，对于

双边驱动的操作机还要设有同步保护装置。为了突出机体简化设计，我在主动车轮轴两端

安置卡簧以夹紧轨道两侧作为简单的制动装置，而且焊机由于自重而产生的摩擦力也可以

帮助制动，在实际生产过程中，焊接操作机根本上出去批量焊接的生产工作中，当操作机

运行指定位置后，也可以靠其他外力辅助台车制动。

台车与轨道之间的夹轴器也用特殊形状的车轮代替，将车轮外部加宽，便可使台车在

轨道上稳定行驶，可省略夹轴器，减轻整机重量，简化设计。

5.2设计实现策略及算法描述

驱动伸缩臂的齿轮校核

由于齿轮是电动机经由减速器直接驱动的，所以取£二1

523升降机构计算

(1)提升力P的计算

图5-4升降机构受刀图

那么易造成机头烧毁。

焊缝跟踪系统通常由跟踪传感器，控制系统，机械执行机构三局部组成。

由传感器输出的高度信号和横向信号，分别送到各自的比拟器，同个比拟得到一个反

响廉价方向和偏移量大小的信号。这个信号再经过放大、整形、选通等处理，然后出发可

振硅。驱动执行机构的电机，把偏移量调整到零，执行机构带动焊接机头及传感器一同移

动到传感器不间断的向控制电路反响调整后的位置信号，直至正确位置。当偏移量较大的

时候，反响偏移的电信号幅值大，它驱使动电源可近控硅导通用加大，调节速度变快，反

之调节速度那么慢，从而防止了超调震荡的产生。因此传感器将焊头平稳的引导到正确位

置，实现了正题闭环控制。

624焊接机器人

焊接机器人是机器人与现代焊接技术的相结合，在焊接结构生产中局部的取代人的劳

动，通过控制程序完成焊接作业任务的典型机电一体化产品。以国产机器人为主的汽车装

焊生产线便于1989年投入便用，随着制造业，特别是汽车工业的开展，采用智能化机器人

是焊接自动化的重要开展方向。

采用焊接机港入作业的工位、工段或生产线上的设备综合起来统称为机器人配套工艺

装备，其综合的形式取决于焊件的特点及其生产的批量。在电弧焊时，通常要合理的分配

机械手和焊件变位机械这两类设备的功能，使两类设各按照统一的程序进行作业。这样，

不但简化了机器人的运动和自由度数，而且还降低了对控制系统的要求。

应用机器人配套工艺装备生产时，在一个工位上完成的工序应尽量集中，在一套设备

上加工焊件，可节省辅助时间，有利于减少焊件的焊接变形，并能提高焊件的制造精度。

焊接机器人的使用也受到了罕见结构形式、产品批量、焊接方法及质量要求、配套设备的

晚上程度以及调试维修技术等多种因素的影响。

焊接机器人的应用应注重于焊接产品的管家部位，使焊工从有害、繁重的劳动中解放

出来，到达提高生产率，提高产品质量，降低生产本钱，实现自动化生产的目的。

7.结束语

这次毕业设计，我设计的伸缩臂式环缝焊机虽有缺乏，但是可以完成普通环缝焊机的

各项根本操作，焊头在三维方向上可调节，焊件管筒直径根本可以满足实际生产需要，结

构简单，本钱低廉。

但是通过在设计中，我翻阅了许多有关环缝焊机及其他焊机的资料来看，现代高新科

技已经在焊机上得到了广泛应用，比方长输管道自动焊机，这就是我国现代化的机械设备

应用于现代化工程的良好表达。但是同时也引发了我对现代化机械设备的一些思考。

再先进的科学技术也只能是代表一个时期的技术水平，在各个科学领域技术的开展，

必将推动自动焊技术不断向前推进。现在难以克服的技术问题，随着技术的进步，在不久

的将来，肯定会迎刃而解。因此在推广应用现有技术的同时，还需要继续坚持新技术的研

究开发，这也是科学技术开展的必然规律。

不过，我国展现的高效率高质量的焊接技术已经得到了大家的肯定，并引起了各方面

的重视，这也增强了我国进一步完善。提高现有技术的信心和决心。我想，随着综合技术

的开展和提高，我国焊接自动化技术的应用必将日益普及，这堆我国参与国际焊接设备的

市场竞争也有着十分重要的积极作用。

致谢

四年的大学学习生活，将在我的毕业设计后不久画上一个句号，但是同时，这也是我

的又一个新的开始。经过四个多月的忙碌，我的毕业设计已经接近了尾声，在这四个多月

中，我所做的并不只是设计，而是将我这四年来所学的知识展现出来，同时也是另一方式

的复习和补充，而且也有了许多新的收获。

作为一个毕业生的设计，由于知识的掌握程度和实践经验的匮乏，难免有许多不懂和

考虑不周全的地方，如果没有康文龙老师的催促和指导，想要完成这个设计是难以想象，

所以我要这里谢谢康老师，并说声“老师，您辛苦了！”

在毕业设计的过程中，康老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作

风，深深的感染和鼓励着我。从课题的选择和最终完成，康老师都市中给予我细心的指导

和不懈的支持，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的典范，并将积极影响着

我今后的学习和工作。在此，想康老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在毕业即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入选题到设计的顺利完成，有许

多可敬的师长和同学给了我无言的帮助。最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我

的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的书籍资料的作者。同时.，也感谢机械

工程学院为我提供良好的做毕业设计的环境，还有我的母校辽宁工程技术大学在这四年来

对我的悉心栽培。

参考文献

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[2]王云鹏，焊接结构生产（焊接专业），机械工业出版社，2007

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[9]成大先，机械设计手册（第三卷）[M],化学工业出版社，2003

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[13]TransientfiniteelementanalysisofultrasonicweldingofPEEK,2006

[14]TheAnalysisandSimulationofWeldingDeformationaboutSAF2205

附录A译文

西班牙工业中敏捷制造的应用实例

才商要：商业环境的变化促使企业采取被称作敏捷制造的新的生产模式。这种集中于针对

客户要求订制产品的模式与传统的大规模的定式生产有很大的区别。我们在本论文中以西

班牙的四家工厂为例描述了敏捷制造的根底方法。尽管它们的活动、产晶和制造工艺有所

不同，但在开展敏捷制造方面有类似趋势。通过实例论证，取得了敏捷制造的概念模型和

提出一系列的假设。本次工作也证实了实例研究方法在研究的早期阶段特别是引出假定方

面的便利。木文所作的探索和结论为以后敏捷制造领域的研究提供了一种可行的途径。

关键词：敏捷制造西班牙新模型实例研究假设

1介绍

敏捷制造的概念首先出现在里海大学的lacocca学院出版的《21世纪制造业的对策》

(Goldman和Nagel,1991年)的报告中为制造企业在动态环境中提供了一种选择。从此，

它被研究人员、管理者及其参谋看作是制造模型或系统的最后的开展平台。但是也许是由

于其处于开展阶段，人们对其概念有很大的误解。

敏捷制造的概念经常被错误地认为是柔性制造、精量生产和大规模生产。值得一提的

是，尽管企业对敏捷制造的兴趣日益增加，它与实际技能有关而不是经验主义。本论文试

图分析使用人员，应用实践和效果，为了提出一种根本的方法。我们采用实例研究的方法,

分析了四家工厂应用敏捷制造的背景和程度，特别分析了生产车间需求和为了提高反响灵

敏性采取的实践和工具，以及它们的竞争力。本论文分为四个局部：第1局部是介绍，第

2局部时捷制造的理论背景，第3局部是列出了应用的研究方法,第4局部是讨论实例研究

的成果，第5局部是为分析敏捷制造提供一种方案模型及一些假设，最后是结论。

2敏捷制造的理论背景

在最近1年工业环境不仅在广度和深度方面，而且在制造速度方面也有经历了大量的

改变。在这种情况下，一般厂商，尤其是那些专门制造、难以实现可持续的竞争优势，甚至使

他们的生存由于面对的高水平的复杂性、活力和不确定性。这关键的形势强迫公司回忆他

们的具有竞争性的优势，触发在其中他们赞成各级的新组织的形式，新的管理实践和新的

策略而放弃传统的制造的模型的一种转变过渡过程。一种与敏捷有关的新的生产范例在传

统生产范例的改造中被发现。

这个迈向新敏捷化模式，所谓〃敏捷制造〃引起观念已逐渐被用于经营管理和商业管理

为定名文献定名柔性制造、能迅速适应环境的变化,并把多样的产品充满市场，以满足日益

增长地急需和信息丰富的客户.这一新兴范例视为一种新的战略定位，需要一个全球制造

业的坚决看法,突破了传统的大规模生产示范指导、特别强调的是积极适应变化.突出开展

动态能力，战略运用新技术、整合策略和行动透过新的合作形式干预和知识管理使顾客满

意。

lacocca学院做的前期工作将敏捷的制造描述成为一个新的制造根底设施，建立一系列

的使敏捷成为可能的系统和子系统，在环境和工作条件条款中与连续的变化，响应，优质

的改良和社会的责任有关。

根据Kidd（1994）,敏捷制造是基于三项根本资源：（一）组织管理体制的创新，（二）训练

有素、有干劲和有自主权的人员的训练基地。（三）先进、柔性和智能化技术。敏捷是通过

这三个资源整合在一个相互依存和协调制度而获得。

根据高盛等.（1995）,敏捷是全球对一个新的商业环境的变化施加主导势力企图一套打

破系统和大规模生产的特点，是变化和不确定性的反响。这些作者明确敏捷制造四个层面

根底要素：（a）为丰富顾客（b）合作提升竞争力，（c）掌握变革，（d）杠杆作用人们和信息的影

响。对每一个方面列出的敏捷企业的特征被认为是一个起点。

尽管敏捷已经从不同角度、不同领域的知识背定义成为不同的方式，所有定义的一个

共同的元素是它远从大批量的生产中被除去。Sheridan（1993）认为，敏捷意味着突破与模具

制造大规模生产，为了按照顾客的需求的时间和地点定制产品。因此,敏捷制造代表了新的

形式,在全球范围产业竞争的二十一世纪,创造新的设L和管理方式,迎接新的竞争环境。作

为一个概念,敏捷制造生产模式,确定了条件和环境的变化，随着一个根底组织的重新设计,

人力资源应用的新做法和新的营销策略实现制造、信息和通信技术的创新。实施这一模式,

考虑最近在生产系统演化阶段（esmail和saggu、1996）,一直被视为商业环境产生动乱解决方

fe（sharifi,1999年）。因此，与此有关的环境之间更加动乱，敏捷制造的应用，工厂的效益和

竞争程度是可以预料的。

回忆1993年—2002年之间的几项工作，口确定了三个关键的实施和开展敏捷制

迨的要素:推动者（或驱动者）,设备使用者（推动者、供给者或支柱）及成果.

商业环境的改变和不确定性被认为是主要的推动力量。事实上,敏捷制造描述的〃全面

回应新的竞争环境中塑造的已经削弱了大规模生产体系的主导力量〃（Gunasekaranetal.,

2。01年，p.28）o因此在市场竞争中出现了新的变化和力量（客户的期望和要求的变化和

提高，，工业需求，全球化竞争加剧了全国范围面向全球舞台，社会压力碎裂成大规模市场

利基市场、技术创新、管理创新、产品生命周期缩短，增加品种，强烈需要快速产品创新周

期与动态等）被确定先在敏捷制造厂商迫使他们采取新的做法与制造模式.因此，敏捷性表

达在〃能够迅速有效的对不断变化的，顾客导向及竞争册境作出反响并且生存〃（Jain和

Jain,2001年,p.516）

敏捷制造可以看作是一个通过信息和通信根底设施集科技、人力资源与组织使厂商有

效和协调的方式来对环境的变迁作出反响的灵活性、速度、质量效劳和效率生产模式。

尽管研究和商业中间有对敏捷制造的理论上的研究和对敏捷的制造的兴趣，但很少有

研究其原因、形式和结果，所以对如何运用和有什么样的效果等知之甚少。因此，研究应

该旨在答复如下问题。公司想要成为敏捷制造所做他们的行为和制度?什么情境或环境因素

的变化必须实施敏捷制造?什么手法和策略，让公司提高敏捷?从执行敏捷制造可以得到什

么效果？

本文的主要目的是通过深入分析4个工厂探索西班牙中的敏捷的制造的应用，原因和后

果.企图开发也取得了敏捷制造概念模型由一系列假说的实证检验,可以得出未来将在更广

泛的样本公司。

3研究方法：实例研究

最近的研究证实了基于个案研究方法作为实证分析的业务管理工具的重要

（Barnes,2001）。在观念和经营管理理论方面，有许多重要的进展。从生产到精益生产策略

已经开发利用案例研究，许多工程都要求在此根底上作进一步的实证研究方法论。（即

Meredithetal.,1989年；的进一步经验性的研究Eberl,1991年；McCutcheon和Meredith,

1993年；Samson和Terziovski,1999年；Meredith和Samson,2001年；Stuartetal.,2002

年）

案例研究着重于客观地了解一个真实的动态过程，评价它的自然背景.研究者使用多种

信息来源和和对事件控制有限。案例研究方法是非常使用于的早期研究（eisenhardt,1989）

或研究者面对陌生的情况或亳无理论根底综合情况（Yinl989）。可能发生的研究员不知道那

些条件是相关的/或面临着只有极少数的例子加以研究的情况（尤其相对丁些相关的条

件）。案例研究方法通常是用初期开展的新理论、虽然也可以用来支持、扩大或延伸现有的

理论或产生这些问题。

考虑这研究的目标以及对敏捷的制造的研究的状态，我们考虑它按顺序使用实例研究

方法占用t描述敏捷制造在西班牙的应用。尤其是,我们认为适宜作详细的分析-通过实地参

观,访谈管理者和员工（以问卷方式）及分析资料文件的体会四个国际公司的工厂：欢宝、3M、

迫尔和空中客车。选择这四个工厂，足基于以下标准：（a）属于成功的国际性公司，（b）他们都

基于信息和以往发表的文章和研究实施敏捷制造（c）工程涵盖商业环境，产品和工艺的工厂

（d）对四家工厂的初步研究可以看作一项敏捷的指标。

4在实例研究中敏捷的制造的特征

本节介绍了依据研究结果分析各主要的生产厂家的特点：工厂的一般特征，运行环境

的特点,敏捷制造手法和结果.

4.1在OpelEspan中的敏捷的制造

欧宝通用汽车公司的子公司，在西班牙萨拉戈萨有生产厂，其中Corsa和Meriva模型被

制造。这工厂把直接的就业给8,200个人并且是Aragon地区的经济的支柱。

这个厂生产的汽车流线以下过程是发生在4个不同领域:锻压、车身、油漆、装配和整

理.首三个阶段是高度资本密集型，最后阶段是劳动密集型。

作为通用汽车公司的子公司，欧宝采用了GM在世界范围应用的生产原那么：（"）人们介

入，（b）连续的改良，（c）标准化和（d）质量。

生产厂表示，目前在商业环境的特点是中等程度的变化和多样性和高水平的竞争。诸如

关于质量，发送和定制，增加全球的竞争和较频繁的革新的较高的客户期望的变化强迫工

厂对市场作出更有效和作出响应。公司对敏捷制造具有浓厚的兴趣但是被效率约束阻止。

尽管试图同时到达多个目标,相关制造本钱、质量、效劳、交货、柔性、创新和自然环境的

俣护，但公司认为前三（本钱、质量、和效劳）是它的主要竞争目标.

响应上述市场条件的改变，已采取多项措施提高反响和制造敏捷性：

1）欧宝实现了新的制造方法和技术的可能性,给予同样重视结构性行为（设施和设备）

为根底的（生产标准和程序）尽可能实现手段不断完善和竞争优势.公司试图取得竞争优势

的制造业根底,必须考虑到目前的主要生产销售及工程的决定.它也预期目标的潜力的新做

法和制造技术，使其能够比竞争对手先获取生产能力。

2）欧宝认为根本的管理，消除人力管理方法陈旧.增加敏捷制造要求改变人们的管理

等方面的工人选拔、工作场所设计、不断培训、设备维修、工会。授权，介入和动机是欧

宝中的敏捷的制造的关键因素。在这些区域中的主要的主动性已在一种配合系统，高级的

收缩和训练实践，一个有效的建议系统和组织的结构中明确鼓励连续的改良和知识管理。

例如，工作的小时灵活性使生产水平适应真正的要求成为可能，提高company飞响应。配合

也在操作中增加敏捷并且使灵活成为可能，快，对变化的优质的反响或者在一定的限制之

内操作条件的变更。

3）逐步开展的柔性制造系统在不损害效率的前提下有效的改良了生产过程的速度和

柔性方面,大幅度增加品种。

4）一些生产过程的战略的外包已使工厂着重于其核心能力成为可能。这导致供给商

购置全部组件而不是个别小零件.但是,我们有必要更加一体化进程,高层次的信任和代表

团负责第一级供给商。融合供给已成为现实，例如，在所在地主要供给欧宝设施在把供给的

新产品开发过程的早期阶段、而在两个部件之间交互管理与修改，也导致了较高解决问题和

工厂的及时反响的能力，这是敏捷制造的一个关键因素。

5）各分组业务和并行已证明是根本资源分散在降低新产品开发和引进时间。精心管

理，这些过程使得西班牙厂实现在最短的时间为GM欧洲史上一个新的型号的车辆进行改造。

6）敏捷制造需要以市场为导向，加强最终用户和生产厂之间的联系。需要这朝着定制

反映新和重要的趋势，日益增长地确定购置决定的一个因素。于定制的目的，0PB1工厂使

用基于使客户从变化的套“选择”中选择成为可能的标准的组成局部的结合或者集结的模

块化的一个概念。

7）临时性的同盟（甚至竞争者）的形成共享补充的资源或者信息日益增长地重要促进

敏捷。在Opel的情况下，在设计和开发还有制造已经有这样协议。然而，这是要求尚未有

的新的管理模型或者工具的。

欧宝工厂建立了逐步采用敏捷制造模式的根底。该厂已自行精益生产实践中辅以全能

远景组织新的制造和信息技术和新方法对企业间的合作.它的优势和竞争优势,从而到达质

量、创新效劳和灵活性,导致更大的成功开发并推出新产品和提高劳动生产率.

4.2在3M的敏捷制造

3M是我们这个时代具有明确的使命已经使它成为世界上最多元化的公司。在西班牙，

该公司通过假设干种生产设施进行商业和生产活动。其中最重要的、复杂的Rivas制造，已

自1958年在马德里经营。特别感兴趣是由3M共雇用120工人欧洲实验室产品及家居护理、保

健品厂的活动。

家居及保健产品制造厂是一个多产品厂以技术为主的"s81chBrile”磨料纤维公司在

商业环境具有中等水平变化、高水平的竞争活力.虽然可以在产品设计阶段通过客户说明

的定制是可能的，它做各种各样的多半是标准的。

制作过程根本上分为两个阶段进行.首先,资金密集型制成品”Scotchbrite”纤维.第二，

劳动密集型、由一套制造单元操作工人队负责把光纤制成不同成品。

公司的生产和研发方面扮演的角色有很大的关系。尽管如此,管理认为有必要共同努力

和各方面综合以实现可持续竞争优势。商业战略，并在相当程度上取决于创新能力和制造能

力，而且还有公司的不同领域的协调。

创新是3M公司一个关键战略性因素，与收购小的创新公司3M的增长点。它的成功已被

证实与善于开展多种新产品,完全基于一套技术平台，从胶粘剂的最新进展光纤、轻操控，

药理、热电联产、纳米技术、磨料、精密缎等传统.3米的高层管理各项重要举措的落实，

以到达全球水平以下根本目标：（一）增加创新（二）提高新产品的开发和引进（三）完善市场

与严谨的新产品开发.这些举措不仅显示需要创新，以维持市场地位,而且重要性日益突出

比赛时间为根本单元基于敏捷制造.事实上，Rivas（马德里）有实验室进行研究利开发活动,

并在日常接触的房子是制造业增长速度的一个因素，弹性与效率的设计，新产品的开发和制

造过程.

在其马德里中的Rivas工厂，3M采取把其增加到客户需要和要求的响应的其它措施，包

括如下：

1）开发过程的组织管理模式，从而演变成工程管理制度.这一举措旨在加强部门之间

的联系，为了让鼓励协调灵活、迅速回应变化情况。

2）建议或行动方便和鼓励内部通讯:〃门户开放〃的做法，以促进社交技巧训练程序，

各级定期会议交换意见,并鼓励和促进知识最正确做法和信息共享整个组织。

3）基于文化的开展方向和市场创新作为满足新的客户需求。

4）建立各种小型、灵活、多才多艺的并行制造生产线。

5）培养灵活的操作员工，有较更大的责任和对管理他们自己工作的控制。

6）位置邻近与分散存储管理一道使用或者生产他们鼓励较有效的管理和较更大的总

量控制的生产区域的存储区域。

7）运用外包所有非核心业务的政策，使公司能集中其独特能力。外包的建立对非十

分重要的活动负责的供给者和合作者的一个有效和有效的网络是日益增长地重要的，劳动

强烈的操作活动或者对于使用3M不具备或者不希望在内