產(chǎn)品創(chuàng)新體系論文—制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)和制造創(chuàng)新的思路和方法

產(chǎn)品創(chuàng)新體系論文制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)和制造創(chuàng)新的思路和方法 制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)和制造創(chuàng)新的思路和方法從生產(chǎn)制造模式的發(fā)展分析產(chǎn)品研發(fā)和制造創(chuàng)新機(jī)床行業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)家委員會(huì)陳宗舜 一、從生產(chǎn)制造模式的發(fā)展分析制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)和制造創(chuàng)新在傳統(tǒng)機(jī)械制造企業(yè)中，生產(chǎn)制造模式有單件小批生產(chǎn)模式，成批生產(chǎn)模式和大批量生產(chǎn)模式。 在單件小批生產(chǎn)中，由于大量采用通用的機(jī)床和工藝裝備，手工操作占相當(dāng)大的比重，生產(chǎn)的自動(dòng)化水平低，加工制造產(chǎn)品的勞動(dòng)量大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低。 即使使用生產(chǎn)率也無(wú)法與成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)相比，此外，由于車(chē)間、工段、小組多采取工藝專(zhuān)業(yè)化的生產(chǎn)組織形式，生產(chǎn)過(guò)程的平行性和連續(xù)性很差，所以生產(chǎn)中間斷時(shí)間也較多,所有這些因素，使生產(chǎn)管理復(fù)雜,即使使用ERP也很難解決單件小批生產(chǎn)優(yōu)化問(wèn)題,影響到產(chǎn)品制造的生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，流動(dòng)資金的周轉(zhuǎn)次數(shù)遲緩，從而使產(chǎn)品成本提高。 在成批生產(chǎn)條件下，由于產(chǎn)量較大，產(chǎn)品品種較少，生產(chǎn)較穩(wěn)定，有可能采用部分自動(dòng)化設(shè)備、專(zhuān)用設(shè)備和專(zhuān)用工、夾、量具，手工操作的比重較單件生產(chǎn)小，因此降低了產(chǎn)品的勞動(dòng)量，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 同時(shí)由于某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)是按對(duì)象原則組織生產(chǎn)，設(shè)備按工藝過(guò)程的流向進(jìn)行排列，生產(chǎn)的連續(xù)性和平行性較高，各種環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力是依據(jù)主要的重復(fù)生產(chǎn)的產(chǎn)品來(lái)計(jì)算，所以它們之間的比例關(guān)系也比較合理，生產(chǎn)過(guò)程的間斷時(shí)間相應(yīng)地減少，所有這些，都為縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，加速流動(dòng)資金周轉(zhuǎn)和降低產(chǎn)NC機(jī)床和加工中心，勞動(dòng)品成本創(chuàng)造了一定的條件，成批生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)要高于單件生產(chǎn)。 在大量生產(chǎn)中，由于廣泛地采用高效率的自動(dòng)化、半自動(dòng)化設(shè)備、專(zhuān)用機(jī)床和專(zhuān)用工藝裝備，生產(chǎn)的自動(dòng)化水平高,手工操作的比重減少到最低限度，為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低產(chǎn)品勞動(dòng)量創(chuàng)造了有利條件。 從上分析，企業(yè)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果遵照批量法則，圖1說(shuō)明了成本與批量的關(guān)系。 成本成本線曲批量圖1.成本與批量的關(guān)系另一方面企業(yè)的生產(chǎn)制造模式類(lèi)型取決于產(chǎn)品數(shù)量和生產(chǎn)的穩(wěn)定性、重復(fù)性。 而采用什么樣的品種輪換方式、確定每種產(chǎn)品的批量多大，這是一個(gè)組織生產(chǎn)的具體方式、方法問(wèn)題。 美國(guó)的福特汽車(chē)公司曾經(jīng)創(chuàng)造了少品種、大批量、高效益的生產(chǎn)組織方式，這種生產(chǎn)組織方式在大量生產(chǎn)的企業(yè)中沿用很久。 被認(rèn)為是最優(yōu)越的方式。 但是日本的豐田汽車(chē)工業(yè)公司打破了舊的傳統(tǒng)，創(chuàng)造了多品種、小批量、高效益的生產(chǎn)組織方式，這種新的生產(chǎn)組織方式，不僅能更好地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化和滿(mǎn)足市場(chǎng)需要，而且可以大大減少在制品占用數(shù)量，有效地利用工時(shí)、設(shè)備和資金。 豐田和福特都是規(guī)模很大的大量生產(chǎn)企業(yè)，由于組織生產(chǎn)的具體方式不同,豐田創(chuàng)造了多品種、小批量、高效益的生產(chǎn)組織方式，稱(chēng)為“精益生產(chǎn)”。 但是在機(jī)械制造行業(yè)中,產(chǎn)品的品種多，結(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜，而經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，又需要不斷地試制和生產(chǎn)大量的新的產(chǎn)品，加上用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化的要求,單件生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)不但是不可缺少的,而且是發(fā)展的趨勢(shì),這就決定了7085%機(jī)械制造企業(yè)屬于成批生產(chǎn)模式和單件小量生產(chǎn)模式。 因此研究成批生產(chǎn)模式和單件小量生產(chǎn)模式成為企業(yè)發(fā)展重大課題。 二、怎樣提高成批生產(chǎn)模式和單件小量生產(chǎn)模式國(guó)家提出用科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)工作，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃指出，以科學(xué)發(fā)展為主題，以加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式為主線，把結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整作為主攻方向。 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變不但要發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)、附加值高的產(chǎn)業(yè)，對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和提高也是重要和必須的，目前我國(guó)已是機(jī)械制造大國(guó)，但還不是制造強(qiáng)國(guó)，尤其是單件、中小批量企業(yè)，處于低效益、高成本運(yùn)行狀態(tài)，在國(guó)民生產(chǎn)總值中占相當(dāng)大的比例，為此引導(dǎo)這些企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改造的同時(shí)必須進(jìn)行生產(chǎn)制造模式改造。 由于機(jī)械制造企業(yè)70%85%屬于單件、中小量生產(chǎn)模式，所以這不是個(gè)別行業(yè)的事，如何既運(yùn)用市場(chǎng)規(guī)律，又發(fā)揮各級(jí)政府宏觀調(diào)控的機(jī)制，促進(jìn)大量的單件、中小批量企業(yè)改變落后的生產(chǎn)模式，這是“十二五規(guī)劃”的重要內(nèi)容。 據(jù)最近報(bào)道，已有一些企業(yè)正在對(duì)制造模式進(jìn)行變革，如大連機(jī)床集團(tuán)，盡管近幾年來(lái)，大機(jī)一直在加大產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、管理模式及制造模式的調(diào)整，但由于生產(chǎn)始終處在一個(gè)滿(mǎn)負(fù)荷的狀態(tài)，一直沒(méi)有騰出手來(lái)進(jìn)行制造模式的調(diào)整。 全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響還未完全顯現(xiàn)的時(shí)候，大機(jī)已經(jīng)敏銳的感覺(jué)到，調(diào)整的機(jī)會(huì)來(lái)了，因此從大刀闊斧地向傳統(tǒng)制造模式挑戰(zhàn)。 縱觀世界機(jī)床業(yè)，哪怕是再先進(jìn)的國(guó)家，機(jī)床的生產(chǎn)自古都是采用人工操作。 而大機(jī)恰恰在成功的實(shí)施了主要產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的規(guī)模化之后，對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床制造理念和制造模式進(jìn)行了近乎顛覆性的變革。 用一句簡(jiǎn)單的話概括，就是用汽車(chē)的大批量制造生產(chǎn)模式生產(chǎn)機(jī)床。 大連機(jī)床集團(tuán)總工藝師姜偉這樣解釋所謂的用汽車(chē)制造模式來(lái)生產(chǎn)機(jī)床所謂制造模式的轉(zhuǎn)變，就是應(yīng)用批量生產(chǎn)模式，將大機(jī)自產(chǎn)的高精、高效的設(shè)備，以集成化、信息化的手段集合起來(lái)，組成加工和裝配自動(dòng)線，實(shí)行流水線作業(yè)。 也就是說(shuō)，從機(jī)床的毛坯件上線到出成品，都是在線上高效運(yùn)行。 這種制造模式的轉(zhuǎn)變不僅大大減少了用工數(shù)量，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，更重要的是極大地提高了產(chǎn)品精度和可靠性。 據(jù)了解，目前大連機(jī)床的車(chē)床和數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的裝配已經(jīng)完成了制造模式的改變，全部“上線”，其生產(chǎn)效率令同行業(yè)瞠目過(guò)去該集團(tuán)車(chē)床分廠“上線”以后，現(xiàn)在只有400多人，一天最少出150臺(tái)。 讓大機(jī)又賺了個(gè)盆溢缽滿(mǎn)。 今年大機(jī)又投巨資，在瓦房店車(chē)床生產(chǎn)基地上了兩條生產(chǎn)線，一條加工線，一條裝配線，也就是比汽車(chē)生產(chǎn)線還要先進(jìn)一步（汽車(chē)生產(chǎn)線只是用于裝配），這兩條線全部轉(zhuǎn)起來(lái)后，毛坯進(jìn)去，出來(lái)的就是產(chǎn)品。 制造模式的轉(zhuǎn)變不僅大大提高了生產(chǎn)效2800多人，一天最多出90臺(tái)車(chē)床，率，降低了生產(chǎn)成本，更重要的是極大地提高了產(chǎn)品精度。 目前大連機(jī)床的主導(dǎo)產(chǎn)品絕對(duì)是市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，用戶(hù)非常認(rèn)可，因?yàn)閺淖詣?dòng)線上下來(lái)的產(chǎn)品沒(méi)有誤差，而且能及時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。 再如北京一機(jī)集團(tuán)，在信息技術(shù)應(yīng)用上一直處于制造業(yè)領(lǐng)先地位，獲得但企業(yè)效率之顯著提高還在引進(jìn)日本、德國(guó)、法國(guó)等制造業(yè)先進(jìn)國(guó)家的技術(shù)和管理技術(shù)中、通過(guò)學(xué)習(xí)，北一對(duì)現(xiàn)代化、世界級(jí)機(jī)床企業(yè)的理念、發(fā)展模式和組織框架都有了深刻的理解。 在北大隈工廠在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊化基礎(chǔ)上，應(yīng)用了批量定制生產(chǎn)模式，改變過(guò)去單件小批制造生產(chǎn)模，使過(guò)去北一制造1臺(tái)寬度5米的重型龍門(mén)銑床需要3年，現(xiàn)在一個(gè)月就能出產(chǎn)2臺(tái)，效率之高令人咋舌。 這種速度的背后，是十年扎實(shí)的轉(zhuǎn)型變革。 員工由xx年的6000人減少至不到人，管理部門(mén)通過(guò)兩次調(diào)整由50個(gè)縮減為9個(gè)。 人均勞動(dòng)生產(chǎn)率從對(duì)比展示了制造模式轉(zhuǎn)型的效果。 CIMS項(xiàng)目國(guó)際大獎(jiǎng)，200078萬(wàn)提高到160萬(wàn)，鮮明的通過(guò)以上二企業(yè)實(shí)踐，對(duì)成批生產(chǎn)模式和單件小量生產(chǎn)模式改變采用先進(jìn)生產(chǎn)制造模式是可行的而且是有效的。 三、批量定制（MC）生產(chǎn)模式的基本理論和方法大體上說(shuō)，批量定制生產(chǎn)主要是基于以下理論和方法得以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的如圖2，圖2上半部說(shuō)明了批量定制生產(chǎn)把大批量生產(chǎn)中的優(yōu)點(diǎn)和單件、小批生產(chǎn)中的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。 中半部說(shuō)明了批量定制生產(chǎn)基本內(nèi)容，下半部說(shuō)明了批量定制生產(chǎn)模式必需有信息技術(shù)的支持。 圖2.圖批量定制生產(chǎn)的基本理論和方法圖3.批量法則概念的發(fā)展1批量定制生產(chǎn)模式的產(chǎn)品研發(fā)和制造方法1）批量法則概念的發(fā)展。 傳統(tǒng)的批量法則中的“批量”是指產(chǎn)品批量，但是由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，需要不斷地生產(chǎn)大量的新的產(chǎn)品品種，而且用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化的要求的提高,就決定了70%85%機(jī)械制造企業(yè)屬于成批生產(chǎn)模式和單件小量生產(chǎn)模式，怎樣應(yīng)用批量法則提高成批、單件小批生產(chǎn)企業(yè)？分析企業(yè)組織生產(chǎn)最基本的是組織工序生產(chǎn)，在工序生產(chǎn)的基礎(chǔ)上再組成零部件，最后成為產(chǎn)品。 所以產(chǎn)品批量可分解為零部件批量，更可分解為工序批量。 圖3是批量法則概念的發(fā)展，圖中成本可分解為產(chǎn)品成本、零部件成本與工序成本；批量本可分解為產(chǎn)品批量、零部件批量與工序批量。 這樣在成批生產(chǎn)模式和單件小量生產(chǎn)模式企業(yè)中雖然不可能形成大批量生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品批量需求，但可按批量法則概念的發(fā)展，組織零部件批量與工序批量生產(chǎn)從而獲得批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。 圖4.批量定制生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模型圖5.批量定制生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程2）批量定制生產(chǎn)模式的產(chǎn)品研發(fā)模式 （1）產(chǎn)品信息的繼承性，盡管不同定制產(chǎn)品在外形和功能上有一定的差異，但它們中的某些部件具有一定的相似性，這樣就可以充分利用成組技術(shù)的原理與方法，對(duì)已經(jīng)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的產(chǎn)品信息，繼承以往的產(chǎn)品信息、制造工藝信息，提高產(chǎn)品的一次成熟性；同時(shí)，一個(gè)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不再需要從零開(kāi)始，大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。 充分利用產(chǎn)品功能及結(jié)構(gòu)相似性發(fā)展多種的模塊化技術(shù)，包括部件共享模塊技術(shù)(Componentsharing modularity)，部件交換模塊技術(shù)(Componentswapping modularity)，主件適應(yīng)模塊技術(shù)(Cuttofit modularity)，添加模塊技術(shù)(Bus modularity)，組合模塊技術(shù)(Sectional modularity)等。 （2）開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程重組。 一般的普遍被設(shè)計(jì)人員接受的設(shè)計(jì)方法，是基于功能的設(shè)計(jì)方法，并且每設(shè)計(jì)一個(gè)新產(chǎn)品將是獨(dú)立和全新的，而批量定制強(qiáng)調(diào)的不是設(shè)計(jì)新零部件而是應(yīng)用成熟零部件（模塊）組合新產(chǎn)品，它對(duì)關(guān)鍵的過(guò)程進(jìn)行分析和重組，以便將以前被人為隔開(kāi)但又相互關(guān)聯(lián)的活動(dòng)組合起來(lái)。 批量定制生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)包括兩個(gè)大的部分全新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和定制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。 全新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)根據(jù)對(duì)市場(chǎng)的預(yù)測(cè)和工廠的實(shí)際能力的分析，進(jìn)行新產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)模塊的設(shè)計(jì)，這一過(guò)程需要有長(zhǎng)遠(yuǎn)的預(yù)見(jiàn)性和創(chuàng)新性，同時(shí)也有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，它的成敗將很大地影響企業(yè)的命運(yùn)；定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)則是一種常規(guī)設(shè)計(jì)的組合，主要根據(jù)合同中顧客需要的具體需求選擇適當(dāng)?shù)牧悴考M合產(chǎn)品，并按具體的參數(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行變型設(shè)計(jì)，圖4是批量定制生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模型。 圖5是批量定制生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。 圖6是批量定制生產(chǎn)模式的產(chǎn)品研發(fā)示意圖。 圖6.批量定制生產(chǎn)模式的先進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)圖7.模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為批量定制創(chuàng)造條件 （3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化，按產(chǎn)品信息的繼承性，批量定制生產(chǎn)模式的產(chǎn)品研發(fā)模式，傳統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化發(fā)展，為批量定制創(chuàng)造條件，圖7是通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為批量定制創(chuàng)造條件示意圖。 2應(yīng)用信息技術(shù)實(shí)施批量定制實(shí)現(xiàn)企業(yè)兩化深入融合批量定制是先進(jìn)制造技術(shù)，信息技術(shù)是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)的支撐技術(shù)，應(yīng)用信息技術(shù)實(shí)施批量定制正是企業(yè)兩化深入融合的體現(xiàn)與目標(biāo)。 1）用PDM實(shí)現(xiàn)批量定制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)制造新模式深入PDM應(yīng)用改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式，是改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的重要技術(shù)支持。 第一代PDM產(chǎn)品，以圖檔管理為主。 圖檔管理、設(shè)計(jì)流程管理對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)是不可少的工作，但不能改變企業(yè)生產(chǎn)制造模式，其實(shí)二十世紀(jì)九十年代后期PDM已由以圖檔管理為主發(fā)展為企業(yè)信息集