一提到工業(yè)，最基礎(chǔ)的就是制造。

　　而所謂制造就是把各種各樣的東西從原材料變成零件再裝配成產(chǎn)品。在傳統(tǒng)的金屬加工領(lǐng)域，零件的制造就是火星四濺的鑄鍛焊以及硬碰硬的車銑刨磨鉗，我們生活中見到的任何一個稍微有些形狀的金屬，在我們見到之前，都已經(jīng)在工廠經(jīng)歷了多次鐵與火的淬煉。既然金屬零件是機器制造的，那么機器又是如何制造的呢？原來，它是通過機床完成的。

 

（一）從機床到數(shù)控機床，機器不再無腦干活　　

　　機床是其他機器的“母機”。

　　煉鋼廠出產(chǎn)的鋼鐵并不是我們在生活中見到的各種奇奇怪怪的形狀，而是板材、管材、鑄錠等等形狀比較規(guī)則的材料，這些材料要加工成各種形狀的零件就需要使用機床進行切削；還有一些精度要求較高和表面粗糙度要求較細的零件，就要在機床上用精細繁復(fù)的工藝切出來或者磨出來。

　　和所有的機器一樣，最初的機床包括動力裝置、傳動裝置和執(zhí)行裝置，靠電機轉(zhuǎn)動輸入動力，通過傳動裝置帶著被加工的工件或者刀具進行相對運動，至于在哪兒下刀、切多少、多快速度切等等問題，則由人在加工過程中直接進行控制。

　　由于傳統(tǒng)機床使用的電機的轉(zhuǎn)速在工作時基本上是不變的，為了實現(xiàn)不同的切削速度，傳統(tǒng)的機床設(shè)計了極為復(fù)雜的傳動系統(tǒng)。這種復(fù)雜度的機械在現(xiàn)今的設(shè)計中已經(jīng)不多見了。

 

　　而隨著伺服電機（伺服電機就是可以在一定范圍內(nèi)精確控制電機的位置和轉(zhuǎn)速的電機）技術(shù)的發(fā)展及其在數(shù)控機床上的應(yīng)用，直接控制電機的轉(zhuǎn)速變得方便快捷效率高，而且基本上是無級變速，傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡化，甚至出現(xiàn)了很多環(huán)節(jié)電機直接連接到執(zhí)行機構(gòu)上，而省略了傳動系統(tǒng)。

　　這種“直接驅(qū)動”的模式是現(xiàn)在機械設(shè)計領(lǐng)域的一大趨勢。

　　結(jié)構(gòu)的簡化還不夠，要實現(xiàn)各種各樣的形狀的零件的加工，還需要讓機床可以高效、準(zhǔn)確的控制多臺電機合作完成整個加工過程。

　　這就要讓機床成為有“腦子”的數(shù)控機床了。而這個腦子就是數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)的水平高低決定了數(shù)控機床能干多復(fù)雜、多精密的活兒，也決定了這臺機床和他的操作者的身價。

（二）數(shù)控系統(tǒng)能干嘛？處理信息并控制動力　

　　數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Controller System）是數(shù)控機床的大腦。

　　對于一般數(shù)控機床而言，往往包含人機控制界面、數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動裝置、機床、檢測裝置等等，操作人員在一些計算機輔助制造軟件的幫助下，將加工過程所需的各種操作（如主軸變速等步驟以及工件的形狀尺寸）用零件程序代碼表示，并通過人及控制界面輸入到數(shù)控機床，之后由數(shù)控系統(tǒng)對這些信息進行處理和運算，并按零件程序的要求控制伺服電機，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，以完成零件的加工。

　　數(shù)控系統(tǒng)完成諸多信息的存儲和處理的工作，并將信息的處理結(jié)果以控制信號的形式傳給后續(xù)的伺服電機，這些控制信號的工作效果依賴于兩大核心技術(shù)：一個是曲線曲面的插補運算，一個是機床多軸的運動控制。

（三）零件形狀太“自由”？靠插補運算搞定

　　如果運動軌跡可以用解析式表達，則整個運動就可以分解為幾個坐標(biāo)的獨立運動的合成運動，就可以直接控制電機生成了。

　　但是制造過程中很多零件的形狀可以說是十分“自由”的，既不圓、也不方，甚至都不知道是什么形狀，例如汽車、輪船、飛機、模具、藝術(shù)品等產(chǎn)品常遇到不能用解析式描述的曲線曲面，這類曲線曲面稱為自由曲線（Free Form Curves）或自由曲面。

 

　　要切出來這些“自由”的形狀，刀具和工件之間的相對運動也相應(yīng)的十分復(fù)雜。具體到操作中，就是要控制工件臺、刀具都按照設(shè)計好的位置-時間曲線進行運動，控制這二者在規(guī)定的時間以指定的姿態(tài)到達指定的位置。

　　機床可以在工件和刀具之間很好地完成直線段、圓弧或其他的有解析式的樣條曲線的相對運動，而這種復(fù)雜的“自由”運動又該怎么完成呢？答案是依靠插補運算。

 

　　所謂插補，就是按照一定方法確定數(shù)控機床上刀具的運動軌跡的過程。根據(jù)給定的速度和軌跡，在軌跡的已知點之間，增加一些新的中間點，并控制工件臺和刀具通過這些中間點，進而就能完成整個運動。

　　而這些中間點之間，則通過線段、圓弧或者樣條曲線等來連接。相當(dāng)于用數(shù)段微小的線段和圓弧去逼近要求的曲線和曲面，這就是插補的本質(zhì)。

　　流行的插補算法包括逐點比較法數(shù)控車市場發(fā)展?jié)摿薮螅P式數(shù)控車床國內(nèi)年需求量在 5 萬臺以上，其中中高端數(shù)控車年需求量在 1.5 萬臺以上。優(yōu)裝備現(xiàn)有 T5 系列臥式數(shù)控車床產(chǎn)品，已進入產(chǎn)品成熟發(fā)展期，交期周期競爭力不強，急需響應(yīng)市場需求，重回市場領(lǐng)頭地位。2021 年以來數(shù)控車市場需求呈上升趨勢，經(jīng)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，客戶對快速交貨的需求日益強烈，中小規(guī)格數(shù)控車訂單大部分要求現(xiàn)貨或1-2 月交貨，但優(yōu)裝備 T5 數(shù)控車產(chǎn)品響應(yīng)市場速度慢、交付周期長，不能完全滿足市場預(yù)期，急需提升產(chǎn)品交付能力，助力公司發(fā)展。

 

 

  

     1.選定標(biāo)桿企業(yè)

  

     目前數(shù)控車有多種分類方式，最普遍的按產(chǎn)品性能可分為高、中、中低三大類。

  

     高端產(chǎn)品高精度、高性能，代表品牌為哈挺，馬扎克，大隈，德馬吉等，同規(guī)格產(chǎn)品價格約 50萬以上，以德日美進口品牌為主。

  

     中端產(chǎn)品穩(wěn)定性好、價格適中，代表品牌為臺灣友嘉、韓國迪恩、韓國威亞、海德曼、海天精工等，同規(guī)格產(chǎn)品價格 25 萬以上為主，以臺韓品牌為主。

  

     中低端產(chǎn)品性價比高，代表品牌為寶雞，西格馬，魯南精工等，同規(guī)格產(chǎn)品價格約 15 萬以上，以本土品牌為主。

  

     優(yōu)裝備通過產(chǎn)品相似度、行業(yè)認可度、工藝技術(shù)水平、信息獲取難易等多維度選擇標(biāo)桿對象。

  

     結(jié)合市場競爭現(xiàn)狀及標(biāo)桿企業(yè)先進做法，優(yōu)裝備選擇一家中國臺灣地區(qū)公司為對標(biāo)對象。

 

 

  

     2.標(biāo)桿企業(yè)先進做法

     

     這家中國臺灣地區(qū)機床企業(yè)的一款數(shù)控斜車主要面向中、高端客戶群體，與優(yōu)裝備 T5 系列數(shù)控車對比，目標(biāo)市場一致、為中高端暢銷產(chǎn)品、市場認可度較高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相近。整機供貨周期約為 60 天，在市場上具備較強的貨期優(yōu)勢，擁有穩(wěn)定供應(yīng)鏈體系和制造體系。優(yōu)裝備與該企業(yè)對標(biāo)，易于開展工藝改善。

 

 

  

     3.對標(biāo)提升方向

     

     優(yōu)裝備通過采集當(dāng)期典型客戶交貨周期，得出從合同訂單簽訂到產(chǎn)品包裝入庫、發(fā)貨到客戶的整個整機供貨周期約為 90 天，以此為依據(jù)設(shè)立改善目標(biāo)。

     

     改善目標(biāo) : 產(chǎn)品交貨期由 90 天縮短到 60 天、達到與標(biāo)桿對象相同的水平，改善該關(guān)鍵指標(biāo)將有助于提升公司主導(dǎo)產(chǎn)品核心競爭力。

 

 

  

     二、制定方案并實施改善

     

     通過集思廣益，頭腦風(fēng)暴并結(jié)合標(biāo)桿企業(yè)做法，優(yōu)裝備收集產(chǎn)生解決思路、制定了具體的工藝方案并實施了工藝改善、全面提升了產(chǎn)品交付能力。

     

     1.收集數(shù)據(jù)確定關(guān)鍵因素

     

     通過網(wǎng)絡(luò)、樣本、典型客戶供貨周期采集等多維度數(shù)據(jù)收集，優(yōu)裝備分析出提升機床交貨期Y 的關(guān)鍵因素。

     

     T5 機床交貨期 Y=Y1（主要外購件貨期）+Y2（機加大件及關(guān)鍵件貨期）+Y3（裝配周期）+ 其他（見表 1）。

 

 

  

     2.分析差距查找裝配工藝可能因子

     

     通過分析人、機、料、法、環(huán)、測等影響產(chǎn)品交貨周期因素，進一步梳理出可能影響交貨周期的可能因子。

     

     篩選主要因子后，優(yōu)裝備進行關(guān)鍵點 CTQ重要度評分，進一步明確工藝精益改善點，具體如表 2。

 

 

  

     可見，完成導(dǎo)軌絲杠外購件貨期、機加大件貨期等 7 大因子改善即可完成 83% 以上的改善任務(wù)。

     

     3.制定改善方案并實施工藝改進

     

     針對以上 7 大項目進行快速改善措施判斷，確定出刮研面過大、員工對新產(chǎn)品裝配不熟練、裝配作業(yè)指導(dǎo)書不完善等三項適合實施快速改善，并制定了快速改善措施計劃（見表 3）。

 

 

  

     （1）制定快速改善措施

     

     ①針對刮研量大刮研時間長，設(shè)立改進措施為 : 設(shè)計更改圖紙，減少刮研面積 ; 控制零件尺寸鏈誤差;利用現(xiàn)場設(shè)備提高刮研效率。

 

 

  

     ②針對員工對新產(chǎn)品裝配不熟練，設(shè)立改進措施 : 為對車間員工加強標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)培訓(xùn) ; 組織開展員工裝配技能大賽。

     ③針對裝配作業(yè)指導(dǎo)書不完善，設(shè)立改進措施為 : 優(yōu)化裝配作業(yè)指導(dǎo)書，使用平尺檢驗精度 ; 增加過程質(zhì)量控制、增加裝配過程質(zhì)量控制點。

     

     （2）制定具體改善實施

     

     針對主要外購件貨期、機加大件及關(guān)鍵件貨期、裝配周期制定具體改善措施如表 4。

 

 

  

     ①針對訂貨周期長物料情況，根據(jù)合同情況及年度生產(chǎn)大綱制定滾動的安全庫存 ; 掌握外購件當(dāng)前的采購周期，綜合考慮訂貨節(jié)點 ; 對訂貨周期長物料及特配物料形成滾動采購計劃，采取提前備貨及供應(yīng)商備貨 ; 制定供應(yīng)商考核制度，選擇最優(yōu)供應(yīng)商，采

用一主一次，有計劃拓展供應(yīng)鏈維度，儲備制造潛力。

   

 

  

     ②針對機加大件及關(guān)鍵件貨期問題，根據(jù)生產(chǎn)大綱對機加大件進行排查，建立內(nèi)外部安全庫存預(yù)警機制，統(tǒng)籌內(nèi)配及外協(xié)機加件成套率 ; 對于機加關(guān)鍵零件供應(yīng)商加工工藝定期檢查，優(yōu)化機加關(guān)鍵零件加工工藝，保證加工件質(zhì)量與效率。

 

     ③針對裝配周期問題，通過準(zhǔn)確測時規(guī)范各序作業(yè)內(nèi)容，平衡序間作業(yè)能力 , 形成流式線生產(chǎn) ; 通過優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，縮短裝配時間 ; 通過優(yōu)化工藝方法，補增量產(chǎn)所需工裝工具，提升裝配效率，縮短裝配時間。

 

 

  

     三、項目成果

  

     《提高 T5 臥式數(shù)控車床交付能力》項目，著眼于縮短產(chǎn)品交貨期，提升產(chǎn)品交付能力問題，組建 T5 產(chǎn)品標(biāo)桿團隊，運用標(biāo)桿管理 “八步法”，從源頭上解決物料齊套性差和裝配周期長等難題，取得卓越成果。

  

     1.硬性收益

 

     縮短機床交貨期，減少運營成本 ; 解決新產(chǎn)品響應(yīng)市場速度慢、交付周期長問題。

  

     2.潛在收益

  

    通過項目的實施，優(yōu)化了機床作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提升產(chǎn)品一致性，提升產(chǎn)品競爭力 ; 提升團隊信心與凝聚力，培養(yǎng)了管理、技術(shù)、工藝人才。全面進行成果復(fù)制推廣，提高機床制造質(zhì)量。、數(shù)字增量法等，而利用Nurbs樣條曲線進行插補因為其效率高、精度好而得到了高端數(shù)控機床的青睞。

（四）刀的姿態(tài)不對無法加工？五坐標(biāo)聯(lián)動分分鐘搞定　

　　加工復(fù)雜曲面不光要理論上可以加工，還需要考慮刀具和被加工的表面之間的相對位置關(guān)系。

　　一方面如果刀具的姿態(tài)不合適會導(dǎo)致加工的表面質(zhì)量低下；另一方面刀具還會和加工好的零件結(jié)構(gòu)互相干涉，不調(diào)整刀具的相對姿態(tài)根本沒有辦法加工。這就需要賦予數(shù)控機床更多的運動自由度，使之更為靈巧。

　　由于我們所處的三維空間的相對運動只包含六個自由度（3個平動自由度以及3個轉(zhuǎn)動自由度），五坐標(biāo)聯(lián)動就是使數(shù)控機床在具有空間上x、y、z三個方向的平動自由度外，又增加了兩個方向的轉(zhuǎn)動的自由度，再加上刀具本身的用于切削的轉(zhuǎn)動自由度，這樣刀具和工件之間的相對運動就有了全部的六個自由度，使得刀具和工件之間可以呈現(xiàn)任意的相對位置和相對姿態(tài)。

（五）國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)：逐漸邁向高端市場　

　　中國是當(dāng)今世界機床制造大國，數(shù)控系統(tǒng)在性能、功能和成套化應(yīng)用方面均取得了長足進步。

　　其中，低檔數(shù)控系統(tǒng)幾乎完全取代了進口，中檔數(shù)控系統(tǒng)在系列化、商品化和產(chǎn)業(yè)化方面成效顯著。高檔數(shù)控系統(tǒng)已突破實現(xiàn)了五軸聯(lián)動功能，并在六軸數(shù)控砂帶磨床、五軸葉片銑床和車銑復(fù)合機床等設(shè)備上得到了示范應(yīng)用。

　　此外，中國企業(yè)針對零件（如手機殼）的大批量、表面光潔度高等特點，各自開發(fā)了多款專用系統(tǒng)和小型高速加工中心，大大降低了生產(chǎn)成本，該市場現(xiàn)已基本被國產(chǎn)系統(tǒng)和主機占領(lǐng)。

　　不過，還是應(yīng)該看到，國際上的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)有很多成熟的高端產(chǎn)品，與世界機床強國相比，中國的機床產(chǎn)品在全球機床市場的競爭力差距依然很大