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模具制造数字化“一个流”生产方式探索
北汽福田潍坊模具厂李树新

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参观过汽车主机厂的人们都知道，汽车的总装线是流水化生产方式，在第一个工位送入一个车架，通过中间多个工位的装配工艺过程，在最后一个工位就出来一台整车，进入检测和调试。那么，汽车覆盖件模具能否用流水化生产方式进行生产？笔者认为，能否实现的关键要看模具加工工艺技术如何创造流水制造模式，如何创造“一个流”的生产方式。模具加工工艺技术及现状高水平的汽车覆盖件模具开发取决于两大技术——设计技术和制造技术。设计技术主要包括5个方面，即覆盖件产品的冲压工艺技术、数模再造技术、模具的结构设计技术、模具的加工工艺技术和CAM数控编程技术。制造技术主要包括以下4个方面：FMC实型制作技术、NC加工技术、模具装配技术和模具调试技术。国内模具企业近几年为了提高模具开发水平，加强市场竞争力，大量引入了软硬件，计算机和数控加工设备成倍增长，同时，加大了各环节技能的培训，模具的开发水平有了长足的进步。但是，制约模具设计技术和制造技术的模具加工工艺技术仍然是模具行业的一个薄弱环节，一些企业没有引起足够重视。目前，各厂家对模具设计技术中的冲压工艺技术、CAM数控编程技术、模具结构设计技术，制造技术中的加工、装配技术和模具调试技术，都十分重视，下大功夫努力提升，但对模具的加工工艺技术，却仍基本停留在用传统的机械加工工艺编制应付指导现场生产的水平。深入思考加工工艺的作用，如何从传统的指导工人加工、解决加工工艺性问题，扩展到模具生产制造流程的优化，生产的均衡性、周期的计划性、质量的可控性、生产效率的评估、能力的评估、各环节岗位的设定以及人力资源的匹配等因素，从中，我们深感模具加工工艺技术一直是困绕模具行业技术水平、附合性质量、周期和效率等方面提高的一个重要因素。数字化“一个流”生产方式分析模具的生产制造是单件，个别件小批量生产，传统的做法是钳工负责制。这种方式工艺内容零散，衔接性、整体系统性不强，因此，模具加工制造质量因钳工水平的高低和对设计意图的理解深度而有别。目前，随着技术的发展、进步和创新，人们已把模具的设计技术和制造技术有机地结合成一个整体，通过技术的规划、策划、设计和编程，每套模具形成一个完整的“数字化”加工方案，传递给加工车间，使模具加工、装配工作越来越趋近“搭积木”，只要明确顺序，按顺序装配，最终的装配结果只取决于装配技能。也就是说，技术的“数字化”加工方案完全可以创造模具“一个流”的生产方式，如果模具行业软硬件资源匹配到位，完全可以改变目前的状态。技术的“数字化”加工方案可以提供以下制造装配条件：FMC实型制作：依靠“数字化”程序，全型面数控加工，评审确认，确保铸件质量；铸件的结构面加工：依靠“数字化”程序，数控加工保证结构面精度；初组装：依靠“数字化”程序，实现螺孔同步技术快速组装；型面及轮廓间隙精度：依靠“数字化”程序，数控加工保证合理配合间隙和精度；冲头和凹模安装：依靠“数字化”程序，打冲头定心孔和镶入式凹模孔；上下模座的导向精度：依靠“数字化”程序加工保证；模具调试：依靠“数字化”的CAE模拟分析指导调试。总之，模具主体功能的装配、制造质量已由原来依靠有技能的钳工工作保证，转变为通过技术的“数字化”加工方案来保证，其结果是，装配钳工的手工工作量越来越少，所需的技能要求可以越来越低，这就是行业发展的又一趋势。在这种发展趋势下，有一定设计技术人力资源和数控设备制造资源的企业，完全可以优化模具制造流程，向汽车覆盖件模具数字化“一个流”生产方式方向发展。生产流程的优化汽车覆盖件产品造型上大同小异，具体数据尺寸千差万别。因此，模具结构也具有与汽车覆盖件产品类似的特点，总体上大同小异，具体结构数据上千差万别。但对于模具设计技术的“数字化”加工方案，只有大同小异，没有千差万别。大同小异的是模具开发流程和加工工艺过程，千差万别的是技术的“数字化”加工方案数据。（图片）图1 模具开发流程优化的十大环节因此，我们可以把模具开发流程优化为十大环节。如图1所示，冲压工艺：追求满足用户要求且科学化、合理化；D/L图：实现冲压工艺的精细化；数模再设计：实现产品的缺陷预测，前瞻性地采取预防措施，消除或减小缺陷的影响；结构设计：实现三维实体化，为“数字化”加工工艺方案设计奠定基础；FMC制作：实现全程序化、全型面数控加工；一次加工：实现全程序化自动化加工（见图2）；初组装：按程序钻孔组装化；二次加工：实现全程序化自动化加工（见图3）；终组装：实现组装的完整化，功能的完善化（见图4）；调试验证：实现计算机调试化，模拟调试、指导调试。（图片）图2 一次加工（图片）图3 二次加工（图片）图4 模具开发终组装企业的资源分析企业的生产要有工艺流程，工艺流程随着技术的进步要不断优化、改进和提高，优化的工艺流程确定后，我们需要根据工艺流程的各个环节调整配置所需资源。 1.生产设备资源的配置对于生产设备资源的配置，首先要分析企业模具开发数字化“一个流”生产流程中哪个环节是薄弱环节，是“一个流”的瓶颈。模具企业考虑模具质量、周期、成本和效率通常都以十大环节中的第八个环节“二次加工”作为“一个流”生产的能力瓶颈，希望让它发挥最大效率。其他环节根据“二次加工”的设备能力配置相关生产设备资源，如：第六环节“一次加工”主要配置一般机械加工设备和大型龙门铣床和刨床；第七个环节“初组装”主要配置天车、摇臂钻床和钳工装配、修研场地；第九个环节“终组装”主要配置合件修研、装配确认的研配压床等设备。 2.人力资源的配置按模具开发数字化“一个流”生产流程配置的设备资源确定后，就可以根据流程的十大环节进行各部分细节生产环节的划分，进行岗位分析。各部分工作量评估后，进行岗位设定，匹配不同岗位所需技能的人员。接下来通过实践跟踪掌握第一手数据，作为评价、调整和再配置的依据。用模具开发数字化“一个流”生产流程配置人力资源应坚持以下几个原则：（1）根据技能调整的原则：各环节人员配置由岗位分析而定，且随人员的培训及在实践中技能的提高而动态调整；（2）根据设备资源调整的原则：各环节人员的配置随生产设备资源的变化而变化，生产设备性能、效率提高了，人员可以向下调整；（3）根据工艺变化调整的原则：各环节人员配置，随着加工工艺过程的优化、简化和效率的提高，人员可以向下调整；（4）最大效率原则：“一个流”生产，坚持各环节能力匹配发挥最大效率和追求最大效益的原则。生产计划的定制汽车的总装线采用流水化生产方式，模具数字化“一个流”生产流程也是追求这样的效果。当我们的“一个流”生产中第八大环节的人力资源和加工装配资源能力匹配到位，那么原则上可以说“二次加工”每个月数控铣的加工能力就是企业月产模具的能力。只要每套模具后六大环节工作定额天数按实际制造情况给定，那么今天投入“一次加工”的模具，哪天“下线”待调就可以预知，而中间计划如果控制的正常，就可预知那套模具现在在哪个流程环节，加工装配进行到什么程度。当然，为了保证“一个流”生产的均衡性以及应付生产制造过程中出现的异常现象，我们可以在第八环节“二次加工”中预留一台或半台数控加工能力，不计入“一个流”生产计划的编制，随时调用。生产流程追求的目标模具数字化“一个流”生产追求的目标是与汽车总装线一样的流水化生产模式。实现数字化“一个流”生产的前提，就是实现加工工艺的标准化。标准化的目标是实现加工工艺的数字化，输出每套模具数字化加工工艺方案，在明确系统加工工艺流程的基础上，既要指导单件如何加工装配，又要配以数字化程序驱动操作，解决加工工艺性问题。模具数字化标准加工工艺方案要体现企业模具制造的专业化，实现“一个流”生产流程，理论上要充分满足模具质量特性的要求，实际中要有灵活的操作性，同时在保证质量的前提下，追求效率最大化。结语模具数字化标准加工工艺方案“一个流”生产流程的实现，是模具行业发展的方向，体现了现代化的模具加工方式特点。总之，只要把握住人力资源和设备资源各环节的匹配，按照数字化“一个流”的生产方式，优化加工工艺方案，规范生产过程，计划性才能准确，生产剩余能力才能被准确把握，模具的质量、周期、成本和效率才能最大限度地得到控制和提高，汽车总装线流水作业方式才能在模具厂实现。 12/7/2008


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