淺談精準(zhǔn)裝配

1、緒論 當(dāng)前制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的全球化和用戶需求的多樣化要求生產(chǎn)商具有更多的產(chǎn)品種類,更短的產(chǎn)品生命周期，更低的生產(chǎn)成本和更高的產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)希望得到按照自己要求定制的產(chǎn)品。企業(yè)的生產(chǎn)模式己逐漸由單一品種單一型號(hào)的大批量生產(chǎn)方式向面向客戶的多品種小批量生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。而產(chǎn)生于需求不足環(huán)境下的精益生產(chǎn)方式作為目前制造業(yè)最理想的管理哲學(xué)、方法和模式之一,作為多品種小批量的經(jīng)典管理方法 1 ,正逐漸被企業(yè)越來(lái)越多的采用 2 。精益生產(chǎn)(Lean Production)是在流水生產(chǎn)方式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 3 。它的基本思想可用JIT (Just In Time)來(lái)描述,即為:“只在需要的時(shí)候,按需要的量,生產(chǎn)所需

2、的產(chǎn)品” 4 。精益生產(chǎn)思想在裝配過(guò)程中的體現(xiàn)是通過(guò)自動(dòng)化的手段;減少人工參與;提高零部件的標(biāo)準(zhǔn)化程度,從而保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量 3 。然而,完全自動(dòng)化的裝配是很難實(shí)現(xiàn)的,大量的裝配過(guò)程還需要手工完成。同時(shí)自動(dòng)化的裝配和零部件的標(biāo)準(zhǔn)化限制了客戶需求的多樣化,降低了產(chǎn)品生產(chǎn)的靈活性,不適于多品種,小批量的生產(chǎn)模式。采用精準(zhǔn)裝配的思想,改變?cè)醒b配模式,利用信息化手段是保證手工裝配產(chǎn)品質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)客戶化定制產(chǎn)品裝配的重要方法。論文主體1精準(zhǔn)裝配的提出精準(zhǔn)裝配是在產(chǎn)品裝配過(guò)程中使用的一種方法,其中“精”即為:精益;“準(zhǔn)”即為:準(zhǔn)確。是實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)中,裝配過(guò)程和裝配所需零部件供應(yīng)的精益化和準(zhǔn)確化。對(duì)

3、應(yīng)于精益生產(chǎn), 精準(zhǔn)裝配的基本思想可以用JRIT (Just and Right In Time)來(lái)描述,即為:“只在需要的時(shí)候,按需要的量,提供準(zhǔn)確的零部件,裝配所需的產(chǎn)品”。其與精益生產(chǎn)的關(guān)系如下:圖1精益生產(chǎn)與精準(zhǔn)裝配 精準(zhǔn)裝配的核心追求為以下兩個(gè)方面: (1)精益化:這是精準(zhǔn)裝配中“精”所實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),精益生產(chǎn)要求裝配過(guò)程的精益化。精準(zhǔn)裝配是追求裝配過(guò)程最簡(jiǎn)單化和成品庫(kù)存最小化的裝配方法。裝配過(guò)程最簡(jiǎn)單化,也就是采用最少的人員、最簡(jiǎn)單的設(shè)備、最容易的裝配過(guò)程、一次完成的裝配;成品庫(kù)存最小化,也就是只在客戶需要的時(shí)候,才進(jìn)行產(chǎn)品的裝配,才產(chǎn)生成品。(2)產(chǎn)品質(zhì)量的最優(yōu)化:這是精準(zhǔn)裝配中“準(zhǔn)

4、”所實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),也是精準(zhǔn)裝配所追求的最重要的目標(biāo)。不僅僅要實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的精益化,更要改變傳統(tǒng)裝配中存在的問(wèn)題,通過(guò)信息化手段,改變傳統(tǒng)裝配的模式,以追求產(chǎn)品質(zhì)量的最優(yōu)化。1.1在傳統(tǒng)裝配模式下首先,零部件與被裝配的產(chǎn)品之間的關(guān)系是多對(duì)一的關(guān)系。對(duì)被裝配的某個(gè)產(chǎn)品而言,其所需要的零部件,都有多個(gè)可供的選擇。例如某個(gè)產(chǎn)品僅需要零部件A 一個(gè),為了保證裝配的可繼續(xù)性,裝配線上會(huì)提供數(shù)量大于一個(gè)的零部件A ,而只有其中的一個(gè)被裝配在產(chǎn)品上(如圖2所示) 。圖2傳統(tǒng)裝配模式其次,選取一個(gè)零部件A 的動(dòng)作是由被裝配產(chǎn)品發(fā)出的,操作人員需要確定選取那些零部件,選取數(shù)量為多少,造成了裝配操作的復(fù)雜性,在少品種

5、大批量生產(chǎn)模式下,往往通過(guò)增加零部件標(biāo)準(zhǔn)化或采用自動(dòng)化機(jī)械的方式解決。最后,零部件選擇的過(guò)程是隨機(jī)的。零部件A 中的任何一個(gè)都有可能被選中,雖然所有零部件都符合加工精度和誤差范圍,但所有零部件之間又都有著個(gè)性化的特征(如:長(zhǎng)度,直徑的不同)。這就導(dǎo)致了影響最終產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要問(wèn)題,即裝配誤差對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。如圖3所示,同樣符合尺寸要求的零部件A ,在同一個(gè)產(chǎn)品的裝配中,會(huì)產(chǎn)生不同的裝配誤差。如果圖3中第三種情況是設(shè)計(jì)所需要的理想狀態(tài),而在實(shí)際的裝配過(guò)程中前兩種情況卻會(huì)經(jīng)常發(fā)生。圖3傳統(tǒng)裝配模式下的裝配誤差1.2精準(zhǔn)裝配模式下首先,零部件與被裝配的產(chǎn)品之間的關(guān)系是一對(duì)一的關(guān)系。對(duì)被裝配的某個(gè)

6、產(chǎn)品而言,其所需要的零部件,都有且只有一個(gè)可供的選擇。例如某個(gè)產(chǎn)品僅需要零部A 一個(gè),則裝配線上只會(huì)提供一個(gè)最適合于被裝配產(chǎn)品的零部件A , (如圖4所示) 。圖4精準(zhǔn)裝配模式 其次,選取一個(gè)零部件A 的動(dòng)作是由零部件發(fā)出的,操作人員只需要把指定的零部件,指定的數(shù)量,裝配在指定的一個(gè)產(chǎn)品上。不需要操作人員的判斷,從而降低裝配操作的復(fù)雜性,適應(yīng)于多品種小批量的生產(chǎn)模式。最后,零部件選擇的過(guò)程是唯一的。零部件A 中具有不同屬性(如:各種尺寸特征,檢測(cè)數(shù)據(jù)等)的個(gè)體,會(huì)按照總體最有利于產(chǎn)品最終裝配質(zhì)量的原則,指定給某個(gè)產(chǎn)品。如圖5所示,根據(jù)被裝配產(chǎn)品1、產(chǎn)品2和產(chǎn)品3的不同尺寸,決定零部件A1、A2

7、和A3分別指定給產(chǎn)品1、2和3來(lái)裝配,以實(shí)現(xiàn)裝配后所有最終產(chǎn)品的裝配誤差總體最小。圖5精準(zhǔn)裝配模式下的裝配誤差 缺乏精準(zhǔn)裝配的精益生產(chǎn),是不完整的精益生產(chǎn)。通過(guò)精準(zhǔn)裝配,改變傳統(tǒng)裝配模式,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的精益化,達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的最優(yōu)化。2精準(zhǔn)裝配的必要條件 信息和物流的精準(zhǔn)化是精準(zhǔn)裝配的必要條件。2.1信息的精準(zhǔn)化裝配作為產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的末端,其前端過(guò)程(設(shè)計(jì)和加工)及裝配過(guò)程本身信息的精準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)裝配的首要條件。信息的精準(zhǔn)化也就是信息的實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確化。設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和裝配過(guò)程信息化的關(guān)系如圖6所示:圖6設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和裝配間的信息化關(guān)系通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程中的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),向裝配過(guò)程提出確保質(zhì)量的各項(xiàng)要

8、求,如:裝配產(chǎn)品的物料清單;如何裝配的裝配圖紙;裝配精度和誤差等。通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)追溯,向裝配過(guò)程提出確保質(zhì)量的各項(xiàng)條件,如:裝配產(chǎn)品所需的零部件數(shù)量;零部件尺寸和誤差等。裝配過(guò)程中的仿真,則如同解一道數(shù)學(xué)應(yīng)用題,根據(jù)設(shè)計(jì)所提出的要求,按照生產(chǎn)所給定的條件,以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的最優(yōu)化為目的,找到最優(yōu)化的解。也就是確定所有單個(gè)的最終產(chǎn)品是由哪些零部件組成,采用圖4所示的模式,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)裝配。而裝配過(guò)程的控制,則是以直觀和簡(jiǎn)單的形式指導(dǎo)操作人員進(jìn)行產(chǎn)品的裝配工作?？咳斯せ蚍请娮踊墓て钡仁侄问呛茈y實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)裝配的。只有通過(guò)信息化的手段,才能把設(shè)計(jì)的要求,快速準(zhǔn)確的提供給裝配過(guò)程;才能把生產(chǎn)中產(chǎn)生的龐大

9、零部件數(shù)據(jù)作為零部件的屬性,隨同零部件本身提供給裝配過(guò)程;才能通過(guò)仿真,依據(jù)零部件屬性進(jìn)行產(chǎn)品裝配的優(yōu)化;才能通過(guò)控制,提供最合適的零部件進(jìn)行精準(zhǔn)裝配。2.2物流的精準(zhǔn)化 在信息精準(zhǔn)化基礎(chǔ)上的物流精準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)裝配的物質(zhì)基礎(chǔ)。物流的精準(zhǔn)化也就是零部件供應(yīng)的精益和準(zhǔn)確化,既在需要產(chǎn)品的時(shí)候,按照裝配仿真的結(jié)果,按照?qǐng)D4所示的方式,提供合適的零部件,進(jìn)行裝配。3精準(zhǔn)裝配的實(shí)現(xiàn)方法 精準(zhǔn)裝配的實(shí)現(xiàn),需要信息和物流精準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)。3.1信息精準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn) 雖然通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD, CAPP等軟件)完成的設(shè)計(jì)過(guò)程的電子化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn),但生產(chǎn)和裝配過(guò)程的信息化還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有完成。實(shí)現(xiàn)信息的精準(zhǔn)化,首先需

10、要完成基于信息共享基礎(chǔ)上的企業(yè)全面的信息化。 現(xiàn)有設(shè)計(jì)過(guò)程中的信息化,強(qiáng)調(diào)“輔助設(shè)計(jì)”,其中心的目的是為了更好更快的完成設(shè)計(jì),而不是更低成本、更快、更好的完成產(chǎn)品。其功能上需要添加對(duì)生產(chǎn)及裝配過(guò)程的實(shí)時(shí)指導(dǎo)。如:變化后的零部件和裝配圖紙,尺寸和精度要求,會(huì)在設(shè)計(jì)確定后,立即反映到生產(chǎn)和裝配中。原有紙質(zhì)的圖紙、工票、完工單等,不再出現(xiàn),換以電子化的數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)裝配的現(xiàn)場(chǎng)終端上,以圖形或文本的形式指導(dǎo)生產(chǎn)。與裝配相關(guān)的各種質(zhì)量要求,以數(shù)據(jù)共享的形式提供給裝配過(guò)程仿真與控制。對(duì)主要的原材料和零部件加工過(guò)程的生產(chǎn)追溯是需要迫切解決的問(wèn)題。而要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的裝配,其關(guān)鍵零部件的屬性(如:各

11、種尺寸特征,檢測(cè)數(shù)據(jù)等)必須是已知的。所以采購(gòu)原材料的屬性需要跟隨物流一起由供應(yīng)商提供;生產(chǎn)加工過(guò)程所產(chǎn)生的零部件各種屬性(如:各種尺寸特征、操作人員、操作設(shè)備、生產(chǎn)時(shí)間等)需要在生產(chǎn)加工過(guò)程采集和記錄,保存于共享數(shù)據(jù)庫(kù)中,并隨同物流,與零部件的唯一特征碼形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,以便后續(xù)工序使用。零部件的唯一特征碼是實(shí)現(xiàn)零部件本身與零部件屬性等信息形成對(duì)應(yīng)關(guān)系的手段?？梢酝ㄟ^(guò)在零部件上粘貼條形碼,激光刻蝕編號(hào)等方法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于機(jī)械加工行業(yè),比較簡(jiǎn)單可行的方法,是容器標(biāo)識(shí)的方法。既把盛放零部件容器的標(biāo)識(shí),作為零部件的唯一標(biāo)識(shí)應(yīng)用于加工過(guò)程,只在零部件完成加工后才進(jìn)行最終標(biāo)識(shí)(如:粘貼條形碼)。后續(xù)的裝配

12、過(guò)程,通過(guò)此最終標(biāo)識(shí),從共享的信息中獲取零部件的所有屬性。 裝配過(guò)程的控制,亦采用電子化手段,對(duì)裝配過(guò)程優(yōu)化仿真的結(jié)果和裝配指令等,通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送到裝配的現(xiàn)場(chǎng)終端上,以圖形或文本的形式指導(dǎo)裝配。采集裝配過(guò)程所產(chǎn)生的產(chǎn)品的各種屬性(如:各種尺寸特征、操作人員、操作設(shè)備、裝配時(shí)間等) ,記錄于共享數(shù)據(jù)庫(kù)中,并隨同物流,與產(chǎn)品的唯一特征碼形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,以便后續(xù)工序使用。把盛放構(gòu)成此產(chǎn)品的所有零部件的容器的標(biāo)識(shí),作為產(chǎn)品的唯一標(biāo)識(shí)應(yīng)用于裝配過(guò)程,只在產(chǎn)品完成裝配后才進(jìn)行最終標(biāo)識(shí)(如:粘貼條形碼) 。后續(xù)的產(chǎn)品檢驗(yàn)和銷售等過(guò)程,通過(guò)此最終標(biāo)識(shí),獲取產(chǎn)品及構(gòu)成產(chǎn)品的零部件的所有屬性。3.2物流精準(zhǔn)

13、化的實(shí)現(xiàn) 任何一種零部件的缺少,都將無(wú)法完成裝配,因此所有零部件的供應(yīng)物流都是同等重要的,都可以理解為主物流。物流的實(shí)現(xiàn)采用并行供應(yīng)的方法,如圖7所示:圖7并行物流生產(chǎn)過(guò)程中的物流,隨同中間標(biāo)識(shí)容器流動(dòng)。生產(chǎn)和供應(yīng)流向裝配過(guò)程的是按照裝配仿真結(jié)果產(chǎn)生的僅屬于特定產(chǎn)品的零部件集合,這些零部件集合存放于循環(huán)使用的標(biāo)識(shí)容器中,形成可完成產(chǎn)品裝配的所有零部件的全集,以并行的方式,傳送到裝配工序,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)裝配。4精準(zhǔn)裝配的結(jié)果 精準(zhǔn)裝配的實(shí)現(xiàn),對(duì)裝配前的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程、裝配過(guò)程和裝配后的銷售與服務(wù)過(guò)程,既產(chǎn)品的整個(gè)生命周期都將產(chǎn)生很大的影響。4.1設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程 精準(zhǔn)裝配對(duì)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程的直接影響是設(shè)計(jì)

14、與加工中零部件精度的降低。精益生產(chǎn)要求提高零件的加工精度,從而減少裝配誤差,保證裝配后產(chǎn)品的質(zhì)量。而通過(guò)裝配仿真后實(shí)現(xiàn)的精準(zhǔn)裝配,使優(yōu)化匹配的零部件進(jìn)行裝配。強(qiáng)調(diào)的是最終產(chǎn)品在滿足功能要求下的裝配精度,從而放松了對(duì)單個(gè)零部件加工精度的要求。同時(shí)減弱了零部件的標(biāo)準(zhǔn)化,為個(gè)性化定制生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。增加了對(duì)原材料和生產(chǎn)過(guò)程中零部件屬性的需求,提高了對(duì)生產(chǎn)追溯系統(tǒng)的需要,改變了現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程的物流方式。4.2裝配過(guò)程 精準(zhǔn)裝配將導(dǎo)致裝配線的弱化,就是隨著并行物流的實(shí)現(xiàn),裝配線的功能將隨著精準(zhǔn)裝配的實(shí)現(xiàn)而逐漸衰減。裝配過(guò)程,將變得非常容易。裝配人員的數(shù)量將減少,人員的綜合技能將降低。4.3銷售與服務(wù) 產(chǎn)品的最終標(biāo)識(shí)和構(gòu)成產(chǎn)品的關(guān)鍵零部件屬性的一一對(duì)應(yīng),為個(gè)性化銷售和服務(wù)奠定了基礎(chǔ)?？蛻臬@得的不僅僅是物質(zhì)的產(chǎn)品,而且可以了解構(gòu)成產(chǎn)品的所有關(guān)鍵過(guò)程數(shù)據(jù)。對(duì)客戶的服務(wù),也是基于客戶特定產(chǎn)品的特定服務(wù)。結(jié)論及建議裝配,是產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的一個(gè)部分,決定了精準(zhǔn)裝配是完善精益生產(chǎn)的一個(gè)不可缺少的因素。精準(zhǔn)裝配,不僅強(qiáng)調(diào)裝配過(guò)程中的精益化,更重視裝配過(guò)程中的準(zhǔn)確化,以實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的質(zhì)量最優(yōu)化和個(gè)性化。本文提出了精準(zhǔn)裝配的概念,對(duì)其實(shí)現(xiàn)的必要條件;實(shí)現(xiàn)方法和結(jié)果做了初步的探討。在基于精準(zhǔn)裝配下的裝配過(guò)程所涉及的多方面領(lǐng)域均需要進(jìn)一步的研究,如:精準(zhǔn)裝配下,復(fù)雜裝配過(guò)程仿真; 精