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(gè)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(jī)器制造的，那么機(jī)器又是如何制造的呢？原來，它是通過機(jī)床完成的。

 

（一）從機(jī)床到數(shù)控機(jī)床，機(jī)器不再無腦干活　　

　　機(jī)床是其他機(jī)器的“母機(jī)”。

　　煉鋼廠出產(chǎn)的鋼鐵并不是我們?cè)谏钪幸姷降母鞣N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(jī)床進(jìn)行切削；還有一些精度要求較高和表面粗糙度要求較細(xì)的零件，就要在機(jī)床上用精細(xì)繁復(fù)的工藝切出來或者磨出來。

　　和所有的機(jī)器一樣，最初的機(jī)床包括動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和執(zhí)行裝置，靠電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)輸入動(dòng)力，通過傳動(dòng)裝置帶著被加工的工件或者刀具進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(jìn)行控制。

　　由于傳統(tǒng)機(jī)床使用的電機(jī)的轉(zhuǎn)速在工作時(shí)基本上是不變的，為了實(shí)現(xiàn)不同的切削速度，傳統(tǒng)的機(jī)床設(shè)計(jì)了極為復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)。這種復(fù)雜度的機(jī)械在現(xiàn)今的設(shè)計(jì)中已經(jīng)不多見了。

 

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

　　這種“直接驅(qū)動(dòng)”的模式是現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一大趨勢(shì)。

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

　　這就要讓機(jī)床成為有“腦子”的數(shù)控機(jī)床了。而這個(gè)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(jī)床能干多復(fù)雜、多精密的活兒，也決定了這臺(tái)機(jī)床和他的操作者的身價(jià)。

（二）數(shù)控系統(tǒng)能干嘛？處理信息并控制動(dòng)力　

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

　　對(duì)于一般數(shù)控機(jī)床而言，往往包含人機(jī)控制界面、數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床、檢測(cè)裝置等等，操作人員在一些計(jì)算機(jī)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(jī)床，之后由數(shù)控系統(tǒng)對(duì)這些信息進(jìn)行處理和運(yùn)算，并按零件程序的要求控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以完成零件的加工。

　　數(shù)控系統(tǒng)完成諸多信息的存儲(chǔ)和處理的工作，并將信息的處理結(jié)果以控制信號(hào)的形式傳給后續(xù)的伺服電機(jī)，這些控制信號(hào)的工作效果依賴于兩大核心技術(shù)：一個(gè)是曲線曲面的插補(bǔ)運(yùn)算，一個(gè)是機(jī)床多軸的運(yùn)動(dòng)控制。

（三）零件形狀太“自由”？靠插補(bǔ)運(yùn)算搞定

　　如果運(yùn)動(dòng)軌跡可以用解析式表達(dá)，則整個(gè)運(yùn)動(dòng)就可以分解為幾個(gè)坐標(biāo)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，就可以直接控制電機(jī)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(jī)、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(duì)運(yùn)動(dòng)也相應(yīng)的十分復(fù)雜。具體到操作中，就是要控制工件臺(tái)、刀具都按照設(shè)計(jì)好的位置-時(shí)間曲線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，控制這二者在規(guī)定的時(shí)間以指定的姿態(tài)到達(dá)指定的位置。

　　機(jī)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(duì)運(yùn)動(dòng)，而這種復(fù)雜的“自由”運(yùn)動(dòng)又該怎么完成呢？答案是依靠插補(bǔ)運(yùn)算。

 

　　所謂插補(bǔ)，就是按照一定方法確定數(shù)控機(jī)床上刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡的過程。根據(jù)給定的速度和軌跡，在軌跡的已知點(diǎn)之間，增加一些新的中間點(diǎn)，并控制工件臺(tái)和刀具通過這些中間點(diǎn)，進(jìn)而就能完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)。

　　而這些中間點(diǎn)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(bǔ)的本質(zhì)。

　　流行的插補(bǔ)算法包括逐點(diǎn)比較法數(shù)控車市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮?，臥式數(shù)控車床國(guó)內(nèi)年需求量在 5 萬臺(tái)以上，其中中高端數(shù)控車年需求量在 1.5 萬臺(tái)以上。優(yōu)裝備現(xiàn)有 T5 系列臥式數(shù)控車床產(chǎn)品，已進(jìn)入產(chǎn)品成熟發(fā)展期，交期周期競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，急需響應(yīng)市場(chǎng)需求，重回市場(chǎng)領(lǐng)頭地位。2021 年以來數(shù)控車市場(chǎng)需求呈上升趨勢(shì)，經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，客戶對(duì)快速交貨的需求日益強(qiáng)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(chǎng)速度慢、交付周期長(zhǎng)，不能完全滿足市場(chǎng)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(jià)格約 50萬以上，以德日美進(jìn)口品牌為主。

  

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

  

     中低端產(chǎn)品性價(jià)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(jià)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(rèn)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(duì)象。

  

     結(jié)合市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀及標(biāo)桿企業(yè)先進(jìn)做法，優(yōu)裝備選擇一家中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)公司為對(duì)標(biāo)對(duì)象。

 

 

  

     2.標(biāo)桿企業(yè)先進(jìn)做法

     

     這家中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)機(jī)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(duì)比，目標(biāo)市場(chǎng)一致、為中高端暢銷產(chǎn)品、市場(chǎng)認(rèn)可度較高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相近。整機(jī)供貨周期約為 60 天，在市場(chǎng)上具備較強(qiáng)的貨期優(yōu)勢(shì)，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(duì)標(biāo)，易于開展工藝改善。

 

 

  

     3.對(duì)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(kù)、發(fā)貨到客戶的整個(gè)整機(jī)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(dá)到與標(biāo)桿對(duì)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(jìng)爭(zhēng)力。

 

 

  

     二、制定方案并實(shí)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(shí)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(jī)床交貨期Y 的關(guān)鍵因素。

     

     T5 機(jī)床交貨期 Y=Y1（主要外購(gòu)件貨期）+Y2（機(jī)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(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等影響產(chǎn)品交貨周期因素，進(jìn)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(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn) CTQ重要度評(píng)分，進(jìn)一步明確工藝精益改善點(diǎn)，具體如表 2。

 

 

  

     可見，完成導(dǎo)軌絲杠外購(gòu)件貨期、機(jī)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(shí)施工藝改進(jìn)

     

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

 

 

  

     （1）制定快速改善措施

     

     ①針對(duì)刮研量大刮研時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)立改進(jìn)措施為 : 設(shè)計(jì)更改圖紙，減少刮研面積 ; 控制零件尺寸鏈誤差;利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提高刮研效率。

 

 

  

     ②針對(duì)員工對(duì)新產(chǎn)品裝配不熟練，設(shè)立改進(jìn)措施 : 為對(duì)車間員工加強(qiáng)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(duì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書不完善，設(shè)立改進(jìn)措施為 : 優(yōu)化裝配作業(yè)指導(dǎo)書，使用平尺檢驗(yàn)精度 ; 增加過程質(zhì)量控制、增加裝配過程質(zhì)量控制點(diǎn)。

     

     （2）制定具體改善實(shí)施

     

     針對(duì)主要外購(gòu)件貨期、機(jī)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(duì)訂貨周期長(zhǎng)物料情況，根據(jù)合同情況及年度生產(chǎn)大綱制定滾動(dòng)的安全庫(kù)存 ; 掌握外購(gòu)件當(dāng)前的采購(gòu)周期，綜合考慮訂貨節(jié)點(diǎn) ; 對(duì)訂貨周期長(zhǎng)物料及特配物料形成滾動(dòng)采購(gòu)計(jì)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(jì)劃拓展供應(yīng)鏈維度，儲(chǔ)備制造潛力。

   

 

  

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

 

     ③針對(duì)裝配周期問題，通過準(zhǔn)確測(cè)時(shí)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(jì)結(jié)構(gòu)，縮短裝配時(shí)間 ; 通過優(yōu)化工藝方法，補(bǔ)增量產(chǎn)所需工裝工具，提升裝配效率，縮短裝配時(shí)間。

 

 

  

     三、項(xiàng)目成果

  

     《提高 T5 臥式數(shù)控車床交付能力》項(xiàng)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(tuán)隊(duì)，運(yùn)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(zhǎng)等難題，取得卓越成果。

  

     1.硬性收益

 

     縮短機(jī)床交貨期，減少運(yùn)營(yíng)成本 ; 解決新產(chǎn)品響應(yīng)市場(chǎng)速度慢、交付周期長(zhǎng)問題。

  

     2.潛在收益

  

    通過項(xiàng)目的實(shí)施，優(yōu)化了機(jī)床作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提升產(chǎn)品一致性，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力 ; 提升團(tuán)隊(duì)信心與凝聚力，培養(yǎng)了管理、技術(shù)、工藝人才。全面進(jìn)行成果復(fù)制推廣，提高機(jī)床制造質(zhì)量。、數(shù)字增量法等，而利用Nurbs樣條曲線進(jìn)行插補(bǔ)因?yàn)槠湫矢摺⒕群枚玫搅烁叨藬?shù)控機(jī)床的青睞。

（四）刀的姿態(tài)不對(duì)無法加工？五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)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(duì)位置關(guān)系。

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

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

（五）國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)：逐漸邁向高端市場(chǎng)　

　　中國(guó)是當(dāng)今世界機(jī)床制造大國(guó)，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(zhǎng)足進(jìn)步。

　　其中，低檔數(shù)控系統(tǒng)幾乎完全取代了進(jìn)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(shí)現(xiàn)了五軸聯(lián)動(dòng)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(jī)床等設(shè)備上得到了示范應(yīng)用。

　　此外，中國(guó)企業(yè)針對(duì)零件（如手機(jī)殼）的大批量、表面光潔度高等特點(diǎn)，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(chǎng)現(xiàn)已基本被國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)和主機(jī)占領(lǐng)。

　　不過，還是應(yīng)該看到，國(guó)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(jī)床強(qiáng)國(guó)相比，中國(guó)的機(jī)床產(chǎn)品在全球機(jī)床市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力差距依然很大