1、緒論 當前制造業競爭的全球化和用戶需求的多樣化要求生產商具有更多的產品種類,更短的產品生命周期，更低的生產成本和更高的產品質量,同時希望得到按照自己要求定制的產品。企業的生產模式己逐漸由單一品種單一型號的大批量生產方式向面向客戶的多品種小批量生產方式轉變。而產生于需求不足環境下的精益生產方式作為目前制造業最理想的管理哲學、方法和模式之一,作為多品種小批量的經典管理方法 1 ,正逐漸被企業越來越多的采用 2 。精益生產(Lean Production)是在流水生產方式的基礎上發展起來的 3 。它的基本思想可用JIT (Just In Time)來描述,即為:“只在需要的時候,按需要的量,生產所需

2、的產品” 4 。精益生產思想在裝配過程中的體現是通過自動化的手段;減少人工參與;提高零部件的標準化程度,從而保證產品裝配質量 3 。然而,完全自動化的裝配是很難實現的,大量的裝配過程還需要手工完成。同時自動化的裝配和零部件的標準化限制了客戶需求的多樣化,降低了產品生產的靈活性,不適于多品種,小批量的生產模式。采用精準裝配的思想,改變原有裝配模式,利用信息化手段是保證手工裝配產品質量,實現客戶化定制產品裝配的重要方法。論文主體1精準裝配的提出精準裝配是在產品裝配過程中使用的一種方法,其中“精”即為:精益;“準”即為:準確。是實現在產品的裝配環節中,裝配過程和裝配所需零部件供應的精益化和準確化。對

3、應于精益生產, 精準裝配的基本思想可以用JRIT (Just and Right In Time)來描述,即為:“只在需要的時候,按需要的量,提供準確的零部件,裝配所需的產品”。其與精益生產的關系如下:圖1精益生產與精準裝配 精準裝配的核心追求為以下兩個方面: (1)精益化:這是精準裝配中“精”所實現的目標,精益生產要求裝配過程的精益化。精準裝配是追求裝配過程最簡單化和成品庫存最小化的裝配方法。裝配過程最簡單化,也就是采用最少的人員、最簡單的設備、最容易的裝配過程、一次完成的裝配;成品庫存最小化,也就是只在客戶需要的時候,才進行產品的裝配,才產生成品。(2)產品質量的最優化:這是精準裝配中“準

4、”所實現的目標,也是精準裝配所追求的最重要的目標。不僅僅要實現裝配過程的精益化,更要改變傳統裝配中存在的問題,通過信息化手段,改變傳統裝配的模式,以追求產品質量的最優化。1.1在傳統裝配模式下首先,零部件與被裝配的產品之間的關系是多對一的關系。對被裝配的某個產品而言,其所需要的零部件,都有多個可供的選擇。例如某個產品僅需要零部件A 一個,為了保證裝配的可繼續性,裝配線上會提供數量大于一個的零部件A ,而只有其中的一個被裝配在產品上(如圖2所示) 。圖2傳統裝配模式其次,選取一個零部件A 的動作是由被裝配產品發出的,操作人員需要確定選取那些零部件,選取數量為多少,造成了裝配操作的復雜性,在少品種

5、大批量生產模式下,往往通過增加零部件標準化或采用自動化機械的方式解決。最后,零部件選擇的過程是隨機的。零部件A 中的任何一個都有可能被選中,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性化的特征(如:長度,直徑的不同)。這就導致了影響最終產品質量的一個重要問題,即裝配誤差對產品質量的影響。如圖3所示,同樣符合尺寸要求的零部件A ,在同一個產品的裝配中,會產生不同的裝配誤差。如果圖3中第三種情況是設計所需要的理想狀態,而在實際的裝配過程中前兩種情況卻會經常發生。圖3傳統裝配模式下的裝配誤差1.2精準裝配模式下首先,零部件與被裝配的產品之間的關系是一對一的關系。對被裝配的某個

6、產品而言,其所需要的零部件,都有且只有一個可供的選擇。例如某個產品僅需要零部A 一個,則裝配線上只會提供一個最適合于被裝配產品的零部件A , (如圖4所示) 。圖4精準裝配模式 其次,選取一個零部件A 的動作是由零部件發出的,操作人員只需要把指定的零部件,指定的數量,裝配在指定的一個產品上。不需要操作人員的判斷,從而降低裝配操作的復雜性,適應于多品種小批量的生產模式。最后,零部件選擇的過程是唯一的。零部件A 中具有不同屬性(如:各種尺寸特征,檢測數據等)的個體,會按照總體最有利于產品最終裝配質量的原則,指定給某個產品。如圖5所示,根據被裝配產品1、產品2和產品3的不同尺寸,決定零部件A1、A2

7、和A3分別指定給產品1、2和3來裝配,以實現裝配后所有最終產品的裝配誤差總體最小。圖5精準裝配模式下的裝配誤差 缺乏精準裝配的精益生產,是不完整的精益生產。通過精準裝配,改變傳統裝配模式,以此來實現裝配過程的精益化,達到產品質量的最優化。2精準裝配的必要條件 信息和物流的精準化是精準裝配的必要條件。2.1信息的精準化裝配作為產品生產過程的末端,其前端過程(設計和加工)及裝配過程本身信息的精準化是實現精準裝配的首要條件。信息的精準化也就是信息的實時和準確化。設計、生產和裝配過程信息化的關系如圖6所示:圖6設計、生產和裝配間的信息化關系通過設計過程中的計算機輔助設計,向裝配過程提出確保質量的各項要

8、求,如:裝配產品的物料清單;如何裝配的裝配圖紙;裝配精度和誤差等。通過生產過程中的生產追溯,向裝配過程提出確保質量的各項條件,如:裝配產品所需的零部件數量;零部件尺寸和誤差等。裝配過程中的仿真,則如同解一道數學應用題,根據設計所提出的要求,按照生產所給定的條件,以實現產品質量的最優化為目的,找到最優化的解。也就是確定所有單個的最終產品是由哪些零部件組成,采用圖4所示的模式,實現精準裝配。而裝配過程的控制,則是以直觀和簡單的形式指導操作人員進行產品的裝配工作?？咳斯せ蚍请娮踊墓て钡仁侄问呛茈y實現精準裝配的。只有通過信息化的手段,才能把設計的要求,快速準確的提供給裝配過程;才能把生產中產生的龐大

9、零部件數據作為零部件的屬性,隨同零部件本身提供給裝配過程;才能通過仿真,依據零部件屬性進行產品裝配的優化;才能通過控制,提供最合適的零部件進行精準裝配。2.2物流的精準化 在信息精準化基礎上的物流精準化是實現精準裝配的物質基礎。物流的精準化也就是零部件供應的精益和準確化,既在需要產品的時候,按照裝配仿真的結果,按照圖4所示的方式,提供合適的零部件,進行裝配。3精準裝配的實現方法 精準裝配的實現,需要信息和物流精準化的實現。3.1信息精準化的實現 雖然通過計算機輔助設計(CAD, CAPP等軟件)完成的設計過程的電子化已經基本實現,但生產和裝配過程的信息化還遠遠沒有完成。實現信息的精準化,首先需

10、要完成基于信息共享基礎上的企業全面的信息化。 現有設計過程中的信息化,強調“輔助設計”,其中心的目的是為了更好更快的完成設計,而不是更低成本、更快、更好的完成產品。其功能上需要添加對生產及裝配過程的實時指導。如:變化后的零部件和裝配圖紙,尺寸和精度要求,會在設計確定后,立即反映到生產和裝配中。原有紙質的圖紙、工票、完工單等,不再出現,換以電子化的數據,通過計算機網絡傳送到生產裝配的現場終端上,以圖形或文本的形式指導生產。與裝配相關的各種質量要求,以數據共享的形式提供給裝配過程仿真與控制。對主要的原材料和零部件加工過程的生產追溯是需要迫切解決的問題。而要實現精準的裝配,其關鍵零部件的屬性(如:各

11、種尺寸特征,檢測數據等)必須是已知的。所以采購原材料的屬性需要跟隨物流一起由供應商提供;生產加工過程所產生的零部件各種屬性(如:各種尺寸特征、操作人員、操作設備、生產時間等)需要在生產加工過程采集和記錄,保存于共享數據庫中,并隨同物流,與零部件的唯一特征碼形成一一對應關系,以便后續工序使用。零部件的唯一特征碼是實現零部件本身與零部件屬性等信息形成對應關系的手段?？梢酝ㄟ^在零部件上粘貼條形碼,激光刻蝕編號等方法實現。對于機械加工行業,比較簡單可行的方法,是容器標識的方法。既把盛放零部件容器的標識,作為零部件的唯一標識應用于加工過程,只在零部件完成加工后才進行最終標識(如:粘貼條形碼)。后續的裝配

12、過程,通過此最終標識,從共享的信息中獲取零部件的所有屬性。 裝配過程的控制,亦采用電子化手段,對裝配過程優化仿真的結果和裝配指令等,通過計算機網絡傳送到裝配的現場終端上,以圖形或文本的形式指導裝配。采集裝配過程所產生的產品的各種屬性(如:各種尺寸特征、操作人員、操作設備、裝配時間等) ,記錄于共享數據庫中,并隨同物流,與產品的唯一特征碼形成一一對應關系,以便后續工序使用。把盛放構成此產品的所有零部件的容器的標識,作為產品的唯一標識應用于裝配過程,只在產品完成裝配后才進行最終標識(如:粘貼條形碼) 。后續的產品檢驗和銷售等過程,通過此最終標識,獲取產品及構成產品的零部件的所有屬性。3.2物流精準

13、化的實現 任何一種零部件的缺少,都將無法完成裝配,因此所有零部件的供應物流都是同等重要的,都可以理解為主物流。物流的實現采用并行供應的方法,如圖7所示:圖7并行物流生產過程中的物流,隨同中間標識容器流動。生產和供應流向裝配過程的是按照裝配仿真結果產生的僅屬于特定產品的零部件集合,這些零部件集合存放于循環使用的標識容器中,形成可完成產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,實現精準裝配。4精準裝配的結果 精準裝配的實現,對裝配前的設計與生產過程、裝配過程和裝配后的銷售與服務過程,既產品的整個生命周期都將產生很大的影響。4.1設計與生產過程 精準裝配對設計與生產過程的直接影響是設計

14、與加工中零部件精度的降低。精益生產要求提高零件的加工精度,從而減少裝配誤差,保證裝配后產品的質量。而通過裝配仿真后實現的精準裝配,使優化匹配的零部件進行裝配。強調的是最終產品在滿足功能要求下的裝配精度,從而放松了對單個零部件加工精度的要求。同時減弱了零部件的標準化,為個性化定制生產打下基礎。增加了對原材料和生產過程中零部件屬性的需求,提高了對生產追溯系統的需要,改變了現有生產過程的物流方式。4.2裝配過程 精準裝配將導致裝配線的弱化,就是隨著并行物流的實現,裝配線的功能將隨著精準裝配的實現而逐漸衰減。裝配過程,將變得非常容易。裝配人員的數量將減少,人員的綜合技能將降低。4.3銷售與服務 產品的最終標識和構成產品的關鍵零部件屬性的一一對應,為個性化銷售和服務奠定了基礎?？蛻臬@得的不僅僅是物質的產品,而且可以了解構成產品的所有關鍵過程數據。對客戶的服務,也是基于客戶特定產品的特定服務。結論及建議裝配,是產品生產過程的一個部分,決定了精準裝配是完善精益生產的一個不可缺少的因素。精準裝配,不僅強調裝配過程中的精益化,更重視裝配過程中的準確化,以實現最終產品的質量最優化和個性化。本文提出了精準裝配的概念,對其實現的必要條件;實現方法和結果做了初步的探討。在基于精準裝配下的裝配過程所涉及的多方面領域均需要進一步的研究,如:精準裝配下,復雜裝配過程仿真; 精