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机床系统化设计的概念并不是由中国学者首创的,其思想可以一直追溯到机床起源的年代,在那个时候,中国人甚至还没有接触过现代意义上的机床。
什么叫系统化设计,如何做系统化设计,在过去200年中有着不少讨论,但真正取得实质性的进展,却是在过去的十几年中。而在其中做出最大贡献的,便是来自于中国的工程师和学者。
自2000年开始,中国便成为全球最大的机床消费国,随后又成为全球最大的机床生产国。生产技术的进步,从来都是与应用息息相关的。丰富的应用实践,为工程师和学者们提供了海量的研究数据,这便促成了中国在机床系统化设计领域里的飞速进步。
肖文珺从十几年前便开始进入这个领域,凭借着她的天资以及临机集团、苍龙研究院所提供的实践机会,她很快就成为这个领域里的佼佼者。到现在,在全球范围内,如果肖文珺自谦说自己的水平只能排第二,还真没有哪个人敢跳出来说自己是第一。
肖文珺所研究的机床系统化问题,涉及到三个层次。
第一个层次,是单台机床的最优化设计。她所以会在这个方面做出成绩,很大一部分原因是情势所迫。中国机床与西方机床相比,在零部件的精度方面有很大差距,要想在短时间内赶上基本没有可能。在这种情况下,如何通过零部件的配合来弥补单个部件的精度差异,就成为一个很有价值也很有挑战性的课题。
在唐子风的支持下,肖文珺和于晓惠联手,一个做理论研究,一个做实践验证,也不知道花费了临机集团的多少研究经费,终于开发出了一套计算模型,并且成功地应用于生产实践。
有了这套模型,临机集团便补上了零部件精度不足的短板,能够制造出精度、品质不亚于西方同行的高端机床,参与市场竞争。由于降低了对零部件精度的要求,临机集团的机床还拥有了价格上的优势,进而获得了更强的竞争力,也改写了机床市场的竞争规则。
于晓惠向楚占龙等人说起工匠精神和工程师精神的差异,其实也并非强词夺理,而是有一定依据的。
零部件精度的提高是有极限的,精度达到一定水平之后,每提升一点,要付出的成本都会呈几何级数上升。所谓工匠精神的背后,其实就是成本的无限堆积,而这些成本都是要由用户来承担的。
借助于系统优化的技术,临机集团可以用精度稍逊的零部件,组合出高精度的机床,这就大大地节约了成本。这样一来,机床企业的竞争就由不断追求零部件的高精度,转向了寻求机床设计的优化,而后者拼的是理论水平以及数据支撑。
理论方面,中外各有所长,也没法说谁更强一点。但在数据支撑这方面,中国机床企业所拥有的优势,就是西方同行所不具备的,而且也是它们无法超越的。
数据来自于生产实践,中国有几百万台机床,日复一日地运转,每时每刻都会产生出以TB为单位计算的数据,这些数据就是机床优化设计的基础。西方机床企业就算拥有再多的理论模型,没有数据支撑也是枉然。
机床系统化设计的第二个层次,则是工厂级别的机床组合优化。生产一种产品要经历许多个工序,每个工序要使用不同的机床,所以一家工厂里的机床种类是很多的。
传统的工厂里,机床来自于不同的供应商,工人也有泾渭分明的工种划分,开车床的是车工,开铣床的是铣工,各干各的活,哪道工序出了问题,后续的工序就只能眼睁睁看着,插不上手。
信息技术的发展,催生了智能制造的概念。一线操作工的数量不断减少,有些企业甚至出现了所谓“无灯车间”,整条生产线上的所有设备都是通过自动化装置联接在一起的,一道生产指令就能够完成所有工序的操作。而要实现这一点,就要求生产线上的机床要符合统一的标准。
工厂级别的机床组合优化,包括机床设计的标准化,还有前后工序机床之间的协调配合,此外,还要考虑容错和冗余的因素。在一条生产线上,如果有一台机床发生了故障,后面的工序就无法进行。容错设计就是要在有机床出现故障的情况下,智能化地绕开故障点,避免生产中断。
在达到容错的效果,就需要生产线上有一定的冗余。其中一种方法,就是让机床具有通用性,一台机床坏了,另一台机床马上能够改变功能,代替这台机床的作用。现代数控加工中心原本也是能够同时完成多种加工作业的,功能上存在着一定的冗余。不过,要保留多大的冗余量,就涉及到很复杂的计算,不是随便就能够设计出来的。
前两个层次的系统化设计,国外的机床同行也同样在做,大家只是水平上有些差异。肖文珺所做的第三个层次的系统化设计,可就是一个具有鲜明中国特色的层次,那就是跨地区、跨行业的机床组合优化,涉及到数十万台机床的协作。
在一个工厂内部,无论如何进行生产组织,设备的闲置都是难以避免的,尤其是高端且具有专业性的加工设备。
例如,有些工厂在生产中涉及到超重型部件的切削加工,为此就需要购置超重型机床。但这种超重型部件的加工,却不是每天都有的,也许一年也只有那么几次。这样一来,企业拥有的超重型机床在大多数时候都是闲置的。
这一类高端的专业机床,往往价格都非常高。一旦闲置,造成的资金浪费就是极其可观的。
肖文珺所做的跨地区、跨行业机床组合优化,就是通过网络技术把各企业拥有的专业设备联系起来,某一家企业的机床闲置时,可以承接其他企业的同类加工任务。这样一来,另一家企业就可以不用购置这类专用机床,从而节省下大量的设备投资。而拥有机床的那家企业,又可以通过为其他企业代工来获得收入,缩短设备投资的回收期。
除了这类高端专业机床之外,一般的通用机床其实也存在跨企业借用的可能性与必要性。许多企业的生产不是连续的,往往是有几个月旺季,又有几个月淡季。进入旺季的时候,企业会嫌设备不够用,而进入淡季时,企业的设备又会大量闲置。如果能够建立一个跨企业的设备使用平台,不同企业就可以在旺季和淡季时与其他企业调济生产能力的余缺,这无疑也是很有价值的。
要实现企业间的设备共享,同样存在设备标准化和通用化的问题。越是专业性的设备,越不容易与其他企业共享。但如果一味强调设备的通用性,对于专业生产来说,又未免影响效率。如何在专业性和通用性之间取得平衡,也是一门高深的学问。
说这个层次具有中国特色,是因为在西方国家里,要实现设备的跨企业共享,涉及到的利益牵扯太多,这不是工程师们能够解决的问题。而在中国,至少在国有企业范围内,要推行这套体系是有一定基础的。
肖文珺最初也没想到这件事能够办成,她只是在闲聊的时候,向唐子风说起了这样一个思路。没想到唐子风当了真,一边吩咐她和于晓惠尽快拿出一个可行方案来,一边利用自己的行业影响力开始了推广。
唐子风至今仍然担任着机二零的秘书长,而机二零则是国内影响最大的机床企业的联合体。国内的制造业企业,使用的机床多数都是国产,而国产机床又多数来自于机二零企业。所以,机二零企业联合推广这套机床共享系统,响应的企业还是非常多的。
有些企业本身对机床共享这件事并没有太大的兴趣,但碍于机二零的面子,也答应先参与进来试试。还有一些企业,就绝对是看在唐子风的份上,不愿意为这么一点小事而拂了未来国资委领导的面子。
为了能够最好的匹配不同企业的生产要求和闲置设备,唐子风推动国资委牵头建立了一个设备云平台,在平台上可以随时查到每家企业的每台设备的即时运行情况,包括磨损情况、维修记录等等。这项工程之繁琐,也是难以描述的。
系统推广之初,出了不少岔子。有一段时间,肖文珺和于晓惠东奔西走,忙着处理各种差错,可谓是焦头烂额。但每一项差错,都为研究者们提供了新的材料和启发。几经磨合,这套系统逐渐成熟,参与系统的企业也渐渐地尝到了甜头,抱怨声越来越少,赞扬声越来越多。
一些原来持观望态度的企业,也开始主动申请加入了。系统所覆盖的范围,也从主要以国有企业为主,逐渐扩展到包含了大批民营企业和外资企业。