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大规模定制和机械设计

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1#
发表于 2017-3-16 07:08:17 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
这是原创,允许转帖

一、什么是大规模定制
大规模定制,就是既要能生产出满足个性化的需要产品(也就是定制),又要获得大批量生产那样的低成本。
看似这两个目标是矛盾的。通常,单件小批量生产,给我们的印象是,成本高、时间长;大批量生产,规格是不能变的。那么怎么才能兼得?
大家可以回想“成组技术”。(估计进这个必威APP精装版下载的都是学机械的,应该知道成组技术)
拿机械零件加工作为例子。加工零件,一般是要经过车、铣、刨、磨、镗、钻等,而且它们是一道工序完了再去下一道。那么我们可以想象这样一个场景,一类形状相似、尺寸在一定范围内变化的零件。对于这类零件的加工,是不是等同于大批量生产。加工工艺流程不变,机床不变,夹具和刀具不变,等等。这种场景在现实当中真实吗?对于一个成熟的制造企业这是非常真实的,因为接下的订单是有选择的。
那么,对于形状不一样的零件,能不能也用上面的思路呢?可以。之所以这么说,是因为零件形状虽然不同,但零件中包含了相同的特征(特征,是借用CAD软件的术语,你懂的)
到这里,怎么做到:既要能生产出满足个性化的需要产品(也就是定制),又要获得大批量生产那样的低成本,的问题解决了。
当然这仅仅是思路,要付诸实践,还有十万八千里。

二、大规模定制和机械设计是什么关系
待续
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2#
发表于 2017-3-16 10:07:14 | 只看该作者
概论是不错,但有没有具体的工作方法
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3#
发表于 2017-3-16 10:43:29 | 只看该作者
柔性自动化,现在很多公司开发自动化项目都会考虑这点吧。
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4#
发表于 2017-3-16 11:38:55 | 只看该作者
谢谢分享
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5#
发表于 2017-3-16 12:16:54 | 只看该作者
楼主这个想法是很好的,现实制造中可以节省很多成本,对企业管理的各个环节要求是非常高的,例如采购、计划、工艺和制造的相关人员
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6#
 楼主| 发表于 2017-3-16 20:13:05 | 只看该作者
挨拍的5 发表于 2017-3-16 12:16
楼主这个想法是很好的,现实制造中可以节省很多成本,对企业管理的各个环节要求是非常高的,例如采购、计划 ...

这可不是想法,而是实实在在的做法。虽然软件还不是很成熟(主要是数学方法),但已经可以支持大规模定制
1楼只是一部分,还有很多内容
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7#
 楼主| 发表于 2017-3-16 20:16:38 | 只看该作者
894628281 发表于 2017-3-16 10:43
柔性自动化,现在很多公司开发自动化项目都会考虑这点吧。

应该不算柔性自动化,应该归入“成组技术”。具体到和机械设计相关的内容,如今有新名词了
叫做--变型设计、配置设计
与CAD软件相关的内容
叫做--参数驱动
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8#
 楼主| 发表于 2017-3-16 21:13:05 | 只看该作者
本帖最后由 zmztx 于 2017-3-16 21:52 编辑

很抱歉,不知道这个必威APP精装版下载发帖后,不能编辑。只好开新楼层了。还有很多内容,这样看起来比较费劲了
希望各位最好不要跟帖。结束时我会注明。那时欢迎各位拍砖,我会和大家一道讨论。
这里只涉及原理,不涉及具体实现。相信各位能理解

二、大规模定制和机械设计是什么关系
前面已经说明了,鱼和熊掌是怎么做到兼得的。接下来就是说明实现的路线
对于机械工程师,要点是:怎么把相似的工艺(细化到每道工序)提出来,合并到一起。
对于工业工程师,要点是:怎么按照交期要求,把这些相似的零件,按照一定规则排产,并按期完工。
这里只说机械工程师的事情
各位都是在机械行业做事情的人。须知工艺来自设计。所以要弄出工艺,先要弄好设计。
枝枝蔓蔓的事情先不去管它,直奔关键处。其他的虽然不可或缺,但对于抓主线来说,那些枝枝蔓蔓会把初次接触的人弄糊涂。
1)机械设计
注意,我们的逻辑是要把相似的特征工艺提取出来,才能实现类似于大批量生产。
所谓相似的特征,可以理解为形状相同,尺寸不同。脑子里可以想一个六角头螺母,他们形状一样,尺寸不同。比如有M8,有M20;还可以有轻型、重型;还可以有不同的表面处理(黑的、白亮的)。等等
现在,3D-CAD都可以用特征来构造零件。
那么,我们可以这么想,这样的零件,可以看成是三维实体模型。按照参数驱动的方法,在模型基础上,通过修改模型参数,就可以得到很多不同尺寸的零件。简单说,就是先做个模板,通过输入参数,由模板得出确定了具体尺寸的零件。这也叫作“变型设计”
对于部件、产品的变化,道理也是一样。只要输入一些参数,就出来形状相似,尺寸不同的部件、产品了。当然,我们还可以替换一个或者若干个零件、部件。从而变出新的部件、产品。这叫做配置设计。实际当中,按照订单,先决定仅仅修改某几个尺寸,还是需要替换某几个零件、部件。确定后,再查找数据库,看是否有合乎规格的零部件,如果没有,就需要先做变型设计设计出符合要求的零件、再来完成配置设计。
上面这些工作离不开3D-CAD,先一步是建立结构单元(也就是前面提到的特征),否则自动生成新零件(这个过程类似于配置设计,就是替换某个特征)、新工艺、查找已有的零件就有难度了。由此可见,这个工作非常花力气,也很难做出普遍适用的商品软件。这一步也称为建立零件族(在CAD软件中有这个概念)
注意:在这一步里,无论如何明细表(在ERP中也叫作BOM)和物料编码(有时和图号一样)必须自动生成。否则,下的苦力算是白费。
2)制造工艺
目前,还不能指望人工智能帮我们把千差万别的工艺编制出来,主要靠各自工厂里成熟的工艺。
问题是,我们还是要用计算机自动生成工艺文件和数控程序。关键在工艺。
简单的说,根据企业的实际,抽象出各种零件的工艺规程所遵循的规则(这个一定可以找出来,但也要承担此工作的人有扎实的功底和丰富的实践经验,以及灵活的处理问题能力。所谓灵活就是遇到解决不了的问题别和他死磕,绕着走,但绝对不能给将来的工作挖坑!)
有了这一套规则后,在编程中基本上就是 if---then--end if
事实上,也是制作若干工艺模板,根据设计参数,生成具体的工艺规程。

未完,待续
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9#
 楼主| 发表于 2017-3-17 08:13:16 | 只看该作者
二、大规模定制和机械设计是什么关系(续)
解释几个问题
1)明细表(BOM)和物料编码必须自动生成
在手工绘图时代和甩图版之后,各位可曾留意过,图号和明细表是否能保持正确?做不到,比登天还难。
原因就在于手工操作时,错误永远是难免的。比如,我设计的图纸,你借用了,但我不知道。等到我改这张图纸时,也没有告诉你。错误就出来了。到了CAD/PDM/CAPP时代,这种错误仍然不可避免,原因是没能做到一环扣一环。
2)几何结构设计和物理设计
我觉得,为了实现前面说过的逻辑,只需要几何结构设计就够了。我们知道,所有的物理设计都会在图面上反映出来。再有,物理设计的正确与否,不容易验证。尤其是有限元、模态分析等动力学试验计算,用到的边界条件很复杂,在这个尺寸时时这样,换个尺寸不见得还能100%正确;再有热处理的变化,除了影响边界条件,还会影响物理常数,比如刚度。等等。因此,这种参数驱动的设计系统,可以保证形状准确无误,比如齿轮的轮齿过度曲线,可以细致到滚齿还是揷齿。这为有限元计算提供了坚实的基础。同样,这样的系统也留下了接口,可以把物理设计结果反映到图纸上。这不难。比如,齿轮强度设计有国际标准,有中国的、德国的、美国的、日本的。他们之间存在不小的差别。各个企业自己选择适合的计算标准,甚至加上经验值,都可以,结果自负。对于软件提供者来说,第一个要求就是正确。而用了这类系统后,以前两周才能完的工作,现在四个小时就完成了。如果不认真核查,说不定在物理设计上就有问题。
3)在制定总体方案前,必须仔细认真的推敲
这个东西有两个鲜明的特点。一是把重复性的工作交给计算机去做,二是环环相扣。所以首先就是资料准确。而往往企业的资料不系统、不准确。因为重复性的工作由计算机完成,只要数据有错误,那么计算机也将不断的重复错误。要知道,把错误的数据找出来,难度是相当大。其次是需要将企业的细节和盘托出。比如说,你企业加工齿轮,揷齿和滚齿都有,揷齿刀的某些号段却不预备;比如,有些箱体上盖板的螺栓要频繁装拆,这时会有一个经验问题,螺栓最小是多少才能保证不溢扣。这些即影响设计、更影响工艺。
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10#
 楼主| 发表于 2017-3-17 20:10:37 | 只看该作者
三、大规模定制和机械制造
有了合乎要求的工艺规程后,把可以合并的相似工序提出来就不成问题了。
不过,问题还没有彻底解决。先看看为什么现有ERP不能闭环运行。原因之一是工时。
一般,工时只是估计的时间,如果用这个估计值计算生产计划,必然会出乱子的。在机械制造中,零件加工多数是长流程,可能会经过下料、车、铣、磨、钻、镗等工作中心,而且它们要在一个个工作中心,分别完成工序加工。也就是说,车间现场是交叉混流的场面。
由于各个工作中心不会闲置,所以只要计划指定的毛坯没到,势必会先加工已经到达的零件。于是计划就像是推到的多米诺骨牌,完蛋了。
当然,实际现场与时间有关的因素,还不止这些。
为此,需要采用漏斗模型的方式去安排生产(它可以容忍缺陷的存在)。关键:按照准确的工艺规程,将各个订单中可合并的相似工序提出,按照完工时间倒推需要的开工时间,然后以开工时间为准,为各个加工中心做出一个排队序列。在现场,当排在最前面的任务没有到达,则投放次前的任务。可以用排队理论(数论的一个分支)证明,这种计划-调度方法用时最短。
当然,在做工艺时,也可以安排几个工作中心作为备选项。但必须在制定项目总体规划时,通盘考虑。
到此,大规模定制的大致路线已经介绍完了。它至少说明一点,没有工具软件,大规模定制只不过是空想。
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