如果采用鑄造方法加工零件，一般可以保證如期交付，但確實存在極少數(shù)延期交付的情形。R&DManco公司是位于美國亞利桑那州鳳凰城的一家機(jī)械加工分包商，為航空航天工業(yè)的眾多知名客戶提供服務(wù)。它加工的零部件通過了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，包括飛機(jī)燃料和控制系統(tǒng)使用的高精密組件。零件從鑄件毛坯開始加工，一般交貨周期為32周。但是，如果R&DManco能夠從實心坯料塊直接切削出零件的精確形狀，從而完全繞開鑄造工序，則通?？梢詫⒖蛻羝谕恼w交貨時間縮短60%以上，并且零件加工成本一般也會降低20%。因此，R&DManco制定了一項長期目標(biāo)—并且十年如一日地不懈努力—將盡可能多的零件從鑄造加工過渡到純機(jī)械切削加工。

他們的努力也得到了客戶的支持與鼓勵。一家重要客戶在他們的一些加工合同中經(jīng)常會附加一項要求，表示如果工廠有能力做到的話，可以自行選擇使用鑄造方法還是純機(jī)械切削方法生產(chǎn)零件。另一家同等規(guī)模的客戶甚至還擁有一個切削制程團(tuán)隊，專門負(fù)責(zé)分析將鑄造加工轉(zhuǎn)換成純切削加工的可行性。然而，并不是所有零件都適合通過切削方法制造，比如某個交貨周期為一年的零件，由于其具有較深的凹陷形狀，而工廠(目前尚)無法通過機(jī)械加工做出這種形狀，因此可能無法轉(zhuǎn)換成純切削方式。但是隨著時間的推移，R&DManco已經(jīng)能夠?qū)⒁话朐?jīng)需要鑄造加工的常見零件改造成純機(jī)械加工制造。

繞開鑄造工序后，客戶的供應(yīng)鏈得以進(jìn)一步整合，工廠也可以承接供應(yīng)鏈上的更多業(yè)務(wù)。

R&DManco公司總裁JohnBloom和總經(jīng)理KevinBeach不約而同地表示，要達(dá)到這些工藝轉(zhuǎn)換的成果，最重要的技術(shù)是五軸加工。繞開鑄造工序后，復(fù)雜形狀必須改用精密的成形銑削方式來實現(xiàn)。

然而，隨著純切削加工趨勢日漸明顯，這種加工方法也受到更多其他因素影響，這與工廠越來越重視相關(guān)加工作業(yè)有關(guān)。工廠在決定采用純切削方法制造零件時不僅僅是增加銑削作業(yè)，繞開鑄造工序后，客戶的供應(yīng)鏈得以進(jìn)一步整合，工廠也可以承接供應(yīng)鏈上的更多業(yè)務(wù)。工廠在決定最終成本和零件交貨周期方面發(fā)揮著愈加重要的作用。它必須承受進(jìn)一步縮減成本和縮短交貨周期帶來的全部壓力。簡而言之，采用純切削加工方法的工廠注定需要付出更多努力。

因此，除了機(jī)床的加工能力之外，R&DManco的生產(chǎn)方案中至少還有其他兩個因素對于其在純切削加工方面取得持續(xù)成功也很重要。一個是操作人員，另一個是工藝制程。針對純切削加工，工廠致力于培養(yǎng)相應(yīng)的企業(yè)文化和能力，以實現(xiàn)不斷提高金屬切削率的根本目標(biāo)。

過去，這樣的零件會從毛坯鑄件開始加工。如果R&DManco能夠成功地將生產(chǎn)過程轉(zhuǎn)換為從實心坯料塊開始直接切削出零件，就一定可以為客戶縮減成本并縮短交貨周期。但是，要做到這一點(diǎn)，他們注定要承受更大壓力，也必須付出更多努力。

純機(jī)械切削加工對R&DManco最基本的能力要求是五軸加工技術(shù)。R&DManco擁有六臺HaasAutomation制造的五軸加工中心。

他們在純機(jī)械切削加工方面取得成功的秘訣中有一條必不可少：鼓勵經(jīng)驗豐富的機(jī)械工程師不斷改進(jìn)和優(yōu)化工藝制程—這已成為一種企業(yè)文化。

競爭文化

R&DManco擁有兩家毗鄰的工廠，總面積達(dá)3萬平方英尺，員工人數(shù)超過70人。這個不同尋常的名稱來自最初Manco和R&DSpecialty兩家工廠的合并。這兩家工廠很早以前就已經(jīng)合并了，但這個組合式的名稱卻保留至今，其中部分原因可能是仍有許多員工曾親歷了當(dāng)時的過程。

“我們聘請了一些經(jīng)驗極其豐富的機(jī)械工程師，”Bloom先生說。經(jīng)驗對于工廠成功發(fā)揮五軸加工的優(yōu)勢非常重要。持續(xù)不斷地從鑄造加工轉(zhuǎn)換到純切削加工，這意味著工廠需要定期設(shè)定新的工藝制程，以突破原始設(shè)計，通過銑削制造出具有復(fù)雜、有機(jī)形狀的零件。在開發(fā)此類加工工藝時，幾乎總會出現(xiàn)理論設(shè)計與實踐經(jīng)驗技能相交匯的一點(diǎn)。例如，在模擬加工中看似可行的五軸銑削循環(huán)在實際操作過程中可能會受到噪聲或精度超差的困擾，這是因為工件位置設(shè)定不夠精確，導(dǎo)致無法沿特定輪廓走行刀具等等。在這種情況下，聽從經(jīng)驗豐富的加工團(tuán)隊成員的意見，通?？梢哉业阶钣行У姆椒▉砀倪M(jìn)制程，從而以最好的方式解決問題。

換用純切削加工方式最重要的原因之一是能夠不斷提高加工效率。

公司管理層向生產(chǎn)人員明確指出，這種經(jīng)驗判斷非常寶貴。事實上，不斷進(jìn)行此類性質(zhì)的制程改進(jìn)意義重大。畢竟，針對一個零件換用純切削加工方式最重要的原因之一便是這種方式能夠不斷提高加工效率。為促進(jìn)實際生產(chǎn)經(jīng)驗在不斷改進(jìn)工藝制程方面發(fā)揮更大的作用(即提高金屬切削加工的速度和效率)，工廠有意在員工當(dāng)中培養(yǎng)一種競爭文化。實際上，這種文化發(fā)揮的作用最明顯的表現(xiàn)領(lǐng)域可能不是五軸加工，而是工廠的50錐形主軸加工設(shè)備。在這一領(lǐng)域中，工廠投入使用了大型、重型的加工中心，目的是最大限度地提高鋁材和鈦材切削加工過程中的金屬切削率。與其他領(lǐng)域一樣，工廠鼓勵該領(lǐng)域的機(jī)械工程師與編程人員一起合作探討更多切削路徑和切削刀具選項，以不斷改進(jìn)制程工藝。50錐形主軸設(shè)備加工的不同之處在于，機(jī)床的加工效率有時可能實現(xiàn)顯著提升，特別是加工鋁材時。比如一個被工程師昵稱為“三球”(因其形狀得名)的鋁制零件，在采納了員工在進(jìn)給速度和切削深度方面提出的多項改進(jìn)建議后，在第一個加工循環(huán)期間便可去除此工件幾乎90%的初始原料，而所需時長也從八個多小時縮短至兩小時四十三分鐘。而促使這些改進(jìn)發(fā)生的驅(qū)動力則是為了超越自己以往的成績，甚至是(良性)超越他人。

“當(dāng)有人沖破束縛、成功創(chuàng)新時，我希望其他人也勇于效仿，敢于突破?！薄狟loom先生(R&DManco公司)

當(dāng)然，眾多工廠都對經(jīng)驗豐富的機(jī)械工程師求賢若渴。但是，這些擁有寶貴經(jīng)驗的人才已經(jīng)越來越稀缺了。R&DManco也面臨同樣的挑戰(zhàn)。為了充實人才儲備，期待他們將來能夠運(yùn)用不斷積累的豐富經(jīng)驗做出貢獻(xiàn)，工廠根據(jù)美國模具與加工協(xié)會的培訓(xùn)課程制定了一項學(xué)徒計劃，目前已有三名員工加入了該計劃，將來會有更多的員工加入。該計劃中有一個亮點(diǎn)，即員工接受培訓(xùn)的起步領(lǐng)域。在我們工廠，每位員工都是從工件檢測領(lǐng)域入門，Bloom先生說。沒錯，我們的目標(biāo)是要不斷縮短加工循環(huán)時間和交貨時間，為此我們還營造了競爭性的企業(yè)文化，目的就是鼓勵員工努力實現(xiàn)這一目標(biāo)。但是，要實現(xiàn)目標(biāo)，首先要充分理解目標(biāo)，這一點(diǎn)更為重要。也就是說，R&DManco的每一名員工首先要了解合格零件的標(biāo)準(zhǔn)。

運(yùn)用機(jī)床監(jiān)控，把握制程能力

機(jī)床監(jiān)控是R&DManco公司取得成功的另一個重要因素。采集機(jī)床狀態(tài)基本數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)以診斷并糾正切削中斷的原因，這是工廠提高加工能力最重要的手段之一。工件切削與機(jī)床監(jiān)控之間的關(guān)聯(lián)可能并非一目了然，但事實上，它們之間確實存在著直接的聯(lián)系。這種聯(lián)系可以歸結(jié)為一點(diǎn)：每當(dāng)R&DManco在某個零件的加工制程中繞開鑄造工序時，就意味著突破了一個曾經(jīng)阻礙零件制造效率的巨大瓶頸。然后工廠就可以將注意力轉(zhuǎn)向純切削加工過程中新出現(xiàn)的其他瓶頸。

實施機(jī)床監(jiān)控的第一步是正視機(jī)床利用率—這一數(shù)字一度低得令人失望。

R&DManco的許多機(jī)床都購自O(shè)kuma。公司指出，這些機(jī)床是實施機(jī)床監(jiān)控的寶貴對象;利用制造商基于Windows的控制器，系統(tǒng)能夠輕松地從機(jī)床收集實時狀態(tài)信息。對于老式機(jī)床或制造商未提供此開放接口的機(jī)床，公司采用來自ShopFloorAutomations公司的MTConnect適配器對機(jī)床控制器進(jìn)行了改造，以便將這些機(jī)床也納入整個工廠的機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)之中。Predator公司的軟件能夠整合這些機(jī)床數(shù)據(jù)，將其整理后輸出為圖形和報表，供工廠隨后進(jìn)行分析。

實施機(jī)床監(jiān)控的第一步是正視機(jī)床利用率—這一數(shù)字一度低得令人失望，公司管理者如是說。對于機(jī)床有效切削時長而言，幾乎所有工廠都犯了同樣的錯誤：他們主觀認(rèn)定的時間都要比機(jī)床實際切削時間更長。不過，了解實際的機(jī)床利用率會非常有幫助，即使這一數(shù)字可能令人失望，Beach先生說道。首先，這個指標(biāo)可以讓工廠了解自身實際加工能力。用于生產(chǎn)規(guī)劃的企業(yè)資源規(guī)劃(EnterpriseResourcePlanning-ERP)軟件不一定了解這一點(diǎn)，這就是為什么即使已經(jīng)在ERP中制定好生產(chǎn)計劃，零件還是會延遲交貨的原因。了解實際能力能夠讓工廠知道何時需要將業(yè)務(wù)外包出去，從而彌補(bǔ)工廠自身加工能力的不足。第二，了解實際利用率能夠讓工廠看清改進(jìn)的潛力空間，繼而著手努力挖掘這一潛力。

這項工作并不一定簡單，但我們也不會特意將其復(fù)雜化。Beach先生說：“我們第一次開始實施機(jī)床監(jiān)控時，各種各樣的識別代碼紛紛跳出來提示機(jī)床停機(jī)的原因?！彪娔X屏幕變成了一個五顏六色的調(diào)色板，顯示著識別出的(或者軟件認(rèn)為識別出的)各種各樣機(jī)床停止切削的原因?！霸蚨嗟搅钊搜刍潄y，卻沒有太大的價值，”他說。他得到的機(jī)床未切削的分析數(shù)據(jù)并不能很好地解釋機(jī)床上實際發(fā)生的情況。相反，他意識到，實際上“未切削時間就是未切削時間，僅此而已”。在任何情況下，如果某種狀況發(fā)生過于頻繁，就應(yīng)該找出原因并予以解決。如今，工廠的機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)可以使用三種狀態(tài)而不是兩種狀態(tài)(切削和非切削)對所有機(jī)床的所有活動進(jìn)行描述。其中一個導(dǎo)致生產(chǎn)延遲的原因經(jīng)證明其影響頗為顯著，值得將其記錄下來并加以監(jiān)控。

實踐證明，首件檢測的等待時間是導(dǎo)致工廠生產(chǎn)中斷最重要的原因。

這個原因就是首件檢測。實踐證明，首件檢測的等待時間是導(dǎo)致工廠生產(chǎn)中斷最重要的原因。這一發(fā)現(xiàn)可能是執(zhí)行機(jī)床監(jiān)控最早取得的主要成果之一。了解了問題所在之后，工廠采取了各種措施來解決問題。質(zhì)檢室增加了一臺坐標(biāo)測量機(jī)和一名技術(shù)人員，專門負(fù)責(zé)首件檢測。此外，R&DManco還在探索在工件無需離開機(jī)床的情況下執(zhí)行首件檢測的可能性。借助雷尼紹的“Productivity+”軟件，機(jī)床自身便可通過測頭對工件進(jìn)行測量，并將測量值與原始CAD文件數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。部分工件種類已成功轉(zhuǎn)為以這種方式完成首件檢測，從而無須再將加工出的首個成品件送往質(zhì)檢部進(jìn)行檢測，因此完全避免了生產(chǎn)延遲。

數(shù)控銑削負(fù)責(zé)人ChrisDupre描述了最開始影響機(jī)械切削工件位置找正穩(wěn)定性的問題。

總經(jīng)理KevinBeach展示了一個被工程師昵稱為“三球”(因其形狀得名)的零件，它重約4磅，是從80磅重的鋁坯料塊直接切削而成的。一臺50錐形主軸機(jī)床高速運(yùn)行(通常主軸負(fù)載達(dá)到110%)，可以將零件銑削加工周期從八個多小時縮減至不到三個小時。

機(jī)床監(jiān)控實現(xiàn)的其他成果

Bloom先生和Beach先生指出了工廠通過機(jī)床監(jiān)控獲得的有關(guān)提高加工效率的其他各種發(fā)現(xiàn)，如果不是監(jiān)控生成的數(shù)據(jù)令這些發(fā)現(xiàn)更為清晰明了，工廠管理層就不會這么快掌握它們。R&DManco總結(jié)出的經(jīng)驗如下：

1、臥式加工不僅適合某些工件類型，也是一些加工種類的理想之選。工廠于2017年安裝了一臺配有六個交換工作臺的臥式加工中心，但是最初的利用率并不十分理想。Bloom先生認(rèn)為，問題在于工廠主要考慮的是這臺機(jī)床的加工能力。工廠將加工作業(yè)分配給這臺臥式加工中心，看重的是它可以很好地利用四軸完成加工。在當(dāng)時，這種做法固然很好，但僅考慮加工能力就會忽視這樣一個事實，即機(jī)床的生產(chǎn)效率實際上取決于操作人員當(dāng)天可以設(shè)定的加工作業(yè)數(shù)量。對于臥式加工中心而言，最適合的加工作業(yè)就是那些因為加工的重復(fù)性特點(diǎn)而可以保留初始設(shè)定的工件。因此，一開始工廠在給機(jī)床分配工作時考慮的是加工能力，但現(xiàn)在會綜合考慮加工能力、訂單數(shù)量以及該作業(yè)是否是確保合同連貫執(zhí)行所必需的關(guān)鍵部分等因素來合理安排機(jī)床的加工任務(wù)。

2、大型工件的搬運(yùn)難題是制約生產(chǎn)效率提升的一大因素。例如在一個雙機(jī)床加工單元中，如果被車削的工件太大而無法實現(xiàn)人工搬運(yùn)，那么此時對加工性能進(jìn)行數(shù)字化分析后，便會發(fā)現(xiàn)只需購買一套技術(shù)含量很低的硬件設(shè)備，便可大幅提升整體加工性能。當(dāng)工廠發(fā)現(xiàn)將工件從該加工單元的一臺機(jī)床搬運(yùn)至另一臺機(jī)床所需的時間甚至比預(yù)期還要長之后，他們?yōu)閷ｉT為這兩臺機(jī)床服務(wù)的起重機(jī)安裝了一套龍門導(dǎo)軌，從而解決了這一效率問題。

3、關(guān)于七軸車削加工單元利用率的問題，有一種說法是正確的。為了執(zhí)行最復(fù)雜的車削作業(yè)，工廠建立了一個由三臺七軸車削中心組成的車削加工單元。鑒于這些機(jī)床的加工自動化程度如此之高，只需一次銑削循環(huán)即可完成整個工件的加工，所以大多數(shù)人認(rèn)為一名操作人員便足以管理所有這些機(jī)床的生產(chǎn)作業(yè)。然而有些人并不同意這種看法;工廠管理層中持不同意見的人認(rèn)為，實際上由兩名操作人員負(fù)責(zé)該加工單元是較為合理的。這種爭論可能會無限期地持續(xù)下去，直到機(jī)床監(jiān)控數(shù)據(jù)最后給出了定論。在該崗位配置兩名操作人員的做法是正確的。該加工單元的機(jī)床利用率是工廠所有設(shè)備中最低的(它們的利用率本來應(yīng)該是最高的)，而增加人手則大大提高了該單元的加工效率。

R&DManco現(xiàn)有一名員工專門負(fù)責(zé)總結(jié)更多此類生產(chǎn)經(jīng)驗，其制造工程師LuisHernandez被任命為公司持續(xù)改進(jìn)團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人。通過上述的調(diào)查與分析得出的結(jié)論顯著提升了工廠設(shè)備的利用率，由此產(chǎn)生的潛在回報無疑證明組建這個團(tuán)隊是值得的。公司表示很需要像LuisHernandez這樣的角色，因為導(dǎo)致某一時刻發(fā)生生產(chǎn)中斷的最根本原因并不總是那么顯而易見，很可能是多個因素共同作用的結(jié)果。事實上，Hernandez先生并不是孤軍奮戰(zhàn)。他的一部分工作是聽取他人的想法與意見，與團(tuán)隊成員深入探討有關(guān)機(jī)床加工中斷的問題，以便找出可能的原因和解決方案。他說：“我過去主要與工程技術(shù)部門溝通，現(xiàn)在我更多的是與車間領(lǐng)班們交流。下一步我將與機(jī)械工程師本人討論數(shù)據(jù)，希望確定給他們的工作造成障礙的加工延遲原因?！?/p>

Bloom先生最后指出，這種分析數(shù)據(jù)和改進(jìn)效率的做法同樣適用于生產(chǎn)車間以外的場合。他說，這種做法也適用于辦公室工作，例如向客戶報備生產(chǎn)計劃。甚至早在實施機(jī)床監(jiān)控之前，公司就已經(jīng)意識到，必須從“我們的事先報備情況對比我們的實際完成情況”的角度定期分析總結(jié)已完成的工作，他特別強(qiáng)調(diào)了它的重要性。他最近在這方面吸取的一個經(jīng)驗教訓(xùn)是：公司在鋼件生產(chǎn)計劃報備上過于冒進(jìn)。事實上，鋼件的實際加工速度無法滿足工廠預(yù)先制定的生產(chǎn)進(jìn)度。這方面的工藝流程可能還有待改進(jìn)，不過目前由于在制定生產(chǎn)計劃時將預(yù)期切削率調(diào)低，因此鋼件生產(chǎn)報備的準(zhǔn)確度提高了。

當(dāng)客戶詢問一個未完成的生產(chǎn)訂單的狀態(tài)時，公司通常會發(fā)現(xiàn)當(dāng)完整收集到回答該問題所需的所有信息時，答案可能已經(jīng)過時了。

實際上，如果僅僅為了獲取這些所需的信息，這一過程也將導(dǎo)致效率低下并浪費(fèi)時間。他說，Bloom先生早在大約七年前就意識到了這一點(diǎn)。當(dāng)客戶詢問一個未完成的生產(chǎn)訂單的狀態(tài)時，公司通常會發(fā)現(xiàn)當(dāng)完整收集到回答該問題所需的所有信息時，答案可能已經(jīng)過時了。信息太分散了，涉及的范圍也過于廣泛。

當(dāng)時，他與一位軟件開發(fā)人員合作開發(fā)了一款他稱之為“GrandView”(大數(shù)據(jù)視圖)的軟件，這款軟件可以快速提供足夠的信息，用于回答客戶的詢問。該軟件所需的某些數(shù)據(jù)可在工廠的ERP系統(tǒng)中找到，另一些則可在本地電子表格中找到。也就是說，這個自定義實用程序整合了多個不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。他說，在使用了一段時間之后，他開始意識到這個統(tǒng)一的視圖工具是多么有用，不僅可以用來回答客戶的問題，還可以幫助自己更好地理解各種導(dǎo)致生產(chǎn)中斷的原因，并且能夠協(xié)助監(jiān)控工廠日益復(fù)雜的工藝流程—尤其是在交貨期要求越來越嚴(yán)格的情況下。

過去，以切削鑄件為主的加工作業(yè)極少需要像現(xiàn)在這樣多的流程控制工作。無論工廠的生產(chǎn)能力如何，等待鑄件完成的時間都會導(dǎo)致冗長的成品交貨期，工廠只有在收到鑄件后才能開始加工。如今，情況不同了?，F(xiàn)在，更多情況下，生產(chǎn)作業(yè)從開始到結(jié)束都由R&DManco自主掌控，公司完全要對所承諾的更短工期和按時交貨負(fù)責(zé)。責(zé)任增加意味著需要實施更全面的生產(chǎn)監(jiān)控，因此，Bloom先生改進(jìn)了他的GrandView實用程序，以滿足這一需求。通過查詢ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫來提取工件的加工循環(huán)時間，該自定義實用程序如今可自動計算并向管理層匯報最晚必須何時開始加工此工件，以確保滿足承諾的交貨時間。通過查詢工廠的數(shù)字庫存記錄，該實用程序現(xiàn)在也可以顯示庫存是否充足或者是否需要補(bǔ)充庫存。

這些都是很容易被忽視的重要信息。對于將客戶供應(yīng)鏈中的更多環(huán)節(jié)整合到自身業(yè)務(wù)范圍內(nèi)的工廠而言，對其提出的一個要求是，必須有一套日益成熟的系統(tǒng)，能夠保持信息條理清晰、訪問便捷，以便即使當(dāng)工廠作業(yè)繁忙時，工作進(jìn)展情況仍一目了然。