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机械工程前沿技术先进性的实例分析
摘要: 针对目前制造业中存在的问题和困难，论述了机械工程前沿技术的主要内容和特点，以丰田公司的精益生产和并行工程在车辆产品可靠性管理中的应用为实例，分析了机械工程前沿技术的优势和先进性。最后，针对企业如何应用机械工程前沿技术的问题提出了几点相关措施和建议。关键词：机械工程前沿 精益生产 敏捷制造 并行工程前言
21世纪以来，机械工业发展迅速，传统的制造业中存在着的问题越来越突出，制造过程对柔性和高自动能力的要求不断提高，产品开发周期长，生产成本过高，知识存储与管理效率不高，建立系统模型困难，顾客对产品质量满意度不高，因此市场竞争力下降。随着科学技术的进步，消费者对产品的需求也日趋个性化和多样化，市场日趋多变、产品生命周期短、更新换代快、品种增加、批量减小, 顾客对产品的交货期、价格和质量的要求越来越高, 企业竞争已转为快速、优质、低成本、服务好等方面的竞争。在这种情况下，许多制造企业的生产方式正从传统的大批量生产朝着多品种小批量生产方向调整，生产制造过程更加柔性化。而机械工程前沿技术的发展为我们提供了一条解决这些问题并提高产品质量和市场竞争力的有效途径。机械工程前沿技术概述
机械工程前沿的主要技术和内容有以下几个方面：1）成组技术；2）精益生产（Lean Production）；3）敏捷制造（agile manufacturing）；4）并行工程（concurrent engineering）；5）CAD/CAPP/CAM；6）虚拟制造；7）CIMS等。
成组技术是按一定的相似性准则分类编组，并以这些组为基础，组织成产各个环节，实现多品种小批量生产的产品设计、制造和管理的合理化。从而克服传统小批量生产方式的缺点，使小批量生产能获得接近大批量生产的技术经济效果。它的根本目的是提高工作效率, 减少重复劳动, 从而提高经济效率。精益生产是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果。
敏捷制造是指制造业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源（包括技术、管理和人），以有效、协调的方式响应用户的需求，实现制造的敏捷性。其核心是企业在不断变化、不可预测的经营环境中的快速重构能力，具体表现为多个企业的核心制造能力构成的动态联盟/虚拟企业。
并行工程是指对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、集成设计的一种系统化工作模式，并行工程要求在开发设计产品的同时，同步地设计产品生命周期的有关过程，力求产品开发人员在设计阶段就考虑到整个生命周期的所有因素，包括设计、制造、装配、检验、维护、可靠性和成本等。
CAD/CAM/CAPP技术是最近几十年来迅速发展起来并得到广泛应用的多学科综合性的新技术，已成为产品开发的有力工具, 新产品的开发周期由过去几年开发一个到现在一年开发几十种, 给企业带来了巨大的经济和社会效益。它们的应用适应了当前产品需提高设计质量，快速更新换代的需求。
虚拟制造实现了从产品的设计、加工、制造到检验全过程的动态模拟，并对企业的运作进行了合理的决策与最优控制．虚拟制造以产品的“软”模型取代了实物样机，通过对模型的模拟测试进行产品评估，能够以较低的生产成本获得较高的设计质量，缩短了产品的发布周期，提高了企业生产效率。
总的来说，信息技术的飞速发展、竞争激烈的买方市场的形成, 全球大市场和贸易体系的建立、知识经济的兴起以及社会对可持续发展和环境保护问题的日益关注, 使得制造业的生产方式面临着巨大的变革。而机械工程前沿技术正是面向这一趋势发展起来的先进的生产模式，运用这些技术能够使生产过程更加柔性化，降低生产成本，最重要的是可以提高产品质量，满足用户需求，从而提高市场竞争力。下面我们就以两个实例来分析采用机械工程前沿技术的好处。丰田公司的精益生产
谈到精益生产就不得不谈丰田公司的精益生产模式，丰田精益生产的主要特征为：对外以用户为“上帝”，对内以“人”为中心，在组织机构上以“精简”为手段，在工作方法上采用“Team Work”和“并行设计”，在供货方式上采用“JIT”方式，在最终目标方面为“零缺陷”。
丰田公司主要采用的办法有：
（1）改变劳资关系，同舟共济。使工人成为公司的一员，将工人自己的利益与公司的利益联系在一起。而公司亦将工人看作自己的资本，而且是比机器设备更重要的资本。公司为了充分发挥这些资本的作用，就不断对工人进行培训以提高工人的技能，并充分发挥他们的作用。
（2）发现问题随时修改，实行小组化工作方式并制定了一套解决质量问题的制度，叫做“五个为什么”，告诉每个工人如何系统地追溯每个差错的基本原因，要层层深入地找问题的根源，最后找出改进问题的措施，使这种问题不致于再发生。这是全面质量管理的思想之一。
（3）供货环节采用拉动式实时供货系统。只有当下一个工序需要时才向上一个工序提出供货要求，上道工序可以在极短的时间内制造出所需要的零件并恰好在需要时送到下道工序。另外，丰田公司与供货协作厂之间都相互有对方的股份。当短期内负荷太大时，把自己的人员借给协作厂，有时，把丰田公司的高级管理人员输送到协作厂去担任高级职务。各协作单位都需密切参与丰田的新产品开发。这样使得双方共同努力，顺利合作，以降低成本、提高质量、共同受益。
（4）与顾客的关系方面丰田公司逐步取消在不知道顾客是谁之前就大批生产汽车的做法，转向按定单组织生产。他们通过将零售商集成进生产系统，将顾客结合进产品开发过程而与零售商和顾客之间建立了一种长期的、稳定的合作关系。
（5）新产品开发方面，丰田所组织的工作小组里包括各方面的专业人员，并且赋于组长强大的权力。这种打破部门界限的并行工作方式，对提高生产率、保证产品质量、快速响应用户的需求等方面都取得巨大成功。
通过以上各种改革，使得丰田在生产率、产品质量以及对市场的应变能力方面都取得世人瞩目的成就。丰田的精益生产成为了多品种、小批量的经典管理方法。正符合当前生产由单一品种单一型号的大批量生产方式向面向市场的多品种小批量生产方式转变的实际。而生产控制管理作为精益生产的典型特征和基础性问题的重要组成部分, 是实现生产计划和生产作业的重要手段。4 并行工程在车辆产品可靠性管理中的应用
可靠性问题贯穿车辆产品的设计、试验、制造、检测、销售以及售后服务的全过程，是衡量汽车质量的一个主要标准。车辆可靠性工作与各个部门的信息集成是基于并行工程的车辆可靠性管理的重要组成部分。
以汽车车架为例, 车架是整个汽车的基础件, 它的主要功能是直接或间接支承、连接和安装车身、发动机、传动系、行驶系及操纵机构各总成部件, 并使它们保持正确的相对位置。HFC6703 客车车架是由2 根纵梁和7 根横梁组成的刚性结构,通过销售部门和维修网点搜集到的用户反馈信息, 发现车架断裂是车架失效模式中最不希望发生的事件。
运用自行开发的FTA 软件绘制车架横梁断裂这一失效形式的故障树图, 再根据调研统计及专家打分评判得到车架断裂故障树各类底事件的失效概率, 以及由FTA 软件对车架横梁断裂进行定性、定量分析。结果如表1所示。
表1 车横梁断裂最小割集失效概率及定性、定量分析表
序 最小 发生 概率 结构 关键 号 割集 概率 重要度 重要度 重要度 1 超载及路况差 0.12 0.91572 0.0625 0.56595 2 连接件孔应力集中 0.01 0.81398 0.0625 0.041922 3 紧固件个别松动、断裂 0.001 0.080664 0.0625 0.0041545 4 发动机扭震大 0.06 0.85727 0.0625 0.26491 5 工艺质量差 0.015 0.81811 0.0625 0.063203
将此信息反馈给相关各部门。设计部门可以适当加大纵梁断面尺寸 , 采用较厚的板材, 并合理选定断面形状。同时, 销售和售后服务部门应加强对用户的技术培训, 避免违规超载。
其次，将这些信息反馈给相关部门后, 设计部门可以通过合理匹配发动机支架的刚度和阻尼以降低发动机扭振的影响程度;制造部门要采用标准的操作方式, 对关键零部件进行质量检测, 严格把关, 以提高产品质量。
通过HFC6703 车架主要失效原因的分析、反馈和改进这个实例, 可以看到在车辆产品开发的可靠性管理过程中应用并行工程, 能有效地降低生产成本, 缩短产品开发的周期，提高产品质量。并能快速响应市场的变化, 从而提高产品在市场中的竞争力。应用与实施分析
现代企业之间竞争日趋激烈，本文认为一个制造企业要在这种环境下谋生存、谋发展必须首先把消费者当做上帝，尽可能提高消费者的满意度。而当今社会消费者对产品的需求日趋个性化和多样化，市场日趋多变、产品生命周期短、更新换代快、品种增加、批量减小, 顾客对产品的交货期、价格和质量的要求越来越高,在这种情况下，就要求企业必须采用先进生产管理技术来提高企业竞争力，只有这样才能在残酷的竞争中脱颖而出，机械工程前沿技术正是企业最好的选择，下面简单说明其应用措施。
应用机械工程前沿技术的各种措施：（1）从组织上实现对工人的要求
要求工人是多面手，对小组的工作集体负责外，要求工人全面了解全厂的情况，并把工厂的全部信息公布出来，工厂任何地方出现任何差错，谁知道怎么解决问题就会去帮忙。
（2）改变单调枯燥的重复工作
在组织管理中，工人是多面手，动态的工作小组集体负责，工作中充满了创造性的解决问题的挑战，生产活动不再枯燥无味。
（3）从推动方式变成拉取方式
传统的生产方式，为了使后工序不致停工停料，总是在前工序多生产一些产品（零件），即由前向后推动方式，容易形成浪费。精益生产则是拉取方式，即后工序只在必要时候到前工序领取必要物品，且前工序只生产要被取走物品，即准时生产（JIT）的概念。（4）广泛应用计算机技术
除了分布式数据库和大范围的计算机通讯网络之外，CAD、CAM，计算机仿真与建模分析技术，作为先进技术的代表，在敏捷企业中加以应用。（5）强调标准和法规的作用
要强化标准化组织，使其工作不断跟上环境和市场的改变，各种标准能及时演进。现行法规应跟随国际市场和竞争环境的变化而演进。（6）精简组织机构，提高管理效率
尽量去掉一切多余的环节与人员。在组织机构上，纵向减少层次，实行分布式网络管理结构。
（7）精益求精抓质量，实现产品零缺陷
注重源头质量控制，这意味着必须一次就把工作做好，而一旦出现错误，就立即停止该工序或装配线的工作。工人成为自己工作的检查者，每人都必须对产品质量负责。结束语
通过文中所列举的两个案例可以看出，采用机械工程前沿技术，在提高产品质量，降低生产成本，缩短产品开发周期，提高企业市场竞争力和应变能力方面，能够发挥重要作用，可以显著提高企业的现代化管理水平，使企业取得更大的总体经济效益。参考文献
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