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大型機(jī)械設(shè)備模塊化制造的發(fā)展分析

欄目:企業(yè)新聞 發(fā)布時(shí)間:2021-03-27
于模塊化制造具有時(shí)代的先進(jìn)性和優(yōu)越性,越來(lái)越多的企業(yè)都實(shí)行了模塊化管理和制造,從最開始的理論概念提出,經(jīng)過(guò)逐步地探索發(fā)展和總結(jié)經(jīng)驗(yàn),到實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用,已經(jīng)在輕工制造業(yè)和電子制造業(yè)形成了比較成熟的模塊化制造系統(tǒng)

1 模塊化制造現(xiàn)狀在我國(guó),中小產(chǎn)品批量生產(chǎn)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、模塊化,比如汽車行業(yè)的零部件、電子行業(yè)以及部分輕工業(yè)產(chǎn)品,由于此類產(chǎn)品需求量大,市場(chǎng)供求關(guān)系緊湊,比較容易實(shí)現(xiàn)模塊化的批量生產(chǎn),通過(guò)模塊化制造實(shí)現(xiàn)了小產(chǎn)品賺取大價(jià)值的超值經(jīng)營(yíng);受到技術(shù)和制造裝備的制約,我國(guó)的整體制造水平還處于落后地位,對(duì)于大型機(jī)械設(shè)備,實(shí)現(xiàn)模塊化制造的程度還只是浮于表面,例如采取同一套圖紙,制造出兩套設(shè)備后,會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩套設(shè)備存在許多的不同之處,加工精度、焊縫質(zhì)量及定位基準(zhǔn)等都會(huì)有較大差別,究其原因,一是大型機(jī)械設(shè)備主要結(jié)構(gòu)部件采用的是傳統(tǒng)的加工制造方式,沒(méi)有固定的代加工企業(yè)、技術(shù)人員和系統(tǒng)化的加工工藝;二是存在大量非標(biāo)結(jié)構(gòu)部件,生產(chǎn)制造難于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)模化,缺少模塊化的加工裝備系統(tǒng)。模塊化制造無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面的應(yīng)用,使得傳統(tǒng)的制造工藝系統(tǒng)長(zhǎng)期處于制造業(yè)的主導(dǎo)地位,造成了大型機(jī)械設(shè)備制造成本高居不下,生產(chǎn)效率處于中低水平,整個(gè)行業(yè)的發(fā)展速度亦相對(duì)緩慢。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù),我國(guó)在模塊化設(shè)計(jì)方面取得了很大的進(jìn)步,但在模塊化制造方面,由于受到的制約因素較多,有待更進(jìn)一步的發(fā)展和探索。

2 模塊化制造的重要意義模塊化制造技術(shù)是一種新型的產(chǎn)業(yè)組織模式,其強(qiáng)調(diào)了在計(jì)算機(jī)時(shí)代,信息流主導(dǎo)物質(zhì)流,知識(shí)成為主要的生產(chǎn)要素,所以模塊化制造技術(shù)是基于知識(shí)分工理論進(jìn)行的模塊劃分;各模塊制造商形成的是一種互相對(duì)彼此開放的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),取代了之前的工序垂直分解的分工,從企業(yè)制造系統(tǒng)整體分解出來(lái)的各模塊本身也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),各模塊具有各自的獨(dú)立性,可以不依賴于其他模塊而還有自己的功能,而與其他模塊整合在一起,整體效果更強(qiáng)大,正所謂集百家之長(zhǎng)于一身,其質(zhì)量特性定會(huì)提升一個(gè)大臺(tái)階。

模塊化制造可以滿足過(guò)程集成和系統(tǒng)重構(gòu)的要求,而過(guò)程集成強(qiáng)調(diào)的是高效率,系統(tǒng)重構(gòu)強(qiáng)調(diào)的是高柔性,通過(guò)模塊化將過(guò)程集成和系統(tǒng)重構(gòu)進(jìn)行有效地兼容和融合,提取優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)質(zhì)量和管理組織體系,創(chuàng)造更多的產(chǎn)品價(jià)值;模塊化制造能顯著減少產(chǎn)品對(duì)制造系統(tǒng)的功能約束,能通過(guò)減少非加工時(shí)期來(lái)提高生產(chǎn)率,從而使制造能適應(yīng)未來(lái)技術(shù)及市場(chǎng)的快速變化和可持續(xù)發(fā)展。

3 模塊化制造發(fā)展的趨勢(shì)模塊化所體現(xiàn)和展示的優(yōu)越性已被眾多的企業(yè)家所印證,模塊化制造不僅帶來(lái)了高質(zhì)量產(chǎn)品,也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的性能增值,故模塊化制造的全球化發(fā)展是必然趨勢(shì)。目前,模塊化制造已應(yīng)用于能源、采礦、化工以及基礎(chǔ)建設(shè)等多個(gè)領(lǐng)域,伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全球化,模塊化制造將被越來(lái)越多的行業(yè)認(rèn)可和采用。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,機(jī)械自動(dòng)化、一體化以及智能化迅猛發(fā)展,模塊化制造也隨之增加了相應(yīng)的智能元素,成為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的模塊化制造,其正在由傳統(tǒng)的制造轉(zhuǎn)變?yōu)樾聲r(shí)代的智能化模塊制造。有報(bào)道稱中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所與德國(guó)思愛普(SAP)中國(guó)研究院攜手打造的自適應(yīng)模塊化柔性制造解決方案,亮相2019工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全球峰會(huì),該方案采用世界領(lǐng)先的邊緣計(jì)算與云平臺(tái)協(xié)同制造以及模塊化生產(chǎn)概念,通過(guò)真正意義上的端到端全程數(shù)字化智連,實(shí)現(xiàn)高度的柔性生產(chǎn),將極大地提高大規(guī)模個(gè)性化產(chǎn)品定制的生產(chǎn)效率。模塊化發(fā)展基本趨勢(shì)是開放性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),同時(shí)也拓寬了戰(zhàn)略管理空間,模塊化深度不僅因產(chǎn)業(yè)不同而不同,還因企業(yè)戰(zhàn)略差異而多樣;模塊化制造的發(fā)展將會(huì)發(fā)生日新月異的變化,在不斷創(chuàng)新和完善的基礎(chǔ)上,將在各行業(yè)制造中扮演重要角色。

4 實(shí)現(xiàn)模塊化制造的途徑大型機(jī)械設(shè)備的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外形尺寸大、外形特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式多變,隨著機(jī)械行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化的逐步發(fā)展完善,對(duì)于各行業(yè)的機(jī)械設(shè)備也有了一定程度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),這為大型機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)模塊化制造提供了良好開端。在此基礎(chǔ)上,需要將模塊化設(shè)計(jì)和模塊化制造有效地結(jié)合起來(lái)。

4.1 模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)模塊化制造的基礎(chǔ)和前提,如何在復(fù)雜多變的機(jī)械行業(yè)實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一化和規(guī)模化是模塊化設(shè)計(jì)首要解決的難題。任何事物的改變,都不會(huì)改變其根本原理,大型機(jī)械設(shè)備也是有微小型設(shè)備演變而來(lái),要實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)者可將大的零部件以微小零部件的視角去思考和設(shè)計(jì),通過(guò)大轉(zhuǎn)變小的設(shè)計(jì)理念,將大的零部件設(shè)計(jì)成多種具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的多種規(guī)格的零部件,仿照小零件的批量化和規(guī)模化,實(shí)行通用零部件,使其具備互換性;例如,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,將大跨度、大體積的主梁設(shè)計(jì)成為多段中小型模塊梁,每段梁都采取類似尺寸和形狀,從而實(shí)現(xiàn)分段模塊化制造;同時(shí),設(shè)計(jì)者應(yīng)將科學(xué)的、先進(jìn)的加工工藝融入到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,降低后續(xù)制造的難度。

4.2 模塊化制造大型機(jī)械設(shè)備的特點(diǎn)就是大,體積大、噸位大,需要進(jìn)行較多的焊接和成形工序。在加工制造的過(guò)程中,會(huì)受到焊接變形、加工誤差、人員技術(shù)水平差異等各種因素的制約,要實(shí)現(xiàn)模塊化制造,需要減少不確定因素的影響,增加定性環(huán)節(jié)和模塊化控制。

1)定向化制造模塊化制造的優(yōu)勢(shì)是可從眾多代加工企業(yè)中選擇一家加工質(zhì)量、加工成本和綜合評(píng)估優(yōu)秀的企業(yè),定向的將大型機(jī)械設(shè)備的零部件委托給代加工企業(yè),由一家企業(yè)專門制造一件或多件該企業(yè)可以做出的高質(zhì)量的零部件,定向委托加工和供給產(chǎn)品,形成一個(gè)單一的產(chǎn)業(yè)加工鏈,減少中間二級(jí)委托間接費(fèi)用,從而降低成本;實(shí)現(xiàn)定向代加工,做到持續(xù)訂單供給,穩(wěn)定加工產(chǎn)業(yè)鏈,保證供需平衡,集中委托制造任務(wù)于一家企業(yè),實(shí)行可持續(xù)性加工,有利于促進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)的主觀積極性,從而能夠提高加工制造質(zhì)量。

2)變量化工裝系統(tǒng)和工藝系統(tǒng)打造一套可調(diào)節(jié)的變量工裝系統(tǒng)對(duì)于大型機(jī)械設(shè)備的制造至關(guān)重要,針對(duì)大型機(jī)械設(shè)備的特點(diǎn),需要制作對(duì)應(yīng)的工裝夾具,實(shí)行剛性定位,減少焊接變形和定位偏差;工裝系用于大型零部件加工制造的工裝,應(yīng)設(shè)置為可調(diào)節(jié)形式,可用于多種尺寸的加工工況,做到基本尺寸固定,可調(diào)尺寸變量化,使用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn),提高加工精度;將工裝打造成為模具式工具,降低加工成工出來(lái)的零部件也就具有互換性和同級(jí)性。變量化工裝之所以稱為變量,因?yàn)樵摴ぱb可以根據(jù)需要加工制造的設(shè)備部件的外形尺寸不同而進(jìn)行調(diào)節(jié),因地制宜,制作固定支架,可調(diào)節(jié)部分采用液壓系統(tǒng)控制,通過(guò)調(diào)節(jié)液壓油缸的伸縮調(diào)節(jié)工裝夾具的位置,可實(shí)現(xiàn)精確定位和可靠的夾緊固定,使大型機(jī)械設(shè)備的箱梁在焊接之前,可將鋼板精確定位固定,從而減少焊接裝配誤差,提高制造效率。相對(duì)于一家能夠制造出高質(zhì)量產(chǎn)品的企業(yè)而言,應(yīng)具備一套先進(jìn)的加工工藝系統(tǒng),通過(guò)融合可利用的歷史經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有的成熟工藝,制定出能用于模塊化制造的工藝系統(tǒng),轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的制造理念,實(shí)現(xiàn)模塊化制造必定事半功倍。

3)智能化機(jī)具應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,智能設(shè)備也是日新月異,有許多智能化機(jī)具可用于大型機(jī)械設(shè)備制造,利用自動(dòng)化控制和智能加工的先進(jìn)性和精確性,提高加工制造精度和質(zhì)量。例如自動(dòng)焊接機(jī)器人、智能檢測(cè)和測(cè)量設(shè)備等,結(jié)合工裝系統(tǒng),使用自動(dòng)焊接機(jī)器人或先進(jìn)的焊接設(shè)備,充分利用科學(xué)的焊接工藝,完成大型機(jī)械設(shè)備的長(zhǎng)焊縫和復(fù)雜焊縫;使用激光準(zhǔn)直儀檢測(cè)焊接鋼板的直線度和垂直度,利用光學(xué)檢測(cè)儀器檢測(cè)焊縫質(zhì)量,結(jié)合超聲波和傳統(tǒng)的檢測(cè)手段和先進(jìn)的檢測(cè)儀器,提高焊接質(zhì)量和精度。應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工情況,選擇適用的先進(jìn)機(jī)具,為高精度和高質(zhì)量的模塊化制造服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展全球化,模塊化制造不僅形成了眾多企業(yè)各自的核心競(jìng)爭(zhēng)力,而且促進(jìn)了各企業(yè)間的相互合作,各模塊化生產(chǎn)商與模塊化零件集成商之間形成了相互依存的產(chǎn)業(yè)鏈,在生產(chǎn)制造的生態(tài)圈內(nèi)會(huì)形成一種良好的競(jìng)爭(zhēng)與相互支持的環(huán)境,有利于經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。縱觀我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)、電子商業(yè)和輕工業(yè)巨頭,無(wú)一例外地采取了模塊化制造系統(tǒng)和模塊化管理理念,足以說(shuō)明模塊化制造的方向是正確的。因此,在大型機(jī)械設(shè)備制造方面,也應(yīng)不斷地進(jìn)行探索和研究,積累經(jīng)驗(yàn),通過(guò)變量化工裝系統(tǒng)和科學(xué)的制造工藝及先進(jìn)的工機(jī)具的有效結(jié)合,從而逐步實(shí)現(xiàn)模塊化制造。