工业工程(IE)理 念

解决日后生产中可能产生的问题，项目的主管人员仍需建立一个留守小组。由于CE通过并行工作方式，使大部分可能发生的问题，完全可以在生产技术准备阶段予以解决，因而留守小组只需要少数人员组成即可。在已经建立和应用计算机网络的情况下，则可以组织无形的协同工作小组。这时，协同工作小组的成员不必集中，可以各自留在自己的部门。小组的日常活动，则是通过联网的多媒体计算机进行。虽然人员不集中，但是在联网的多媒体计算机上工作，犹如上述有形的协同工作小组面对面地工作完全一样、毫无二致。 CE是一项尚在发展中的技术，因此还有待于人们通过实际应用，不断加以充实、完善和提高。 现代先进制造技术 诚如上面所说，现代制造技术对于促使企业加快新产品的开发和生产，确实起到了极其重要的作用。由于这些技术使工作效率显著提高，它们既能节省大量的人力，并减轻手工作业时的繁重劳动，而且还能确保优异的工作质量。然而，事物不是一成不变的。旧的矛盾解决了，新的矛盾又随之而生。正是这样，矛盾推动着事物的发展，矛盾推动着社会的进步。对于现代制造技术而言，也复如此。因此，在上述那些计算机辅助技术的基础上，为了解决新的矛盾和挑战，现代先进制造技术也必须不断向前发展，从而又出现了许多新的制造技术和制造模式。下面仅择其要者而言之。 3．1面向制造与面向装配的设计（DFM＆DFA） 众所周知，单靠现行的CAD技术并不能排除实际生产中屡见不鲜的工程更改问题。工程更改对企业的正常生产和经济效益所产生的负面影响是十分严重的。因为工程更改往往导致在制品的半途而废、已准备好的工艺装备不复使用，从而造成不应问其作技和发只上此是研使以总发（它少这有题次出术制生是，外的生产中断、生产费用增加、以及产品交货期的延迟。要想解决和防止更改，必须寻求新的技术和方法。 ，制造过程中的大部分决策（约占总决策数的80％以上）是在产品设计阶段的。例如：零件的结构形状、材料选择、尺寸公差、热处理要求、以及其它条件等。这些决策的正确与否，对于以后产品的质量好环、制造成本的高低造周期的长短等，都有着极大的影响。为了不使产品设计阶段所作出的决策重大失误，单靠现行的CAD同样于事无补。因为现行的CAD技术，充其量，把人们头脑中所构思好的零件结构形状，通过其图形软件而使之再现于屏幕或绘制在图纸上。它并不具有真正意义上的设计功能。 ，严格他说，目前的产品设计工作也只是停留在经验设计的阶段，还称不上真正的科学的设计。因此，不少人致力于“变经验设计为科学设计”的探索和究中。近十余年来，有人提出了公理化设计的设想。即如几何学中的公理一样，产品设计必须遵循大家所公认的公埋，从而在评价产品设计的优劣方面，也可依据有关的公理，而不至于各说各的、因人而异。 之，由于目前CAD的应用方面所存在的不足，人们便在CAD的基础上，进一步展了面向制造的设计（DFM:DesignforManufacturing）以及面向装配的设计DFA：DesignforAssembly），企图使设计人员在新产品的设计阶段，便考虑到们应该易于制造和便于装配，从而使新产品在制造与装配过程中的工程更改减到最小程度。 是在CAD方面的新的进展。对于DFM和DFA而言，有人也把它们归之为产品的可生产性（Producibility）或可制造性（Manufacturability）。其实，这也就是国内过去所说的“产品结构工艺性”，只是现在把产品结构工艺性的准则和计算机辅助设计结合在一起。以前这些准则是靠人去贯彻和审核的，如今则是交计算机去执行。 DFM和设计产艺性，工程更看在满品中多实际上工作。准备一份心和终将影件下，为了确----保----促保持功件只具须由多上的每件数最重要结的同自部螺加样在根段念表描根性流进复使构。功所件母工的现据，，达述据，程行或产应与能拥结等和功代我主为产语所并框设DFA两者如今被合在一起而称作DFMA。有了DFMA这样的工具，使我们在品的部件和零件的结构时，就可以充分考虑到它们的装配工艺性和加工工从而保证在零件的加工和部件的装配时，不至于发生因设计不周而产生的改问题。根据DFMA的原理，评价一个产品结构设计好坏的基本准则，是足产品功能要求的前提条件下，构成该产品的零件数是否为最少。因为产一个零件，并非像设计人员所想象的那样，仅仅是多出了一张图纸而已。，多一个零件便多了一系列的投产前的生产准备工作和投产后的计划管理多一个零件便需多编制一份工艺规程、多设计与制造相应的工艺装备、多种毛坯、同时必须为这一零件的质量控制、生产进度、库存管理等多操一多费一份力。所有这一切，都要耗费人力、物力、财力和时间。因此，最响构保持使能有功一少相品最此要有构。装能机们要了品言输给图计产成产产产要一能种。同的简同求的。这配要品产品品品求种的功图；信单时的信由不的求的品的及及的功零能3二息。，两息图仅劳，生的零其其独能件，即者容否零种容中增动只产零件零零立。（必为只量则件不量可加量需成件数部部，实即须保需为，的同也知了。用本数为件件是际一是持居最产结部有，零图5和生应该最少功能的信指既上，个零各自功能产是，要息不一件独要效愈有求容希个同立求率少人的量望好时而独。愈提独为出的具又立由好出立最现产有不的此可。 了两； 少。重复品设多种重复一个知，在满足产品功能要求的前提条条设计公理： 的计功的示或，能。例相要）唯。同保所其图的持构如中功功成此的能能。，l，也不希望一个零要求的独立，它必这种多功能的零件才能保证产品的零和4，其功能即属其一。 少，则不仅构成产品的零件数应最少，而且每个零件的品的信息容量是不可能为最少的。这一道理是显而易见构愈简单，则零件愈容易制造。图4所示，即为满足相件结构设计，其各自所包含的零件数截然不同，从而各着天壤之别。图中（a）表示未按DFMA设计时的传动轴原来的结构中，采用了许多套筒、隔圈、垫圈、螺钉、件的数量，而且还增加了零件材料的消耗、增加了机械中（b）则表示经过DFMA的评定和改进设计后，满足同种弹簧卡圈，便可代替原来11种零件。由此说明DFMA械产品设计中的重要意义和深远影响： 的观点，在运用DFMA时，我们以为：在产品的总体设计或概念设计阶是从产品的功能要求出发进行设计。由于产品功能是一种高度抽象的概能使计算机接受这种抽象概念，因此必须研究和开发一种能确切描述和功能的计算机语言。这种语言便是所谓的“功能描述语言”。通过功能，可以把设计人员所构思的产品结构转化为产品的功能。然后计算机即入的结构功能信息，结合DFM的有关规则进行分析，指出结构的不合理出改进的建议。图5便是基于功能描述语言的一种产品功能分析系统的。，在产品的总体设计或概念设计阶段，主要是从产品的功能要求出发。由于产品功能是一种高度抽象的概念，为了能使计算机接受这种抽象概念，因此必须研究和开发一种能确切描述和表达产品功能的计算机语言。这种语言便是所谓的“功能描述语言”。通过功能描述语言，可以把设计人员所构思的产品结构转化为产品的功能。然后计算机即根据所输入的结构功能信息，结合DFM的有关规则进行分析，指出结构的不合理性，并给出改进的建议。图5便是基在件在进功于功产品的件DFA行零能描能的数已件述描部应经设语述件最保计言语设少证，和言的一种产品功能分析系统的流程框图。 计阶段，应该采用DFA，使所设计的部件结构便于装配、构成部、装配中心应尽量避免补充加工（如：配钻、配铰、配作等）。部件中的零件数为最少的条件下，采用DFM对上述部件中的零件以求得零件的结构简单、便于加工与检测。按照上述观点的基于DFMA的产品设计过程。 价值的功能分析（VFA） VFA并非什么新的方法。早在70年代便已有了价值工程（VE：ValueEngineering），因此VFA只不过是VE换一个叫法而已。在运用VFA时，首先要识别功能，然后要评价以归纳----所----它----它----还----采如果把功能为下分析值多是作有什用变VFA，列的少什么通和最后则是寻找具有更高价值的替代原有功能的办法。这三个步骤可5个简单问题： 是什么产品？ 钱？ 么用的？ 其它办法可以实现同样的功能？ 的替代方案需要多少钱？ DFMA结合在一起应用，那就可以使零件数最少，并且成本又最低。

快速原型技术（RPT：Rapid Prototyping Technology） 快速原型技术是80年代末才出现的一种新技术。它完全是顺应快速开发产品的客观需要而产生的。最初这一技术被称为：激光实体平版印刷术（LSL：LaserStereoLithography）。这一名称比较形象地从其工作原理上刻划出它的实质。目前这一技术发展十分迅速，应用也极其广泛。就其工作原理而言，已从过去由激光的层析扫描，使液态热固性塑料固化成实体样件，而发展到今天直接由丝状成型材料经层析融积成实体样件。如今RP所用的成型材料，也已由过去的液态热固性塑料，进而采用粉末状、丝状、片状的塑料、树脂、铸造用蜡以及纸等。在应用方面，目前已经广泛应用于汽车、机械、家电、电子、通讯、医学、玩具、航空与航天等领域。 RP的最大优点，就在于它无需模具或任何加工，仅凭CAD的三维实体造型的层析资这体计的差案实基随料对，结零错，样本着，便能通过快速成型设于新产品的开发与设计与在计算机显示屏上所构十分复杂的零件时，件的实体样件，以便对。有时候涉及产品的外很难决定取舍。这时也，进行观感和手感等比和最原始的应用。 RP技术的发展，由RP备显看设结观最较而得到计构造好，迅特的人和型能就速别三员尺，看能制重维往寸特到令取要造往进别所人与，型把行是设信上因，握实家计服述为有不地电的地三在时住校或几作维实设计候井。这核和轻工个方出正体人非时考产案确完全员头完全最好查，品，的实的取一脑一能从往样舍致中致马而往。。的实体样件。所设想的实。尤其是在设上看到所设计避免发生重大会有若干个方通过实际接触这些是RP最所获取的实体样件，也可以用作铸造的模型、或注塑模的样件模型、或电加工的电极模型等。这样便使上述模具或模型的制造大为简化。由此可见，RP不仅能显著缩短模具或模型的制造周期，同时还能大大降低模具或模型的制造成本。 为了对RP的基本工作原理有所了解，此处仅以激光实体平版印刷术为例来说明。图由经图时形束片它即此样起再才目型在9图过形它状扫。是被所示为该方法的工作原理图，图10则是该方法的控制系统框图。 10可知，设计人员通过CAD系统，将所设计的零件的三维实体造型数据，以太网，传送给控制设备用的计算机。这台控制计算机能将送来的三维实体，像如今的层析式X光的原理一样，沿Z轴切出一系列极薄的横截面层；同还控制着万向反射镜，使紫外激光射线束经万向反射镜而能按薄层横截面的，在一槽中盛有光敏树脂溶液的表面进行扫描。凡溶液表面经紫外激光射线描照射过的地方便立即固化，从而生成与该横截面层形状相一致的固化薄一般是从三维实体最底部的横截面层作起。这时生成的是第一个固化薄片，固化在支撑构件上。接着升降台便下降一个薄片厚度，使第一个固化薄片立光敏树脂溶液所淹没。然后重复上述紫外激光射线束扫描和固化的过程。如逐层重复进行，直至获得一层又一层、彼此牢固粘结的固化薄片所构成的实体件为止。这时样件还沉浸在溶液液面下。为要取出样件，必须将升降台向上升，使样件完全脱离液面。取下样件后，首先应将样件表面粘附的溶液冲洗干净，将样件放入紫外线烘干设备中进行最后的烘干和固化。经过如此处理后的样件称为成品。 前，这项技术还只能用于尺寸较小的样件，而且所用的成型材料中，有的在成过程中还会产生有毒气体。因此，尽管RP有着许多卓越的优点，但是它也存着如上所述的缺点，这就说明它仍然需要改进、发展和提高。 计算机集成制造系统（CIMS：Computer-Integrated Manufacturing System） 它当这代系指和的很如是制些初统日多素大针新造分提技可种质。对一可以的自由调统家很的领系出术待专要迄某个望看撰动图查计，低制造模式之一域各个环节都统或子系统进了计算机集成等的发展和进。因此，CIMS业的高度综合求很高，投资今为止，世界类零件，或某工而出写化中统公绝；，是随着计算机技术在制造领域中的广泛应用而产生的。采用了计算机系统，那就很自然地会联想到：能否将所有一步集成为一个一体化的系统？于是美国便有人在70年制造的思想。此后，随着信息技术、网络技术、控制技术、步，人们看到了计算机集成的苗头，以为实现CIMS已是在国内外风靡一时。然而由于CIM技术本身属于多门学科，所以技术复杂、难度极大；加之覆盖的工作面广，人员强度远大于上述规模经济的制造模式，因此投资的风险也各国在小范围内进行各种不同有限目标的试点者有之（例个生产单元，或某个封闭车间等）；至于整个一个公司或整个一种中可报告编程11。占被调查达国仍然厂实施CIMS者，则尚未见有成功的报道。这充分说明CIMS是未来的不可即的制造模式。此处不妨援引美国的一份统计报告中的资料，从这种制造模式在美国的实施状况。 入调查厂165家不同生产规模的美国制造公司。首先对这些公司的可（PA：Programmable Automation）的程度进行了调查和统计。见图可以看出，在这165家公司中，PA程度达到80％以上的，仅有5家，计公司总数的3.03％；而PA程度在20％以下的，却有79家，占被司总数的47.8％。这一统计数字表明：即使像美国这样先进的工业发大多数制造厂家的PA程度也并不很高。将近一半的工厂，其PA程度PA程度很高的工厂，其实也是凤毛麟角、屈指可数的。 报告撰写入还对所调查的公司，在PA各单项技术方面的应用情况作了统计。统