當(dāng)今的市場已成為買方市場，隨著市場的國際化，企業(yè)間的競爭也越加激烈。由于技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的壽命周期逐漸縮短，從而導(dǎo)致客戶的需求呈現(xiàn)多樣化和個性化，所要定制的產(chǎn)品數(shù)量變少，同時還要求較短的交貨期、較低的成本、較好的質(zhì)量。這使企業(yè)面臨著如何以大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益定制產(chǎn)品的生產(chǎn)。?

    大批量定制生產(chǎn)(MassCustomization)作為一種正在迅速發(fā)展的制造模式，正在試圖解決這一問題。大批量定制生產(chǎn)采用的基本方法是將定制產(chǎn)品的制造問題通過產(chǎn)品重組和過程重組轉(zhuǎn)化為或部分轉(zhuǎn)化為批量制造問題，即提供給用戶的是全新的、定制的個性化產(chǎn)品，而實(shí)際產(chǎn)品則主要由標(biāo)準(zhǔn)的模塊組成。?

    在大批量定制生產(chǎn)中，機(jī)床行業(yè)承擔(dān)雙重的任務(wù)：(1)制造裝置本身的大批量定制化，這是一種可重構(gòu)的、模塊比的制造裝備。組合機(jī)床及組合機(jī)床生產(chǎn)線已初步體現(xiàn)了大批量定制生產(chǎn)的思想。(2)為其它行業(yè)提供高度柔性、制造成本低廉、能滿足大批量定制要求的制造裝備。在大批量定制生產(chǎn)中，雖然大量采用標(biāo)準(zhǔn)模塊組合成定制產(chǎn)品，但還是要快速和低成本地制造一些專用的零部件。?

    Rogers等人提出的模塊化制造系統(tǒng)(MPS)也是這樣一種高生產(chǎn)率和可重構(gòu)的制造系統(tǒng)，它對大批量定制生產(chǎn)具有重要意義。?

    幾種生產(chǎn)模式的比較

    機(jī)械制造企業(yè)中常用的生產(chǎn)模式有以下幾種：?

    (1)剛性自動化生產(chǎn)線：大批量生產(chǎn)中的生產(chǎn)線將生產(chǎn)過程分得很細(xì)，對于提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義，但系統(tǒng)柔性差，僅局限于少數(shù)產(chǎn)品，生產(chǎn)準(zhǔn)備時間長。顯然這種剛性的、高自動化的生產(chǎn)線不適應(yīng)用戶對產(chǎn)品多樣化的需求，不能滿足大批量定制生產(chǎn)的需要。?

    (2)機(jī)群式車間：機(jī)群式車間按工種功能進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)分解和機(jī)床布置。其優(yōu)點(diǎn)是柔性較大，效率不高，生產(chǎn)周期長，管理復(fù)雜。?

    (3)組合機(jī)床生產(chǎn)線：與傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線相比，組合機(jī)床生產(chǎn)線具有較大的柔性，較適合于批量較大的復(fù)雜零件的加工。對于大批量定制生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)要求來講，還存在一些問題：諸如當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有較大變化時，該設(shè)備可能會過時，造成浪費(fèi)；對批量較小的零件生產(chǎn)并不適合，可能會使新產(chǎn)品的成本居高不下，缺乏競爭力；設(shè)備的交貨期比較長，不能快速滿足用戶的需要。?

    (4)柔性制造系統(tǒng)：柔性制造系統(tǒng)是一種運(yùn)用系統(tǒng)工程、成組技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)，使多品種、小批量生產(chǎn)達(dá)到整體優(yōu)化的自動化加工手段。這是一種采用數(shù)控加工機(jī)床、自動化輸出裝置、自動更換和貯存刀具、夾具及工件的裝置以及計算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成的可變換多種加工對象的綜合自動化加工系統(tǒng)；是沒有固定加工順序和節(jié)拍的、在加工某種工件時能在不停機(jī)調(diào)整的條件下自動向另一種工件轉(zhuǎn)換的制造系統(tǒng)。?

    柔性制造系統(tǒng)存在的問題是：投資大、系統(tǒng)復(fù)雜，控制和管理難度大、其柔性限制在一定范圍內(nèi)，只能加工某一大類的零件。?

    (5)單元制造系統(tǒng)和獨(dú)立制造島：單元制造系統(tǒng)和獨(dú)立制造島是將某一類零件集中在一起加工，并將加工這類零件所需的機(jī)床集中在一起，從而減少物流路線，提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，簡化生產(chǎn)管理，并為工人提供了更多的學(xué)習(xí)機(jī)會，使工人有更多的自主權(quán)。單元制造系統(tǒng)和獨(dú)立制造島比較適合多品種小批量制造企業(yè)中大量的相似零件的加工制造。?

    (6)虛擬企業(yè)：為了解決以大批量的效益進(jìn)行定制產(chǎn)品生產(chǎn)的問題，美國的先進(jìn)制造技術(shù)計劃中將敏捷制造作為美國的21世紀(jì)制造戰(zhàn)略。?

    實(shí)現(xiàn)虛擬企業(yè)的生產(chǎn)應(yīng)具備以下基本條件：①已建立起能將正確的信息在正確的時間送給正確的人的信息高速公路；②已建立起大量的分工合理的專業(yè)化的模塊化企業(yè)；③在社會上相互信任、相互合作、遵紀(jì)守法的企業(yè)文化占主導(dǎo)地位。?

    在我國，短時期內(nèi)，敏捷制造的方式還不能全面推開。對國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行的敏捷制造發(fā)展戰(zhàn)略的調(diào)查表明，企業(yè)認(rèn)為對加工業(yè)務(wù)承包出去存在的問題是：運(yùn)輸費(fèi)用較高，增加了產(chǎn)品成本，降低了產(chǎn)品的競爭力；企業(yè)專業(yè)化分工體系不健全，產(chǎn)品質(zhì)量控制難；交貨期難以控制，管理費(fèi)用高；不講信用，投機(jī)取巧的現(xiàn)象時有發(fā)生。?

    (7)模塊化制造系統(tǒng)：模塊化制造系統(tǒng)是一種針對技術(shù)難度一般的產(chǎn)品的新的制造系統(tǒng)，是一種在標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立的“柔性”生產(chǎn)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是，當(dāng)有一個新產(chǎn)品投產(chǎn)時，標(biāo)準(zhǔn)化的模塊可以快速組成一個新的制造系統(tǒng)，當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)完成后，組成制造系統(tǒng)的模塊可以拆下來用于其它新產(chǎn)品的制造系統(tǒng)。而這些標(biāo)準(zhǔn)化的模塊可從一個貯備有大量模塊的租貨公司租賃。對于技術(shù)難度一般、批量較小或中等的產(chǎn)品，模塊化制造系統(tǒng)能滿足大批量定制生產(chǎn)的需要，具有高生產(chǎn)率和高柔性的特點(diǎn)。

    上述7種生產(chǎn)模式的對比見下表。從表中可看到，除了剛性生產(chǎn)線外，其它6種制造系統(tǒng)模式都能或多或少地滿足大批量定制生產(chǎn)的要求。這些制造系統(tǒng)都有自己的最佳產(chǎn)品適應(yīng)范圍。從面向大批量定制生產(chǎn)的角度來看，模塊化制造系統(tǒng)對于復(fù)雜程度一般、有一定批量的產(chǎn)品的生產(chǎn)具有較大的優(yōu)勢，如投資小、效率高、柔性大等；虛擬企業(yè)的基礎(chǔ)——信息高速公路的投資很大，并且加工件的運(yùn)輸費(fèi)用較高，但具有更大的柔性。?

    表七種生產(chǎn)模式的比較

    剛性生產(chǎn)線－機(jī)群式車間－組合機(jī)床生產(chǎn)線－柔性制造系統(tǒng)－單元制造系統(tǒng)－虛擬企業(yè)－模塊化制造系統(tǒng)

    投資：大－中等－較大－大－中等－很大－小

    柔性：很?。艽螅械龋螅螅艽螅?

    效率：很高－低－高－高－中－高－高

    運(yùn)輸成本：低－中－低－低－低－高－低

    合理的批量：很大－較?。螅械龋?、小－很?。?、小

    合理的產(chǎn)品生產(chǎn)周期：很長－較短－較長－短－短－很短－短

    零件的復(fù)雜性：復(fù)雜－中等－復(fù)雜－復(fù)雜－中等－復(fù)雜－中等

    典型加工零件和產(chǎn)品：標(biāo)準(zhǔn)緊固件－汽輪機(jī)中的大部分零件—汽車零件－飛機(jī)上的復(fù)雜零件－相似件，如軸類件－新產(chǎn)品上的零件－家用電器上的零件

    模塊化制造系統(tǒng)的概念

    模塊化制造系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)化的、基本的制造系統(tǒng)模塊進(jìn)行重構(gòu)，快速得到面向定制產(chǎn)品的制造系統(tǒng)，是一種高生產(chǎn)率和高柔性的制造系統(tǒng)。該制造系統(tǒng)具有以下幾類模塊：加工基本模塊、模塊化驅(qū)動單元、模塊化的刀具和夾具以及可重構(gòu)的控制系統(tǒng)。這些模塊的定義為：?

    (1)加工基本模塊(PMP:ProcessMachinePrimilives)：?

    主要用于加工和改變原材料的狀態(tài)，如擠壓、鉆孔、銑削等?；灸K的功能是與現(xiàn)有的加工設(shè)備相類似，但對于模塊，最強(qiáng)調(diào)的是遵循精確、預(yù)定義、示范性和可控制的標(biāo)準(zhǔn)。?

    (2)模塊化驅(qū)動單元(MAE：ModularActuatorElements)：?

    主要用于完成執(zhí)行任務(wù)部件的運(yùn)動。?

    (3)模塊化的刀具和夾具(MTJ：ModularToolingandJigging)：

    這是與加工基本模塊和模塊化驅(qū)動單元相匹配的刀具和夾具模塊。?

    (4)可重構(gòu)的控制系統(tǒng)(CCS:ConfigurableControlSystem)：?

    包括各種模塊化制造系統(tǒng)子系統(tǒng)的程序、指令和同步化的信息網(wǎng)絡(luò)。?

    模塊化制造系統(tǒng)的設(shè)計主要是硬件的選擇和任務(wù)的配置，因此需要相應(yīng)的工具。由于制造系統(tǒng)的模塊化，在產(chǎn)品設(shè)計階段就可精確地確定產(chǎn)品制造的可行性、成本和投資的回收等問題。

    模塊化制造系統(tǒng)通過建立集成的“準(zhǔn)地(JustInPlace)”零部件加工和裝配系統(tǒng)，從而可以有效地減少零部件運(yùn)輸、進(jìn)料等工作，消除由此引起的“裝配瓶頸”。而且可顯著減少成本，因?yàn)榱慵倪\(yùn)輸成本常常要占到零件成本的20%。?

    模塊化制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：對于新產(chǎn)品而言，由于標(biāo)準(zhǔn)的模塊化而帶來的生產(chǎn)系統(tǒng)的簡化，并和自動化相結(jié)合，將幫助顯著縮短生產(chǎn)周期。由于模塊化制造系統(tǒng)的設(shè)計是高度自動化的，硬件是模塊的，因此能很快地設(shè)計和重構(gòu)低成本的生產(chǎn)系統(tǒng)。?

    模塊化制造系統(tǒng)由于其建立方便、模塊的適應(yīng)范圍廣、可重構(gòu)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以建立一個模塊化制造系統(tǒng)的租賃市場。在這一市場中，建立一個模塊化制造系統(tǒng)租賃公司，該公司準(zhǔn)備了大量的各種不同的制造系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模塊?？梢韵蛐枰⑿庐a(chǎn)品制造系統(tǒng)(設(shè)備、生產(chǎn)線、裝配線)的企業(yè)提供各種加工基本模塊、模塊化驅(qū)動單元、模塊化的刀具和夾具以及可重構(gòu)的控制系統(tǒng)。企業(yè)可以迅速在幾天內(nèi)建立起支持新產(chǎn)品生產(chǎn)的系統(tǒng)。當(dāng)該產(chǎn)品不再生產(chǎn)時，該模塊化制造系統(tǒng)可以容易地拆除，并將各模塊退回給租賃公司。當(dāng)然還需要一個設(shè)計和制造這些模塊的公司。?

    如何建立模塊化制造系統(tǒng)

    模塊化制造系統(tǒng)的制造模式不可能在短時間內(nèi)完成，在確立模塊化制造系統(tǒng)前，應(yīng)進(jìn)行如下一些準(zhǔn)備工作：?

    (1)根據(jù)最終用戶的需求，對模塊化制造系統(tǒng)中的各模塊進(jìn)行分析和設(shè)計；?

    (2)建立模塊性能、尺寸和控制的開放性標(biāo)準(zhǔn)；?

    (3)在產(chǎn)品設(shè)計時就要考慮到模塊化制造系統(tǒng)方法帶來的約束要求。產(chǎn)品所有的生產(chǎn)操作盡量滿足“制造和裝配過程模塊集”規(guī)定的范圍來執(zhí)行。同樣，應(yīng)盡量避免具有長周期的制造過程(如澆鑄)，因?yàn)槟K化制造系統(tǒng)的目的是盡可能擴(kuò)大模塊的利用率，以確保資金投入的高回報率；?

    (4)開發(fā)先進(jìn)的設(shè)計與分析工具，以便支持設(shè)計者進(jìn)行與模塊化制造系統(tǒng)相關(guān)的產(chǎn)品快速并行設(shè)計，確保產(chǎn)品設(shè)計滿足由模塊化制造系統(tǒng)帶來的約束。?

    模塊化制造系統(tǒng)中產(chǎn)品設(shè)計與制造過程選擇的制約條件：?

    (1)過程選擇：所有的零部件必須能夠通過加工基本基元而加工出來；?

    (2)周期需求：只要在可能的地方，所有的零部件必須“準(zhǔn)時(JIT)”“準(zhǔn)地(JIP)”進(jìn)行制造；

    (3)質(zhì)量和可靠性：所有的作業(yè)和過程的選擇必須力爭具有幾乎100%的可靠性；?

    (4)操作和裝配：所有的零部件要使用根據(jù)模塊化驅(qū)動單元建立的簡單實(shí)用的單元進(jìn)行處理和裝配；?

    (5)原材料成本：堅決杜絕不必要的昂貴原材料。?

    模塊化制造系統(tǒng)設(shè)計開始于從與模塊化制造系統(tǒng)有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計中“提取”信息。用于模塊化制造系統(tǒng)設(shè)計的產(chǎn)品描述主要是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析表。?

    在模塊化制造系統(tǒng)設(shè)計中首先要根據(jù)產(chǎn)品批量和產(chǎn)品的復(fù)雜程度確定加工機(jī)器基元的模塊數(shù)。這要求識別哪一種加工機(jī)器基元導(dǎo)致子裝配線的生產(chǎn)周期低于生產(chǎn)輸出速率所要求的周期。如果一個加工機(jī)器基元的生產(chǎn)周期太低，則增加加工機(jī)器基元單元的數(shù)量直至達(dá)到所要求的生產(chǎn)周期。模塊化制造系統(tǒng)的設(shè)計圖定義了從產(chǎn)品設(shè)計(即裝配命令)、裝配過程和模塊化制造系統(tǒng)生產(chǎn)周期需求得到的加工機(jī)器基元模塊的數(shù)量和排序的順序。?

    模塊化制造系統(tǒng)對我國制造業(yè)發(fā)展的意義

    模塊化制造系統(tǒng)可以滿足過程集成和系統(tǒng)重構(gòu)的要求。過程集成強(qiáng)調(diào)的是高效率，這要求制造系統(tǒng)的集成模塊是一些能完成制造過程多項(xiàng)任務(wù)的多功能的專用機(jī)床。系統(tǒng)重構(gòu)強(qiáng)調(diào)的是高柔性，這可以通過對機(jī)床設(shè)備和機(jī)床中的一些模塊的重新配置變換來實(shí)現(xiàn)。模塊化制造系統(tǒng)能顯著減少產(chǎn)品對制造系統(tǒng)的功能約束，能通過減少非加工時期來提高生產(chǎn)率，從而使制造系統(tǒng)在未來的快速的技術(shù)和市場變化中得以生存。?

    由于模塊化制造系統(tǒng)可以以較低的成本實(shí)現(xiàn)很大一類產(chǎn)品的大批量定制生產(chǎn)，因此對于我國的制造業(yè)發(fā)展、提高我國制造企業(yè)的競爭力和大批量定制生產(chǎn)的能力具有重要意義。企業(yè)可以通過對模塊化制造系統(tǒng)的快速重構(gòu)，迅速轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)出滿足市場需求的產(chǎn)品。企業(yè)也可由制造模塊的租賃公司幫助建立模塊化生產(chǎn)線，快速將新產(chǎn)品推向市場。?

    以前我國曾搞過組合夾具，并建立了不少組合夾具站。由于信息傳遞不暢，企業(yè)在進(jìn)行夾具設(shè)計時往往很難迅速知道組合夾具的規(guī)格，如何組合自己所需的夾具以及從何處可迅速得到組合夾具，結(jié)果組合夾具的發(fā)展受到挫折。?

    模塊化制造系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)將產(chǎn)品設(shè)計和模塊化制造系統(tǒng)結(jié)合在一起，并采用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持產(chǎn)品設(shè)計和模塊化制造系統(tǒng)的設(shè)計，使兩者集成起來，真正做到面向制造的設(shè)計。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還可使分布在各地的產(chǎn)品設(shè)計師和工藝師迅速知道制造系統(tǒng)的模塊類型、存放位置、組合方式等信息，知道產(chǎn)品的制造成本。這樣可避免出現(xiàn)類似以往組合夾具經(jīng)歷的挫折。