機床產品并行研發探索與研究

■沈陽機床集團 （遼寧 110142） 蔡哲民 朱 巖

機床產品并行研發探索與研究

■沈陽機床集團 （遼寧 110142） 蔡哲民 朱 巖

摘要：本文通過產品串行與并行產品研發的比較，較全面總結了機床產品并行研發的特點和企業實際產品研發情況。按研發項目的過程，本文重點介紹了機床產品并行研發的基本管理模式，為企業研發流程提供借鑒的思路。

國內外機床企業普遍重視產品研發，沒有新產品企業就沒有未來，成功的新產品研發是企業發展的保障。而傳統的研發方式已經不適應現代企業的需求，市場對機床研發提出了新的要求。

并行研發的特點

傳統的串行研發方式是由設計部門主導，按研發指令（設計任務書）展開，基本的實施路線為:設計→工藝→制造→裝配→檢驗→營銷→服務，是自上而下的組織流程。

并行研發是以跨職能項目團隊為主導的，以市場為導向,產品全流程、全生命周期為核心的生產組織管理流程，有別于傳統串行研發，產品研發的目標是滿足市場，以未來市場收入、利潤為預期，定義產品特點和價格體系。并行研發具有：①研發速度快、周期短。②快速響應市場。③投入小、產出快。④采用協同理念。⑤全面采用項目管理5大特點；并行研發的核心是“專門組織、通盤策劃、事前控制、消除壁壘”。

圖1

基本管理模式

以研發最大加工直徑200mm小規格數控車床為例，并行研發按項目進展可分為研發、樣機及量產3大階段，各階段主要工作如圖1所示。

1. 研發階段

產品研發是新產品研發最重要的階段，研發介紹主要完成產品定義、概念設計、產品設計3項具體工作。

（1）產品定義。是研發工作的前提，主要完成市場需求預

測、競爭對手分析、主要參數確定、目標成本預估、確定市場售價等工作，以沈陽機床中捷立加事業部研發VMC850E為例。

2008年中捷立加事業部根據市場需求狀態，通過市場分析，文教科研、普通機械加工等經濟型產品將成為競爭焦點，經濟型占立加需求的30%市場份額，而立加事業部在經濟型領域還沒有開發相應產品，決定開發經濟型產品，同時VMC850規格是市場需求最大的。

按競爭對手的銷售價格，確定850E系列產品市場售價和目標成本。850規格經濟型立加主要市場競爭對手是漢川、大連、寶雞和其他國內機床企業，首先分析競爭對手產品結構、性能及價格。通過分析認定，這些機床廠家的立加產品共同的特點是，使用昆明臺正機械有限公司等企業生產的立加光機、配置數控系統、電器元件和整機防護，實施OEM式的生產組織。通過預測，認定850規格立加競爭對手價格為：光機+數控系統+鈑金件+電器元件+毛利=最低售價P1。

中捷立加事業部以市場為導向，實施設計成本倒推，確定目標銷售價為競爭對手最低售價P1，結合本事業部綜合管理費用14%的水平，毛利率設定為5%，最終控制目標成本價為：目標成本價P2=P1-（14%+5%）P1。

設計的出發點是實現利潤5%的目標，機床的總成本為P2，一切設計工作依此為基礎，協同實施展開。但在實踐中數控系統、鈑金件和電器元件等外購件的價格是相對固定的，降價空間有限，設計中的成本只能從自身的制造、外協中想辦法。

（2）概念設計。概念設計階段主要完成機床整體布局、產品配置、功能設計、質量定義、功能部件選擇、實現目標成本等實際工作。以中捷立加事業部研發VMC850E立式加工中心為例。

機床整體布局VMC850E立式加工中心采用立式框架布局十字滑臺結構，床身、工作臺、滑座、立柱、主軸箱等大件均采用高強度鑄鐵材料，X、Y、Z軸導軌副采用滾動直線導軌，采用斗笠式刀庫，配備大流量冷卻泵及大容量水箱，導軌、滾珠絲杠副均采用中央集中自動稀油潤滑等具體的機床布局。

確定主要規格及技術參數、標準，根據產品特點，結合市場需求及競爭對手現狀確定機床的主要技術參數，如工作臺尺寸定義為1 000×500mm、最大荷重500kg，X/Y/Z軸行程為850mm /500mm /540mm，轉數范圍為50～8 000r/min、主電機功率7.5/11kW。合理確定機床標準，機床幾何精度驗收標準采用國標JB/T 8771.2—1998、機床定位和重復定位精度驗收標準采用JB/T 8771.4—1998，精度根據企業實際情況進一步壓縮10%～20%，各項指標明確到數值，X/Y/Z定位精度為0.020mm /0.015mm /0.015mm、重復定位精度0.012mm /0.010mm /0.010mm等一系列具體參數。

確定主要配置及功能部件，根據機床的市場定位和目標價格，合理選擇機床配件，以VMC850E立式加工中心為例，考慮到機床目標成本，主要配置以國產及中國臺灣為主。采用經濟型的FANUC 0i-MATE系統、臺灣旭泰主軸組，絲杠導軌以南京工藝為主，刀庫采用呼和浩特產品等。

（3）產品設計。是研發投入人力、時間最多的階段，主要完成設計圖樣、技術文檔、BOM清單等設計工作，設計的重點是實現模塊化設計，實現產品通用化、系列化，產品設計時植入了協同理念，這主要體現在兩個方面：①設計人員主動考慮是否能將外形或功能相近的零部件做成通用的。②盡管使用通用件、標準件會增加產品設計的困難，但是，設計人員只能夠使用通用件、標準件，絕不使用專用件，使用專用件時要有主管領導簽字。

圖2

設計員主動配合新產品生產制造和客戶需求來進行協同產品設計。這樣設計出來的產品不但能夠貼近市場，而且還能便于制造部門的裝配，保證工作效率。如圖2所示的VMC850E床身設計中，聽取工藝員意見，床身結構設計為斜面結構，便于廢屑收集。床身側面無加工面,只加工上面，在實際加工中，利用龍門加工中心可一次裝卡，完成床身上面的全部加工工序。為減少換

刀，車間工藝員提出床身上螺紋孔尺寸應盡量統一，設計人員通過分析采納了這一建議，將螺紋孔集中在M8、M12等幾個規格，實踐證明不僅加工時減少了換刀時間，而且簡化了刀具管理，最大的好處是減少了刀具的采購種類，通過批量訂貨降低了刀具采購費用。

2. 樣機階段

樣機制造是驗證產品設計的必然選擇。與并行研發相同，樣機的制造是以跨職能項目團隊為主導的，以合同為依托，企業與跨職能項目團隊簽訂樣機制造合同并監督執行，跨職能項目團隊全權組織研發樣機制造、外購件外協件采購、整機安裝調試、樣機項目驗收、樣機成果轉讓等具體工作。

（1）編制制造工藝方案。傳統的機床樣機制造，是在完成設計圖樣后，由工藝員編制生產、加工工藝指導車間生產與裝配。但“術業有專攻、學科有區別”，設計員很難全面了解機床各個部件的加工、裝配環節，而工藝員對機床結構了解亦不全面。為便于加工，減少調整點，方便裝配，提升效率，并行研發側重引入協同理念，把工藝前置，工藝員與設計員一起實施設計，工藝員借助CAM、CAPP軟件，對設計模型實施工藝預生產，內容涉及：核準零件尺寸、公差及精度等加工要求，設定毛坯，確定工件裝卡方式，選擇加工刀具，確定加工方法，確定加工工藝路線，設定工藝參數等。

跨職能項目團隊組織完成樣機制造工藝方案、裝配工藝方案及檢驗檢測報告、檢測方法，編制生產進度表并監督執行。

（2）組織生產。跨職能項目團隊全程參與樣機零部件加工及主管件采購、組織樣機整機裝配及調試，組織企業相關單位實施樣機技術與項目驗收。

在制造、裝配、檢驗中整理實際加工中存在的問題，并監督設計員完成產品持續改進，使樣機按計劃轉為產品。

（3）投入實際生產、獲取改進信息。樣機制造完成后，轉入企業生產車間，企業在設備采購、技改項目選型、設備更換等領域應首先考慮采用自產樣機，樣機自用的價格要參考同類機床市場價格和樣機實際的材料與制造成本綜合評定。樣機自用后，使用單位要建立樣機使用、驗證機制，及時將實際應用情況及數據、發現的服務問題，快速反饋給樣機開發單位及跨職能項目團隊，為樣機的持續改進提供依據。寧夏小巨人是國內第一座智能網絡化機床制造工廠，零件加工全部采用MAZAK設備、柔性自動加工單元及托盤系統，MAZAK新產品樣機首先進入自己的工廠獲取第一手的生產數據，改進完成、產品質量穩定后再推向市場。

3. 量產階段

樣機試制成功后，研發成果轉為產品，跨職能項目團隊全程跟進，企業根據市場定位和自身發展戰略確定新產品未來的產值、產量，并配置合適的資源。跨職能項目團隊負責企業戰略的落實，負責起草商業計劃、實施計劃，并逐條落實到生產與銷售，列入企業產銷綱領。

（1）打造標準化制造流程。標準化作業是解決該問題最行之有效的最佳方法。構建標準是產業化的前提，本階段跨職能團隊的工作核心是構建標準化、圖示化、數據化的精益制造流程，關注裝配、制造的各個細節。以直線導軌的安裝為例，應嚴格參照圖樣、工藝要求及標準化作業指導書來進行，應采用力矩扳手將導軌壓塊和導軌分別安裝到位，并且用漆筆做下標記，便于日后維護與調整。浙江凱達5S管理很有特點，所有整機裝配完工后罩上真空膜停放在現場；加工后的床身導軌表面用蠟紙涂上防銹油，有序排放在作業區。

（2）建立供應商產業鏈。選好外購件、外協件生產廠家，合格的原材料是生產出優質產品的物質基礎。跨職能團隊牽頭選用高性能、高可靠性的數控系統、伺服驅動裝置、配套功能部件、電器元件、檢測元件，才能保證機床可靠性，強化外購件的管理，使其產品質量、材料成本在可控范圍內（見圖3）。

圖3

（3）構建精品成為經濟增長點。目前機床行業普遍存在制

作不夠精良、工藝手段低下的問題，國產機床的生產過程仍跳不出粗放的局面。機床的制造過程應該是一個精細的制造過程，每一個零件的加工、每一道裝配工序都應該是一個精雕細刻的過程。

任何產品只有經國不斷的完善、不斷的持續改進才能彌補設計缺陷，完善制作工藝路線，在實際應用中總結經驗，不斷提高產品的內在質量，首先應做到把事情做對，嚴格遵守工藝規范，實施全面質量管理，將研發成果全面打造成市場上叫得響的精品。

團隊建設

有別于傳統研發方式，并行工程是以協同協作為主的矩陣式管理，其工作人員以抽調為主，根據研發項目的進展，因需要調入，項目團隊是跨職能的產品研發、產業化、商業化全流程團隊，對產品全生命周期負責。而配套的人力、勞資關系仍在企業原有體系中。研發團隊隊伍精干，以專家、專業配置為主，獨立于現有經營體系之外，獨立運作。

（1）團隊職責與構成設想。以研發最大加工直徑200mm小規格數控車床為例，項目團隊根據進度逐步擴大，最終從項目小組成長為產品線，團隊人員構成如表1所示。

①概念階段，主要的工作是對產品的技術及市場實施定位、確定價格，人員需求較少，以資深專家、業務骨干為主。②開發設計階段，展開技術、工藝設計，編制市場推廣方案，需要投入機械、電氣、液壓以及工藝等技術人員。③試制階段，根據研發圖樣、工藝，試制樣機并改進設計，需要配置裝配、檢驗等專業人員，而制造、采購等環節依托企業原體系。④產業化、商業化、品牌化階段，根據市場成立專業團體實施。

（2）研發團隊組長要求。組長作為團隊帶頭人及核心，對項目成敗起著至關重要的作用，基本素質與能力要求可參看如下：①首先重視領導與展望才能，其次是技術與管理才能。②對公司整體戰略有清晰認識與理解。③具有高級技術技能、工作經驗豐富。④矢志不渝，視項目的發展為自己的奮斗目標。⑤對市場、對產品有深刻的理解。⑥工作經驗豐富，會針對問題找出各種解決方案。⑦具備人員調動以及為團隊營造出良好氣氛的能力。

表1

考核與激勵

研發項目的成功離不開好的激勵機制。項目總承包是研發項目最好的激勵方式，對研發項目各階段實際完成的時間和完成質量實施里程碑式考核，年度實施全年考核。

項目全過程實施全員激勵，分為階段性激勵和總目標完成激勵，項目啟動前，確定各階段性里程碑、總目標及對應的激勵方案。實施過程中，根據每階段里程碑完成情況即時兌現階段性激勵鼓舞士氣。項目完成后，根據完成情況兌現激勵。為激勵全員完成更高目標，可采取階梯激勵法。如對3年毛利潤考核，激勵系數由固定系數及階梯系數構成。隨毛利潤完成情況，階梯系數呈階梯性增長。以完成毛利潤500萬元為例實施階梯激勵如表2所示，激勵額=毛利潤額×（n+m）。

表2

參考文獻：

[1] 馬旭晨.項目管理·成功案例精選[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2] 哈羅德·科茲納（美）. 項目管理·計劃、進度和控制的系統方法[M].北京：電子工業出版社，2010.

[3] 劉士玉.沈陽機床中捷立加的協同設計[J].世界制造技術與裝備市場，2011（6）：78-82.

收稿日期：（20141115）