陳長年

(機械科學(xué)研究總院，北京 100044)

1 前言

1.1 人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的3個里程碑

汽車產(chǎn)業(yè)是制造技術(shù)與管理技術(shù)結(jié)合的經(jīng)典。20世紀(jì)改變了世界的3大里程碑式的管理技術(shù)都源于汽車界:

(1)福特大量生產(chǎn)方式的出現(xiàn)，使人類經(jīng)濟(jì)步入規(guī)模經(jīng)濟(jì)型的“數(shù)量時代”，解決了溫飽和短缺問題，特點是大批量、低成本，但后遺癥是三高——高污染、高耗能、高耗材;

(2)豐田精益生產(chǎn)方式使人類經(jīng)濟(jì)進(jìn)入到“質(zhì)量時代”;精益生產(chǎn)的目標(biāo)是零缺陷、零庫存;

(3)通用汽車敏捷制造的出現(xiàn)，又使人類經(jīng)濟(jì)步入“多樣化時代”，為恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件。

1.2 科學(xué)技術(shù)與中國的未來

為前瞻思考世界科技發(fā)展大趨勢、現(xiàn)代化建設(shè)和科學(xué)發(fā)展對科技創(chuàng)新提出的新要求，在溫總理親自主持下，中國科學(xué)院組織300多位專家，開展了先進(jìn)制造、先進(jìn)材料等18個重要領(lǐng)域至2050年科技發(fā)展路線圖戰(zhàn)略研究。形成了系列戰(zhàn)略研究報告《創(chuàng)新2050:科學(xué)技術(shù)與中國的未來》。

研究報告提出，在今后的10～20年，很有可能發(fā)生一場以綠色、智能和可持續(xù)為特征的新的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命。這是對我們的巨大挑戰(zhàn)。

1.3 汽車制造技術(shù)的發(fā)展

世界汽車制造技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了3次革命:第一次革命——內(nèi)燃機技術(shù)誕生;第二次革命——大批量制造的流水線技術(shù)誕生;第三次革命——電子技術(shù)主導(dǎo)了汽車技術(shù)發(fā)展。目前正處于第四次技術(shù)革命的前夜——特點是綠色制造和智能制造。

1.4 多樣化時代汽車零件的3類制造系統(tǒng)

第3代少品種大批量制造系統(tǒng)——敏捷柔性自動線(AFTL);

多品種大批量制造系統(tǒng)——多樣化時代新興的制造系統(tǒng);

現(xiàn)代多品種單件小批制造系統(tǒng)——最古老制造系統(tǒng)的鳳凰涅磐。

2 第3代少品種大批量制造系統(tǒng)——敏捷柔性自動線(AFTL)

2.1 敏捷柔性自動線(AFTL)及其關(guān)鍵技術(shù)

發(fā)動機制造裝備可謂第一汽車制造裝備，是現(xiàn)代汽車零部件集成經(jīng)典。我國現(xiàn)役的高精度發(fā)動機缸體、缸蓋、曲軸、變速箱殼體加工敏捷柔性自動線(AFTL)90%以上進(jìn)口。從20世紀(jì)末至今，據(jù)不完全統(tǒng)計，已經(jīng)有約200條安裝或?qū)惭b，平均單價約2 000萬美元。如，僅柯馬公司2008～2010年即提供了20條AFTL。

AFTL的關(guān)鍵技術(shù)是:

(1)生產(chǎn)線數(shù)字化設(shè)計:要求按照精益、敏捷理念，采用協(xié)同仿真技術(shù)，使用戶能夠選擇技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的方案。采用了這種數(shù)字化設(shè)計技術(shù)后，生產(chǎn)規(guī)劃流程精簡了40%。

(2)具有可重構(gòu)模塊的高速加工中心(RMT)，作為新一代加工缸體、缸蓋生產(chǎn)線的核心技術(shù)。其特征是:模塊化、高速化、干切削。只有模塊化才能實現(xiàn)可重構(gòu);只有模塊化才能大幅度降低制造和使用成本。

(3)在線檢測:為實現(xiàn)大批量高生產(chǎn)率條件下的在線精密檢測，要求檢測設(shè)備的分辨率達(dá)1 μm，整個測量形貌的測量周期在數(shù)十秒以內(nèi)，測點達(dá)到幾百萬個以上。我國目前完全依賴進(jìn)口。

(4)柔性夾具:柔性夾具設(shè)計需要精通零件制造工藝。這是國外企業(yè)對我們封鎖的核心技術(shù)和盈利的訣竅，也是我國機床企業(yè)的軟肋。最近一汽發(fā)動機FTL招標(biāo)中，德國公司一個工位柔性夾具價格約20萬歐元，與臥式加工中心價格相當(dāng)。

(5)物流系統(tǒng):被視為“第二類生產(chǎn)”，包括自動上下料、工件傳輸儲運和實時工廠物流系統(tǒng)。完善的物流將極大提高現(xiàn)代發(fā)動機生產(chǎn)的效率和可靠性，為零庫存提供可能。先進(jìn)的工廠物流系統(tǒng)是現(xiàn)代發(fā)動機生產(chǎn)實現(xiàn)精益和敏捷的關(guān)鍵。自動上下料最新發(fā)展是采用機器人(機械手)自動上下料，以便增加通用性和柔性。

(6)信息系統(tǒng):自動線CNC控制系統(tǒng)，其復(fù)雜程度不是只控制單個機床可比擬的。世界上只有少數(shù)幾家頂級公司有此能力，我國目前此領(lǐng)域處于空白。

(7)自動線可靠性技術(shù):需要滿足整條自動線工序能力指數(shù)Cpk值≥1.67，平均無故障工作時間MTBF≥3 000 h的要求。

2.2 敏捷柔性自動線的基本技術(shù)要求

現(xiàn)代殼體類工件機械加工自動線屬于“敏捷柔性自動線”，以便滿足現(xiàn)代動力總成殼體類工件生產(chǎn)線“多品種、大產(chǎn)量、高效率、低成本”的需要。敏捷柔性自動線使用的機床類型為“剛?cè)峄旌稀毙汀愿咚偌庸ぶ行臐M足生產(chǎn)線高柔性要求，以數(shù)控專機滿足高效率要求，并可降低投資成本。剛?cè)峄旌铣潭?深度、中度、輕度)要從采用協(xié)同仿真技術(shù)的數(shù)字設(shè)計多方案中選擇。

2.2.1 AFTL線中集成應(yīng)用的技術(shù)

FA技術(shù)，又稱“無人或熄燈生產(chǎn)”(Unmanned or Lights－out Production)技術(shù);殼體類工件高速切削技術(shù);干切削、MLQ切削技術(shù);殼體類工件精密加工技術(shù);生產(chǎn)線多品種工件混流技術(shù);敏捷物流系統(tǒng);生產(chǎn)線信息采集、分析、反饋、集成控制技術(shù);在線檢測系統(tǒng)及集成應(yīng)用技術(shù)。

2.2.2 敏捷柔性自動線的高速加工工藝及裝備

(1)高速切削工藝

根據(jù)日本汽車制造業(yè)的歷史數(shù)據(jù)，汽車制造業(yè)平均每5年切削效率要提高28%，其中切削速度平均提高19%，進(jìn)給速度平均提高8%。而最近幾年切削效率提高的幅度在30%以上。目前制造發(fā)動機主要零件的生產(chǎn)節(jié)拍已經(jīng)縮短到了30～40 s，比十幾年前縮短了50%。發(fā)動機制造企業(yè)為提高加工效率，都進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。如，上海大眾汽車通過使用HSK刀柄，涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、CBN、PCD刀具，滿足高主軸轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給速度、高加/減速的要求，只有“三高”才能實現(xiàn)高效加工(HPC);上海通用汽車，通過使用SECO公司的CBN300刀片進(jìn)行灰鑄鐵缸體平面干式銑削，切削速度達(dá)到了1 600 m/min，刀具壽命提升了4倍。

(2)高速模塊式機床

用于鋁合金殼體類工件生產(chǎn)線主軸最高轉(zhuǎn)速一般為15 000～20 000 r/min，工進(jìn)最高速度40～60 m/min，快移速度高達(dá)60～90 m/min;加速度達(dá)到1.0～1.5g，換刀時間(刀 －刀)1.5～3.5 s、甚至0.8～0.9 s;定位精度/重復(fù)定位精度:工作臺1 m以下，8 μm/4 μm(VDI 標(biāo)準(zhǔn))，工作臺 1 m 以上，10 μm/5 μm/m(VDI標(biāo)準(zhǔn))。關(guān)鍵工序的機床工程能力指數(shù)/工序能力指數(shù)Cmk/Cpk值≥2.0/1.67。

具有可重構(gòu)模塊的高速加工中心(RMT)，作為新一代加工缸體、缸蓋生產(chǎn)線的核心技術(shù)。其特征是:模塊化、高速化、干切削。目前，這類加工中心的最新發(fā)展是，主運動普遍采用電主軸，進(jìn)給運動普遍采用直線電動機。普遍運用三坐標(biāo)模塊式和箱中箱結(jié)構(gòu)。同時要求帶有斷刀檢測、機內(nèi)自動測量、自動補償系統(tǒng)、對刀裝置，等等。

(3)發(fā)動機AFTL

汽車發(fā)動機整機制造精度對產(chǎn)品使用性能(燃油經(jīng)濟(jì)性、可靠性等)具有重要影響。

發(fā)動機AFTL線具有自動化程度高、柔性高(數(shù)控裝備＞80%)、批量大(年產(chǎn)量＞10萬臺)、工藝流程長(各類工序2 500多道)、加工參數(shù)多(測量特征1 500多個)等特點。制造過程中材料、加工、裝配、檢測等各類宏微觀誤差高度耦合，整機精度控制極困難。

(4)敏捷柔性自動線的物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)

物流系統(tǒng):由原材料處理、存儲、上下料裝置、機床間工件傳輸裝置組成。在單臺數(shù)控機床配備工件庫或原材料庫和自動上下料裝置(含機械手、機器人)的條件下，即在與物料存儲與傳送及其自動控制集成的條件下，構(gòu)成柔性制造單元(FMC)。在多臺數(shù)控機床配備自動上下料與物料存儲和傳送及與生產(chǎn)計劃調(diào)度用計算機集成的條件下，構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)(FMS)。在不含計劃調(diào)度系統(tǒng)和工件單向流動時，組成柔性生產(chǎn)線。

信息系統(tǒng):主要包括生產(chǎn)線控制、刀具更換、工裝及附具更換、工件調(diào)度、自動編程、自動監(jiān)控、自動補償、工件質(zhì)量自動檢測、刀具磨損或破損后的自動更換和自動報警等。要求具有CAD/CAM功能，遠(yuǎn)程生產(chǎn)線管理和維護(hù)、故障診斷和自動修復(fù)功能等。

(5)敏捷柔性自動線的實例

奇瑞發(fā)動機曲軸箱481鑄鋁缸體機加生產(chǎn)線由德國CROSSHULLER公司承包。主要由18臺SPECHT500W加工中心，2臺清洗機、2臺裝配機、1臺擰緊機、2臺試漏機、1臺最終測量機組成柔性生產(chǎn)線。一期綱領(lǐng)雙班120 000臺，混流生產(chǎn)1.6 L、1.9 L(D)、2.0 L三種產(chǎn)品，二期綱領(lǐng)雙班200 000臺，混流生產(chǎn)1.3 L(D)、1.6 L、1.9 L(D)、2.0 L 四種產(chǎn)品。整線實行全自動上下料，加工中心采用加工島方式，清洗機等輔機采用串聯(lián)滾道對接方式。加工中心采用桁架機械手上下料，其他輔機采用抬起步伐或滾動輸送，生產(chǎn)線操作工人只完成一些手工裝配和設(shè)備操作工作。每一道工序都有一個獨立的集中冷卻系統(tǒng)，操作、維護(hù)方便，便于保證產(chǎn)品質(zhì)量。整條生產(chǎn)線占地面積2 900 m2，在線布置三坐標(biāo)測量機、SPC檢查臺和現(xiàn)場辦公室等設(shè)施。

2.3 精密復(fù)雜零件大批量制造要實現(xiàn)的目標(biāo)

在制造過程的綠色制造方面，我國與世界差距巨大。我國每年因環(huán)境污染造成的損失占GDP的1/10，而制造業(yè)占其中70%。汽車業(yè)又占了制造業(yè)半壁江山(2010年汽車產(chǎn)量達(dá)到1 800萬輛，3.3萬億元)。我們制造汽車零部件主要采用切削方式，歐美日大量采用成形方式。美國汽車產(chǎn)量達(dá)到1 100萬輛時擁有自動鍛造線5 000條，我國目前只有20～30條。如，歐美日汽車后橋齒輪已經(jīng)完成了從切削向近凈成形(冷熱溫鍛)的過渡。我國如果采用這項綠色制造技術(shù)，即可節(jié)約鋼材十幾萬噸，節(jié)電十幾萬千瓦時，減少二氧化碳排放幾十萬噸。

汽車零部件屬于大批量制造，基本要求是高效率、高質(zhì)量、低耗材的綠色制造技術(shù)——近凈成形制造:精密鍛造和精密鑄造等等。圖1為冷擠壓齒輪，齒形不用機加工，可直接使用，其他部位也僅留0.15 mm的磨削余量。圖2為精鍛齒輪，齒形也不用機加工。

2009年我國汽車鍛件產(chǎn)量368萬t，模鍛件479萬t。隨著汽車的大發(fā)展，我國汽車鍛件產(chǎn)量有可能達(dá)到1 700萬t，相當(dāng)于世界其他國家汽車鍛件產(chǎn)量的總和。但從質(zhì)量上看，我國的汽車鍛件水平與世界鍛造大國德國和日本還有著相當(dāng)?shù)牟罹?，與法國、意大利、韓國和我國的臺灣地區(qū)也不在一個層次上。目前世界其他主要鍛造國使用的鍛造設(shè)備基本為熱模鍛壓力機和電液錘，而我國還在大部分使用摩擦螺旋壓力機。

(1)熱精鍛生產(chǎn)線或制造單元:德國BLM公司熱精鍛齒輪精度已達(dá)DIN6級，節(jié)約材料20% ～30%，機械性能提高15%～30%。

(2)冷精鍛(冷擠壓)生產(chǎn)線或制造單元:美國每年生產(chǎn)冷擠壓件100萬件以上，80%為汽車零件。上世紀(jì)90年代豐田1.8 L轎車中已有43 kg冷擠壓件，還有35 kg冷擠壓標(biāo)準(zhǔn)件。

(3)發(fā)達(dá)國家溫鍛技術(shù)應(yīng)用廣泛。汽車鍛件熱∶溫∶冷鍛件的重量結(jié)構(gòu)比，德國、日本等國家約為60∶20∶20。

(4)模鍛機/制造單元:汽車零部件鍛造毛坯皆屬模鍛件。其中的模具和上下料裝置等為國內(nèi)薄弱環(huán)節(jié)。國外還發(fā)展了鑄造毛坯模鍛技術(shù)。如，用于生產(chǎn)曲軸、十字軸等，強度大大提高。

(5)粉末成形技術(shù):金屬或陶瓷粉末注射成形技術(shù)(MIM)，結(jié)合了注塑工藝和粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點，是新興的凈成形制造技術(shù)，可以大批量經(jīng)濟(jì)高效凈成形制造三維復(fù)雜形狀的精密零部件。粉末注射成形關(guān)鍵汽車零部件在歐美汽車工業(yè)界已廣泛應(yīng)用，包括渦輪增壓器轉(zhuǎn)子，導(dǎo)向葉片，同步器齒箍等。目前我國正在組織攻關(guān)。

(6)精密塑性成形溫鍛技術(shù):汽車技術(shù)進(jìn)步過程中，大量工作是圍繞新材料和精密塑性成形技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用而展開的.國外采用局部連續(xù)成形技術(shù)，以小噸位輾鍛機取代大噸位壓力機，并采用自動化鍛造中心取代傳統(tǒng)的多機生產(chǎn)線模式。

3 多品種大批量制造系統(tǒng)——多樣化時代新興的制造系統(tǒng)

多品種大批量制造系統(tǒng)是多樣化時代新生的汽車零部件制造系統(tǒng)。是制造技術(shù)應(yīng)對兼顧多樣性和經(jīng)濟(jì)性要求的最新技術(shù)創(chuàng)新?，F(xiàn)代敏捷柔性自動線屬于初級多品種大批量制造系統(tǒng)，要求多品種混流生產(chǎn)。一般不少于5個品種的工件共線生產(chǎn)。

3.1 工件送進(jìn)式機床

國際上近年出現(xiàn)的工件送進(jìn)式機床，是多品種大批量制造系統(tǒng)的典型代表。它是一種顛覆式創(chuàng)新——機床運動方式的新革命。傳統(tǒng)的機床運動方式是工件固定，刀具送進(jìn)。而工件送進(jìn)式機床則反其道而行之。刀具固定，工件送進(jìn)，工件直接面對刀具，無需內(nèi)部運動鏈，工件與刀具相對運動靠復(fù)雜的數(shù)控智能軟件保證。目前只見到德國Ex－Cell－O公司提供了2例多品種大批量制造的成功案例，但只適用于小型復(fù)雜工件的多品種大批量制造。

工件送進(jìn)式機床又稱為工作臺倒置式機床，最早出現(xiàn)于十幾年前的“倒立車”。本文介紹的工件送進(jìn)式機床又有了革命性新發(fā)展:從立車式發(fā)展到加工中心式;具有一組排列式刀具、或動力刀具軸。這些刀具皆為模塊化的，根據(jù)加工要求設(shè)置，加工對象變更時更換刀具很方便。

前面提到的德國 Ex－Cell－O公司開發(fā)出的兼有組合機床和加工中心特性的XG系列加工中心(意為Flex Center)，如圖3所示。其創(chuàng)新特點如下:

主軸帶有Z軸、C軸，并由滑臺做X軸移動，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊的三軸模塊。主軸攜帶工件倒置，動力虎鉗抓取及夾緊工件。刀具軸采用排列式布局(圖4)，帶有Y軸、B軸。工件主軸的X、Z、C軸，配合刀具軸的Y、B軸，按照數(shù)控編程指令，將工件送至置于機床下部的各個刀具軸，進(jìn)行不同工序的3～5軸加工。刀具軸包括銑軸、多主軸頭、車刀等。比組合機床軸少，因而結(jié)構(gòu)簡單可靠;比加工中心效率高，因為省去了換刀時間。該機床特別適合汽車復(fù)雜工件的一次裝夾全部加工。

3.2 緊湊型柔性自動流水線

德國Witzig＆Frank公司(屬于美國MAG集團(tuán))的TRIFLEX是一條占地面積很小的緊湊型柔性自動流水線，如圖5上部所示，由圍繞在中央集中式物流裝置四周的4臺模塊化加工中心組成。適合小型精密汽車零部件(圖5下部)多品種大批量流水線生產(chǎn)。

上料機器人將毛坯送到中央集中式物流裝置，然后至第一臺加工中心。在完成這道工序后，中央集中式物流裝置只需旋轉(zhuǎn)90°(如配置6臺加工中心則旋轉(zhuǎn)60°)，即可將置于其上的工作臺(托盤)送到第二臺加工中心，依此類推，完成全部加工。每臺加工中心都按節(jié)拍流水加工，即，每一生產(chǎn)節(jié)拍(以分秒計算)都會生產(chǎn)出來一個零件。圖中的兩種汽車零件生產(chǎn)節(jié)拍各為30 s和55 s。

3.3 多品種變批量制造技術(shù)

專業(yè)變速器和發(fā)動機缸蓋制造廠，要面對多達(dá)十幾個用戶或一個用戶的多品種訂貨要求，必須提供殼體的多品種變批量(包含大中小批量)制造系統(tǒng)，單件節(jié)拍10～25 min，一臺加工單元可完成不低于30個品種殼體的變批量加工。

關(guān)鍵技術(shù)包括:①高效高精加工單元技術(shù)，包括在線檢測裝置，自動上下料裝置;②“DONE IN ONE”技術(shù):一次裝卡完成加工。如，德國DMG公司用一臺高速復(fù)合機床加工鋁合金變速器殼體，一次裝夾，10 min左右全部加工完畢，采用干式切削;③柔性夾具和尋位－定位技術(shù)(自動找正)，最簡單的方法是使用雷尼紹測頭尋位－定位;④加工工藝編程技術(shù);⑤刀具檢測:當(dāng)?shù)毒邚牡稁熳詣訐Q到主軸上時，通過紅外掃描可以對刀具的破損進(jìn)行檢測，如刀具破損則自動調(diào)換備用刀具，保證加工產(chǎn)品的穩(wěn)定性。⑥熱位移補償:通過安裝在機床上的熱敏元件對機床各個部分的溫度進(jìn)行檢測并根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行補償，不論外界環(huán)境溫度與機床本身溫度的變化，都能使機床保持良好的精度。

4 現(xiàn)代多品種單件小批制造系統(tǒng)——最古老制造系統(tǒng)的鳳凰涅磐

4.1 單臺套件生產(chǎn)

我國每年要研發(fā)上百種新發(fā)動機，需求巨大，特別面臨節(jié)能環(huán)保的巨大壓力。如，奇瑞公司已經(jīng)研發(fā)了30余種新品發(fā)動機，試制需求為500～800臺/年，實施快速柔性制造技術(shù)是突破國外技術(shù)壟斷的重要途徑。發(fā)動機主要零部件(缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿、及異型件)的試制已經(jīng)嚴(yán)重制約了發(fā)動機設(shè)計水平的提升，矛盾主要體現(xiàn)在質(zhì)量、成本、周期。

目前，多數(shù)發(fā)動機試制車間仍然使用通用型加工中心試制復(fù)雜殼體，質(zhì)量差、周期長。汽車發(fā)動機新品研發(fā)對多品種單件小批制造系統(tǒng)的自動化、柔性化、高效率要求越來越高，是21世紀(jì)機床智能化發(fā)展的重要方向。

“單臺套件生產(chǎn)”的關(guān)鍵技術(shù)有:

(1)一次裝卡完成加工(DONE IN ONE)技術(shù)。如，MAZAK公司的分型制造系統(tǒng)，用車銑復(fù)合加工機床分別完成發(fā)動機5大件全部加工，進(jìn)行“套件生產(chǎn)”，并隨即裝配成一臺發(fā)動機。使得在發(fā)動機設(shè)計完成后即可以用最小的投資、最快的速度生產(chǎn)出來。最適用于新發(fā)動機研發(fā)。

分型制造系統(tǒng)工藝特點是工序集中型，一臺機床“獨立”完成全部加工，在生產(chǎn)批量加大時增加機床，并配備物料存儲和傳送裝置。設(shè)備排列特點是并聯(lián)式，一臺機床故障，生產(chǎn)線照常運行。突出特點是雙柔性，即設(shè)備和生產(chǎn)線，但是效率很低。為提高效率，目前已經(jīng)有發(fā)動機工廠應(yīng)用并－串聯(lián)混合式。

(2)智能高效多品種單件小批制造單元。如，MAZAK公司新開發(fā)的多托盤制造單元(Palletech Manufacturing Cell)，是由多達(dá)幾十個托盤組成的制造單元，可自動加工出幾十種幾何形狀各異的零件?？蓪τ啥噙_(dá)十幾種零件組成的多種總成實施自動化“單臺套件生產(chǎn)”，成為汽車復(fù)雜部件快速研發(fā)的有力裝備。

多托盤制造單元其實是上世紀(jì)80年代出現(xiàn)的由多托盤組成的柔性制造單元(FMC)的最新發(fā)展。FMC的設(shè)計思想即是解決多品種工件混流生產(chǎn)。但是傳統(tǒng)的FMC效率太低，生產(chǎn)實際鮮有超過6托盤的，很難實現(xiàn)復(fù)雜零部件的“單臺套件生產(chǎn)”。MAZAK的多托盤制造單元是三層結(jié)構(gòu)，大大縮小了各托盤與主軸的距離，同時托盤高速移動，再加上高速主軸，高速進(jìn)給，加工效率大大提高。智能高效多品種單件小批制造單元的關(guān)鍵技術(shù)有:

①多品種工件加工工藝編程技術(shù)，只要準(zhǔn)備足夠長時間的程序，待加工工件和刀具，以及數(shù)控系統(tǒng)具有完善的自動監(jiān)控自診斷和報警系統(tǒng)，探測或自診斷出的故障自動修復(fù)或修復(fù)不了的自動停車報警，確保不損壞工件和機床，再加上上下料，切屑和完工件管理的自動化等條件下，就可實現(xiàn)熄燈生產(chǎn)。再配合下述技術(shù)，可使設(shè)備利用率高達(dá)97%左右，而傳統(tǒng)多品種單件小批生產(chǎn)的設(shè)備利用率只有25%左右。

②高速機床與高效加工技術(shù)，如前所述。

③智能化技術(shù)。在工廠內(nèi)實行網(wǎng)絡(luò)化，通過將機器、加工程序、夾具以及生產(chǎn)日程安排等所有的數(shù)據(jù)都共享，從而實現(xiàn)對工廠的實時管理，幫助用戶工廠實現(xiàn)智能化。如日本MAZAK公司的制造單元內(nèi)置智能化生產(chǎn)中心CPC(Cyber Production Center)主要有4個模塊:編程軟件(Camware);智能化調(diào)度(Cyber Scheduler);智能化刀具管理(Cyber Tool Management);智能化監(jiān)控(Cyber Monitor)，還可以通過網(wǎng)絡(luò)或者電話連線從辦公室或外地掌握工廠每臺設(shè)備的運行狀況。

④機器視覺(Machine Vision)技術(shù)，提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度，實現(xiàn)在線檢測和反饋。

⑤柔性夾具(Flexible Fixture)技術(shù)，工件的形狀和尺寸有一定變化時，夾具有應(yīng)變能力，能夠適應(yīng)多品種無人化生產(chǎn)。如果加工的產(chǎn)品變換，可以通過機械手到軟爪庫找取對應(yīng)的軟爪(SOFT－JAW)，并進(jìn)行快速更換。

4.2 精益研發(fā)制造技術(shù)

精益研發(fā)是精益生產(chǎn)技術(shù)的延伸，能夠?qū)崿F(xiàn)樣機試制階段完成后無縫連接到小批量生產(chǎn)階段。

我國每年要研發(fā)上百種新發(fā)動機，先進(jìn)節(jié)能環(huán)保內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)越來越緊湊，精度越來越高。實施快速柔性制造技術(shù)及精益研發(fā)，是突破國外技術(shù)壟斷的重要途徑。發(fā)動機主要零部件(缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿及異型件)的試制已經(jīng)嚴(yán)重制約了發(fā)動機設(shè)計水平的提升，矛盾主要體現(xiàn)在質(zhì)量、成本、周期。目前發(fā)動機主要零部件的試制技術(shù)仍然受國外控制，其單臺試制費用高達(dá)十萬歐元(每品種50～100臺)、試制周期長達(dá)1～2年。國內(nèi)多數(shù)發(fā)動機試制車間仍然使用通用型加工中心試制復(fù)雜殼體，質(zhì)量差、周期長。

4.3 發(fā)動機、變速器快速研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

(1)汽車發(fā)動機鑄件快速鑄造技術(shù)，包括數(shù)字化大型無模鑄造技術(shù);數(shù)字化大型無模鑄造精密快速成形機。如，五軸大中型激光快速成型機。

(2)智能高效柔性制造系統(tǒng)，目前出現(xiàn)的適用于精益研發(fā)的設(shè)備主要有:①智能高效復(fù)合車銑加工中心(制造單元)。如，國內(nèi)正在開發(fā)的變速器殼體制造單元，節(jié)拍20～25min，年產(chǎn)殼體可以達(dá)到約15 000件(兩班制);而國際最高水平為節(jié)拍10min，年產(chǎn)殼體可以達(dá)到約30 000件(兩班制)。②多托盤制造單元。試制階段采用“單臺套件生產(chǎn)。然后每個托盤安裝同一種工件，進(jìn)入中小批制造，可以實現(xiàn)年產(chǎn)約30 000件。