机床产品并行研发探索与研究

■沈阳机床集团 （辽宁 110142） 蔡哲民 朱 岩

机床产品并行研发探索与研究

■沈阳机床集团 （辽宁 110142） 蔡哲民 朱 岩

摘要：本文通过产品串行与并行产品研发的比较，较全面总结了机床产品并行研发的特点和企业实际产品研发情况。按研发项目的过程，本文重点介绍了机床产品并行研发的基本管理模式，为企业研发流程提供借鉴的思路。

国内外机床企业普遍重视产品研发，没有新产品企业就没有未来，成功的新产品研发是企业发展的保障。而传统的研发方式已经不适应现代企业的需求，市场对机床研发提出了新的要求。

并行研发的特点

传统的串行研发方式是由设计部门主导，按研发指令（设计任务书）展开，基本的实施路线为:设计→工艺→制造→装配→检验→营销→服务，是自上而下的组织流程。

并行研发是以跨职能项目团队为主导的，以市场为导向,产品全流程、全生命周期为核心的生产组织管理流程，有别于传统串行研发，产品研发的目标是满足市场，以未来市场收入、利润为预期，定义产品特点和价格体系。并行研发具有：①研发速度快、周期短。②快速响应市场。③投入小、产出快。④采用协同理念。⑤全面采用项目管理5大特点；并行研发的核心是“专门组织、通盘策划、事前控制、消除壁垒”。

图1

基本管理模式

以研发最大加工直径200mm小规格数控车床为例，并行研发按项目进展可分为研发、样机及量产3大阶段，各阶段主要工作如图1所示。

1. 研发阶段

产品研发是新产品研发最重要的阶段，研发介绍主要完成产品定义、概念设计、产品设计3项具体工作。

（1）产品定义。是研发工作的前提，主要完成市场需求预

测、竞争对手分析、主要参数确定、目标成本预估、确定市场售价等工作，以沈阳机床中捷立加事业部研发VMC850E为例。

2008年中捷立加事业部根据市场需求状态，通过市场分析，文教科研、普通机械加工等经济型产品将成为竞争焦点，经济型占立加需求的30%市场份额，而立加事业部在经济型领域还没有开发相应产品，决定开发经济型产品，同时VMC850规格是市场需求最大的。

按竞争对手的销售价格，确定850E系列产品市场售价和目标成本。850规格经济型立加主要市场竞争对手是汉川、大连、宝鸡和其他国内机床企业，首先分析竞争对手产品结构、性能及价格。通过分析认定，这些机床厂家的立加产品共同的特点是，使用昆明台正机械有限公司等企业生产的立加光机、配置数控系统、电器元件和整机防护，实施OEM式的生产组织。通过预测，认定850规格立加竞争对手价格为：光机+数控系统+钣金件+电器元件+毛利=最低售价P1。

中捷立加事业部以市场为导向，实施设计成本倒推，确定目标销售价为竞争对手最低售价P1，结合本事业部综合管理费用14%的水平，毛利率设定为5%，最终控制目标成本价为：目标成本价P2=P1-（14%+5%）P1。

设计的出发点是实现利润5%的目标，机床的总成本为P2，一切设计工作依此为基础，协同实施展开。但在实践中数控系统、钣金件和电器元件等外购件的价格是相对固定的，降价空间有限，设计中的成本只能从自身的制造、外协中想办法。

（2）概念设计。概念设计阶段主要完成机床整体布局、产品配置、功能设计、质量定义、功能部件选择、实现目标成本等实际工作。以中捷立加事业部研发VMC850E立式加工中心为例。

机床整体布局VMC850E立式加工中心采用立式框架布局十字滑台结构，床身、工作台、滑座、立柱、主轴箱等大件均采用高强度铸铁材料，X、Y、Z轴导轨副采用滚动直线导轨，采用斗笠式刀库，配备大流量冷却泵及大容量水箱，导轨、滚珠丝杠副均采用中央集中自动稀油润滑等具体的机床布局。

确定主要规格及技术参数、标准，根据产品特点，结合市场需求及竞争对手现状确定机床的主要技术参数，如工作台尺寸定义为1 000×500mm、最大荷重500kg，X/Y/Z轴行程为850mm /500mm /540mm，转数范围为50～8 000r/min、主电机功率7.5/11kW。合理确定机床标准，机床几何精度验收标准采用国标JB/T 8771.2—1998、机床定位和重复定位精度验收标准采用JB/T 8771.4—1998，精度根据企业实际情况进一步压缩10%～20%，各项指标明确到数值，X/Y/Z定位精度为0.020mm /0.015mm /0.015mm、重复定位精度0.012mm /0.010mm /0.010mm等一系列具体参数。

确定主要配置及功能部件，根据机床的市场定位和目标价格，合理选择机床配件，以VMC850E立式加工中心为例，考虑到机床目标成本，主要配置以国产及中国台湾为主。采用经济型的FANUC 0i-MATE系统、台湾旭泰主轴组，丝杠导轨以南京工艺为主，刀库采用呼和浩特产品等。

（3）产品设计。是研发投入人力、时间最多的阶段，主要完成设计图样、技术文档、BOM清单等设计工作，设计的重点是实现模块化设计，实现产品通用化、系列化，产品设计时植入了协同理念，这主要体现在两个方面：①设计人员主动考虑是否能将外形或功能相近的零部件做成通用的。②尽管使用通用件、标准件会增加产品设计的困难，但是，设计人员只能够使用通用件、标准件，绝不使用专用件，使用专用件时要有主管领导签字。

图2

设计员主动配合新产品生产制造和客户需求来进行协同产品设计。这样设计出来的产品不但能够贴近市场，而且还能便于制造部门的装配，保证工作效率。如图2所示的VMC850E床身设计中，听取工艺员意见，床身结构设计为斜面结构，便于废屑收集。床身侧面无加工面,只加工上面，在实际加工中，利用龙门加工中心可一次装卡，完成床身上面的全部加工工序。为减少换

刀，车间工艺员提出床身上螺纹孔尺寸应尽量统一，设计人员通过分析采纳了这一建议，将螺纹孔集中在M8、M12等几个规格，实践证明不仅加工时减少了换刀时间，而且简化了刀具管理，最大的好处是减少了刀具的采购种类，通过批量订货降低了刀具采购费用。

2. 样机阶段

样机制造是验证产品设计的必然选择。与并行研发相同，样机的制造是以跨职能项目团队为主导的，以合同为依托，企业与跨职能项目团队签订样机制造合同并监督执行，跨职能项目团队全权组织研发样机制造、外购件外协件采购、整机安装调试、样机项目验收、样机成果转让等具体工作。

（1）编制制造工艺方案。传统的机床样机制造，是在完成设计图样后，由工艺员编制生产、加工工艺指导车间生产与装配。但“术业有专攻、学科有区别”，设计员很难全面了解机床各个部件的加工、装配环节，而工艺员对机床结构了解亦不全面。为便于加工，减少调整点，方便装配，提升效率，并行研发侧重引入协同理念，把工艺前置，工艺员与设计员一起实施设计，工艺员借助CAM、CAPP软件，对设计模型实施工艺预生产，内容涉及：核准零件尺寸、公差及精度等加工要求，设定毛坯，确定工件装卡方式，选择加工刀具，确定加工方法，确定加工工艺路线，设定工艺参数等。

跨职能项目团队组织完成样机制造工艺方案、装配工艺方案及检验检测报告、检测方法，编制生产进度表并监督执行。

（2）组织生产。跨职能项目团队全程参与样机零部件加工及主管件采购、组织样机整机装配及调试，组织企业相关单位实施样机技术与项目验收。

在制造、装配、检验中整理实际加工中存在的问题，并监督设计员完成产品持续改进，使样机按计划转为产品。

（3）投入实际生产、获取改进信息。样机制造完成后，转入企业生产车间，企业在设备采购、技改项目选型、设备更换等领域应首先考虑采用自产样机，样机自用的价格要参考同类机床市场价格和样机实际的材料与制造成本综合评定。样机自用后，使用单位要建立样机使用、验证机制，及时将实际应用情况及数据、发现的服务问题，快速反馈给样机开发单位及跨职能项目团队，为样机的持续改进提供依据。宁夏小巨人是国内第一座智能网络化机床制造工厂，零件加工全部采用MAZAK设备、柔性自动加工单元及托盘系统，MAZAK新产品样机首先进入自己的工厂获取第一手的生产数据，改进完成、产品质量稳定后再推向市场。

3. 量产阶段

样机试制成功后，研发成果转为产品，跨职能项目团队全程跟进，企业根据市场定位和自身发展战略确定新产品未来的产值、产量，并配置合适的资源。跨职能项目团队负责企业战略的落实，负责起草商业计划、实施计划，并逐条落实到生产与销售，列入企业产销纲领。

（1）打造标准化制造流程。标准化作业是解决该问题最行之有效的最佳方法。构建标准是产业化的前提，本阶段跨职能团队的工作核心是构建标准化、图示化、数据化的精益制造流程，关注装配、制造的各个细节。以直线导轨的安装为例，应严格参照图样、工艺要求及标准化作业指导书来进行，应采用力矩扳手将导轨压块和导轨分别安装到位，并且用漆笔做下标记，便于日后维护与调整。浙江凯达5S管理很有特点，所有整机装配完工后罩上真空膜停放在现场；加工后的床身导轨表面用蜡纸涂上防锈油，有序排放在作业区。

（2）建立供应商产业链。选好外购件、外协件生产厂家，合格的原材料是生产出优质产品的物质基础。跨职能团队牵头选用高性能、高可靠性的数控系统、伺服驱动装置、配套功能部件、电器元件、检测元件，才能保证机床可靠性，强化外购件的管理，使其产品质量、材料成本在可控范围内（见图3）。

图3

（3）构建精品成为经济增长点。目前机床行业普遍存在制

作不够精良、工艺手段低下的问题，国产机床的生产过程仍跳不出粗放的局面。机床的制造过程应该是一个精细的制造过程，每一个零件的加工、每一道装配工序都应该是一个精雕细刻的过程。

任何产品只有经国不断的完善、不断的持续改进才能弥补设计缺陷，完善制作工艺路线，在实际应用中总结经验，不断提高产品的内在质量，首先应做到把事情做对，严格遵守工艺规范，实施全面质量管理，将研发成果全面打造成市场上叫得响的精品。

团队建设

有别于传统研发方式，并行工程是以协同协作为主的矩阵式管理，其工作人员以抽调为主，根据研发项目的进展，因需要调入，项目团队是跨职能的产品研发、产业化、商业化全流程团队，对产品全生命周期负责。而配套的人力、劳资关系仍在企业原有体系中。研发团队队伍精干，以专家、专业配置为主，独立于现有经营体系之外，独立运作。

（1）团队职责与构成设想。以研发最大加工直径200mm小规格数控车床为例，项目团队根据进度逐步扩大，最终从项目小组成长为产品线，团队人员构成如表1所示。

①概念阶段，主要的工作是对产品的技术及市场实施定位、确定价格，人员需求较少，以资深专家、业务骨干为主。②开发设计阶段，展开技术、工艺设计，编制市场推广方案，需要投入机械、电气、液压以及工艺等技术人员。③试制阶段，根据研发图样、工艺，试制样机并改进设计，需要配置装配、检验等专业人员，而制造、采购等环节依托企业原体系。④产业化、商业化、品牌化阶段，根据市场成立专业团体实施。

（2）研发团队组长要求。组长作为团队带头人及核心，对项目成败起着至关重要的作用，基本素质与能力要求可参看如下：①首先重视领导与展望才能，其次是技术与管理才能。②对公司整体战略有清晰认识与理解。③具有高级技术技能、工作经验丰富。④矢志不渝，视项目的发展为自己的奋斗目标。⑤对市场、对产品有深刻的理解。⑥工作经验丰富，会针对问题找出各种解决方案。⑦具备人员调动以及为团队营造出良好气氛的能力。

表1

考核与激励

研发项目的成功离不开好的激励机制。项目总承包是研发项目最好的激励方式，对研发项目各阶段实际完成的时间和完成质量实施里程碑式考核，年度实施全年考核。

项目全过程实施全员激励，分为阶段性激励和总目标完成激励，项目启动前，确定各阶段性里程碑、总目标及对应的激励方案。实施过程中，根据每阶段里程碑完成情况即时兑现阶段性激励鼓舞士气。项目完成后，根据完成情况兑现激励。为激励全员完成更高目标，可采取阶梯激励法。如对3年毛利润考核，激励系数由固定系数及阶梯系数构成。随毛利润完成情况，阶梯系数呈阶梯性增长。以完成毛利润500万元为例实施阶梯激励如表2所示，激励额=毛利润额×（n+m）。

表2

参考文献：

[1] 马旭晨.项目管理·成功案例精选[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 哈罗德·科兹纳（美）. 项目管理·计划、进度和控制的系统方法[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3] 刘士玉.沈阳机床中捷立加的协同设计[J].世界制造技术与装备市场，2011（6）：78-82.

收稿日期：（20141115）