起重機械制造信息化的探討

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起重機械是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)活動中廣泛應用的一種機械設備。近年來，起重機械生產(chǎn)和制造的數(shù)量隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展而迅速增加，起重機械制造企業(yè)和其他制造企業(yè)一樣，面臨的商業(yè)環(huán)境和市場環(huán)境發(fā)生了根本的變化，具體表現(xiàn)在以下4個方面：

a.技術進步和高新技術的的應用，信息量急劇增加。近年來，起重機械技術的發(fā)展從其結構、控制系統(tǒng)及性能來看經(jīng)歷了動力變革、傳動變革、控制變革3個階段。高新技術逐漸被應用到起重機設計和制造過程中，同時隨著通信技術和計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，全球化的設計與制造已經(jīng)成為可能，世界市場變得越來越開放，設計、制造和生產(chǎn)過程中信息量急劇增加。

b.用戶對產(chǎn)品的需求多樣化和個性化。隨著時代的進步和社會的發(fā)展，普通市場帶給人們的產(chǎn)品日益豐富。在工程建設中，越來越大、越來越復雜的工程對起重機械的要求越來越高，這對起重機械的設計、制造都提出了更高的要求，許多類型的起重機的最大額定起重量被不斷刷新。

c.產(chǎn)品生命周期縮短，起重機更新?lián)Q代加快，人們對起重機交貨期的期望值越來越高。為了順應用戶對產(chǎn)品的多樣化和個性化要求，企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的能力要求越來越強，起重機械的研制周期大大縮短。由于新技術的應用，起重機的制造周期和生命周期縮短，加快了起重機更新?lián)Q代的速度。

d.生產(chǎn)方式的多樣化。隨著用戶需求的多樣化和個性化以及對產(chǎn)品交貨期的要求，有些企業(yè)需要調(diào)整生產(chǎn)方式，以適應不同用戶的要求。在我國，以河南新鄉(xiāng)起重機制造企業(yè)之間精細化分工、協(xié)作作業(yè)為代表，起重機制造企業(yè)也正逐漸向汽車制造業(yè)先進生產(chǎn)方式邁進。

20世紀80年代后，世界起重運輸機械行業(yè)進入現(xiàn)代化發(fā)展的新階段，大型起重運輸機械產(chǎn)品更新速度加快，綜合技術水平進一步提高，品種系列更加完善，實現(xiàn)了機電一體化和智能化。國外各種制造起重機的企業(yè)在生產(chǎn)中更多地采用優(yōu)化設計、機械自動化和自動化設備來提高勞動生產(chǎn)率，對世界起重機銷售市場、制造商和用戶都產(chǎn)生了巨大的影響。

我國起重機械制造行業(yè)起步較晚，和國外同行相比，有很大的差別。目前我國起重機械制造業(yè)及信息化建設存在的問題主要表現(xiàn)在：總體水平不高，制造技術參差不齊，工藝水平較低；研究開發(fā)能力不強，設計手段不完善，中小企業(yè)的研發(fā)水平更加薄弱，許多產(chǎn)品的核心技術源于國外；一些企業(yè)的生產(chǎn)組織落后、管理水平低，專業(yè)化協(xié)作水平較低，交貨期長；起重機械制造業(yè)信息化基礎比較薄弱，信息化應用很少，信息化手段的應用剛剛起步，企業(yè)實施ERP非常少。

信息化程度不高已經(jīng)嚴重制約了我國起重機械制造企業(yè)的發(fā)展，影響了我國起重機械制造企業(yè)的整體發(fā)展水平，提高我國起重機械制造企業(yè)特別是中小企業(yè)的信息化水平已成為迫切需要解決的問題。

1 提高我國起重機械制造業(yè)信息化程度的措施

現(xiàn)代制造業(yè)信息化利用信息技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術和自動化技術等改善企業(yè)的經(jīng)營、管理、生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品的市場規(guī)劃、設計、制造、銷售、服務等環(huán)節(jié)進行優(yōu)化與調(diào)整，提高了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質量和企業(yè)的創(chuàng)新能力。

CAX(CAD／CAM／CAE／CAPP)技術的利用和ERP理念下的生產(chǎn)的周密安排已成為制造業(yè)信息化的顯著特征。起重機械制造企業(yè)信息化應參照現(xiàn)代機械制造企業(yè)實施CIMS技術的方法進行，有如下措施：

a.管理信息化。實施管理信息化的目標首先是按期交貨和降低成本，因此核心內(nèi)容是按ERP的理念周密安排生產(chǎn)，進一步在網(wǎng)絡支持下實現(xiàn)包括供應商和客戶在內(nèi)的供應鏈管理。

起重機械制造企業(yè)要制訂企業(yè)級中長期的生產(chǎn)經(jīng)營計劃，即企業(yè)商業(yè)計劃。目前我國起重機械制造企業(yè)只有少數(shù)大型企業(yè)有較好的中長期生產(chǎn)經(jīng)營計劃，許多中小企業(yè)沒有很好的中長期生產(chǎn)經(jīng)營計劃。起重機械制造企業(yè)根據(jù)制訂好的企業(yè)商業(yè)計劃、年度起重機械需求預測和起重機械訂單來制訂起重機械生產(chǎn)計劃大綱。根據(jù)起重機械產(chǎn)品生產(chǎn)計劃大綱制訂起重機械的主生產(chǎn)計劃，起重機械主生產(chǎn)計劃是針對起重機械產(chǎn)品或起重機械半成品編制計劃，根據(jù)起重機械的結構信息即物料清單(BOM)和物料的庫存信息，在起重機械主生產(chǎn)計劃的驅動下，物料需求計劃將起重機械產(chǎn)品分解，制訂自制的起重機械生產(chǎn)計劃和起重機械外購件計劃，作為車間生產(chǎn)和物料采購的依據(jù)。車間作業(yè)計劃將零件的加工按工序分解，以任務調(diào)度單等形式下達給車間，執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度。起重機械制造管理功能組成和處理流程如圖1所示。

圖1 起重機械制造管理功能組成和處理流程

在起重機械制造信息化管理的基礎上再實現(xiàn)對銷售和財務的管理，便形成集成度較高的綜合管理系統(tǒng)制造資源計劃(MRP II)。它一般包含產(chǎn)品需求預測、訂單管理、主生產(chǎn)計劃、物料需求計劃、能力需求計劃、庫存控制、車間層控制、生產(chǎn)成本核算等主要功能模塊。通過起重機械制造的有效計劃，合理利用各種制造資源，控制資金占用，縮短生產(chǎn)周期，降低成本，提高生產(chǎn)效率，從而實現(xiàn)起重機械企業(yè)內(nèi)部資源的整體優(yōu)化。

b.工程設計信息化。工程設計任務包括工程設計、繪圖及虛擬裝配、CAE、CAPP等部分。為提高設計的效率和質量，在PDM支持下實現(xiàn)CAD／CAPP／CAE／CAM信息集成和工作過程集成；按照并行工程方法組織新產(chǎn)品的開發(fā)。隨著現(xiàn)代制造技術和計算機技術的發(fā)展，汽車等制造業(yè)中的先進設計理念將逐漸運用到起重機械行業(yè)中。CAX(CAD／CAE／CAM／CAPP)技術使起重機設計中優(yōu)化設計成為可能，而虛擬樣機技術的運用大大縮短了產(chǎn)品設計開發(fā)周期，減少產(chǎn)品試驗的數(shù)量和時間，工程設計信息化程度的提高可以極大地提高起重機的生產(chǎn)效率，同時也可大大地節(jié)省能源。

我國目前使用的各種起重機械，其結構尺寸一般都較國外同型號同噸位產(chǎn)品大很多，除了材料上的差別外，主要是由于在結構尺寸上有所差別造成的。針對起重機械尺寸過大，使得自重過大而造成材料浪費的情況，在起重機械設計階段通過結構分析和優(yōu)化減少自重優(yōu)化結構是一條非常有效的途徑，目前高校在這方面的研究也比較多，結構優(yōu)化的技術比較成熟。吉林大學在橋式起重機起重量和跨度一定的情況下，采用了2種方法對箱形主梁進行結構分析和優(yōu)化設計，以達到在滿足強度、剛度的前提下用料最省的目的。而虛擬樣機技術的應用，改變了傳統(tǒng)的設計和制造過程，節(jié)省設計成本并可縮短開發(fā)周期。在傳統(tǒng)的設計和制造過程中，首先是概念設計和方案論證，然后是產(chǎn)品設計。在設計完成后，為了驗證設計，通常要制造樣機進行試驗，有時是破壞性的試驗。當通過試驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，要修改設計并再用樣機進行驗證，如此反復，直到產(chǎn)品達到性能要求為止。當系統(tǒng)很復雜時，這一過程往往很漫長，而且單機制造成本很高。在競爭的壓力之下，這一過程經(jīng)常會被人為的打斷往往造成了產(chǎn)品剛面世就存在著先天的缺陷?；谖锢順訖C的產(chǎn)品設計手段已經(jīng)走到了盡頭，取而代之的將是基于虛擬樣機技術的產(chǎn)品設計。采用該技術，設計人員可以利用計算機對產(chǎn)品進行仿真實驗，有針對性地快速模擬機械系統(tǒng)的各種不同的工況，分析系統(tǒng)相應的動力學特性和運動學特性，并且針對其缺陷，在計算機上對模型進行快速修改，這樣的開發(fā)模式，在形式上與基于物理樣機的開發(fā)模式相同，即設計——試驗——修改，但在本質上卻大不一樣。虛擬樣機可以在很短的時間內(nèi)完成多次物理樣機無法完成的仿真試驗，分析不同的設計方案，直至獲得系統(tǒng)級的最優(yōu)方案。另外，采用該技術還能夠進行起重機極端工況的試驗，如安全性能的測試等。

我國起重機械制造企業(yè)中以振華港機為代表的大型起重機制造企業(yè)在工程設計信息化方面起步較早，有的成立了研發(fā)團隊，運用先進的計算機技術進行起重機設計、繪圖及虛擬裝配等；起重機械制造中小企業(yè)正逐漸將這些技術運用到起重機械產(chǎn)品開發(fā)、制造和試驗等環(huán)節(jié)，逐步提高工程設計的信息化程度。

c.制造自動化。建立制造自動化系統(tǒng)，制造自動化系統(tǒng)應為普通機床和數(shù)控機床結合的“適度自動化”系統(tǒng)。起重機械行業(yè)具有自身的特點，和汽車、機床等制造產(chǎn)業(yè)相比，起重機金屬結構的生產(chǎn)和制造在鋼板下料切割、板材焊接組裝等方面自動化要求一般。而起重機械傳動件、配件(電動葫蘆)的生產(chǎn)中自動化要求較高。起重機械傳動件、配件方面可以建立與專業(yè)產(chǎn)品供應商的戰(zhàn)略關系。目前我國河南新鄉(xiāng)地區(qū)和江蘇無錫地區(qū)已經(jīng)形成有較大規(guī)模的起重機械配件和起重機械制造基地，具備建立起重機械制造企業(yè)與配件生產(chǎn)供應商戰(zhàn)略關系的條件。

d.質量保證信息化。通過建立包括質量決策、質量檢驗與數(shù)據(jù)采集、質量評價、控制與跟蹤等功能的質量保證系統(tǒng)來控制各環(huán)節(jié)的工作質量，通過信息化手段加強現(xiàn)場質量信息管理以及建立檢測數(shù)據(jù)自動采集與分析系統(tǒng)，從而保證產(chǎn)品全生命周期的質量。

在起重機械制造過程中，各個工作環(huán)節(jié)的質量都需要進行有效控制，質量檢驗過程中涉及到大量的數(shù)據(jù)，質量保證信息化可以對質量檢驗數(shù)據(jù)進行記錄并通過分析系統(tǒng)進行有目的的分析，質量保證信息化應貫穿于起重機械制造的全過程。起重機械作為特種設備的一種，在質量保證上又具有自身的特點：它的制造過程需要接受特種設備安全監(jiān)督檢驗部門的質量監(jiān)督。而在目前的起重機械制造監(jiān)檢實施過程中，遇到的突出問題是監(jiān)檢效率不高，監(jiān)檢手段不完善，監(jiān)檢管理停留在手工階段，制造企業(yè)和監(jiān)檢機構形成各自的信息孤島，制造企業(yè)生產(chǎn)過程的技術數(shù)據(jù)共享和利用程度低，制造提供數(shù)據(jù)的及時性差，監(jiān)檢機構無法及時獲得最新的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和資料，監(jiān)檢機構的最新信息也無法及時傳達到制造企業(yè)中。監(jiān)檢機構和制造企業(yè)之間各自形成信息孤島，嚴重影響了監(jiān)檢工作的質量和效率。起重機械制造信息化工作為提高質量保證信息化程度奠定基礎，質量保證信息化建立在管理信息化的基礎之上。起重機械制造監(jiān)檢信息化最初階段是通過對起重機械制造企業(yè)部門管理形成基于起重機械生產(chǎn)過程的制造監(jiān)檢管理。起重機械生產(chǎn)過程形成的制造監(jiān)檢管理流程如圖2所示。

圖2 起重機械生產(chǎn)過程形成的制造監(jiān)檢管理流程圖

起重機械制造監(jiān)檢管理信息化工作是起重機械質量保證信息化工作的一部分，起重機械制造企業(yè)質量保證信息化工作除了解決企業(yè)內(nèi)部質量保證系統(tǒng)信息化工作外，還要注重與起重機械特種設備安全檢驗部門的數(shù)據(jù)接口，解決起重機械制造企業(yè)與監(jiān)管工作部門的“信息孤島”問題，提高數(shù)據(jù)共享程度和監(jiān)檢效率，保證起重機械的產(chǎn)品質量，保障起重機使用安全。

2 結束語

由于我國經(jīng)濟發(fā)展還比較落后，起重機械行業(yè)起步比較晚，起重機械設計、制造的信息化程度總體還不高。起重機械計算機輔助設計和分析運用程度很低，許多中小企業(yè)自我設計能力很低，有些起重機械的生產(chǎn)甚至是采用其他公司的設計圖紙，設計過程中的計算機輔助優(yōu)化設計和結構分析運用的更少；企業(yè)管理有的還沒有擺脫家族型企業(yè)的管理模式，企業(yè)應對市場變化和激烈競爭的能力不強，和供應鏈其他企業(yè)的合作也不緊密；落后的管理方式和生產(chǎn)方式使得起重機械產(chǎn)品的質量也很難保證，起重機械質量安全和運行安全都存在隱患，對安全生產(chǎn)造成一定的威脅。針對我國起重機械制造業(yè)落后的現(xiàn)狀，筆者在分析制造業(yè)信息化的基礎上并結合起重機械制造業(yè)實際提出了提高起重機械制造信息化程度的方法和途徑，以改變我國起重機械制造業(yè)的現(xiàn)狀，適應現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的要求，這對于提高我國起重機械制造企業(yè)的技術水平和發(fā)展速度具有現(xiàn)實意義和價值。