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大型機械設備模塊化制造的發展分析

欄目:企業新聞 發布時間:2021-03-27
于模塊化制造具有時代的先進性和優越性,越來越多的企業都實行了模塊化管理和制造,從最開始的理論概念提出,經過逐步地探索發展和總結經驗,到實際的生產應用,已經在輕工制造業和電子制造業形成了比較成熟的模塊化制造系統

1 模塊化制造現狀在我國,中小產品批量生產已經逐步實現規模化、模塊化,比如汽車行業的零部件、電子行業以及部分輕工業產品,由于此類產品需求量大,市場供求關系緊湊,比較容易實現模塊化的批量生產,通過模塊化制造實現了小產品賺取大價值的超值經營;受到技術和制造裝備的制約,我國的整體制造水平還處于落后地位,對于大型機械設備,實現模塊化制造的程度還只是浮于表面,例如采取同一套圖紙,制造出兩套設備后,會發現這兩套設備存在許多的不同之處,加工精度、焊縫質量及定位基準等都會有較大差別,究其原因,一是大型機械設備主要結構部件采用的是傳統的加工制造方式,沒有固定的代加工企業、技術人員和系統化的加工工藝;二是存在大量非標結構部件,生產制造難于實現標準化和規模化,缺少模塊化的加工裝備系統。模塊化制造無法實現全面的應用,使得傳統的制造工藝系統長期處于制造業的主導地位,造成了大型機械設備制造成本高居不下,生產效率處于中低水平,整個行業的發展速度亦相對緩慢。隨著科學技術的進步和發展,借助于計算機輔助設計技術,我國在模塊化設計方面取得了很大的進步,但在模塊化制造方面,由于受到的制約因素較多,有待更進一步的發展和探索。

2 模塊化制造的重要意義模塊化制造技術是一種新型的產業組織模式,其強調了在計算機時代,信息流主導物質流,知識成為主要的生產要素,所以模塊化制造技術是基于知識分工理論進行的模塊劃分;各模塊制造商形成的是一種互相對彼此開放的產品結構,取代了之前的工序垂直分解的分工,從企業制造系統整體分解出來的各模塊本身也是一個復雜的系統,各模塊具有各自的獨立性,可以不依賴于其他模塊而還有自己的功能,而與其他模塊整合在一起,整體效果更強大,正所謂集百家之長于一身,其質量特性定會提升一個大臺階。

模塊化制造可以滿足過程集成和系統重構的要求,而過程集成強調的是高效率,系統重構強調的是高柔性,通過模塊化將過程集成和系統重構進行有效地兼容和融合,提取優質的生產質量和管理組織體系,創造更多的產品價值;模塊化制造能顯著減少產品對制造系統的功能約束,能通過減少非加工時期來提高生產率,從而使制造能適應未來技術及市場的快速變化和可持續發展。

3 模塊化制造發展的趨勢模塊化所體現和展示的優越性已被眾多的企業家所印證,模塊化制造不僅帶來了高質量產品,也實現了產品的性能增值,故模塊化制造的全球化發展是必然趨勢。目前,模塊化制造已應用于能源、采礦、化工以及基礎建設等多個領域,伴隨著經濟發展的全球化,模塊化制造將被越來越多的行業認可和采用。

隨著科學技術的進步,機械自動化、一體化以及智能化迅猛發展,模塊化制造也隨之增加了相應的智能元素,成為互聯網時代的模塊化制造,其正在由傳統的制造轉變為新時代的智能化模塊制造。有報道稱中國科學院沈陽自動化研究所與德國思愛普(SAP)中國研究院攜手打造的自適應模塊化柔性制造解決方案,亮相2019工業互聯網全球峰會,該方案采用世界領先的邊緣計算與云平臺協同制造以及模塊化生產概念,通過真正意義上的端到端全程數字化智連,實現高度的柔性生產,將極大地提高大規模個性化產品定制的生產效率。模塊化發展基本趨勢是開放性產業結構,同時也拓寬了戰略管理空間,模塊化深度不僅因產業不同而不同,還因企業戰略差異而多樣;模塊化制造的發展將會發生日新月異的變化,在不斷創新和完善的基礎上,將在各行業制造中扮演重要角色。

4 實現模塊化制造的途徑大型機械設備的特點是結構復雜、外形尺寸大、外形特征和內部結構形式多變,隨著機械行業規范和標準化的逐步發展完善,對于各行業的機械設備也有了一定程度的統一標準,這為大型機械設備實現模塊化制造提供了良好開端。在此基礎上,需要將模塊化設計和模塊化制造有效地結合起來。

4.1 模塊化設計模塊化設計是實現模塊化制造的基礎和前提,如何在復雜多變的機械行業實現非標準結構的統一化和規模化是模塊化設計首要解決的難題。任何事物的改變,都不會改變其根本原理,大型機械設備也是有微小型設備演變而來,要實現模塊化設計,設計者可將大的零部件以微小零部件的視角去思考和設計,通過大轉變小的設計理念,將大的零部件設計成多種具有統一標準的多種規格的零部件,仿照小零件的批量化和規模化,實行通用零部件,使其具備互換性;例如,在設計過程中,將大跨度、大體積的主梁設計成為多段中小型模塊梁,每段梁都采取類似尺寸和形狀,從而實現分段模塊化制造;同時,設計者應將科學的、先進的加工工藝融入到結構設計中,降低后續制造的難度。

4.2 模塊化制造大型機械設備的特點就是大,體積大、噸位大,需要進行較多的焊接和成形工序。在加工制造的過程中,會受到焊接變形、加工誤差、人員技術水平差異等各種因素的制約,要實現模塊化制造,需要減少不確定因素的影響,增加定性環節和模塊化控制。

1)定向化制造模塊化制造的優勢是可從眾多代加工企業中選擇一家加工質量、加工成本和綜合評估優秀的企業,定向的將大型機械設備的零部件委托給代加工企業,由一家企業專門制造一件或多件該企業可以做出的高質量的零部件,定向委托加工和供給產品,形成一個單一的產業加工鏈,減少中間二級委托間接費用,從而降低成本;實現定向代加工,做到持續訂單供給,穩定加工產業鏈,保證供需平衡,集中委托制造任務于一家企業,實行可持續性加工,有利于促進生產企業的主觀積極性,從而能夠提高加工制造質量。

2)變量化工裝系統和工藝系統打造一套可調節的變量工裝系統對于大型機械設備的制造至關重要,針對大型機械設備的特點,需要制作對應的工裝夾具,實行剛性定位,減少焊接變形和定位偏差;工裝系用于大型零部件加工制造的工裝,應設置為可調節形式,可用于多種尺寸的加工工況,做到基本尺寸固定,可調尺寸變量化,使用統一的定位基準,提高加工精度;將工裝打造成為模具式工具,降低加工成工出來的零部件也就具有互換性和同級性。變量化工裝之所以稱為變量,因為該工裝可以根據需要加工制造的設備部件的外形尺寸不同而進行調節,因地制宜,制作固定支架,可調節部分采用液壓系統控制,通過調節液壓油缸的伸縮調節工裝夾具的位置,可實現精確定位和可靠的夾緊固定,使大型機械設備的箱梁在焊接之前,可將鋼板精確定位固定,從而減少焊接裝配誤差,提高制造效率。相對于一家能夠制造出高質量產品的企業而言,應具備一套先進的加工工藝系統,通過融合可利用的歷史經驗和現有的成熟工藝,制定出能用于模塊化制造的工藝系統,轉變傳統的制造理念,實現模塊化制造必定事半功倍。

3)智能化機具應用隨著科學技術的快速發展,智能設備也是日新月異,有許多智能化機具可用于大型機械設備制造,利用自動化控制和智能加工的先進性和精確性,提高加工制造精度和質量。例如自動焊接機器人、智能檢測和測量設備等,結合工裝系統,使用自動焊接機器人或先進的焊接設備,充分利用科學的焊接工藝,完成大型機械設備的長焊縫和復雜焊縫;使用激光準直儀檢測焊接鋼板的直線度和垂直度,利用光學檢測儀器檢測焊縫質量,結合超聲波和傳統的檢測手段和先進的檢測儀器,提高焊接質量和精度。應根據實際加工情況,選擇適用的先進機具,為高精度和高質量的模塊化制造服務。

5 結語隨著經濟與科技的發展全球化,模塊化制造不僅形成了眾多企業各自的核心競爭力,而且促進了各企業間的相互合作,各模塊化生產商與模塊化零件集成商之間形成了相互依存的產業鏈,在生產制造的生態圈內會形成一種良好的競爭與相互支持的環境,有利于經濟的健康發展。縱觀我國互聯網、電子商業和輕工業巨頭,無一例外地采取了模塊化制造系統和模塊化管理理念,足以說明模塊化制造的方向是正確的。因此,在大型機械設備制造方面,也應不斷地進行探索和研究,積累經驗,通過變量化工裝系統和科學的制造工藝及先進的工機具的有效結合,從而逐步實現模塊化制造。