1 IE有效提升企业竞争力
随着市场竞争的不断加剧，企业在资金、产能、质量、交期、成本及人力等方面，面临着巨大的压力。实际生产过程中存在的诸多问题，导致产能低下，质量不稳定，人力成本较高，人员流失严重等影响企业生产经营的状况时有发生，使得企业难以满足更高的市场竞争要求。企业不能单靠增加设备、人力，更不能单纯靠加班来满足客户要求，而应当靠科学的管理方法来挖掘其潜力，IE所提供的就是科学的管理方法。
通过利用IE的工作研究等分析方法，深人企业实际的生产经营活动中，提出、分析并协调解决生产活动中存在的，阻碍企业市场竞争力提高的一系列问题，以提高企业生产管理水平，适应市场发展需求。本文对CNC机床的生产加工过程进行了大量的IE调研分析，提出并实施了自动化解决方案，最终取得了较好的技术经济效益。
2 CNC机床生产加工中的影响因素
CNC机床在生产加工过程中，无需人工干预，从而提高了人机配比率，降低加工成本和人力需求，提高生产适应性及生产附加值。然而，CNC机床传统人工操作管理的生产方式，仍然受到现有工艺技术条件、生产管理方式、生产人员素质和科技水平等方面的限制，无法独立、彻底解决生产中存在的诸多问题。通过生产调研分析，了解到影响CNC机床加工成本、产能及品质的主要因素有，加工工艺、刀具寿命、人员素质、生产管理、车间生产环境、车间物流及生产布局等方面。这些因素之间相互影响，导致CNC机床在生产过程中无法发挥其应有的潜能。
3 CNC机床加工过程中的IE工作研究
IE的工作研究是一项行之有效的、挖掘生产潜力的管理技术，是深人了解生产加工过程的较好的工作方法。目前企业的生产管理仍多停留在经验管理的阶段，通过IE的工作研究，对CNC机床的生产加工过程开展深人细致的生产调研，提出精益的动作时间要求，以及自动化解决方案，从而发现企业内部管理、工艺方法、自动化应用等方面存在的较大的改善、创新及应用的空间。通过改善，最终可提高CNC机床的生产效率，降低人力需求。
如图1所示，IE对CNC机床进行工作研究的重点是分析研究人机操作动作时问，以及生产现状，各流程中存在的不合理、浪费的环节，并全面分析各环节影响因素，找出最佳解决方案。其主要研究内容有:CNC机床生产加工周期(CT);加工工艺优化分析;主轴动作时间优化;车间生产管理方式;人机(CNC)标准时间动作分析;产品加工异常统计分析及检验制程优化分析;工序物流及时性统计分析;车间生产布局优化分析;生产作业环境对人员及产品质量的影响等等。
4 IE的生产开发应用流程
IE的生产开发过程，既是将生产与开发紧密结合起来，使之实现桥梁和纽带的作用，也是企业生产持续改善、不断提高的过程(图2)。IE在生产开发过程中，通过生产调研，工作研究分析，对生产过程各环节提出优化改善方案，从而取得较好的经济效益。
通过明确的生产开发流程，发现问题、分析问题、解决问题、积累经验和不断提高企业经营水平，形成有机的螺旋式循环上升过程，从而使IE更好地服务于企业经营生产，为企业创造出最大化的利润。
5 IE在生产管理方式中的改善应用
IE在了解生产过程中的“浪费”环节时，重点对生产管理方面进行了研究分析，以提高生产效率。
(1)在产品工艺流程设计中，应提高产品CNC机床加工工序的合理性、快捷性。减少产品的装夹次数，以缩短加工CT，提高加工效率及加工质量，使产品在各加工工序“流动”速度更快;
(2)优化CNC机床主轴的动作时间参数设置，以缩短主轴加工时间;
(3)提升刀具的使用寿命，降低因刀具的磨损、异常等状况，导致品质异常、生产中断的发生。统计井分析刀具寿命，作好应急预案，确保生产连续运行;
(4)提高生产人员的技术水平及职业素质，充分发挥人的主观能动性，使其积极主动地融人到生产活动中，保证生产稳定、快速运行。
(5)真正建立完善“以人为本”的精益生产管理机制，不断提高生产作业环境，完善薪酬、晋升、技能提升等管理办法，增强企业的凝聚力和稳定性;
(6)车间物流管理及生产布局设计的科学性、合理性，使车间生产系统运行更顺畅。
通过IE的生产管理方式改善，使以人、机、环境、管理方式等构成的“车间生态系统”，更加和谐、有效地在科学的管理方式中，运行得更加平稳、有序、健康。
6 IE在自动化开发及其生产应用
CNC机床生产自动化是指物流、加工、检测和信息系统等的自动化。CNC机床的自动化实施的过程实际上是对产品加工流程的自动化管理过程。自动化在CNC机床产品生产加工中的开发与应用，不仅有利于提高生产效率，降低人力需求，减轻人工劳动强度，同时也有益于精益生产管理，提升企业整体水平及形象。
IE在CNC机床生产自动化开发过程，对于问题提出、分析评估、方案设计、生产推动、持续改善等环节，都发挥了极为重要的作用。以下为IE在CNC机床生产自动化开发的儿个应用案例，这些应用案例目前都较好地在CNC机床的生产中发挥着作用。
(1)“一拖八”柔性加工系统(FMS)在CNC机床加工中的应用
CNC机床的自动化生产应用不局限于刀具的自动交换以及数控自动加工等方面的实现，而是趋向于建立成组化、集成化、网络化和智能化的自动化系统。将若干台CNC机床集成到复杂的生产线上，形成柔性化的“数字生产加工系统”。CNC机床“一拖八”柔性加工系统(图3)，就是在IE工作研究的基础上提出方案，并付诸实施的。该系统既满足了系统自动运行，同时也可以在柔性系统发生异常时，人工单机CNC机床作业，有效避免了生产中断的影响。
“一拖八”柔性加工系统在CNC机床生产中的应用在文献中有较详细的介绍。该柔性加工系统改变了传统的刚性生产线加工方式，通过一台固定在自动移动导引小车(AGV)上的机器人，完成在8台CNC机床之间的取放工件的自动循环加工过程。实现了多品种、小批量的柔性生产，适应于相似工艺及产品结构的不同产品加工，对于企业快速生产转型，适应市场需求提供了有力保证。
通过对CNC机床及其操作者进行IE时间动作分析，根据CNC机床所加工产品的CT时间，确定并开发“一拖N'，机器人柔性加工系统方案。从而由机器人
代替人工完成自动取放料、自动开关门、物流程控以及异常监控等动作，完成对CNC机床的辅助加工过程。车间只有物流人员及系统监控人员，上百台CNC机床，只有不到10个人在“照看”，而且人工劳动强度较低，产能提高了约10%-25%，节省了大量的人力(约50%-60% )。该“一拖八”柔性加工系统确保了CNC机床主轴的加工连续性，提升机加车间的少人化、无人化的应用水平。
“一拖八”柔性加工系统，对产品加工工艺的稳定性，以及车间生产管理、生产布局和物流系统等方面的科学性、合理性都提出了较高的要求，同时对人员素质，尤其是及时性(JIT )等要求较高。只有在满足生产各项要求的基础上，充分发挥柔性生产系统(FMS)的优势，才能真正提升CNC机床的产能，从而实现少人化，乃至无人化的生产加工过程。
(2)精密数控分度转台机构在CNC机床生产中的应用
产品的CNC机床加工过程，传统的做法是通过确定被加工产品的加工面，来准备夹具的种类及数量的。夹具的投人量较大，加工工序较多，人工装拆环节较多，因此，被加工产品精度不容易保证，加工周期较长。一旦某一台CNC机床出现故障时，整条生产线都得受影响。当产品设计变更时，还需重新制做夹具，投人费用较高。
通过IE对CNC机床加工过程的动作时间研究及分析影响因素后，提出、开发并应用了数控分度转台，以配合CNC机床的加工，从而提高CNC机床主轴的利用率，降低主轴空行程动作，减少其他的辅助动作时间。
该数控分度转台机构，用于精确地控制被加工产品与CNC机床主轴之间的加工角度，配合CNC机床主轴进行精确转动，完成产品在各种角度下的加工要求，使得CNC机床的加工能力得以延伸。产品通过该机构一次装夹后，配合CNC机床主轴，精确旋转，完成多工序的复合加工，使产品真正实现了一次装夹，全面加工。真正做到了以减少工序、辅助时间为主要目的的无人化、自动化的复合多轴CNC机床加工方式，大幅度节省了CNC机床刀库换刀及调机等辅助动作所需的时间。
数控分度转台机构的转动速度，可以实现1s内转动900, CNC机床刀库自动换刀需要3s，因此在CNC机床程序优化的条件下，改变加工方式，增加该机构的转动频次，配合主轴加工，以减少刀具换刀次数，最终可缩短产品10%-20%的加工CT时间，从而提高产能。
目前数控分度转台已大量地应用在CNC机床批量产品生产加工中。IE在此设备的开发应用过程中，发挥了不可替代的作用，通过IE工作研究及分析，指出生产瓶颈问题，提出解决方案，并投人生产应用。通过该机构的实现,IE彻底改变了CNC机床的传统加工方式，有效提高了加工效率，提高了产品加工质量和稳定性，降低了成本，并且提高了CNC机床的加工柔性，适用于各种产品的一次装夹后的数控加工需求。
(3)双托板式CNC机床工件供料系统
双托板式双向供料方式在CNC机床上的应用，也是IE在研究了CNC机床主轴加工时间动作及其利用率后，提出的一种提高生产效率的作业方式。该系统完成了已加工成品的出料和待加工品进料的同步循环动作，可有效地减少CNC机床在传统生产方式中，在安装待加工工件和拆卸已加工工件时的无附加价值的“非切削加工”时间。双托板供料系统，通过已加工工件的被取出，同时待加工工件的换入的循环往复过程，有效减少了工件交换时间，提高了CNC机床主轴利用率。
对于任何形式的工件交换系统，改善主轴利用率，减少“非切削加工”时间是其主要的目标。通过双托板式CNC机床工件供料系统，可有效提升主轴利用率达25％-35％，同时，根据产品加工CT时间，可以节省近50％的人力需求。
(4)CNC机床成组技术的应用
通过IE的生产调研后，发现某产品在CNC机床上进行单件生产加工时，主轴的进给、抬刀等无附加价值的“非切削加工”的时间动作较多，而且人工开关门，取放料所占的时间比例较大。经过参数优化，以及人工及时性提高后，CNC机床的加工效率和资金利用率仍存在较大提升空间。此外，在生产管理过程中，工件在各工序之间往返穿梭，不仅周期长，而且增加了等待时间，导致产能较低，生产成本高等情形频繁出现。利用成组加工技术，结合相似零件(结构、工艺)，设计成组加工工艺及夹具，设计实现成组化的生产布局、产能配置和生产管理要求等过程，从而完成从成组设计、制造到管理等一系列的生产和管理环节。最终用扩大了的成组批量生产方式，来减少加工时间浪费和中间环节，提高CNC机床的生产效率。
成组加工方式在某产品的生产中得到了较好的应用。将外形尺寸相近，工艺完全相同的3件产品进行成组工艺及其夹具设计。利用1套工装夹具，在1次装夹定位后，完成这3件产品的连续加工过程。同时，
在CNC机床工作平台上，设计双工位、多工位的生产加工方式，使人工1次装夹多套成组产品的批量加工，以减少CNC机床刀库频繁自动换刀所需要的时间，同时减少了CNC机床开关门的次数，从而提升主轴利用率，提高CNC机床的加工效率。
经过IE的生产研究，改善方案提出，最终通过“成组技术”，提高了CNC机床的产能，减小了人机配比，减少了人力需求，以及减少开关门频次多而导致油雾逸出CNC机床对车间生产环境的影响。最终生产效率提升了30％～45％，而且使CNC机床设备数量可节省8％～10％，人力可节省45％。
7 IE对生产过程中人的工作研究
IE对生产各环节的改善优化提高，不仅体现在生产管理、工艺及生产方式和自动化的方案应用等方面，更重要的是要体现在“以人为本”的企业经营理念上。在对CNC机床进行IE的生产调研过程中，IE开发人员与生产人员进行密切地沟通、协调、记录和分析评估，了解到人在生产各环节中扮演的角色。充分意识到人在生产活动中的主动性和创新性是提高生产效率和产品质量的关键因素，而且，具有主动精神并能够实现信息共享的工作团队是精益生产组织方式的核心和效率的根源。
因此，随着生产的发展，企业的管理者应当充分意识到人在生产活动中所扮演角色的重要性。生产人员业务熟练程度及其工作的主动性对于提升产能及产品品质有重大的影响。同时，人力相对稳定对于企业的生产也有相当大的影响。在精益生产方式下，劳动者不应成为企业可以随意替换的短期可变成本因素，而是应该比自动化机器设备具有更重要的长期固定成本要素。
准时化和自动化是精益生产方式的两大核心，实质上是指实现人与机器的完美结合，是强调了“人的因素的自动化”。因此，通过IE研究，自动化开发首先应满足生产过程中人的需求。自动化只有与IE紧密结合，才能真正实现“以人为本”的自动化，从而使人在管理、生产作业时，充分发挥出人的主观能动性，使IE在自动化开发应用中真正发挥其作用。
8 结语
工业工程(IE)有效地利用工作研究等方法，制定明确的IE开发流程，对企业生产经营活动进行了细致的调研分析，发现并改变了现有生产方式，生产管理中存在的浪费现象，分析了人的主观能动性在生产活动中的重要性，提出自动化开发应与IE紧密结合，才能真正秉持“以人为本”的企业经营理念，从而实现提升效率和持续创新的企业核心价值。
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本文标题：IE在CNC机床自动化生产开发中的应用
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