数控机床是电子信息与传统机床技术相结合的机床一体化产品,数控机床设计融合了机、电、液、气等工程学科。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。
一、机床新产品研发的基本流程
机床新品研发一般由营销部门牵头,以市场需求为依托,制定新产品需求、研发建议,组织技术、制造单位专题研讨,确定产品参数、结构及配置,明确销售价格、溢价空间及市场需求预期。之后由技术部门立项,组织开展技术论证、产品设计、图纸绘制、制定工艺;研发完成后由公司组织样机制造、样机测试及验收等的相关工作。新产品验收、检测合格后,由营销部门负责实施产业化承接,负责制定推广计划、竞争促销策略等,负责新产品协议评审、签订合同,做好客户推广、产品维护及服务反馈工作。机床产品研发基本的实施路线为,市场→设计→工艺→制造→装配→检验→营销→服务→改善,是自上而下的组织流程。
具体的机床产品的设计一般是由设计主管(项目负责人)根据企业决策即机床设计任务书的总体要求来组织实施的,设计主管一般由机械工程师担任,设计过程中设计主管主要担负机床总体结构设计、参数的确定,机床总体性能、精度的确定,机床重点功能部件的选定,对电气、液压系统提出功能要求,指导其它部件、电气液压、工艺设计员设计。
如立式加工中心的设计,要求主管设计员首先确定机床的主要结构并绘制相应的机床结构图(即00部分),确定机床的总体尺寸,各部分的相对位置、相互关系等等;确定机床的参数如主轴转速、进给速度、工作台尺寸、快移速度、机床主要的精度指标等等。确定系统、丝杠、导轨、轴承等主要外购件的厂家、规格型号等消息。各部件设计员根据设计主管的要求展开工作,完成详细的部件设计工作。设计完成后设计员负责配合样机制造、性能检测、验收等提供技术支持系列工作。
二、机床新产品定价的两种方式
机床企业新产品的定价,根据市场需求情况、产品特点、溢价能力,普遍采用加法和减法两种方式。
1.加法定价方式
针对市场竞争相对较小、价格不透明的专机、自动线等新产品研发,机床成本及销售价格一般采用加法定价方式。设计主管根据经验对机床进行整体估价,之后由公司相关部门核准该价格,确定成本及销售价格,最低售价=铸件+系统+外购件+电气+液压润滑件+制造成本+管理费用+毛利。存在的问题,“术业有专攻、学科有边界”,设计主管致力于对于机床结构与性能的追求,很难全面了解机床各个部件的加工、装配环节等具体的制造费用,很难逐一了解各个功能部件、外协外购件具体的价格;对公司财务的各类费用与摊销也了解不多,成本意识相对是淡泊的,很难科学的把握机床具体的价格和获利空间。
2.减法定价方式
面向市场竞争激烈、价格较透明的流量型产品,如立加、卧加、数控车等等,利用加法定价方式很难开发出质优价廉的产品。而采用减法定价方式就有效的解决了这一问题。以某公司研发经济型VMC850立式加工中心为例,该机型主要市场竞争对手是新诺、大连、宝鸡和其它国内机床企业。通过分析竞争对手产品结构、性能及价格,认定该款产品共同的特点是,使用立加光机、配置数控系统、功能部件、电气原件和整机防护,实施OEM式的生产组织。通过估算及市场反馈,该公司认定该款机床竞争对手最低售价P1=光机+数控系统+钣金件+电气原件+制造成本+管理费用+毛利。
以竞争对手相同的销售价格,确定市场售价和目标成本。该公司确定新品销售价为P1,结合该公司综合管理费用14%、设定毛利率为5%,实施设计成本倒推,确定目标成本价P2=P1-(14%+5%)P1。
设计的出发点是实现总成本P2、利润5%,一切设计工作依此为基础协同展开。但在实践中数控系统、钣金件、铸件、功能部件和电气原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。
三、新产品设计的几点思路
机床的研发思路决定了产品80%以上的成本,好的机床产品设计的思路是产品营销、企业获利成功与否的关键。
合理选择机床配件,根据机床的市场定位,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。以该款VMC850E立式加工中心为例,考虑到机床目标成本,主要配置以国产及台湾为主。采用经济型的FANUC 0i-MATE系统、台湾旭泰主轴组、南京工艺丝杠导轨、采用呼和浩特刀库、自制排屑器等。
三维设计优化,提高设计质量,工欲善其事、必先利其器,在机床整机的设计和关键件设计中应用UG、SolidWorks、Pro/E等三维CAD软件和Visual Nastran、ANSYS工程分析等软件,在产品设计阶段采用实体建模、虚拟装配、静动力学特性有限元分析、系统动态仿真等技术,三维设计系统具有可视化好、形象直观、设计效率高和支持并行工程。减少产品在生产和装配过程中的差错,提高了设计工作的质量和效率,降低了产品开发研制成本。
模块化设计,产品通用化、系列化,主要体现在两个方面:其一,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、尺寸一致的,如立加产品的三轴电机座、轴承、丝杠座的实现了全系列通用化,M8、M10、M12系列的导轨螺纹经计算后统一到M10;其二,尽管使用通用件、标准件会增加产品设计的困难,但是设计人员只要能够使用通用件、标准件绝不使用专用件,使用专用件时要有主管副总签字。模块化设计实现了加工程序的统一,刀具、卡具的一致,极大的提高了加工效率、降低了制造成本。
控制铸件重量,降低成本,通过合理布局内部筋型结构和有效的支撑点,保证铸件刚性,减少设计重量;另外以有限元分析为依据,合理地设计铸件结构减少铸件厚度,简化铸造工艺、改善铸件质量、减少铸件加工余量,实现了降低生产成本、稳定质量、提高生产加工效率。
工艺协同,降低机加成本,为便于加工、减少调整点、方便装配、提升效率,工艺员与设计员同步实施设计,工艺员借助CAM、CAPP软件,对设计模型实施工艺预生产,核准零件尺寸、公差及精度等加工要求、确定工件装卡方式、优化加工刀具数量、规划最佳加工工艺路线,设计员优化产品结构、减少配做、减少不必要的加工量与过高的精度要求。
持续改善,提升产品质量与制造水平;好的产品是持续改善的产物,任何产品只有经不断的持续改进才能弥补设计缺陷,满足时代发展客户的需求。一方面公司可利用服务热线为依托、聚焦客户反馈VOC,逐月根据服务反馈信息开展质量问题汇总与分析,指导相关单位实施质量整改。
另一方面鼓励制造单元、技术、工艺、工会等部门紧紧围绕新产品,以“优化产品结构、降低制造费用、提升溢价空间”为主线,以精益改善PDCA为切入点,设立对标改善项目、设立合理化建议改善提案,不断提升产品质量与制造水平。