独立制造岛--理论原理、应用实例与主要优点 （二）

（二）独立制造岛的特征，

独立制造岛的核心是数控机床或加工中心，还配有普通机床和手工操作工位，以及不同形式的物料运输装置。此外，还应具有一定规模的工件库、刀具库和工具库。这些先进的技术和设备，加上具有一定素质的人员在计算机软件系统的支持下，组成了分布式的制造系统，见图5。其特征是：

1。以成组技术为基础

成组技术是柔性自动化的基础。成组技术是根据零件的分类编号，将零件划分为不同的零件族，确定不同零件组的典型工艺过程和典型特征表面的加工方法。

2．数控机床和普通机床并存

数控机床是一种高效率、高柔性的自动化机床，但要实现其高效率和高质量的生产，还需要一系列技术上和人员组织上的支持和保证。建立一个数控环境并非轻而易举。因此，按照我国国情，在相当长的时间内，数控机床和普通机床共存是必然的。

3．以软取胜

以软取胜是指强调信息流的自动化，侧重智力资源开发，借助我国智能之优势，开发计算机软件，弥补高价硬件之不足。计算机的应用使制造和管理的信息传递速度成百倍加快，资源得以共享，明显提高了生产和技术部门的工作效率和管理水平。

4．综合治理

权力下放后，岛内通过计算机网络将工艺设计、生产管理和生产过程集成一个整体，促使企业的结构和生产组织形式也要作相应变革。厂部对独立制造岛仅下达生产指令（生产任务、完成日期），独立制造岛以“承包合同”方式执行生产任务。岛内人员自行编制作业计划、工艺规模和数控程序，自行分配和安排生产任务，进行生产调度，执行生产任务。这种生产方式打破了科室与车间的界限，减少了中间环节，独立自主地组织生产，充分发挥了人的积极性，加速了信息流和物料流的运转与沟通，达到综合治理之目的。

三、独立制造岛的生产组织设计

（一）以“人”为中心的新的生产组织模式

从独立制造岛的工作原理和功能可见，传统的生产组织模式已显得无能为力。因此，必须从生产上、技术组织上和劳动力政策方面进行深刻的变革，才能适应先进的独立制造岛的生产模式，有效地发展社会生产力。

以机械工业为例，与世界各国一样，我国现有的车间制造生产模式，是按泰勒的分工原则建立的，其管理结构特点是：分工细、工作简单；工人智能化工作内容甚少；生产过程中从属关系众多，结果是自动化代替了熟练的工人。而实践证明，自动化只有在空间与时间上实现人机分离，才能给人以更多的自由去从事创造性的劳动。因此，独立制造岛的生产组织设计原则应遵循：尽可能多地为劳动者提供创造性劳动的机会与环境，以适应人“智力发挥的心理需要”的观点。即：

（1）高素质的工人从事熟练的技术工作；

（2）适当丰富的工作内容；

（3）加强基层管理自主性，减少管理层次。

总之，独立制造岛要求有新一代的工人、新的生产组织模式和新的工作设计。独立制造岛的每一个人，都要有在一定程度上制定生产计划、判断政策、分析复杂系统的能力，有不断学习新的生产技术的需求，以及具有相互合作的良好品质，实现技术、生产组织和人员素质三者的有机集成。如图6所示。

（二）独立制造岛的“社会一技术系统”

传统的企业组建中，生产组织和工艺技术是各自独立进行设计的，通常从工程和经济方面考虑，在理想化的制造环境中进行技术规划，然后再进行生产组织的。它是先从硬件着手，再进行软件设计，再加入用户界面，最后实现制造系统目标。由于技术规划的强制性，限制了生产组织设计的范围和最优方法的应用。因此，独立制造岛必须采取一种能提供有关技术和组织综合优化信息的现代“社会一技术系统”。其设计原则是：

第一，建立相对独立的生产组织单元，把一组任务（任务块）交给一个相对独立的生产组织单元，在以模块方式相互连接的网络中建立整个生产过程组织。

第二，在生产单元中，各工序间的关系平等，但需相互理解与支持。

第三，生产过程中的波动与干扰可由生产单元内部自动调节，使波动与干扰一开始便能调节平衡，不再波及到另一个生产单元。

第四，单元负责人不是监督者，而是组织者，他既要与所有成员搞好合作，又要保持相对独立的生产组织单元的自我调节和同外界联系。

（三）独立制造岛的工作设计

独立制造岛的“社会一技术系统”的设计原理，还提出了正确的工作设计。它强调了在工作中促进入的个性发展，并引进激励机制，激发工人的劳动热情和主人翁意识，提高工作效率。

独立制造岛与传统的车间工作设计原则的主要区别是：前者以人为中心，后者以技术为中心。显然，独立制造岛的工作设计，更强调了劳动者是劳动的主体，劳动力归劳动者所有。因而对劳动者的素质也提出了较高的要求，基于这一点，独立制造岛的工作设计，应为劳动者聪明才智和进取精神的发挥创造更充分的条件，使劳动者享受更充分的自身劳动力的支配权。

四、独立制造岛的系统结构和功能

（一）独立制造岛的系统结构

在独立制造岛中，工人除了负责生产，还要参与部分生产管理和生产决策活动。面对大量的数据和复杂的决策环境，必须要有一个功能齐全的计算机软件系统提供有效的支持。独立制造岛系统软件包的结构，如图7所示。

独立制造岛由工艺规程编制、数控编程和程序管理、作业计划和实时调度、工夹量具和在制品管理、质量控制五个子系统组成，使之既面向车间，又能通过岛域网络与上级（厂部）系统通讯的计算机网络管理相连结。在公共数据库支持下，独立制造岛的软件包共有四个数据库：

1．资源数据库

独立制造岛拥有各种资源数据，如机床，工夹量具，人员等数据。

2．工况数据库

工况数据库反映岛内生产活动的各种数据，包括从厂部获得的加工任务。

3．工艺数据库

工艺数据库包括各种与零件加工的工艺规模和数控模序有关的数据。

4．零件数据库

零件数据库包括零件的原始图纸数据、毛坯来源、工序协作、入库地点等。

（二）独立制造岛的系统功能

在计算机软件系统有效的支持下，岛内工人除了操作机床外，还要完成生产控制和制造过程的不同功能。

1．工艺编制

岛内加工零件的工艺规模可通过人机对话方式在现场进行编制，根据图纸对零件的外形和工艺技术条件描述后，计算机自动生成该零件的工艺规程，并存储在计算机中，供随时调用或打印成工艺卡片。

2．数控编程

采用面向车间的数控编程系统可在现场编程。此外，对于岛内加工的零件，也可预先准备好一“程序”，输入变量多数后，零件数控加工程序由计算机自动生成，然后通过数控管理系统传送给相应的数控机床。

3．计划调度

岛内独立自主地进行一周（旬）的作业计划编制。通过计算机网络，从上级生产计划与协调系统获得加工任务和交货期限，岛内的加工任务管理和分配，以及工况可在屏幕上直接显示，以便随时进行生产调度。

4．物料管理

毛坯需求由独立制造岛在开始第一道工序之前的一定时间内向厂部提出，所需要的刀具、夹具的提供与保管由岛内计算机进行管理。

5．质量控制

岛内有常用测量仪器和质量控制手段，全面质量控制由工人自己掌握，并由岛长负责定期向上级汇报。

五、独立制造岛的应用实例

1984年以来，中国独立制造岛的奠基人-- 张曙教授与南京机床厂、上海机床齿轮加工厂和北京第二机床厂分别开发了不同形式的独立制造岛。简单介绍如下：

（一）高度圆柱齿轮加工独立制造岛

该岛由南京机床厂建立，总投资不到100万元，岛内除一台自产的数控机床和两台微机外，其余是原有的普通机床。该岛按厂部下达的生产指令，自行进行生产管理，由计算机编制工艺规程、设计夹具、安排作业计划、调度生产、控制质量和输出统计报表。零件加工总工时和总费用比建岛前节约20％，精简人员40％左右。

（二）齿轮加工独立制造岛

上海机床齿轮加工厂于1989年先建立了齿坯加工独立制造岛，1993年又建立了齿形加工独立制造岛。由于采用了计算机工艺辅助过程设计，大大缩短了生产技术准备周期。例如，一批40种不同的齿轮，大约接受订货后10天内即可投料生产，明显增强了企业市场应变的能力。同时，压缩了普通机床的工时定额20％左右，降低了加工成本。此外，由于借助计算机在岛内自主编制作业计划和生产调度，实现了均衡生产，零件的生产周期缩短了25％～50％。

（三）箱体零件加工独立制造岛

1990年，联合国工业发展组织专家考察中国机床工业后，在《世界机床工业》报告中指出：“独立制造岛是发展中国家实现工厂自动化的重要途径”。1991年，联合国发展总署援助中国机床工业现代化的项目之一，就是在北京第二机床厂建立一个90年代国际先进水平的示范性“独立制造岛”，现已投入生产运行。箱体零件独立制造岛的计算机网络，如图8所示，其主要特点是采用了二次数据采集终端，实现了数控程序的双向传送和二次数据的采集。

六、独立制造岛的主要优点

独立制造岛采用数控机床与普通机床并存，强调了以人为中心的管理和信息流的作用，因而适用范围广，甚至在某些情况下，可包括柔性制造单元和小型柔性制造系统。它在加工柔性、人员柔性和设备柔性方面比其他柔性制造技术方案和传统生产方式有明显的优越性。

（一）信息流程简化，自我调节能力强

所有制造过程需要的信息都贮存在计算机中，一组工作（任务块）是整体地交给独立制造岛的，而不是像在传统的生产组织中那样依次交给每一个生产者。制造信息的处理大部分在岛内完成，信息流程短，反馈及时，系统调节性能好。

（二）资源利用率高

计算机的应用使制造和管理的信息传递速度成倍加快，资源得以共享，明显提高了生产和技术部门的工作效率和管理水平，缩短了生产周期，显著提高了资源利用率。

（三）工作内容丰富，人员柔性提高

每个工人必须能胜任独立制造岛内一项以上的工作任务，如编制工艺规程和数控程序，操作数控机床和调整刀具，质量控制和制订作业计划等。总之，由岛内工人自己决定一系列生产指令和工作分派，丰富了工作内咨，强化了主人翁意识，提高了企业员工的素质。

（四）投资少。

独立制造岛的投资只相当于柔性制造系统的几十分之一，但同样能获得降低生产成本、提高产品质量的综合效应。

（五）促进企业结构变革

独立制造岛的硬件设备水平并不很高，但软件功能和集成程度已超过了柔性制造系统和柔性制造单元。它是一种开放的、可扩展的、易于与现有生产系统兼容的综合技术和面向未来的生产模式。从社会发展角度来看，它是在高层次上探索如何使制造系统更适应信息时代新技术发展的一门科学。随着资源利用的更加合理，人的智慧和技能的进一步发挥，独立制造岛将促使企业向全面集成过渡，实现总体水平的飞跃。

本文原载于《工业工程与管理》