起重机械制造信息化的探讨

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起重机械是现代工业生产活动中广泛应用的一种机械设备。近年来，起重机械生产和制造的数量随着世界经济的飞速发展而迅速增加，起重机械制造企业和其他制造企业一样，面临的商业环境和市场环境发生了根本的变化，具体表现在以下4个方面：

a.技术进步和高新技术的的应用，信息量急剧增加。近年来，起重机械技术的发展从其结构、控制系统及性能来看经历了动力变革、传动变革、控制变革3个阶段。高新技术逐渐被应用到起重机设计和制造过程中，同时随着通信技术和计算机网络技术的发展，全球化的设计与制造已经成为可能，世界市场变得越来越开放，设计、制造和生产过程中信息量急剧增加。

b.用户对产品的需求多样化和个性化。随着时代的进步和社会的发展，普通市场带给人们的产品日益丰富。在工程建设中，越来越大、越来越复杂的工程对起重机械的要求越来越高，这对起重机械的设计、制造都提出了更高的要求，许多类型的起重机的最大额定起重量被不断刷新。

c.产品生命周期缩短，起重机更新换代加快，人们对起重机交货期的期望值越来越高。为了顺应用户对产品的多样化和个性化要求，企业开发新产品的能力要求越来越强，起重机械的研制周期大大缩短。由于新技术的应用，起重机的制造周期和生命周期缩短，加快了起重机更新换代的速度。

d.生产方式的多样化。随着用户需求的多样化和个性化以及对产品交货期的要求，有些企业需要调整生产方式，以适应不同用户的要求。在我国，以河南新乡起重机制造企业之间精细化分工、协作作业为代表，起重机制造企业也正逐渐向汽车制造业先进生产方式迈进。

20世纪80年代后，世界起重运输机械行业进入现代化发展的新阶段，大型起重运输机械产品更新速度加快，综合技术水平进一步提高，品种系列更加完善，实现了机电一体化和智能化。国外各种制造起重机的企业在生产中更多地采用优化设计、机械自动化和自动化设备来提高劳动生产率，对世界起重机销售市场、制造商和用户都产生了巨大的影响。

我国起重机械制造行业起步较晚，和国外同行相比，有很大的差别。目前我国起重机械制造业及信息化建设存在的问题主要表现在：总体水平不高，制造技术参差不齐，工艺水平较低；研究开发能力不强，设计手段不完善，中小企业的研发水平更加薄弱，许多产品的核心技术源于国外；一些企业的生产组织落后、管理水平低，专业化协作水平较低，交货期长；起重机械制造业信息化基础比较薄弱，信息化应用很少，信息化手段的应用刚刚起步，企业实施ERP非常少。

信息化程度不高已经严重制约了我国起重机械制造企业的发展，影响了我国起重机械制造企业的整体发展水平，提高我国起重机械制造企业特别是中小企业的信息化水平已成为迫切需要解决的问题。

1 提高我国起重机械制造业信息化程度的措施

现代制造业信息化利用信息技术、计算机技术、网络技术、通信技术和自动化技术等改善企业的经营、管理、生产的各个环节，对产品的市场规划、设计、制造、销售、服务等环节进行优化与调整，提高了生产效率、产品质量和企业的创新能力。

CAX(CAD／CAM／CAE／CAPP)技术的利用和ERP理念下的生产的周密安排已成为制造业信息化的显着特征。起重机械制造企业信息化应参照现代机械制造企业实施CIMS技术的方法进行，有如下措施：

a.管理信息化。实施管理信息化的目标首先是按期交货和降低成本，因此核心内容是按ERP的理念周密安排生产，进一步在网络支持下实现包括供应商和客户在内的供应链管理。

起重机械制造企业要制订企业级中长期的生产经营计划，即企业商业计划。目前我国起重机械制造企业只有少数大型企业有较好的中长期生产经营计划，许多中小企业没有很好的中长期生产经营计划。起重机械制造企业根据制订好的企业商业计划、年度起重机械需求预测和起重机械订单来制订起重机械生产计划大纲。根据起重机械产品生产计划大纲制订起重机械的主生产计划，起重机械主生产计划是针对起重机械产品或起重机械半成品编制计划，根据起重机械的结构信息即物料清单(BOM)和物料的库存信息，在起重机械主生产计划的驱动下，物料需求计划将起重机械产品分解，制订自制的起重机械生产计划和起重机械外购件计划，作为车间生产和物料采购的依据。车间作业计划将零件的加工按工序分解，以任务调度单等形式下达给车间，执行生产调度。起重机械制造管理功能组成和处理流程如图1所示。

图1 起重机械制造管理功能组成和处理流程

在起重机械制造信息化管理的基础上再实现对销售和财务的管理，便形成集成度较高的综合管理系统制造资源计划(MRP II)。它一般包含产品需求预测、订单管理、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、库存控制、车间层控制、生产成本核算等主要功能模块。通过起重机械制造的有效计划，合理利用各种制造资源，控制资金占用，缩短生产周期，降低成本，提高生产效率，从而实现起重机械企业内部资源的整体优化。

b.工程设计信息化。工程设计任务包括工程设计、绘图及虚拟装配、CAE、CAPP等部分。为提高设计的效率和质量，在PDM支持下实现CAD／CAPP／CAE／CAM信息集成和工作过程集成；按照并行工程方法组织新产品的开发。随着现代制造技术和计算机技术的发展，汽车等制造业中的先进设计理念将逐渐运用到起重机械行业中。CAX(CAD／CAE／CAM／CAPP)技术使起重机设计中优化设计成为可能，而虚拟样机技术的运用大大缩短了产品设计开发周期，减少产品试验的数量和时间，工程设计信息化程度的提高可以极大地提高起重机的生产效率，同时也可大大地节省能源。

我国目前使用的各种起重机械，其结构尺寸一般都较国外同型号同吨位产品大很多，除了材料上的差别外，主要是由于在结构尺寸上有所差别造成的。针对起重机械尺寸过大，使得自重过大而造成材料浪费的情况，在起重机械设计阶段通过结构分析和优化减少自重优化结构是一条非常有效的途径，目前高校在这方面的研究也比较多，结构优化的技术比较成熟。吉林大学在桥式起重机起重量和跨度一定的情况下，采用了2种方法对箱形主梁进行结构分析和优化设计，以达到在满足强度、刚度的前提下用料最省的目的。而虚拟样机技术的应用，改变了传统的设计和制造过程，节省设计成本并可缩短开发周期。在传统的设计和制造过程中，首先是概念设计和方案论证，然后是产品设计。在设计完成后，为了验证设计，通常要制造样机进行试验，有时是破坏性的试验。当通过试验发现缺陷时，要修改设计并再用样机进行验证，如此反复，直到产品达到性能要求为止。当系统很复杂时，这一过程往往很漫长，而且单机制造成本很高。在竞争的压力之下，这一过程经常会被人为的打断往往造成了产品刚面世就存在着先天的缺陷。基于物理样机的产品设计手段已经走到了尽头，取而代之的将是基于虚拟样机技术的产品设计。采用该技术，设计人员可以利用计算机对产品进行仿真实验，有针对性地快速模拟机械系统的各种不同的工况，分析系统相应的动力学特性和运动学特性，并且针对其缺陷，在计算机上对模型进行快速修改，这样的开发模式，在形式上与基于物理样机的开发模式相同，即设计——试验——修改，但在本质上却大不一样。虚拟样机可以在很短的时间内完成多次物理样机无法完成的仿真试验，分析不同的设计方案，直至获得系统级的最优方案。另外，采用该技术还能够进行起重机极端工况的试验，如安全性能的测试等。

我国起重机械制造企业中以振华港机为代表的大型起重机制造企业在工程设计信息化方面起步较早，有的成立了研发团队，运用先进的计算机技术进行起重机设计、绘图及虚拟装配等；起重机械制造中小企业正逐渐将这些技术运用到起重机械产品开发、制造和试验等环节，逐步提高工程设计的信息化程度。

c.制造自动化。建立制造自动化系统，制造自动化系统应为普通机床和数控机床结合的“适度自动化”系统。起重机械行业具有自身的特点，和汽车、机床等制造产业相比，起重机金属结构的生产和制造在钢板下料切割、板材焊接组装等方面自动化要求一般。而起重机械传动件、配件(电动葫芦)的生产中自动化要求较高。起重机械传动件、配件方面可以建立与专业产品供应商的战略关系。目前我国河南新乡地区和江苏无锡地区已经形成有较大规模的起重机械配件和起重机械制造基地，具备建立起重机械制造企业与配件生产供应商战略关系的条件。

d.质量保证信息化。通过建立包括质量决策、质量检验与数据采集、质量评价、控制与跟踪等功能的质量保证系统来控制各环节的工作质量，通过信息化手段加强现场质量信息管理以及建立检测数据自动采集与分析系统，从而保证产品全生命周期的质量。

在起重机械制造过程中，各个工作环节的质量都需要进行有效控制，质量检验过程中涉及到大量的数据，质量保证信息化可以对质量检验数据进行记录并通过分析系统进行有目的的分析，质量保证信息化应贯穿于起重机械制造的全过程。起重机械作为特种设备的一种，在质量保证上又具有自身的特点：它的制造过程需要接受特种设备安全监督检验部门的质量监督。而在目前的起重机械制造监检实施过程中，遇到的突出问题是监检效率不高，监检手段不完善，监检管理停留在手工阶段，制造企业和监检机构形成各自的信息孤岛，制造企业生产过程的技术数据共享和利用程度低，制造提供数据的及时性差，监检机构无法及时获得最新的生产数据和资料，监检机构的最新信息也无法及时传达到制造企业中。监检机构和制造企业之间各自形成信息孤岛，严重影响了监检工作的质量和效率。起重机械制造信息化工作为提高质量保证信息化程度奠定基础，质量保证信息化建立在管理信息化的基础之上。起重机械制造监检信息化最初阶段是通过对起重机械制造企业部门管理形成基于起重机械生产过程的制造监检管理。起重机械生产过程形成的制造监检管理流程如图2所示。

图2 起重机械生产过程形成的制造监检管理流程图

起重机械制造监检管理信息化工作是起重机械质量保证信息化工作的一部分，起重机械制造企业质量保证信息化工作除了解决企业内部质量保证系统信息化工作外，还要注重与起重机械特种设备安全检验部门的数据接口，解决起重机械制造企业与监管工作部门的“信息孤岛”问题，提高数据共享程度和监检效率，保证起重机械的产品质量，保障起重机使用安全。

2 结束语

由于我国经济发展还比较落后，起重机械行业起步比较晚，起重机械设计、制造的信息化程度总体还不高。起重机械计算机辅助设计和分析运用程度很低，许多中小企业自我设计能力很低，有些起重机械的生产甚至是采用其他公司的设计图纸，设计过程中的计算机辅助优化设计和结构分析运用的更少；企业管理有的还没有摆脱家族型企业的管理模式，企业应对市场变化和激烈竞争的能力不强，和供应链其他企业的合作也不紧密；落后的管理方式和生产方式使得起重机械产品的质量也很难保证，起重机械质量安全和运行安全都存在隐患，对安全生产造成一定的威胁。针对我国起重机械制造业落后的现状，笔者在分析制造业信息化的基础上并结合起重机械制造业实际提出了提高起重机械制造信息化程度的方法和途径，以改变我国起重机械制造业的现状，适应现代化工业发展的要求，这对于提高我国起重机械制造企业的技术水平和发展速度具有现实意义和价值。