产品族概念在起重机行业生产实际中应用的可能性

什么是产品族?要理解这个概念,首先从了解“族”的含义开始.

族者,共同属性也.如从产品的角度来理解族的含义,可表达为具有共性特征的一类产品.产品族的概念是以产品平台为基础,通过添加不同的个性模块,以满足不同客户个性化需求的一组相关产品,产品族包括产品平台和由其衍生出的能满足客户不同需求的个性化产品.

产品族的基础和核心是产品平台；产品族平台特点是能够被某一系列产品共享的、可重复使用的模块集合,一般具有相对稳定的结构；一个有效的产品平台具有产品族内所有产品的共性特征——在功能、物理以及技术特征上的具有相似性.

产品族是实现大规模写作生产模式的重要支撑技术.其核心意义是以较小的技术多样性实现较大的功能多样性.达到这一目的的有效手段是大规模写作的产品族管理.大规模写作产品族的基本方法是将功能相同或相似、物理特征相似的产品进行产品族的归并分类, 并在产品的整个生命周期实行产品族管理.以产品族的方式对产品进行管理的作用是, 可简化产品设计, 缩短产品制造时间, 降低产品设计、制造和管理的成本,是支持大规模写作生产模式的有效方法.企业应有效地对企业已有的产品进行产品族划分, 实现产品的产品族管理, 并在此基础上实现产品开发过程中的产品族规划.

产品族的特征是共享通用技术并面向相关市场应用的多样化的一组产品.其关键是：

（1）通用技术：通用技术体现了产品本身所使用的技术和产品在设计、制造过程使用技术的相似性；

（2）相关市场应用：相关的市场应用体现了产品功能及其对应的产品结构的相似性；

（3）多样化：多样性体现了同一产品族中不同产品之间在功能、结构等方面的差异性.

这三个关 键 词 是产品族的特征.他们作为一个支撑技术作用是：大规模写作生产方式要利用大规模生产的效率和效益.产品族是共享通用技术并面向相关市场应用的一组产品.关键是即增加产品构部件在物理特征和技术特征上的相似性,在产品设计时采用面向大规模写作的设计方法, 在产品设计中融入模块化实践思想, 实现构件几何特征、原材料等的通用化, 使用标准零部件, 增加零部件的可重复使用性, 减少相似零部件的重复度； 使需要写作的零部件在产品中出现的几率下降到最低限度.并在制造过程中尽量使用相同的产品加工工艺技术、加工工具和设备.

尽管产品族的定义有这么多,但仔细推敲只要理解几个关键的词和语句,就基本理解产品族的概念了.

（1）关 键 词 ：通用化、模块化、标准化.

（2）关键语句：不同产品在功能、物理以及技术特征上的相似性是产品族的重要特征；产品族中具有大量相同或少量相似的零部件、子系统.

简单的说就是结构上基本相似的、技术上基本一致的、加工工艺基本相同的、加工设备和工具基本类似的,都可成为某种产品族成员之一.

以起重机行业集装箱桥吊和RTG为例.大梁、梯形架、门框、小车架、机房底架、行走机构等部件都是符合产品族概念的.也就是说,以上的构件在不同项目制造过程中均分别可成为同一类产品族.又如在RTG制造过程中,其支腿、大梁、连接杆、行走机构等包括小车架,都是可以分别归为同一类的产品族.因为,这些部件都符合了产品族的基本特征：技术、制造设备的雷同性、相关市场的商品功能相似性和功能、结构多样化的差异性.也具有相同的产品平台、由其衍生出的能满足客户不同需求的个性化产品.

纵观现代造船行业,先进的现代造船模式是以中间产品为导向的,实行各级中间产品的专业化生产.那么,什么是中间产品?介于成品和零件之间的部件.在造船中,是指进行完小组立后等待总装的部件.在起重机行业中,是不是可以将各部件作为中间产品并进行专业化生产呢?

首先,我们考察一下起重机行业的主要产品：集装箱桥吊、门座式起重机的主要构成.

集装箱桥吊基本的构成：由前后大梁、门框、梯形架、机房、机房底架、拉杆、行走机构中的车架等部件组成.其中的门框是由几个可以相对独立的构件组成的.而前后大梁由于业主的不同要求,会有箱梁结构、桁架结构等不同的类型.

在门座式起重机中,基本构成：由起重臂、人字架、门架、机房、机房底架、平衡梁、行走机构中的车架等部件组成.和集装箱桥吊的门框一样,门座式起重机门架也是由几个不同的构件组成,并且门架的形式通常有2种：板凳式和十字梁.在具体的实际中,根据需要还有其他形式的门架,如桁架结构、超大型起重机中的多层八字架式的门架.在起重臂这个构件中,一般情况下有三个构件组成：起重臂、象鼻梁和拉杆组成,俗称三大件,都有桁架形式的存在.经管它们可以在不同项目中出现,但各部件都承担基本相同的职责.满足产品族具有共同产品平台和衍生出的能满足客户不同需求的个性化产品的特征.

通过简单介绍后,我们知道在同一产品族的各部件的基本特征是相似的,在制造中所用的设备和工艺要求也基本相同,满足了在通用技术方面：各部件都体现了产品本身所使用的技术和产品在设计、制造过程使用技术的相似性；在相关市场应用方面：各部件体现了产品功能及其对应的产品结构的相似性；在多样化方面：各部件体现了同一产品族中不同产品之间在功能、结构等方面的差异性.

所以,我们可以认同为这些部件都可以分别成为各名下产品族的组成元素.

因此,我们认为根据产品族的基本概念,以上提及的无论是集装箱桥吊或门座式起重机中的主要构件都可以作为一个产品族的部件而形成一个产品族进行专业化生产.同时,这些部件除了符合产品族的基本特征外,也都具备中间产品的特征：完成这些产品的制造,就可以同其他构件进行总装,最终形成产品.至此,我们明白了港机部件即符合产品族的特征也满足中间产品的基本要求.也就是我们应认识到：港机行业中中间产品的概念与造船行业的有一定的差异.主要差异是：造船行业是以分段作为中间产品的,而港机行业没有分段,除了集装箱桥吊的门框和门座式起重机的门架是由几个部件组成外,大多都以部件为一个产品族中的一个元素,因为,这些部件制作完成后,可以直接进入总部装,相当于造船中的分段组装.所以,在港机的生产中,可以将部件作为中间产品. 实现产品族的根本思想是要提高生产效率,也就是引入产品族概念基本目的之一是：迅速、准确、及时的制定生产计划,合理安排生产提高效率.

因为制订生产计划的主要依据是该类产品族中元素的中间产品的制作工时定额.如果我们将某一族的每个中间产品进行计算工时定额,这样有悖于产品族的基本目的--.所以,要有新的计算方法和技术来迅速计算.

为此,我们引入利用计算机技术进行计算的方法.我们可以分析上述各构件中的基本特征,并采用合理计算和实际测定相结合的方法,找到影响该产品族生产的工时定额的因素,再利用计算机的数据库原理,建立工时定额与影响因素的对应关系.这样即可对产品族中的构件进行迅速计算工时定额.

我们以一种构件来说明利用产品族的概念进行及时、快速、准确确定工时定额的基本方法.

1.基本特征

特征的概念.特征是对象组中表征和区分一种对象的决定性性质.在制造领域,对产品族分类时,若要把部件按设计的要求分为产品设计族,那么需要的特征应包括：部件功能、几何形状、材料、成形方式及加工特点；若要把部件按生产的要求分为部件加工族,则部构件几何形状、加工工艺、材料、毛坯类型、加工尺寸、加工设备及工艺装备等就应成为描述部件的特征.

根据上面的定义,我们可以将要举例说明的构件,也就是这类产品族中一种零件的特征作这样的定性.举例构件的尺寸是：（见表1）

表1

a. 构件设计时该产品族的特征：

构件功能：起连接其他构件作用的中间结构；

几何形状：长方型的箱体；

材 料：Q345的钢板；

成型方法：钢结构制作：冷作装配、焊工焊接；

加工特点：构件制作和涂装.

b. 构件加工时该产品族的特征：

几何形状：长方型的箱体；

加工工艺：先装配后焊接成型,再涂装；

材 料：Q345的钢板；

毛坯类型：材料按图切割后的钢板；

加工尺寸：箱体截面3米*3米,长度30米以内；

加工设备：起重机械、焊机、涂装设备；

工艺装备：固定构件用的胎架.

2.部件装配过程分析

以上举例构件的零件共有4个.

主要特征是：建造基面为平直板,且成长方型；基面上焊接构件.构件共由4个零件组成.实际中,加工过程与相关的工时影响因素是：

（1）构件的搬入及最终部件的吊出工序所消耗时间与构件的重量无关.因为零件重量都大于人力所能搬动的重量.当零件重量不超过设备的起吊能力时,搬运重量不同的零件所消耗时间相差很小；

（2）拼板工序时间与焊缝长度有关,焊接时间等于 焊缝长度* 焊接速度.一般来说若零件对实际尺寸控制在12米*2.4米,那只由一块板构成,也就没有拼板工序.因此,拼板工序工时与焊缝长度、板的几何尺寸和重量有关；

（3）装配工序完成构件的定位和施定位焊,装配工时也与构件个数有关,构件个数越多,装配工时越大.定位焊的间隔为0.5 m装配工时与焊缝长度有关,关系为：

定位焊时间等于定位焊个数*焊接速度等于焊缝长度/定位焊间隔*焊接速度；

（4）焊接工序.焊接工时取决于焊缝长度,关系为：焊接工时等于 焊缝长度*焊接速度

（5）修整、检验工序包括对焊缝的打磨、跟踪补漆及对焊缝及装配精度的检验.消耗时间与构件个数和焊缝长度有关；

（6）涂装工时与构件表面积有关.

综上所述构件加工消耗工时与构件个数n、焊缝长度l、表面积A、焊接速度v、重量w等5 个因素相关,构件加工消耗工时T可表示为这5个因素的函数：

T等于f（n,l,A,v,w）

其中：n为构件个数；l焊缝长度；A为表面积；w为重量.其中：

表面积A与该箱体结构的截面尺寸和长度有关；

重量W与表面积A和板厚δ有关；

焊接速度v与板厚δ有关.

3.应用计算机技术确定构件加工工时定额

计算机计算首先是通过同一产品族的各部件（元素）之间的连接来建立输入与输出之间的映射关系.对T等于f（n,l,A,v,w）的映射关系,就是一个典型的非线性映射,因此,选用计算机技术的数据库来建立部件加工工时定额与影响因素之间的映射关系,从而来求解产品族内所有构件生产的工时定额.

（1）计算机计算结构

根据本问题的特点,输入是5个影响因素,输出是部件加工工时定额.因此,计算机应输入层的个数为,输出层的个数为1.由于四个数分别与板厚、截面的尺寸、长度有关,实际中,我们输入的元素可能大于5个.

（2）样本

对上述部件共有4 个零件并选取作为样本,经过分析,每个样本的加工工时定额与各影响因素的取值如表2所示.

表2

我们可以考察分析该产品族的其他部件,我们可以清楚的看到,该类产品族的无论是设计时的特征和制造中的特征基本特征是一致的,只是影响因素中的板厚δ、长度l、重量w有差异.（见表3）

表3

（3）计算结果

当建立起了工时定额与影响因素之间的映射关系后,通过计算就可以求解其他构件的工时定额,表4是产品族中其他18 个元素（其他产品部件）的工时定额的计算结果.

表4

4.结论

通过产品族的概念并在产品族概念的基础上,利用网络方法可以快速、准确地求解出部件加工工时定额.应该可以发现产品族概念在起重机行业生产实际中应用的可能性是存在的,是可以发展的.而且与造船行业相比,其作用更显著,计算更方便.实际中,在做好产品族计算的基础上,如果我们对每一次计算进行记录存档,并针对性与实际发生的工时作比较,找出差异,分析差异产生的原因、形式、位置和时间,经过多次的反复进行,计算机所计算的数值与实际的发生额之间的差异一定能无限趋近于零.就此,具有这些功能的产品族系统就具备了应该具有的自动修正的功能,也将使产品族和计算成为一个具有反馈功能的系统.使我们的管理更趋于合理化,使人为因素对计算工时定额的影响降到最低,确保工时定额的科学性、合理性、及时性.

通过初步的分析和计算,产品族结合计算机技术计算的基本思想和基本程序可以得到如图1所示的框图.框图只是说明基本流程和思想,实际中,尚需要大量数据支撑.

通过港机产品中一个最简单的构件的特征分析、装配过程分析和工时计算,试图说明产品族概念在港机产品制造过程中,应用的可能性、迫切性、合理性.并希望通过生产实际的印证,能在港机产品制造过程中得到广泛的应用、发展,并为提高港机产品的制造效率,提供一个有力的手段.也为振兴中国的制造业出一把力.

不积跬步,无以至千里.尽管产品族的概念在造船行业中,已得到了广泛的运用,但作为港机行业目前尚无进行应用的先例.我们何不在目前大市场不景气的情况下,通过实施和推广产品族的概念,苦练内功,掌握提高生产效率和经济效益的一种新手段,为日后生产的大发展作好冲刺的准备.更希望能在已实施产品族生产企业的引领下,使具有条件的制造企业都合理使用产品族的概念,以提高中国的制造水平,为变制造大国为制造强国而奋斗.

（作者单位：上海振华重工（集团）股份有限公司；上海 200125）