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轴承技术 2 0 0 7年第 3期 K o y o 滚动轴承生产系统和机床与设备 [ 日] 井坂雅一 l 肓 可 言 通常情况下， 技术成熟且高度标准化的工 ，业市场用滚动轴承专门在精密生产线上进行生 产。这些生产线 具有大批 量生产 的能力。然 而， 为满足不同客户的要求、 增强在 国际市场上 的竞争力以及促进世界环但 ． 芦必要探索更多 的生产方法及设备。 本文简要介绍了传统生产方法， 并对现在 及将来 ， 我们所重视的创新生产方法进行了讨 论 。 2生产方法和设备的发展趋势 K o y o生产系统的基本理念是 K P S 光洋生 产系统 ， 即最初基于 T P S T o y o t a生产系统 的 “ 及时生产” 和“自动化作业” 。 自1 9 7 8 年以来 图 1 ， 这个理念得到了系 统实现。在那 以前 ， 在规划或计划生产控制和 产品控制的批量生产理念指引下 ， K o y o生产线 已和其他工业的标准生产相类似。除特种轴承 和大型轴承之外， K o y o的产品生产模式遵循 “ 填补系统 F i l l u p ” 原理。 机床是生产线的核心 ， 主要介 绍国产用 以 提高每道工序的效率和产量的专用机床。然 而 ， 在 K P S之中， 追求个别工序和机床 的效率 盔工序间产生了不平衡性。这种不平衡性使整 最大性能难以实现。最终是工序间在制品增 多， 工序流程更加复杂 多分支、 多汇流 如图2 中上栏所示。从质量、 工序控制、 工艺规程等观 点来看 如图2中下栏所示 ， 一个工件应该由 一 道工序接一道工序进行加工。 根据图 2 ， 自1 9 7 8年以来， 已对工艺流程 进行了较大调整， 但仍存在一些集中工序。即 使是所有工序均用自动传送系统连接的生产 线， 仍然存在由加工时间不同而造成的工序间 3 3 的不平衡性 ， 而且在许多生产线 中还存在一道 工序多台机床的情况。 型 塑 塑堕 门赢联1菌 繇蕊l l 墅捌 I 巡 ∞ 1 9 10 咖 鳓 鲫 ㈤ 图 1 K o y o轴承生产系统的历史 l 2 1 3 l d 特 点 1 9 7 8 雌 }羟姑睡鬯I删 j哪 J’ 以静 包括多 l床 计划、规 J 置I E 棚 j 采唬 1 】研8年 [ I l口 每 瓣 蛰 督 ’台 6蚪 构 {蕴 E产 线 填 补 系 缝 以 后 I I 图 2 机床与设备的配置变化 为追求 以“ 生产 创新 ” 为 目标 的高效生产 系统 ， 就现阶段的发展状况而言， 未来的主题将 集中在下述有关机床研制和装备上。 表 1 机床与设备的研制 规划要点和主题 要点 主题 流水线加工 无或减少在制品 在 线 便捷 尺寸紧凑 的金属成形与热处 集成加工 理设备， 在线使用 混流设备 应对多种生产 回 国 墨 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 轴承技术 2 0 0 7年第 3期 3 生产创新 P P I 产品和工艺创新 在回顾泡沫经济期间过度的资本投入、 精 美而昂贵的说明书及复杂的结构和电气控制器 等之后 ， 人们 已开始注意利用 “ 生产创新” 来复 兴 日本 的制造业。 当中国经济在全球市场上持续增长时 ， 日 本不会安于落后， 泡沫经济留下严重后遗症的 情况下 ， 日本的每个工业 都一直在致力于实现 生产与技术 的创新。 毫不例外 ， K o y o现阶段提倡的所谓 P P I “ 产 品与工艺创新” ， 其关键词是 “ 改变工艺” 、 “ 改 变机床” 、 “ 改变产品” ， 这些意指“ 我们通过对 历史 问题的深人分析， 建立 了一套全新的制造 技术。 ” 纵观现在的机床、 设备和工艺， 这种理念和 观点的目标在于革新制造业 。 自 K o y o成立 以来 ， 采 用 了常规 的制造方 法 ， 而现在已开始采取下列措施 一 停止使用“ 选择性装配” 通过具有特 殊直径 的球和套圈相配套来调节轴承的内部游 隙 ； 二 设 备间的传送 系统 由三维连接 变为 二维连接 ； 图 3显示传送系统的二维成象图。 图 3 传送 系统成象图 用三维传送系统相连接的机床仍然大量存 在。这些系统 利用 了上部空间， 因为从事一道 工序的多台机床的生产空问有限， 如图2中上 栏所示。在2 O世纪 7 O年代上半期， 按工艺布 局机床 ， 一个特殊尺寸的批 量生产要求必须连 接多台机床， 现在 ， 还存在着这种生产模式 。 从现在起 ， 采用二维传送系统 ， 是为了避免 维修中的各种困难和调换工件所需的复杂工 作。 在同条生产线上生产不同尺寸的零件调换 是必须要做的。 当这种理念在公 司范 围内推广 时， 要求全 体人员的“ 意识创新” 。这对实现“ 产品和工艺 创新 ” 非常有必要。 当制订生产机床新计划 时， 根据 P P I 理念 对其进行评估。我们需要的是反映现代理念如 “ 人机工程学” 和“ 万能设计” 的创新设备。 现在 ， “ 人机工程学” 和万能设计 “ 是 必不 可缺少的理念 ， 同时也是人性化的理念。 机床布局 的创 新 如 图 4所 示 ， 充 分 反 映 S S V 简单 细长柔性 的特性 。迄 今为止 ， 一直 是根据“ 功能定工艺” 布置机床 ， 从而保证每 台 机床自身有最高的效率， 定定单这种方式还相 对可以接受， 最终导致工序增多， 机床尺寸增 大， 机床控制系统更复杂等。然而， 在目前瞬息 万变的情况下， 这些机床不能适应产品种类和 数量的频繁变化， 成为折旧费用极高的设备。 图4为从传统设备到 S S F 设备的各种不同阶段 的模拟。 注。圈鼓袭 工串号 传统蟹 涎罐 ㈣， ∞ 畜 ⑧ “ 也② 镞醴 砖 长 度 回囵回圃囹回囹 晦 单 化 、 鲰 } 长 雠 图 4 S S F理念的实例 S S F的理念如下 一 简单 去除或简化复杂 的结构和控制 系统 ； 二 细长化 机床尺寸小而紧凑， 且仅具 有绝对必要 的功能 ； 三 柔性 适合组成多用途流水线， 处理 不同型号和批量生产的能力。为实现二维传送 系统， 不仅需要改造传送机构， 而且机床本身的 改造也是必然的， 因此， 要求机床的S S F 。 4 海外工厂的创建和生产设备 2 O 世纪 7 O年代早期， 美国制造商提出了 轴承倾销案后 ， K o y o首先在美国开始 自己的海 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 轴承技术 2 0 0 7年第 3 期 3 5 外生产。成为最早的日 本在北美移植生产制造 设备。 此后 ， 在不同的国家和地区， 包括英国、 泰 国等各个国家建立了工厂， 以满足主要客户一 日 本汽车制造商的要求。生产系统和设备基本 上 1 0 0 ％等同于日本工厂。截止 目 前， K o y o 在 日本已按每种轴承型号建立一个工厂 ， 技术和 设备从每个工厂向海外各国和地区的子工厂移 植。 泰国和中国的自动化设备水平比在欧洲和 美 国的配置略低。欧洲和美 国的设 备 包括输 送系统在 内 与 日本 工厂相 当。然而 ， 海外 的 维修水平不及 日 本 ， 这就导致了机床的较低利 用率。这是工程师最伤脑筋的问题。增强培训 和维修系统很重要 ， 而更重要的是率先研制易 维修的机床， 即上述的简单“ 机床” 。 对于 L C C 主要的竞争国家 来说 ， 如泰 国、 中国等， 将与 日本本土使用的水平相当， 但 无 自 动化系统的机床配置在这些国家是不现实 的。 一 最初为 自动化系统设计的机床不适 于人工传输操作。 二 与劳动力成本相比， 机床成本太高。 三 与欧洲和美国一样， 解决不了维修问 题。应把注意力集中到这几个问题上。 因此 ， 考虑到人 的因素 ， 不得不在主要竞争 国内制造生产设备， 且不考虑配置自动化系统， 即必须采用利于手工操作的生产线。只有当手 工操作达不到生产需求的时候， 才应为工艺、 设 备和生产线提供 自动化系统。 霎 g 设箍成术， 寰 我 避 毋动 J 成本 图5 海外工厂的机床与设备 就未来的发展 而言， 需研制 同时满足全球 和局部地区技术要求的机床。基于采用图5 所 示的标准， 这能够使在主要竞争国 中国和东 南亚各国 内的劳动成本和 自 动化系统比率平 衡。K o y o 计划首先在泰国建立一个调整过的 生产样板线， 如图6所示． 其次在中国建立同样 的生产样板线。 涮 } ② a撂．嘟件 部件 ① [ 力 旺 【 ] 图6 设置在泰国的调整过的生产线实例 示意图 5 总结 根据以往的生产系统和设备结构， 考察了 未来机床设备及工艺流程的课题 。在 国内， 我 们正从事“ 产品和工艺创新” 及机床与设备规 划。总之， 下列是现在起对机床和设备的要求 一 可以按要求的速度， 逐件加工的机 床； 二 简单、 细长、 柔性的工艺和设备。 1 ． 简易机床或不带任何复杂结构和控制的 机床 2 ．尺寸小而紧凑且 具有必不可少功能 的 机床 3 ．多用途小型生产线设备更适 于生产不 同类型和数量的产品 三 兼顾国家或地区特点的机床与设备 1 ． 机床的资本投人和自动化率依据劳动 成本而定 2 ． 兼顾操作和维修简便 这些是生产工程师开发机床、 设备和工艺 的议程。 本文的最后一个问题是 为了在海外国家 建立工厂， 在 日 本国内除需保持现有的生产设 备以满足客户一尤其是汽车制造商的要求外， 我们还能做些什么 基本上 K o y o 将 生产 和供应工厂 当地所要 求的产品， 同时日 本的设备将继续生产高性能 产品和高附加值产品。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 轴承技术 2 0 0 7年第 3期 因此具有核心技术 的产品、 部件 和工艺必 须在 13 本或最佳场地生产。然而， 为抵销 13 本 较高的劳动成本 ， 高性能产品和核心部件用生 产线必须高度 自动化 无人操作 ， 并且能够很 好地与新理念一致 。 当考虑到最佳生产场地时， 存在 13 本汽 车 制造商之 间的信息问题 ， 即主机厂和单元厂之 间的关系和在全球范围内建立工厂的问题。通 常 ， 各个国家建立了包括主车间、 喷漆车间和装 配车间在 内的一系列工厂 ， 但并不是在每个 国 家都生产如发动机或传动系统之类 的部件。汽 车制造商逐渐在北美、 欧洲、 亚洲和东南亚国家 建立 了部件或所谓的核心部件 的最佳生产地 ， 同时按汽车型号分配生产定额。 就轴承而言 ， 核心技术 和零件包括原 材料 加工 、 表面处理和滚动体工艺。这些核心加工 或零件今后仍将在 13本生产。然而， 如果在其 他国家可获得相应轴承的原材料 ， 那么情况就 会发生变化。鉴于供应链和后勤便利的优势， 应将生产设备甚至包括核心的技术转移到这个 国家。 为使我们拥有这样的机会， 考虑到不同地 区的设备和 S S F 理念， 从而确定生产设备和工 艺， 同时， 在各个地区发展 当地 的供应商。 就轴承生产的最后工序一装配工序而言 ， 不用说在每个地区必须完成所要求的工件 。最 近在汽车制造商 的工厂里 ， 提倡这样的新活动 ， 如“ 内部 采购 ” ， “ 供 应商 的公 园 ” 和 “ 卫 星工 厂” 。对于轴 承， 期望研制具有单 触转换系统 技术 的可操作机床。而且 ， 根据单 一汽车生产 线上不 同型号 的技术要求 ， 需提供一条 由上述 机床组成的与汽车装配线并排布置的混合线。 6 结束语 基于 K P S ， 进行 了产品和工 艺的创新 。为 满足客户的各种需求， K o y o 对工艺、 机床与设 备及生产线设备进行创新， 即工厂增强了提供 高水平产品和服务的能力 ， 而不是简单地根据 定单 图纸进行生产。 此外 ， 通过进行 “ 产 品和工艺创新 ” ， 设 计 创新已对产品产生了额外的影响， 这将使客户 们感到满意 ， 并使制造业达到新 的历史阶段 。 张青智译陈晓敏校 上接第 l 9 页 1 4 3 0 度， 上加热 1 4 2 0度 ， 下加 热 1 3 0 0度 以上 的炉温， 在近一段时期内一直 维持在均热 1 2 4 0度 ， 上加热 4 5 0度 ～1 1 3 0度 ， 下加热 7 8 0度 ～1 1 2 0度 。再加上 ， 天气寒冷温 降大， 从而造成了设备的损坏 包括轴承的损 坏 。炉温的高 低直接影 响钢材 的塑 性变形 ， 影响了钢材 的变形抗力。从而影响下压力 的大 小变化， 最终导致的轴承及其设备零配件超前 损坏。 2 生产设备的严重老化 严重 的超负 荷运行， 是设备的故障率居高不下， 造成其产量 难以提高和轴承超前损坏的原因。在跟踪的一 个多月时间内， 就有两根初精轧辊轴和两根初 轧辊一断两开， 可见其生产设备的实际承受负 荷是多么的大。 最后 ， 本着认真科学的态度 ， 客观公正的立 场据现场的使用工况来说， 轴承也的确是有些 问题。主要表现在产品的材料上 ， 韧性差 ， 脆性 大， 硬度高。从损坏 的轴承碎 片上表现最为 明 显 。光洁如新 的碎片 ， 几乎看不到磨过的痕迹。 穿 晶断裂破碎是轴承失效 的主要形式 ， 穿 晶断 裂破碎说 明了轴承材料强度不足 ， 韧性太差。 4 改进措施及效果 据轴承失效形式和现场 工作状况 ， 轧钢厂 的设备维修改造必须跟得上， 轴承材料和轴承 设计也须改变。否则 ， 难 以适应市场需求。近 闻， 我公司近期选用渗碳钢采用新方法设计制 造的产品， 经使用验证效果不错， 达到甚至超过 了进口同类产品的质量寿命． 轴承的制造材料 与轴承的使用寿命可以说是息息相关， 要使轴 承寿命 可靠 ， 选材是关键。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m