黄成:数控先锋
黄成,一汽解放动力总成事业部锡柴工厂生产管理室设备调整工、中国一汽首席技能大师。
▎第一代数控操作工
1996年7月,我从无锡机械制造学校毕业,和同专业11名同学进入锡柴。但其实,在校第四年,我就到锡柴实习过。那次实习让我大开眼界,我第一次真切体会到规模化机械制造的工业场景。
我学的是机械制造专业,从钳工实习加工铁榔头,到学习操作车床、铣床、锯床、滚齿机等,甚至砂芯铸造试验,什么都做过。毕业设计是从一个产品零件毛坯图开始设计整套工艺过程,包括夹具和刀具在内的整套图纸、文件。我们小组4个人,画了20多张图纸,其中夹具设计图就有3套。
这4年学习打下的基本功,对我后来作为锡柴第一代数控操作工起到重要作用。锡柴是无锡市明星企业,我进厂时已加入一汽集团,全厂四五千人,年产柴油机四五万台。那是制造业比较辉煌的时代,企业待遇也不错,穿着工作服走在大街上,随时都能感受到路人羡慕的眼光。
但当时中国制造业整体水平还很落后,生产手段和生产效率跟现在没法比。锡柴早期生产条件艰苦,老加工车间在一个大厂房里,头上是高高的天车,车间里一台一台机床挤在一起,每台机床旁都有一位师傅操作。机床用切削液味道很浓,再加上润滑油和清洗剂气味,整个大厂房看起来雾蒙蒙的一片。
劳动强度很大。师傅在机床旁一干就是几个小时,有时甚至干到10个小时,一身油一身汗。夏天尤其辛苦,工作服上往往有层盐霜。中午休息时,他们就到车间外找个地方歇歇。师傅们都很淳朴,身上透出一股干劲,对物质利益看得不是很重,企业精神朝气蓬勃。
我是农村娃,原以为到锡柴就是鲤鱼跳龙门,像师哥师姐那样从事工艺员等基础技术工作。但我们这届中专生恰好赶上改革,被划入一线操作工人行列。说实话,辛苦念书4年,还要在操作岗位上和机床打交道,确实给我们带来不小心理冲击。
现在来看,我们正好赶上锡柴转型时期,原有工人的知识结构不足以支撑企业转型。中专生下沉前方,提升一线操作工知识水平,为锡柴从传统制造迈向数控制造储备力量。这种大背景下,作为锡柴第一代知识型产业工人,我们利用所学助力制造转型,获得了与工厂跨越式发展同步的自我成长。
很幸运,我抓住了这一时代机遇。
我被分配到工装车间(现在的机工车间),主要从事刀具和夹具制造。第一次到工装车间时,车间主任来迎接我们,他的样子和蔼可亲,说了一通无锡话,我们似懂非懂。其大意是,接收中专生干操作岗,他非常开心,希望我们学好学通。
接着,他拿出一套图纸让我看。这是套夹具图纸,从装配图到具体零件图都有,我琢磨了大半天时间。车间主任后来问我,图上这个式样那个标注是什么意思,很明显是在考我。好在我基本功扎实,看图制图都得心应手。他对我的回答很满意,对我的评价是“水平可以”,然后,给我安排了一位师傅。
师傅叫王挺,我跟着学习操作铣床。他虽然年轻,本事可不小,手上功夫十分了得,获得过江苏省铣工状元,做事稳当有条理,对工位环境要求严格。我从书本上看过机械加工的各种轮廓和构型,他却能通过一台铣床将这些变成现实。
掌握操作本领,不仅需要理论知识,还需要在操作过程中调校和运算,掌握一定技巧。王师傅让我看到铣床操作高手所能达到的境界,也是我未来努力的目标。
当年8月,我和几位师傅被派到天津台中精机股份有限公司,学习数控编程和操作。这是我第一次出远门,从无锡到天津,坐20多个小时绿皮火车。集中学习2周后,回到锡柴,我被调入(工装车间)精机间。
精机间是一个独立空间,工作环境较好,安装有空调,当时只有四五个人,我主要操作汉川数显精密镗床。带我的师傅叫钦保兴,50多岁,人称“精机王”。他从20多岁一直干到60岁,从精密镗工岗位退休。
钦师傅话不多,做事不紧不慢,干活丝丝入扣,他所在岗位责任重大。我这个毛头小伙子,刚开始很不适应,时间一长,受他影响,干活不再那么急躁。
制造现场有很多变量,需要考虑不同的材质、不同的加工环境、不同的切削余量,以及刀刃应该磨到什么水准,切削时速度如何掌握,形状如何变化等。跟着钦师傅,我学到很多操作技巧和经验。
半年不到,1997年4月,我被抽调到研发部中试车间,从事数控操作。回想起来,在较短时间内,我就换了两个师傅和两个操作岗位,企业似乎有意培养我到加工中心。与车铣刨磨传统制造不同,加工中心是数控制造,这是一个巨大的跨越和挑战。
加工中心从台中精密机械(上海)有限公司生产的两台数控机床起步。设备到位前半年,我被派往其天津分公司,学习数控编程操作方法。
按照计划,这两台数控机床,一台安装在工装车间,一台安装在中试车间。中试车间专门试制柴油机产品,但领导后来改变主意,将两台设备都安装在中试车间。设备每台80万元,是当时全厂最昂贵、最先进的设备。为创造恒温环境,中试车间安装了两台5匹空调。
我被调入中试车间,成为第一代数控操作工。这是一个重要转折,数控机床是新生事物,全厂几乎没人会编程操作。我面临的第一个问题是,突然间没有了师傅,而到天津也只是学习了皮毛,根本没办法承担产品制造。面对这两个宝贝疙瘩,大家都束手无策。
怎么办?只有从头学起。我抱着编程说明书和设备操作手册没日没夜地看,分析每个语句所能实现的功能。看完一段消化一段,边看资料边上机测试,设计试验方案验证程序功能。一点点地推进,一点点地积累,一步步地进攻。
另一台数控机床由我在机械制造学校的同学操作。功夫不负苦心人。经过3个多月钻研,我们终于掌握了操作方法。铣、钻、镗、铰,看到数控机床按照操作指令把气缸体加工出来时,大家都松了一口气。
台中精机编程攻下来后,我预感到数控制造将成为现代制造发展趋势,更坚定了作为现代制造工人的信心。在锡柴发展史上,启用台中精机是一个里程碑事件,标志锡柴进入一个用数控语言代替人工摇手柄的时代。从那以后,数控制造给锡柴人带来了越来越多的震撼与惊喜。
我开始摸索数控编程操作技术。从简单编程到高级程序语言研究,通过实验验证说明书上没有重点体现的功能。
第一次用高级程序语言加工油底壳凸模非常吃力。正好是夏天,当时我住的集体宿舍就是现在的锡柴健康中心,中试车间距离宿舍只有200米左右,但为了攻关,一个月来我基本睡在车间里,无时无刻不在考虑:怎么把图形转换成程序语言?如何进行实验和调试?
程序编出来后,为验证程序的准确性,还要进行大量计算和复核:比如0度位置对不对?90度位置是否一致?所有数据带上小数点后,程序运算和运行精度能否保证?所有分支跳跃条件运行结果和程序设计是否一致?整个过程非常复杂。经过不断实验和推算验证,历时近一个月,我们才将模具大部分形状加工出来。
有了第一次加工经验,再通过总结和实验,第二次加工就顺利很多。我们将时间缩短到两周,而且数控编程水平进一步提升。
第三次加工是2000年,给奥威CA6DL加工油底壳模具。我已经开始CAM(利用Pro/E和UG专业计算机辅助制造软件)在数据加工中的实际应用,一周内就加工出凸模、凹模和顶件板,而且还能加工不受工艺限制的全部曲面形状。
模具从机床上吊下时,站在旁边的工装车间主任问:“小黄啊,这会让多少人下岗?”这句话我记忆犹新。就传统制造业而言,有经验的老师傅是最宝贵的财富,手艺精湛的七级工、八级工备受尊崇。
但数控机床对操作工提出更高要求,老师傅们的优势不复存在,需要从头学起。这就逼着大家努力掌握全新程序语言,否则就会落后于时代。遗憾的是,并非每个人都能跟上数控时代。从情感角度,数控机床以颠覆者形象出现,但从企业角度,谁尽早拥抱数控制造,谁就获得领先技术优势。
对数控加工工艺性研究最广泛的一次是DK机(CA6DL系列)试制。为最大限度缩短开发周期,DK机遵循并行工程原则,即设计研发、试制试验和工程规划齐头并进。
没有正式工艺方案,也没有专用工装设备,我们从17张图纸开始,先后解决没有合适的刀具、自制简易夹具、工艺方案准备、特殊程序准备和验证、各种设备工序分配、加工中质量控制等难题。
▎让德方刮目相看
在中试车间担任数控操作工期间,我先后两次被派到德国验收设备,学习数控操作。
第一次是2000年5月,我们6个人被派去验收B+W立卧复合加工中心,学习西门子编程和B+W设备操作。B+W设备是锡柴第一次引进的准高速大型加工中心。3台设备4000万元,构成小型柔性生产线,其中一台设备是五面体加工中心,配置最先进的西门子840D数控系统。
掌握这种数控系统挑战很大。台中精机采用日本发那科操作系统,编程相对简单,而840D数控系统是德系设备里最成熟、兼容性最强、可扩展性最大的数控平台,是世界一流制造技术的象征。
工艺方面,B+W设备采用很多先进制造理念,如枪钻工艺、高速刚性攻螺纹,加工中心上车削工艺、角度头加工、立卧复合加工、重金属刀排镗孔、CBN刀片加工等。
在德国工程师的配合下,从验收、组装到操控,包括更新和开发一些新功能,我们用25天时间完成验收任务。第一次出国让我大开眼界,西门子强大数控系统展示了现代数控制造所能突破的边界,让我们看到中国制造的发展方向。
回国后,由于生产品种调整,操作程序需要做出适应性改变。在没有德国工程师帮助的情况下,我带领小组认真学习德方编程调试的经验和技巧,融会贯通这些窍门。与工艺部门合作,先后完成DK机系列、4DK系列在B+W设备上的加工任务。事实证明,我们可以做得和德国工程师一样出色。
第二次是2002年12月,到德国GROB公司预验收CA6DL生产线设备,学习数控编程和操作。这次验收规模较大,工厂先后派出五六批人,除专业技术员和操作工外,还有相关部门领导。经过选拔,我成为参与验收的第一批人员,在德国待了21天。
德国GROB公司生产机床和生产线,全球排名前三,其设备用于奔驰、宝马等发动机生产线,但价格不菲,一条生产线耗资2亿多元。为制造高质量柴油机,从十万级到千万级,再到亿级,锡柴在设备上不惜投入巨资。
跟B+W加工中心那条柔性化生产线不同,我们从GROB公司引进整条生产线,包括L缸体和L缸盖。当在GROB公司看到最高水平自动化生产线时,我相当震撼:中间运输靠桁架机械手、机器人、自动滚道,整条线绝大部分用数控自动实现……原来先进制造可以做到这种程度,甚至实现无人制造。这次验收和学习,再次刷新我对先进制造的认知。
GROB公司和我们做成一笔大生意,德国人有喜有忧。喜的是把产品卖到全球最大机床市场,忧的是我们能不能用好设备。设备到位后,德方派出技术工程师进行安装调试,正好遇上非典(2003年),高峰时有20多位德方工程师在无锡。
磨合过程中有个小插曲。德方现场项目经理说,设备终验收签字前中方不能动,但我们却认为,不动设备怎么验收?另外,这让我们下定决心,只有尽快掌控操作技术,才能发挥设备效益。
因此,德方在现场安装调试时,我们就拿着德文或者英文字典跟着学习,给他们做好帮手。他们下班后,中方小组就聚在一起复盘:德国人是怎么做的?其中有什么逻辑方式?我们应该怎么应对等。
我仔细研读操作程序,一句一句地推导,想象每句话带来的场景变化。这个过程中,我发现其中一个程序在特定状况下,机床会跟某个部件发生干涉。德方项目经理不相信,认为设备在德国已经做过各种各样试验,应该不会有问题。
但实践出真知,按照我提供的方式,结果真撞上了。项目经理把相应程序发回德国修改,我们提出改进方案。德国工程师后来回复,他们的确没有考虑到这种情况,同意按照中方提议改进。
这件事后,不仅德国人对我们刮目相看,我们自己也信心倍增。项目经理态度逆转,他对我说,Mr.黄,从现在开始,你可以操作这些设备,也可以和(德国)工程师们交流。这就等于告知我们,可以提前操控设备。
GROB公司从CA6DL设备开始跟锡柴合作,之后双方配合得越来越好。2010年建惠山基地时,德方只派来三四个人,很多工作交由中国团队做。CA6DM发动机项目一期年产能5万台,二期年产能7.5万台,通过优化生产工艺,我们将年产能提高到10万台以上,为满足一汽解放装车需求贡献了力量。
GROB公司非常惊讶——能把最先进的柴油机生产线潜能发挥到极致,表明锡柴已经掌握世界一流制造技术。此后,GROB公司将锡柴作为中国样板工程,当大众汽车集团(中国)、一汽奥迪、玉柴等企业引进设备时,GROB公司就带他们到锡柴生产线参观。
▎两个任务
2003年,CA6DL机加工车间建成。分为三条生产线:L缸体线、L缸盖线和M平台线,我轮流当过工段长。工段长是工厂基层管理岗位,操作工基本都是中专、高职或者大专毕业生,素质较高,管理起来相对容易。难的是激发他们持续学习动力,否则就容易被时代浪潮淘汰。
2005年,时任车间主任李欲晓找我谈话,希望调我到工艺技术组做程序管理。那时,组里交给我两个任务:一是总结一线操作积累的知识、技能和经验,建成一个体系标准。二是搭建培训体系。领导们还说,个人能力再强,都不可能24小时待在车间里,也不可能在每台机床旁安排一个化身,必须建体系标准。
在我成长道路上,厂里很多新老领导对我影响很大。他们善于用先进理念指导我们,教我们透过事件掌握背后逻辑或者方法。有的领导给我阐述事、术与道之间的关系,人不能被事困住,一旦达到一定水平,就要去研究术和道。摸索过程可能很难,但当能用术和道的方法论进行解构,事情就没那么难,也就是难者不会,会者不难。
压力很大。一方面,我自身存在知识盲区。另一方面,我在一线工作时就深切感受到,尽管生产条件有所提高,但管理思想和管理逻辑还亟待完善。
比如建CA6DL机加工车间时,德国工程师4点多钟下班后,工艺技术组开会,讨论未来工段怎么管、职责怎么划分、流程是什么……我们这才发现,尽管投入巨资引进最先进设备,但沿用的还是传统管理模式。这种简单粗放式管理,很难发挥一流设备的作用。
领导们也去看过丰田汽车和大众汽车集团(中国)生产线,但它们的土壤和锡柴不同。锡柴怎么做?必须结合实际情况进行磨合和探索。
接下任务后,我就结合实践,学习与先进制造相关的各种理论——研究过丰田精益生产和其他企业经验,也分析过锡柴或成功或失败案例,再按照实际场景,搭建适合锡柴的管理体系框架,并反复试验。
搭建流程体系初始阶段最难,怎么办?我先找一个基点,锚住这个基点,按流程推进。以人才梯队建设为例,新员工进车间,第一关教他们什么?安全。我们制定了“蓓蕾计划”,寓意年轻人像花骨朵般绽放。先讲安全,安全是什么?如何做到安全?像数控编程那样把过程写清楚,做成开放式文本,然后不断修改,验证其中的每个条目。
当累积到一定程度,再向上跨新台阶。蓓蕾计划往后怎么走?这些花骨朵水平呈现后,怎样从中挑出牡丹花、玫瑰花重点培养?因此,我们搭建了分级管理体系,在新员工成长过程中,分层选拔适应现代化生产制造体系的核心骨干。
流程体系方面,我们规范了程序编制、修改、归档、删除全过程控制流程,建立了信息收集及效率分析模型,完善了各项规章管理制度,打下了生产过程数字化基础。
培训方面,我们搭建数控操作人员标准培训模块。从新学员进入车间培训模块M00,到竞赛型选手培训基础模块M03,形成全覆盖的培训内容、标准和评价准入体系,使数控操作培训成为一套标准执行流程。
我们用四五年时间,逐步搭建起一套较为完善的数控程序管理流程体系。体系搭建起来后,车间管理跟上了先进制造步伐。CA6DL机加工车间建设之初,领导对我们的要求是“四出”——出产品、出机制、出流程、出人才。经过几年建设,目标达成。
除产品外,车间作出的最大贡献是人才。从基层员工、骨干、调整工、值班长到工段长,都有明确培训、评价和晋升办法,且奖罚分明。此外,我们还贡献了一批主师、准师和操作师,后来建惠山基地,又贡献了一批机加工人才。
▎构建数字化体系
2009年,锡柴开始筹建惠山基地,成立项目筹备组。当时CA6DL生命周期已经开始往下走,CA6DM/CA6DN(10~13L重型机)试制出来后要逐步切换。为什么要把重型机拿出去?锡柴产品战略是研发一代、生产一代、储备一代。10~13升重型机将成为未来主流,这已经被欧洲和北美市场发展规律所验证。
有一天,项目筹备组组长张斌(重机部第一任部长)来找我,让我想想惠山基地可以采用什么生产模式和管理方式。惠山基地跟CA6DL机加工车间不同,后者只有机加工生产线,装配在另一个车间,不是紧密合作体。
而惠山基地是联合厂房,占地5万平方米,既有加工又有装配,毛坯从这边进,柴油机成品从那边出。因此,惠山基地不能完全照搬这边模式,装配、物流、生产计划等要根据实际情况调整。
这又是一次新挑战,需要考虑的事情更多,也更复杂。整体看,惠山基地建设比较顺利。2010年进设备,2011年投产,机加工线从建线终验收到达纲生产,仅用时一个月。
惠山基地能顺利起步,主要得益于CA6DL车间管理经验和模式的平移复制。比如机加工人才方面,我们根据金字塔模型原理,从工段长、值班长到调整工,成建制地向惠山基地输出有丰富经验的生产班组,保证生产快速启动。待生产正常后,我们再对一些新方法和管理模式进行试验。
做规划时,企业就提出惠山基地应建成“六化”,其中之一是生产过程数字化。基地运行之初,最困难的是把数字化植入机加工和装配过程中,用数字化描述生产过程。
比如针对一条生产线,能否用数字化语言较为准确地描述资源投入和产出之间的关系。我们希望通过日数字报表,清楚地告诉大家昨天的生产过程和结果,清晰地描述投入时间和产出效果之间的比例关系。
用数字化描述从第一道工序到柴油机出厂过程,是先进生产管理的精髓,但也是非常困难的过程。
其实,在CA6DL机加工车间时,我们就做过一些数字化管理思考,参考借鉴过大众汽车集团、丰田汽车等跨国公司OEE(Overall Equipment Effectiveness,设备综合效率)模式。尽管方法论相同,但具体怎么做,还要根据企业自身特点来制定。
实现起来也有难度。记得建装配报表时,培训员工用Excel表格,大家都不习惯,也不理解。仅这一项,我们就用了半年时间。每个月换一版,从格式、逻辑、算法、顺序关系到图形展示,不停修改,不断逼近理想状态。
明知很难,但必须要做。如果没有形成数字语言思考习惯,就不可能实现生产过程数字化。
惠山基地投入运营后,我们遇到的另一个难题是产能瓶颈。当时解放重卡需求出现爆发式增长,CA6DM系列重型柴油机迎来生产高峰,我们连续几年超负荷生产,机加工能力一度做到日产275台超纲生产。
这种背景下,重机部希望我们进一步降低生产节拍,提升产能,甚至提出一个我们无法想象的目标。他们说,不要老陷在原有思维框架里,要从市场需求角度定目标,未来就是要做到日产350台,甚至400台。
CA6DM生产基地年产能为7.5万台,最多能达到日产270~280台。要达到日产350~400台什么概念?超纲生产50%以上,我们觉得这是不可能完成的任务。
但重机部认为还有潜力可挖,部领导把全套数字化资料拿过来一项一项地过,还说,现在不要讲不可能,要想办法具体怎么降,比如节拍压多少,设备影响效率压多少……
我们如同醍醐灌顶,数字化体系原来可以这样用。以前我们都是做到哪儿是哪儿,现在可以围绕数字确定方向,分解各组目标,确定优化手段。
这样,我们成立重机部CA6DM缸体/缸盖线产能挖潜提能力研究攻关小组,会同工艺、设备、刀具技术员,对一台台设备、一个个NC程序、一把把刀具进行逐个分析,哪怕是有0.1秒的改进可能性也不放过。
举个例子,生产节拍要压十几秒,按照数字化分析结果,确定专攻五道瓶颈工序。这五道工序再往下分解,细化每把刀、每个轨迹、每个逻辑过程的目标,再想办法完成这个具体目标。再比如刀具,要求切削参数提升5%。通过数字化,这5%要精准到具体刀具,以及哪些涂层和新材料上。
这个过程中,我主要做两件事。一是深专业,关注数控编程技术在效率提升和节拍下降的应用,关注产品质量的稳定。
二是明问题。找到数据关联和主要矛盾点。数字化体系的好处之一,是能得到最准确的反馈。数据都在这里,不管过程方法,但可以看到结果。如果是正向变化,说明措施有效,或者团队工作有效果。
数字化帮我们建立起一个精益改善体系。我们确立四个重点努力方向:一是工序内容平衡优化降低节拍;二是优化缩短加工辅助程序;三是设备控制程序优化;四是40把超硬刀具及新结构刀具试验和应用。
我们对这四个方面一点一滴地分解和提升。通过试验-跟踪-再试验-再跟踪,挑战极限,积少成多,用两年多时间,把缸体/缸盖做到日产380/400台,装配600台的极限日产能力,使生产线日产能力实现超纲52%,最终完成这个高不可攀的目标。
这次部领导说,这不就做到了吗?不要禁锢在一个地方,跳出去看看,也许就没那么难。
数字化应用带来的增效极为惊人。惠山基地年产能最高纪录达到13万台,而且工人基本没增加,劳动负荷跟原来差不多,但人均产值却高出不少,相当于用一条生产线完成两条生产线的产能。