实时监控驱动机床性能跃升与敏捷制造

制定计划维护提升车间每台机床性能与可靠性，是制造运营的命脉。可靠机床支撑短交期生产，柔性越强，吸引新客户越多。

最高效策略的基石是实时监控。从每台机床获取上下文丰富的实时数据流，对改进每次生产运行、释放设计到制造 (DTM) 潜能至关重要。本文探讨：

• 实时监控在确立机床基线性能中的作用
• 实时监控如何助力 DTM 策略落地
• 实时监控微调机床健康计划的收益
• 如何起步制定机床健康计划
• 将机床与敏捷 DTM 流程对齐的策略

确立基线性能

无论人还是机床，持久变革的健身计划都始于真实基线。制造商依赖实时监控获取基线数据，构建驱动成果的个性化机床健身计划。将实时监控嵌入每次生产运行，让持续改进成为新常态。

Decision Analyst 联合 IQMS/Dassault Systèmes 的两次调查显示：制造商正依赖实时监控提升车间生产力，建立机床个性化健身计划的基石——机床性能基线。

2019 年对 150 家北美制造商调查：82% 受访者将升级现有机床或采购新智能联网机床 (可自诊断状态、报告故障) 作为首要任务，以获取运行工况下的实时上下文数据，微调健身计划。此外，38% 制造商投资制造执行系统 (MES) 软件优化实时监控 (见图 1)。

2018 年底调查：81% 制造商称实时监控改善业务；塑料等工艺密集型行业中，87% 视其为运营必需。总体 63% 预期通过实时监控更好追踪各机床个性化健康度，复盘不同生产运行类型的利用率、废品/返工率、停机报告 (见图 2)。

助力设计到制造 (DTM) 成功

实时监控是同步制造系统与流程多样基础、构建单一 DTM 环境的关键，让设计师、工程师、质量与生产团队协同工作。DTM 建立在工程、质量、制造团队共享同一产品数据模型之上。生产机床的实时监控向各团队反馈每款新产品的可制造性、质量与规模信息，构建 DTM 全流程必需的反馈闭环，直接延伸机床寿命。

设计师、工程师、质量与生产团队借实时监控洞察产品模型变更对机床效率、可靠性 (MTBF) 的影响。DTM 团队基于实时数据采取更敏捷迭代的新品开发路径。最重要的是，实时监控让多元团队成员在共同产品模型上同步协作。基于 DTM 的协作式新品开发，通过减少生产错误、提高良率，双提产品质量与盈利能力。

微调机床健身计划

基于实时监控的健身计划是构建 DTM 策略、奠定稳健收入增长基石的三大切入点：

基于初始模型设计更快产出原型，并依据实时监控反馈评估质量与生产规模。例如：专注船用产品的塑料制造商，用 DTM 定义初始模型，结合高速 3D 打印与光固化成像设备数小时内产出原型；客户批准后，同模型经 CAM 软件生成初始模具，随即投产。数字化先行创建测试质量耐久性，每年为客户与制造商节省数千工时与美元——DTM 让问题前置发现、新品上市提速。

发货前借 DTM 构建新品需求，实时机床数据助生产规划师定义每款新品最优工作流。例如：碳纤维 OEM 产品领军供应商 (服务汽车、消费品、塑料工艺制造) 先建客户原型模型，提前输出渲染图供客户策划营销、制作销售赋能材料、定义包装。DTM 让 OEM 客户获增值、销售新品更从容。

通过改进 CPQ 与产品配置策略，为基线产品模型提供更多选项。实时监控向 DTM 团队反馈哪些可配置产品最高效、可生产、最盈利。宝马 Mini Cooper 在线/经销商配置器的成功案例，配合基于模型的制造方法。CPQ 与产品配置在所有支撑系统同步统一节拍下大放异彩，DTM 使之成为可能。制造商可生产更多定制化高毛利产品，提升生产中心利用率。

制定机床健身计划

制造商欲成就增长策略，必须回溯至每台机床的健身计划。这不仅延长使用寿命，机床健康数据还能优化生产排程。当每台机床保持持续高生产健身度，将最合格技师分配至特定生产运行的最佳机床组合变得简单。

如同健身房会员，百万制造商已拥有机床健身计划雏形。挑战在于落地见效。四步起跑：

跨多班次采集每台机床基线数据，排查显著易辨的产出波动。全车间机床性能数据集是个性化机床健身计划的起点。

选定每台机床当前可报告的初始指标集 完成基线对比。四大核心指标：循环时间、装夹时间、废品/返工率、良率。机床差异即显。掌握各机床在四维表现，洞察延长寿命路径。

分析基线数据、结合机床历史活动与客户退货质量问题，识别 “最强/最弱” 机床。导致最高客户退货与质量问题的机床，往往磨损异常高。核实其平均修复时间 (MTTR) 与 MTBF 估算准确性，是延长寿命、提升质量良率的前提。

实时监控与机床升级结合，揭示生产排序对机床可靠性与性能的长期影响。机床失效原因可能与其在生产流程中的相对位置关联更大。实时监控 + 智能联网机床升级，移除理解延长机床寿命的两大潜在变异源。

机床与 DTM 对齐

当团队借严谨彻底的健身计划释放机床更高性能与规模，便能承接更野心勃勃的 DTM 项目。知晓参与新品生产的每台机床的规模、速度、可靠性，为协同设计、开发、工程、质量、生产并行流程注入更强敏捷性——这正是 DTM 框架的合力来源。

制造商从严谨持续的机床健身计划中获益最大处：加速新品开发时间表、降低成本。预知每台机床对新生产需求的反应，从初始设计概念到作业指导书，均能大幅减少错误。

另一关键收益：协作团队明确机床良率提升幅度及对未来生产运行的意义。

最终，机床健身计划为 CAM、CAD、仿真/有限元分析 (FEA)、电气、检测、制造团队筑牢最强基石，确信可追求前所未有的快速开发、测试、发布周期。当制造流程每个系统以不同节拍运行，实现并发性成为必选项，DTM 与持续机床健身计划缺一不可。 (编者注：本文为 Manufacturing Engineering 2019 年 9 月刊 Viewpoints 专栏扩展版)

作者简介

Louis Columbus 为制造企业资源规划公司 IQMS (现 DELMIAWORKS, 隶属 Dassault Systèmes) 首席顾问。Michael Buchli 为 Dassault Systèmes 高级 SolidWorks 产品与组合经理。