如果采用鑄造方法加工零件，一般可以保證如期交付，但確實存在極少數延期交付的情形。R&DManco公司是位于美國亞利桑那州鳳凰城的一家機械加工分包商，為航空航天工業的眾多知名客戶提供服務。它加工的零部件通過了相關標準的認證，包括飛機燃料和控制系統使用的高精密組件。零件從鑄件毛坯開始加工，一般交貨周期為32周。但是，如果R&DManco能夠從實心坯料塊直接切削出零件的精確形狀，從而完全繞開鑄造工序，則通常可以將客戶期望的整體交貨時間縮短60%以上，并且零件加工成本一般也會降低20%。因此，R&DManco制定了一項長期目標—并且十年如一日地不懈努力—將盡可能多的零件從鑄造加工過渡到純機械切削加工。

他們的努力也得到了客戶的支持與鼓勵。一家重要客戶在他們的一些加工合同中經常會附加一項要求，表示如果工廠有能力做到的話，可以自行選擇使用鑄造方法還是純機械切削方法生產零件。另一家同等規模的客戶甚至還擁有一個切削制程團隊，專門負責分析將鑄造加工轉換成純切削加工的可行性。然而，并不是所有零件都適合通過切削方法制造，比如某個交貨周期為一年的零件，由于其具有較深的凹陷形狀，而工廠(目前尚)無法通過機械加工做出這種形狀，因此可能無法轉換成純切削方式。但是隨著時間的推移，R&DManco已經能夠將一半曾經需要鑄造加工的常見零件改造成純機械加工制造。

繞開鑄造工序后，客戶的供應鏈得以進一步整合，工廠也可以承接供應鏈上的更多業務。

R&DManco公司總裁JohnBloom和總經理KevinBeach不約而同地表示，要達到這些工藝轉換的成果，最重要的技術是五軸加工。繞開鑄造工序后，復雜形狀必須改用精密的成形銑削方式來實現。

然而，隨著純切削加工趨勢日漸明顯，這種加工方法也受到更多其他因素影響，這與工廠越來越重視相關加工作業有關。工廠在決定采用純切削方法制造零件時不僅僅是增加銑削作業，繞開鑄造工序后，客戶的供應鏈得以進一步整合，工廠也可以承接供應鏈上的更多業務。工廠在決定最終成本和零件交貨周期方面發揮著愈加重要的作用。它必須承受進一步縮減成本和縮短交貨周期帶來的全部壓力。簡而言之，采用純切削加工方法的工廠注定需要付出更多努力。

因此，除了機床的加工能力之外，R&DManco的生產方案中至少還有其他兩個因素對于其在純切削加工方面取得持續成功也很重要。一個是操作人員，另一個是工藝制程。針對純切削加工，工廠致力于培養相應的企業文化和能力，以實現不斷提高金屬切削率的根本目標。

過去，這樣的零件會從毛坯鑄件開始加工。如果R&DManco能夠成功地將生產過程轉換為從實心坯料塊開始直接切削出零件，就一定可以為客戶縮減成本并縮短交貨周期。但是，要做到這一點，他們注定要承受更大壓力，也必須付出更多努力。

純機械切削加工對R&DManco最基本的能力要求是五軸加工技術。R&DManco擁有六臺HaasAutomation制造的五軸加工中心。

他們在純機械切削加工方面取得成功的秘訣中有一條必不可少：鼓勵經驗豐富的機械工程師不斷改進和優化工藝制程—這已成為一種企業文化。

競爭文化

R&DManco擁有兩家毗鄰的工廠，總面積達3萬平方英尺，員工人數超過70人。這個不同尋常的名稱來自最初Manco和R&DSpecialty兩家工廠的合并。這兩家工廠很早以前就已經合并了，但這個組合式的名稱卻保留至今，其中部分原因可能是仍有許多員工曾親歷了當時的過程。

“我們聘請了一些經驗極其豐富的機械工程師，”Bloom先生說。經驗對于工廠成功發揮五軸加工的優勢非常重要。持續不斷地從鑄造加工轉換到純切削加工，這意味著工廠需要定期設定新的工藝制程，以突破原始設計，通過銑削制造出具有復雜、有機形狀的零件。在開發此類加工工藝時，幾乎總會出現理論設計與實踐經驗技能相交匯的一點。例如，在模擬加工中看似可行的五軸銑削循環在實際操作過程中可能會受到噪聲或精度超差的困擾，這是因為工件位置設定不夠精確，導致無法沿特定輪廓走行刀具等等。在這種情況下，聽從經驗豐富的加工團隊成員的意見，通常可以找到最有效的方法來改進制程，從而以最好的方式解決問題。

換用純切削加工方式最重要的原因之一是能夠不斷提高加工效率。

公司管理層向生產人員明確指出，這種經驗判斷非常寶貴。事實上，不斷進行此類性質的制程改進意義重大。畢竟，針對一個零件換用純切削加工方式最重要的原因之一便是這種方式能夠不斷提高加工效率。為促進實際生產經驗在不斷改進工藝制程方面發揮更大的作用(即提高金屬切削加工的速度和效率)，工廠有意在員工當中培養一種競爭文化。實際上，這種文化發揮的作用最明顯的表現領域可能不是五軸加工，而是工廠的50錐形主軸加工設備。在這一領域中，工廠投入使用了大型、重型的加工中心，目的是最大限度地提高鋁材和鈦材切削加工過程中的金屬切削率。與其他領域一樣，工廠鼓勵該領域的機械工程師與編程人員一起合作探討更多切削路徑和切削刀具選項，以不斷改進制程工藝。50錐形主軸設備加工的不同之處在于，機床的加工效率有時可能實現顯著提升，特別是加工鋁材時。比如一個被工程師昵稱為“三球”(因其形狀得名)的鋁制零件，在采納了員工在進給速度和切削深度方面提出的多項改進建議后，在第一個加工循環期間便可去除此工件幾乎90%的初始原料，而所需時長也從八個多小時縮短至兩小時四十三分鐘。而促使這些改進發生的驅動力則是為了超越自己以往的成績，甚至是(良性)超越他人。

“當有人沖破束縛、成功創新時，我希望其他人也勇于效仿，敢于突破。”——Bloom先生(R&DManco公司)

當然，眾多工廠都對經驗豐富的機械工程師求賢若渴。但是，這些擁有寶貴經驗的人才已經越來越稀缺了。R&DManco也面臨同樣的挑戰。為了充實人才儲備，期待他們將來能夠運用不斷積累的豐富經驗做出貢獻，工廠根據美國模具與加工協會的培訓課程制定了一項學徒計劃，目前已有三名員工加入了該計劃，將來會有更多的員工加入。該計劃中有一個亮點，即員工接受培訓的起步領域。在我們工廠，每位員工都是從工件檢測領域入門，Bloom先生說。沒錯，我們的目標是要不斷縮短加工循環時間和交貨時間，為此我們還營造了競爭性的企業文化，目的就是鼓勵員工努力實現這一目標。但是，要實現目標，首先要充分理解目標，這一點更為重要。也就是說，R&DManco的每一名員工首先要了解合格零件的標準。

運用機床監控，把握制程能力

機床監控是R&DManco公司取得成功的另一個重要因素。采集機床狀態基本數據，分析數據以診斷并糾正切削中斷的原因，這是工廠提高加工能力最重要的手段之一。工件切削與機床監控之間的關聯可能并非一目了然，但事實上，它們之間確實存在著直接的聯系。這種聯系可以歸結為一點：每當R&DManco在某個零件的加工制程中繞開鑄造工序時，就意味著突破了一個曾經阻礙零件制造效率的巨大瓶頸。然后工廠就可以將注意力轉向純切削加工過程中新出現的其他瓶頸。

實施機床監控的第一步是正視機床利用率—這一數字一度低得令人失望。

R&DManco的許多機床都購自Okuma。公司指出，這些機床是實施機床監控的寶貴對象;利用制造商基于Windows的控制器，系統能夠輕松地從機床收集實時狀態信息。對于老式機床或制造商未提供此開放接口的機床，公司采用來自ShopFloorAutomations公司的MTConnect適配器對機床控制器進行了改造，以便將這些機床也納入整個工廠的機床監控系統之中。Predator公司的軟件能夠整合這些機床數據，將其整理后輸出為圖形和報表，供工廠隨后進行分析。

實施機床監控的第一步是正視機床利用率—這一數字一度低得令人失望，公司管理者如是說。對于機床有效切削時長而言，幾乎所有工廠都犯了同樣的錯誤：他們主觀認定的時間都要比機床實際切削時間更長。不過，了解實際的機床利用率會非常有幫助，即使這一數字可能令人失望，Beach先生說道。首先，這個指標可以讓工廠了解自身實際加工能力。用于生產規劃的企業資源規劃(EnterpriseResourcePlanning-ERP)軟件不一定了解這一點，這就是為什么即使已經在ERP中制定好生產計劃，零件還是會延遲交貨的原因。了解實際能力能夠讓工廠知道何時需要將業務外包出去，從而彌補工廠自身加工能力的不足。第二，了解實際利用率能夠讓工廠看清改進的潛力空間，繼而著手努力挖掘這一潛力。

這項工作并不一定簡單，但我們也不會特意將其復雜化。Beach先生說：“我們第一次開始實施機床監控時，各種各樣的識別代碼紛紛跳出來提示機床停機的原因。”電腦屏幕變成了一個五顏六色的調色板，顯示著識別出的(或者軟件認為識別出的)各種各樣機床停止切削的原因。“原因多到令人眼花繚亂，卻沒有太大的價值，”他說。他得到的機床未切削的分析數據并不能很好地解釋機床上實際發生的情況。相反，他意識到，實際上“未切削時間就是未切削時間，僅此而已”。在任何情況下，如果某種狀況發生過于頻繁，就應該找出原因并予以解決。如今，工廠的機床監控系統可以使用三種狀態而不是兩種狀態(切削和非切削)對所有機床的所有活動進行描述。其中一個導致生產延遲的原因經證明其影響頗為顯著，值得將其記錄下來并加以監控。

實踐證明，首件檢測的等待時間是導致工廠生產中斷最重要的原因。

這個原因就是首件檢測。實踐證明，首件檢測的等待時間是導致工廠生產中斷最重要的原因。這一發現可能是執行機床監控最早取得的主要成果之一。了解了問題所在之后，工廠采取了各種措施來解決問題。質檢室增加了一臺坐標測量機和一名技術人員，專門負責首件檢測。此外，R&DManco還在探索在工件無需離開機床的情況下執行首件檢測的可能性。借助雷尼紹的“Productivity+”軟件，機床自身便可通過測頭對工件進行測量，并將測量值與原始CAD文件數據進行對比。部分工件種類已成功轉為以這種方式完成首件檢測，從而無須再將加工出的首個成品件送往質檢部進行檢測，因此完全避免了生產延遲。

數控銑削負責人ChrisDupre描述了最開始影響機械切削工件位置找正穩定性的問題。

總經理KevinBeach展示了一個被工程師昵稱為“三球”(因其形狀得名)的零件，它重約4磅，是從80磅重的鋁坯料塊直接切削而成的。一臺50錐形主軸機床高速運行(通常主軸負載達到110%)，可以將零件銑削加工周期從八個多小時縮減至不到三個小時。

機床監控實現的其他成果

Bloom先生和Beach先生指出了工廠通過機床監控獲得的有關提高加工效率的其他各種發現，如果不是監控生成的數據令這些發現更為清晰明了，工廠管理層就不會這么快掌握它們。R&DManco總結出的經驗如下：

1、臥式加工不僅適合某些工件類型，也是一些加工種類的理想之選。工廠于2017年安裝了一臺配有六個交換工作臺的臥式加工中心，但是最初的利用率并不十分理想。Bloom先生認為，問題在于工廠主要考慮的是這臺機床的加工能力。工廠將加工作業分配給這臺臥式加工中心，看重的是它可以很好地利用四軸完成加工。在當時，這種做法固然很好，但僅考慮加工能力就會忽視這樣一個事實，即機床的生產效率實際上取決于操作人員當天可以設定的加工作業數量。對于臥式加工中心而言，最適合的加工作業就是那些因為加工的重復性特點而可以保留初始設定的工件。因此，一開始工廠在給機床分配工作時考慮的是加工能力，但現在會綜合考慮加工能力、訂單數量以及該作業是否是確保合同連貫執行所必需的關鍵部分等因素來合理安排機床的加工任務。

2、大型工件的搬運難題是制約生產效率提升的一大因素。例如在一個雙機床加工單元中，如果被車削的工件太大而無法實現人工搬運，那么此時對加工性能進行數字化分析后，便會發現只需購買一套技術含量很低的硬件設備，便可大幅提升整體加工性能。當工廠發現將工件從該加工單元的一臺機床搬運至另一臺機床所需的時間甚至比預期還要長之后，他們為專門為這兩臺機床服務的起重機安裝了一套龍門導軌，從而解決了這一效率問題。

3、關于七軸車削加工單元利用率的問題，有一種說法是正確的。為了執行最復雜的車削作業，工廠建立了一個由三臺七軸車削中心組成的車削加工單元。鑒于這些機床的加工自動化程度如此之高，只需一次銑削循環即可完成整個工件的加工，所以大多數人認為一名操作人員便足以管理所有這些機床的生產作業。然而有些人并不同意這種看法;工廠管理層中持不同意見的人認為，實際上由兩名操作人員負責該加工單元是較為合理的。這種爭論可能會無限期地持續下去，直到機床監控數據最后給出了定論。在該崗位配置兩名操作人員的做法是正確的。該加工單元的機床利用率是工廠所有設備中最低的(它們的利用率本來應該是最高的)，而增加人手則大大提高了該單元的加工效率。

R&DManco現有一名員工專門負責總結更多此類生產經驗，其制造工程師LuisHernandez被任命為公司持續改進團隊的負責人。通過上述的調查與分析得出的結論顯著提升了工廠設備的利用率，由此產生的潛在回報無疑證明組建這個團隊是值得的。公司表示很需要像LuisHernandez這樣的角色，因為導致某一時刻發生生產中斷的最根本原因并不總是那么顯而易見，很可能是多個因素共同作用的結果。事實上，Hernandez先生并不是孤軍奮戰。他的一部分工作是聽取他人的想法與意見，與團隊成員深入探討有關機床加工中斷的問題，以便找出可能的原因和解決方案。他說：“我過去主要與工程技術部門溝通，現在我更多的是與車間領班們交流。下一步我將與機械工程師本人討論數據，希望確定給他們的工作造成障礙的加工延遲原因。”

Bloom先生最后指出，這種分析數據和改進效率的做法同樣適用于生產車間以外的場合。他說，這種做法也適用于辦公室工作，例如向客戶報備生產計劃。甚至早在實施機床監控之前，公司就已經意識到，必須從“我們的事先報備情況對比我們的實際完成情況”的角度定期分析總結已完成的工作，他特別強調了它的重要性。他最近在這方面吸取的一個經驗教訓是：公司在鋼件生產計劃報備上過于冒進。事實上，鋼件的實際加工速度無法滿足工廠預先制定的生產進度。這方面的工藝流程可能還有待改進，不過目前由于在制定生產計劃時將預期切削率調低，因此鋼件生產報備的準確度提高了。

當客戶詢問一個未完成的生產訂單的狀態時，公司通常會發現當完整收集到回答該問題所需的所有信息時，答案可能已經過時了。

實際上，如果僅僅為了獲取這些所需的信息，這一過程也將導致效率低下并浪費時間。他說，Bloom先生早在大約七年前就意識到了這一點。當客戶詢問一個未完成的生產訂單的狀態時，公司通常會發現當完整收集到回答該問題所需的所有信息時，答案可能已經過時了。信息太分散了，涉及的范圍也過于廣泛。

當時，他與一位軟件開發人員合作開發了一款他稱之為“GrandView”(大數據視圖)的軟件，這款軟件可以快速提供足夠的信息，用于回答客戶的詢問。該軟件所需的某些數據可在工廠的ERP系統中找到，另一些則可在本地電子表格中找到。也就是說，這個自定義實用程序整合了多個不同系統的數據。他說，在使用了一段時間之后，他開始意識到這個統一的視圖工具是多么有用，不僅可以用來回答客戶的問題，還可以幫助自己更好地理解各種導致生產中斷的原因，并且能夠協助監控工廠日益復雜的工藝流程—尤其是在交貨期要求越來越嚴格的情況下。

過去，以切削鑄件為主的加工作業極少需要像現在這樣多的流程控制工作。無論工廠的生產能力如何，等待鑄件完成的時間都會導致冗長的成品交貨期，工廠只有在收到鑄件后才能開始加工。如今，情況不同了。現在，更多情況下，生產作業從開始到結束都由R&DManco自主掌控，公司完全要對所承諾的更短工期和按時交貨負責。責任增加意味著需要實施更全面的生產監控，因此，Bloom先生改進了他的GrandView實用程序，以滿足這一需求。通過查詢ERP系統的數據庫來提取工件的加工循環時間，該自定義實用程序如今可自動計算并向管理層匯報最晚必須何時開始加工此工件，以確保滿足承諾的交貨時間。通過查詢工廠的數字庫存記錄，該實用程序現在也可以顯示庫存是否充足或者是否需要補充庫存。

這些都是很容易被忽視的重要信息。對于將客戶供應鏈中的更多環節整合到自身業務范圍內的工廠而言，對其提出的一個要求是，必須有一套日益成熟的系統，能夠保持信息條理清晰、訪問便捷，以便即使當工廠作業繁忙時，工作進展情況仍一目了然。