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制造商们一直在追求生产力 最大化和效率最大化。如 今，制造商们往往会借助 于云计算、数据驱动的制造、信息物 理系统、“ 工业 4.0 ”等新一代信息技 术。这些先进的理念无疑将会拉动制 造业的转型发展。然而，与之相悖的 是制造业的现状，制造环节中存在不 少浪费现象，亟需加以控制。

图 1   制造工厂中各种要素及其相互关系的汇总图（NEXT STEP 模型和概念）

      在讨论数字化和优化之前，制造商们有必要仔细检查自身的操作流程， 确定存在浪费的领域，并制定行之有效的方法来减少或消除浪费。控制浪 费是制造企业准备采用先进智能制造战略的第一步。
      生产经济性基础制造由一系列转化过程构成。车 间通过一系列单独的转化工序（例如 锻造、焊接或加工）， 将原材料加工成 成品或半成品。每个工序包括许多单独的要素。加工的基本要素包括刀具、 机床、夹具、冷却液供应等。这些要 素共同构成了一个从生产系统中的相 关设备和组件获得支持的加工系统。

规划、编程和经济管理职能部门以生产系统为中心，构成生产环境。生产环境的核心要素是人。尽管今天 的制造业广泛采用计算机、机器人和 其他先进技术，但控制整体环境的决策者是人。
      加工工艺以一系列涉及刀具选择、 切削工况、编程、工件材料和工装夹具的技术应用细节为基础。其他关键 细节包括产量要求和成品工件的规定 质量等级。

这些技术应用细节与经济效应之 间的关系及其发展变化规律，称为生 产经济性。生产经济性的目标是平衡 所有涉及的因素。技术要素旨在工件 质量、数量和及时交货方面产生令人 满意的结果，但同时，为了企业的可 持续发展，必须控制运营成本。

加工工艺中产量与成本之间的平 衡可以通过三个阶段实现。第一阶段 是制定可靠的加工工艺流程。这对尽 量减少意外事件（例如刀具断裂、切 屑不受控制以及由此产生的工件损坏） 至关重要。通过选择有能力满足或超 过加工工艺中产生的机械负荷、热负 荷、化学负荷和摩擦负荷的刀具，可确保车间操作的可靠性。

实现平衡生产经济性的第二阶段 涉及选择切削工况，反映了现实情况对加工工艺的限制。理论上，切削刀 具的适用性非常广泛。然而，车间的特定现实情况限制了有效应用参数的范围。

                             图 2  STEP 中开发的整体可加工性模型

例如，刀具的能力和性能会受以 下因素影响：装配该刀具的机床的功 率大小、工件材料的加工特性以及零 件配置是否容易引起振动或变形。尽 管在理论上可以选择广泛的切削工况， 但事实上，刀具的选择范围是受现实限制的。

图 3 显示，结合特定切削应用场 合的现实情况，适用的切削速度、切 削深度和进给量选择已缩减。应用特定场合的应用限制范围之 外的切削工况将会产生负面经济效应， 导致成本增加、生产率降低。加工工艺中大约 90% 的问题都源于未重视车 间现实情况对切削工艺的限制。

当切削工况未超出车间应用限制范围时，从技术层面上来说，操作是安全的。然而，技术性安全的切削工 况组合并不会产生相同的经济效益。 切削工况改变时，加工工艺成本也会 随之变化。移向更激进但技术上仍安 全的切削工况时，成品工件的产量会增加，但在到达某一点后，生产率便会下降，因为激进的切削参数会导致 刀具寿命缩短。随着时间的推移，由 于换刀会花费更多的时间，零件产量也会下降。

切削工况组合在某一点可以实现 产量和制造成本的平衡。

图 4 显示了 切削工况、生产率以及刀具和机床成 本之间的关系。（ 图形仅关注受切削工 况影响的要素 - 不包括材料成本、间 接成本以及管理和工程成本。） 轴的右侧是更为激进的切削工况， 并在顶点获得更高的生产率。图形中间的淡蓝色区域标志着能够实现生产 率（最高产量）和经济性（最低成本） 平衡的切削工况组合。 因此，实现平衡生产经济性的第 三阶段涉及在给定条件下确定切削工 况的最佳组合。需要考虑加工操作中 的所有因素，采用可以实现所需生产 率和经济性的切削参数。
      浪费对生产经济性的影响 。然而，制造系统中的浪费会干 扰平衡生产经济性的作用机制。制造 系统中存在各种形式的浪费，这种 浪费会破坏平衡。例如，在一个仅 需 15kW 的连续切削应用场合中使用 60kW 的机床就是一种能源和电力浪 费。再比如，当成品工件未达到要求 的质量等级时，由于产品不合格，加工工艺中投入的时间、金钱和资源就 是种浪费。同样，当制造工件非必要 地高出所需的质量等级时，也是种浪 费，因为更高的质量意味着更多的成 本投入。 不充分利用或滥用智力资源也是 种浪费，这种浪费往往未受到重视。 公司某些员工可能拥有能够帮助公司 发展的知识或技能，但由于缺乏沟通、公司内部政治等原因，其知识和技能 未得到充分利用，因此浪费掉了。
      减少浪费的工具 在确定浪费行为并进行分类后， 车间应制定一个减少或消除浪费的计 划。制造商可以借助于很多工具来查 明、量化并尽量减少浪费行为。例如， 对刀具使用、操作和性能下降的分析 将有助于找出存在问题的环节。 这类分析已表明，在某些情况下， 多达 20% ~ 30% 的刀具被工作人员错 误地判定为报废，而实际上它们仍然 可以使用剩余的刀具寿命就被浪费掉 了。通过制定明确的刀具报废标准并 将标准传达给车间工作人员，可以大 大减少刀具寿命的浪费。 同样，机床停机时间分析可以量化刀具装夹、编程和换刀等活动所花 费的时间。这些分析往往表明，通过 更好地理解、执行和协调这些必要但 耗时的活动，可以避免多达 50% 至 60% 的停机时间。 借助采访、调查和培训计划，可 以在处理那些导致智力资源和知识技 能被浪费的人事问题时，发现很多有 用的信息。由此，员工可以更好地开 展工作，并培养自身的能力，从而最 大限度地提高生产率。

 管理增值活动、价值支持活动和非必要活动。20 世纪初， 美国机械工程师 Fredrick Taylor 对车间操作进行了大量研究，提出通过消除生产环节中不会为最终产品增加价值的活动来推动 生产率的提高。现代“精益生产”原则遵循了同样的理念。 在加工操作中，只有当刀具实际切削金属并生成切屑时，才会发生真正的增值活动。其他例如零件装载和 固定等行为，称为“价值支持活动， 这些活动不会直接增加产品的价值，但却是实现增值所必须的活动。 加工系统中的第三种活动是非必 要活动。这些活动既不创造价值，也不支持创造价值，相反消耗资源，不会带来任何效益。纯粹属于浪费行为。 解决问题就是一种非必要活动。如果 起初就合理地设计并控制加工工艺， 那么就不会产生问题，也无需浪费时间来解决。 
      过去，非必要活动往往被视为制 造工艺的一部分，而非干扰生产经济 性平衡的主要因素。如今，人们开始关注消除或尽可能减少非必要活动。 生产率和产能规划的重点在于消除非 必要活动，尽可能减少价值支持活动， 并优化增值活动。

消除浪费后，理论上的生产经济 性就能得以实现。在这一点上，生产 经济性的进步可以直接应用于公司。 然而，在努力消除每种浪费时，必须小心谨慎。关键是要量化浪费减少活 动的投资回报。彻底消除浪费可能会 涉及非常大的投资，从经济的角度来 看，接受浪费或部分浪费并与之共存 可能是更妥善的选择。在做出此类决 策时，需要遵从适当的定量分析，公 司内部也需要平衡利弊。