Waltonen Engineering 利用 Tecnomatix 提高质量并降低成本

业务挑战
-了解尺寸质量低下的成本和影响
-制定最佳的产品和制造战略
-有效捕获并管理知识以进行重用
-跨公司和供应基地进行有效协同

成功关键
通过结构化流程在生产之前解决尺寸准确性问题 — Tecnomatix 软件中的误差分析功能

结果
-与尺寸相关的成本减少 20% 到 50%
-避免并消除重大的设计和生产成本
-显著缩短产品上市所需的时间
-首次制定的规格即处于公差范围之内
-根据报价按时提供高质量的交付物
-不断捕获知识并加以利用
-提高客户的投资回报

行业
-医疗器械和医药
-工业机械和重型装备
-汽车及交通运输
-消费产品和零售业
-航空航天及国防

客户主要业务
Waltonen Engineering 成立于 1957 年，致力于提供全套工程和设计服务、全包型自动化系统、系统集成和个人资源服务。其产品和服务经过 ISO 9001 认证，包括针对产品开发、制造流程和设备的工程和设计服务。

解决方案/服务
Tecnomatix

客户位置
沃伦市, 密西根州
美国

"有趣的是，许多公司可以准确指出每个业务领域的电费开支，并可以说明他们在原材料、新固定设备和地面整修方面投入的资金，但他们无法确切地指出公司在尺寸质量问题上的投入。"
Bryan Novach

副总裁

Waltonen Engineering

"如果不能在前期对尺寸质量进行数字化分析，公司就会陷入被动局面。在 Waltonen Engineering，我们向公司展示如何以主动方式赢得成本和竞争优势。"
Bryan Novach

副总裁

Waltonen Engineering

"越早发现和纠正尺寸质量问题，节省的成本就越多。据估计，一旦设计敲定，超过三分之二的成本控制能力就被冻结了。"
Lloyd Brown

所有者兼总裁

Waltonen Engineering

"我们在帮助公司大幅降低成本和消除各种潜在问题方面发挥了重要作用，这些问题包括误期、进行不必要的返工、生成过多的废料，以及未能遵守法规要求等。Tecnomatix 尺寸质量工具对我们的成功起到了举足轻重的作用。"
Lloyd Brown

所有者兼总裁

Waltonen Engineering 

提高质量的结构化方法
Waltonen Engineering是 1957 年成立于美国密歇根州沃伦市的一家私人公司，致力于为多个行业的众多客户提供全套设计和工程、制造系统、质量工程、软件解决方案和专业资源。

在企业空前需要降低成本、提高效率和寻找竞争优势的今天，Waltonen Engineering 发展出了一项独特的优势，即通过实施尺寸管理流程以结构化方式着重提高质量并降低成本。“企业降低成本的做法主要有整合制造设施、全球外包、合并劳动力并推行环保路线。”Waltonen Engineering 副总裁 Bryan Novach 指出，“此外，他们还指望供应基地能够降低成本、优化产量，并重新设计产品以提高材料的利用效率。虽然上述每项举措都可以有效降低成本，但根据我 25 年来的行业经验，我发现大多数公司实际上并没有考虑，甚至很多时候根本没有意识到一个最大的机会 — 尺寸质量；在此方面，如果执行力不够，可能产生巨大的成本。”

显著影响成本的四个类别
据 Novach 所言，尺寸质量管理低下可导致四类巨大的成本，而通过尺寸管理流程和 Siemens 的 Tecnomatix® 软件则可以显著降低这些成本：1) 产品尺寸质量低下的成本；2) 就质量信息进行沟通和协同的成本；3) 未利用公司质量知识库的成本；以及 4) 生成质量信息和开展培训的成本。

Novach 指出，业内普遍缺乏一种适当定义的尺寸要求，而且很少有企业在产品开发周期之初即对这些要求进行验证。这大幅增加了产品不准确或尺寸质量低下的风险。“即使是微小的偏差也可能导致严重的问题，包括开工延迟、生产减缓、停工、加班、差旅、工装变更、返工、废料过多、产品发布后的工程变更、产品召回、安全召回以及法律诉讼等。”Novach 介绍说，“考虑到所有这些容易出错的环节，如果我们不提前注意，就可能在生产阶段导致过多的成本。”

Novach 指出，与尺寸质量控制低下相关的第二种成本表现在权责不清、沟通效率低下、协同程度不高，以及无法访问适当的数据库。Novach 提出这样一个问题：“谁应当自始至终对尺寸质量负责？”他表示：“大多数企业通常没有专司此事的个人或群体，于是员工‘自扫门前雪’，直到最后工厂开始某个层次的生产时，所有尺寸质量问题才全都暴露出来。这也是补救代价最高的情况之一。大多数公司不知道或不能直接访问其尺寸功能；他们没有一个中心数据库来提供测量数据，以定义这些公司及其供应基地真正能够做些什么。一旦出现问题，通常的解决之道就是多到供应商处跑两趟、多到工厂看看、多召开几次会议，再就测量数据提出具体的要求，所有这些搜寻质量信息的措施无疑会浪费宝贵的时间。”

因尺寸质量管理低下而导致的成本经常被人忽视。Novach 解释道：“有趣的是，许多公司可以准确指出每个业务领域的电费开支，并可以说明他们在原材料、新固定设备和地面整修方面投入的资金，但他们无法确切地指出公司在尺寸质量问题上的投入。这些成本可能非常巨大，而且始终存在。对于因尺寸质量低下而导致的成本，如果能让相应开支减少仅 20% 到 30%，将可以节约多少资金呢？”

Novach 指出：“尺寸质量低下的另一种成本源于无法利用公司的知识。”他解释道：“无法利用自身的专业技术知识通常导致指定过度而不切实际的公差、反复使用不合理的设计和制造概念、缺乏通用的流程、不断对产品和程序进行重新分析，以及无法有效记录和直接运用从经验教训中汲取的反馈。公司不断重复同一类错误。他们应该设立一个资料库，提供基于质量和成本的最佳实践和经验教训。这样，人们就可以在其中检索数据，并据以作出重要的决策。”

需要考虑的第四个方面是与生成质量信息和开展培训相关的成本。为进行生产、从供应商处获得报价以及解决问题，许多企业投入数百万资金来生成发布产品所需的尺寸质量信息。此领域涉及质量文档、几何尺寸和公差标记、测量计划、坐标测量机 (CMM) 编程、测量设备、审计员和供应商质量团队。Novach 指出，许多公司似乎还在按传统方式处理与尺寸质量相关的大量任务，而没有利用当今技术的优势。

现有的基线工具
支持产品开发周期验证和优化的产品生命周期管理 (PLM) 技术已经有很长的发展时间。“大部分公司都已采用许多这类技术，并利用它们开展许多不同的数字化验证项目，然而很少有公司有效利用这些数字化资源来优化或降低尺寸质量的成本。”Novach 表示，“在确定各零部件在装配和子装配级别的配合效果时，许多公司仍然是等待某个最初的构建事件来暴露问题。他们没有一种结构化方式或尺寸工具可在产品开发周期之初来分析并优化误差，而这对于降低成本至关重要。某些公司执行基本的手动叠加公差分析，但这种方法并非 100% 准确，它更多的是用作问题解决工具，而非初期的预防工具。我看到许多公司在设计和工程环境中采用了高级分析和 3D CAD 建模技术，但仍然执行手动公差叠加，这让我惊讶不已。我们不会考虑通过手动方式来执行有限元分析、热分析或动态分析，不是吗？然而，大多数公司的工程管理流程并不包含必要的信息，难以通过实施一种结构化的方法来定义尺寸要求，以及在产品开发周期之初对误差进行分析和优化，而这对于降低成本至关重要。”

Novach 表示，许多公司试图通过下列途径来解决尺寸质量的高成本问题：接受一些几何尺寸和公差标记 (GD&T) 培训、实施手动叠加（通常为手动方式，十分缺乏效率）、投资于计量技术，甚至可能投入巨资来实施质量改进流程，尽管这些流程通常都是被动的。他指出：“虽然上述措施非常重要，但如果不配以某种结构化的尺寸管理流程，它们最终往往只会增加成本，根本无法产生节省大量成本的效果。上述措施通常是被动的，只能在出现问题时进行事后修正，而这些问题本应在产品开发周期之初就加以预防。这些公司需要转变重心并提供相应的培训，让工程师和设计师在产品开发周期之初就将尺寸质量提上日程。”

Waltonen Engineering 所有者兼总裁 Lloyd Brown 指出：“越早发现和纠正尺寸质量问题，节省的成本就越多。据估计，一旦设计敲定，超过三分之二的成本控制能力就被冻结了。以一个简单的特征为例，比如说孔大小。不妨设想一下，与 CAD 阶段相比，如果必须在实际工装阶段变更孔的大小，将给利润带来多大的负面影响。”

通过前期尺寸质量管理大幅减少开工成本
以一个基本的设计特征为例，比如紧固孔、定位孔或测量孔。不妨设想一下，与使用 CAD 相比，如果在完成设备的物理制造过程后需要变更这项特征，将给利润带来多大的负面影响。而如果在 CAD 阶段发现孔大小问题，则意味着只需变更数字化模型即可，而这通常可在几分钟内完成。再设想一下，在大多数系统通常不具备的数百个设计特征中，如果仅有 5% 出现这种情况，将会产生怎样的影响。

“结构化尺寸管理流程具有重要意义。”Novach 指出。他以排比的方式问道：“如果公司在产品开发周期之初就注重尺寸质量，将产生何种不同？如果公司在概念和开发阶段之初就通过构建可靠的虚拟装配体来优化设计和制造流程，将产生何种不同？如果这些虚拟装配体和尺寸管理流程在生产开工时就已经改进了尺寸质量，将产生何种不同？此外，如果上述措施使与尺寸问题相关的制造开工成本降低了 20% 到 50%，将产生何种不同？”

Novach 深知这些问题的答案，因为这些做法已为其公司带来巨大的效益。Waltonen Engineering 利用 Tecnomatix Variation Analysis 解决方案为其客户显著节省了成本。Tecnomatix 工具套件可提供嵌入 CAD 和独立于 CAD 的误差分析和质量特征定义、嵌入 CAD 的 CMM 脱机编程和检测，以及生产分析和报告功能。事实证明，这些信息在比较生产流程和工厂方面具有极其重要的价值，有助于保证流程的稳定，并汇总长期的流程绩效。最重要的是，这些工具可使 Waltonen Engineering 帮助其客户将问题消灭在萌芽状态，防止其对产品质量、操作效率和整体盈利能力产生负面影响。



“时机”至关重要
Novach 指出，公司解决尺寸质量问题的“时机”可产生天壤之别的效果。以下示例（丧失机会）说明在设计流程晚期处理尺寸质量问题的弊端。下一个示例（赢得机会）说明在一开始就应用 Tecnomatix 套件中的工具（包括其强大的误差分析 (VSA) 功能）的巨大价值。

丧失机会
一家制造商遇到生产问题，延误了时间，需要显著提高生产速度才能到达利润目标。由于在构建阶段发现的尺寸问题产生了负面影响，这促使该制造商向 Waltonen Engineering 寻求有关流程中误差管理的 专业技术知识。借助 Waltonen Engineering 的框架，该制造商发现第一个日历生产年发生了 10,000 多次工程变更，其中 40% 到 45% 直接与尺寸问题和误差有关。显然许多问题本可在设计阶段解决，进而大幅减少生产中出现的延误和成本超支情况。在发现的这些问题中，尺寸配合问题显著影响了生产速度和废料数量。

此外，Waltonen Engineering 员工发现，由于没有定义和记录原始尺寸要求，构建策略引入了过多的误差，最终导致大量返工。由于缺乏一种结构化的问题解决和根源分析方法，而且没有专用的测量设备来收集数据，该制造商举步维艰。例如，有一次重大返工（即系统级变更）是因为门系统不能与机身正确配合导致的。这影响了工装和供应基地，最终在重新设计、差旅等方面浪费了大量资金。尽管 Waltonen Engineering 能够提出纠正这些问题的建议，但该制造商意识到大量可以提高利润的机会已擦肩而过。



赢得机会
在另一个示例中，一家专用车架制造商在前期解决了所有设计问题。在 Waltonen Engineering 的协助下，该公司组建了一个尺寸管理团队，负责定义制造流程并详细说明零部件功能基线。为评估产品设计、定义制造流程基线和详细说明零部件功能基线，该公司采用了 Tecnomatix Variation Analysis。借助 Tecnomatix，该公司创建了一个 3D 数字化样机（可小至起搏器，大至集装箱轮船）对生产构建流程进行仿真。该数字化样机全面展示了几何模型、产品误差（公差）、装配流程误差（顺序、装配附件定义和工装）和测量结果。在制造实际零部件、开发夹具或切割工装之前，该公司利用此模型预测是否存在任何装配构建问题。它还可以识别导致构建问题的根源，从而可以在产品开发流程之初就优化设计、公差和装配流程。

根据 Tecnomatix 工具集的分析结果，该专用车架制造商可发现“误差热点”、获取修改建议并验证热点是否已得到清除，所有这一切都以虚拟方式进行。这样在工装投资之前就改进了子系统的设计，并消除了潜在的构建问题。此外，这意味着在工装设计之前就定义了基准结构和制造流程，并在开始实际生产之间建立了系统功能基线。



可衡量的成功
“最后，生产自动化有个死敌，那就是误差。”Novach 指出，“如果不能在前期对尺寸质量进行数字化分析，公司就会陷入被动局面。在 Waltonen Engineering，我们向公司展示如何以主动方式赢得成本和竞争优势。”Brown 补充道：“我们在帮助公司大幅降低成本和消除各种潜在问题方面发挥了重要作用，这些问题包括误期、进行不必要的返工、生成过多的废料，以及未能遵守法规要求等。我们的成功是可衡量的。Tecnomatix 尺寸质量工具对我们的成功起到了举足轻重的作用。”