日益激烈的市場競爭，令汽車製造企業不得不認真考慮一下自己未來的發展問題。為此，他們提出了整體壽命周期費用的研究要求，希望能夠幫助自己做出正確的決策。
對於汽車動力總成製造企業來講，合理規劃生產是非常重要的。因為，正確的選擇可以進一步提高生產系統的使用價值，提高生產效率，讓生產流程更加合理化，為企業節省大量的開支。
就發動機生產所採用的自動化生產系統而言，其整體壽命周期費用的計算並非是件簡單的事情。首先，企業要在先期投入大量資金購置生產設備。然後，還需要考慮在後期的使用過程中，這套能夠將鑄件加工成成品（缸體）的生產系統需要花費多少操作費用和維護費用？打個更好的比方，如果以10年為期限計算，在這一系統上生產400萬件這樣的缸體需要投入多少運營成本？
我們的答案是：該項花費將在1.10～1.60億美元之間。這5 000萬美元的差額不但與動力總成製造企業所選用的生產設備機型有著密切的關係，而且與該零件（缸體）在未來10年內的改型也有著密切的關係。為適應這些設計上的變化，動力總成製造企業就必須對其生產系統進行相應的改造。此外，選用的設備型號對日常消耗的刀具、備品備件（如主軸）、公用設施及勞務操作和維修費用等因素也都會有很大的影響。
由並聯加工中心、程式控制加工中心分組組成的敏捷加工單元
製造技術的發展
過去，能夠年產成千上萬件大型動力總成零件的惟一切實可行和具有較高成本效益的方法是，建造採用順序加工工藝的專機生產線。加工內容按工序分配給不同的單獨工位順序完成，並由一條剛性的輸送帶連接起來。毛坯從生產線的一端上料，成品（缸體或缸蓋）從另一端下線，然後進入裝配工序。
這種生產系統適合對生產線柔性要求不高的、設計變化較小的系列零件的生產，而對於設計變化較大的零件則需設計新的工位。改造採用順序加工工藝的專機生產線成本很高，動力總成製造企業需要投入大量的時間和金錢。
隨著製造技術的發展，敏捷製造系統和混合型生產系統的出現給生產帶來了改變。
敏捷製造系統由裝配有機械手的數控機床和機床間的自動化輸送設備組成，採用並聯加工工藝，可以實現連續生產，一台機床發生故障並不會導致整條生產線停工。此外，這種採用並聯加工工藝的生產系統具有很好的柔性，很容易根據生產需要做進一步擴展。
對於大批量生產，傳統的專機生產線的購置成本較低。如果生產零件的預期變化很少，專機生產線將是最佳的選擇。隨著製造技術的發展，相對前幾代的自動生產線，如今的生產線改造成本已有所降低。
混合型生產系統是前兩種生產方式的組合，兼有專機生產線和柔性製造單元的特點。
如何進行選擇
在選擇哪種生產系統時，整體壽命周期費用可以作為生產企業的重要依據。在MAG動力總成公司的設備開發工作表上，創建了一個整體壽命周期費用計算模型，將產品的變化分為3大類：變化較少、變化中等、變化較大。變化較少的一類只需對發動機上的附加孔進行重新配置，以使其適應新的模型。根據鍃孔、鑽孔、鉸孔和攻絲操作的變換，在專機生產線上添加多軸加工頭，增加刀具，以適應產品的設計變化。對此，敏捷製造系統則只需修改工件加工程序、更換刀具即可滿足這些變化。
發動機缸體就是設計變化中等的一個實例。其新的特點將給生產帶來一定的影響，需要增加必要的加工量。在這種情況下，專機生產線需要增添多軸加工頭和2～3個新工位，需要更改夾具。安裝新設備及改造舊設備將會導致生產線停機，因此在更換前需要調整成品的庫存。
在人們考慮選用何種生產方案應對產品的中等變化時，敏捷製造系統的柔性就得到了充分體現。因為敏捷製造系統更容易進行擴展，設備的安裝調試並不會影響到線上其他數控機床的正常工作。
對於產品變化較大的方案，如果使用的是專機生產線，那麼就必須考慮設計和製造幾個全新的加工工位，以代替現有的工位。這必將涉及到多台機床，還有相當數量的新型多頭加工頭、夾具，大量更新機械、電氣、液壓系統和PLC設計、刀具總圖、工藝表、相關說明書。而在敏捷製造系統上，我們可能只需增添兩台新型數控機床。此外，由於生產工藝的變化，還需更改數控機床的加工程序。
在一條發動機生產線10～20年的壽命周期中，產品發生2次較大變化、4～5次中等變化及10～20次較小變化的情況是罕見的。這樣看來，敏捷製造系統是動力總成製造企業的最佳選擇。但是當產量很大時，專機生產線的初始投資成本則相對於敏捷製造系統更低。當產量達到每年60萬件時，專機生產線的成本要比敏捷製造系統的成本低40%，後期的運行及維護成本也較低。
表 不同生產系統所需的整體壽命周期費用
目前的專機生產線屬於高標準化的加工系統，這類系統非常適合於零件的大批量生產。如果生產零件的預期變化很少或設計變化不頻繁，其投資成本是相對較低的。各個工序可分為幾個工位，按順序安排在一條生產線上，並由剛性傳送系統連接起來。
然而在許多應用領域中，對專機生產線的重新安裝改造所花費的高昂費用可能會抵消其初始投資及操作運行成本較低的優勢。因為，較小的產品變化可能需要花費幾百萬美元，中等變化的花費約需1 000萬美元，而較大變化的花費通常可能會超過2 000萬美元。
在未來，產品變化的頻率和可能性還會進一步提高。與缸體相比，這一系列的變化將會更多地體現在缸蓋產品上，從而使一些動力總成製造企業更傾向於採用敏捷製造系統來生產缸蓋。
此外，生產系統的比較還包括機床利用率等因素，預測這些操作變數是判斷生產系統整體壽命周期費用的一個重要組成部分。我們可以根據生產企業的勞動率來計算這兩種生產方式的勞務成本。運行敏捷製造系統所需要的操作人員和維護人員，其數量相當於專機生產線所需人員的2～3倍。事實上，無論採用哪一種生產方式，其公用設施的費用（供電和供氣）以及冷卻液和油耗也都是可以計算出來的。
設備維護及備品備件的費用評估也包含在內。主軸的更換，包括庫存備件，佔了相當大的比重。通常，並列加工工藝採用的數控機床擁有更多的主軸。在整個規劃好的系統壽命周期中，如果將系統中的主軸數量乘以所需的預計更換件數量，再乘以每根主軸3～5萬美元的購買費用，所得的金額是十分可觀的。此外，平均無故障時間（MTBF）以及確定故障和排除故障所需的可變勞動力技術水平，也需納入自動生產線維修項目的輸入值進行計算。
除此之外，還有一些因素對生產系統壽命周期費用也具有很大的影響。刀具的消耗是必須考慮的。隨著機床主軸轉速和進給率的不斷提高，刀具的消耗也隨之提高。在傳統加工方式中，冷卻液費用約佔操作費用的15%左右。由於提取系統的不斷更新，微量潤滑變得更加切實可行。其關鍵是重新設計機床的底座，利用重力幫助排除切屑，而不是採用沖洗的方法排除切屑。事實上，一旦採用了這種特殊設計的機床底座，所需冷卻液要比濕加工減少很多。
對生產系統整體壽命周期費用的研究表明，在許多應用領域中採用柔性加工單元與專機生產線相結合的混合生產方式更為理想。專機用於進行特點穩定的粗加工和精加工，數控機床用於設計特色易於發生變化的工位。
現在，動力總成製造企業又有了一種新的選擇——採用專機式加工中心。專機式加工中心是以加工中心和專機的組合形式來加工工件的一種新工藝，將機床轉化為一個獨立的加工單元。專機式加工中心更加簡單、可靠，主軸比專機要少，換刀時間短，加工效率高。此外，它的初期投資和運轉周期都要低一些。
結束語
根據最近的一項研究，我們對這三種生產方式的整體壽命周期費用進行了比較。生產期限為20年，產品和工具改造轉換的較大變化為3次、中等變化為5次、較小變化為10次，系統的整體壽命周期費用見表。系統的整體壽命周期費用是由產量決定的：當年產30～40萬件時，敏捷製造系統的整體壽命周期費用最低；當年產60萬件時，專機生產線的整體壽命周期費用最低。如果按同樣的設備投資和生產規模，以10年（代替20年）生產期限進行計算，儘管產量降低了，但在生產系統的選擇上仍採用同樣的推薦數字。
根據壽命周期費用分析，以上三種生產系統方案均佔有一定的優勢。如果產量較低，敏捷製造系統佔有優勢；如果產量屬於中等水平，則採用混合型生產系統或敏捷製造系統最為理想。當產品發展變化達到最低預測水平時，專機生產線在大批量生產規模中非常具有優勢。面對大批量生產，敏捷製造系統初期投資較高，但其柔性和易擴展性不但能滿足當時的市場需要，同時還能適應未來的發展變化。專機生產線的初期費用較低，如果產品在一定時期內不會發生大的變化，選擇這種生產方案是切實可行的。
