第八章_生产模式的演变及发展趋势

第八章生产模式的演变及发展趋势李存金教授主讲本章要点1生产模式的演变过程2先进生产技术3先进生产管理4敏捷生产5大规模定制生产实践行考察一些企业的生产现场1生产模式的演变过程制造工业所经历的工匠式生产模式向作坊式生产模式的转变，是人类生产模式第一次转变。本世纪20年代，福特发明了世界上第一条流水生产线，福特建立的汽车装配流水线具有划时代的意义，它标志着作坊式的单件生产模式演变成以高效的自动化专用设备和流水线生产为特征的大规模生产方式，这是人类生产模式第二次转变。古代工匠古代作坊近代欧洲作坊表福特的T型轿车年份零售价（美元）T型产品销售量1908850598619099501229219107801929319116904040219126007861119135501828091914490260720191544035527619163605770361921年迪尔伯恩工厂生产线上的Fordson拖拉机，1919年福特家族成立了福特汽车公司，1921年从该款拖拉机的生产开始使用了流水线生产。自动化、有柔性、精简生产过程、以人为中心低成本、定制化、效率高、个性化大规模定制组织高度集成、信息共享、柔性高、技术复杂高度自动化、效率高、成本低、有灵活性低成本、效率高、分工细、柔性低、管理复杂手工操作、成本高、效率低、经验管理、技术低敏捷制造精益生产柔性自动化大批量生产手工制造1800191519601970198019902000时间特点图1生产方式的发展历程及其特点大规模生产模式下的几种典型生产方式（1）准时生产制(JIT，JustInTime)日本丰田汽车公司60年代提出。采用看板系统和倒流水拉动方式的追求零库存的生产管理模式，保证成品在销售时能准时生产出来并发送、组件能准时送入总装、部件能准时进入组装、零件准时进入部装、原材料准时转为零件。旨在消除超过生产所绝对必要最少量的设备、材料、零件和工作时间部分。它以不断地追求最优的生产系统设计和最佳的操作方法，以零缺陷为目标改善产品质量，以零库存为目标降低产品成本，通过减少准备时间、队列长度和批量缩短提前期。JIT的要素构成：JIT不仅是一种生产控制方法，还是一种管理的哲理。其基本目标是实现“准时生产”，即“需要的物品，在需要的时候，只按需要的量生产和提供”，其追求的是“零库存”。其主要构成包括:基于看板的生产控制，全面质量管理，全体雇员参与决策，供应商的协作关系。平衡、连续流动最终目标消除中断，使系统就有柔性减少换产和交货时间消除浪费，提高资源利用率配套目标产品设计1标准部件2模块3设计质量过程控制1小批量2质量改进3生产柔性人员组织要素1交叉培训2不断改进3领导能力制造排程、排序与控制1排程与排序2看板系统3设计质量基本部图JIT的目标及基本构成我们需要精益生产吗？全球制造业产品技术创新制造技术创新生产效率生产周期质量水平信息化水平国内制造业生产效率生产周期质量水平信息化水平存在较大差距中国制造业的制造水平与全球水平有很大差距（2）柔性制造系统(FMS，FlexibleManufactureSystem)英国60年代提出。按成本效益原则，以自动化技术为基础，以“及时”的方式适应产品品种变化的加工制造系统。它以计算机控制，由若干半独立的工作站和一个物料传输系统组成，以可组合的加工模块化和分布式制造单元为基础的，通过柔性化的加工、运输和仓储，高效率地制造多品种小批量的产品,并能在同一时间用于不同的生产任务。这种分布式、单元化自主管理的制造系统，每个单元都有一定的决策自主权，有自己的指挥系统进行计划调度和物料管理，形成局部闭环调节回路，可适应生产品种变换频繁的要求，使设备和整个生产线具有相当的灵活性。它是一种以信息为主与批量无关的可重构的先进制造系统，实现了加工系统从“刚性化”向高度“柔性化”过渡。FMS主要体现了制造系统的柔性观点。生产柔性的分类：技术路线柔性、产品柔性、产量柔性、计划柔性、设备柔性、劳动柔性、设计柔性、操作柔性等。发展为柔性管理的思想。（3）一个流动生产方式(SPS，Single-unitProductionSystem)日本70年代提出，是以JIT为原理，针对汽车生产提出的，是JIT模式中的一种形式。在生产过程中，通过指令流由后道工序对前道工序的拉动，通过不断的改善，“拉紧”生产链上的每一条物流链，按节拍一个一个地产出，整个生产线行同一台设备、实现劳动集成同步化均衡作业。其目的在于缩短交货周期，最大限度满足用户需要，降低库存和在制品，消除浪费，进而降低成本，提高企业竞争力。拉式流的物流和信息流如图1所示。能实现提高劳动生产率和最大限度地满足顾客需求的双重目标的最佳生产模式是什么？即人类社会制造生产模式开始经历的第三次大转换：由大批量生产模式向追求速度、应变能力的敏捷顾客化批量生产模式转变。表2三种生产模式特点比较作坊式生产模式大批量生产模式敏捷顾客化批量生产模式时代技艺经济（上世纪20年代以前）规模经济（上世纪20—90年代以来）知识经济（上世纪90年代以来）批量单件大批量中小批量单价高低低质量不稳定好极好交货时间长较长短柔性高低高技术手工技能大规模流水线自动化、信息化、智能化敏捷顾客化批量生产模式产生的基础：（1）大规模生产时代出现的先进生产方式（2）先进技术（3）先进管理（4）环境变化图3敏捷顾客化批量生产模式产生的基础思想方法技术管理模式运作机制组织信息控制系统集成与整合供应链管理(SCR)成组技术（GT）大规模定制敏捷制造(AM)精益生产(LP)虚拟制造(VM)智能制造系统（IMS）绿色制造(GM)柔性生产系统（FMS）准时生产制（JIT）计算集成制造系统（CIMS）制造资源规划(MRPⅡ)流程再造（BRP）并行工程(CE)快速原型制造(RPM)物料需求计划(MRPⅠ)计算机辅助技术（CAX）企业资源计划(ERP)虚拟生产(网络化生产)敏捷客户化批量生产模式最优生产技术(OPT)环境变化2先进技术2.1成组技术（GT）是20世纪50年代中期首先由前苏联的米特洛范诺夫针对中小批量生产根据零件相似性原理以成组工艺的形式提出的。其要点是根据零件在设计或工艺上的相似性原理通过编码技术把零件分为不同的零件族进行设计、加工和管理，以在多品种小批量生产中减少零件设计及其生产计划、生产管理、零件加工等的工作量，获得大批量生产的效果。2.2最优生产技术(OPT，OptimizedProductionTechnology)以色列70年代提出。吸收MRP和JIT的长处，以相应的管理原理和软件系统为支柱。以增加产销率、减少库存和运行为目标的优化生产管理技术。2.3绿色制造(GMGreenManufacturing)（清洁生产）绿色制造则要求企业在设计、材料、工艺，制造等过程充分考虑环境保护和可持续发展。2.4计算机辅助技术（CAX）①CAD技术（计算机辅助设计）：应用计算机技术进行几何形体建模，参数化设计和绘图等。②CAM技术（计算机辅助制造）：将设计好的零件形成相应的加工方法和程序代码，并模拟制造过程。③CAPP技术（计算机辅助工艺规划编程）：对零部件进行辅助工艺编程。它能辅助设计人员编出一套加工过程方法，并形成一系列加工规范、详细步骤和加工量参数。④CAE技术（计算机辅助工程）：包括对产品和工艺设计方案进行模拟、仿真、分析和优化。⑤数控技术(NC)与计算机控制(CNC)：以计算机为控制装置，与数控机床结合实现加工制造自动化。⑥数据交换标准(DES)标准化是企业进入先进生产模式的基础，为此，必须发展数据交换标准。如产品数据交换标准STEP，超文本数据交换标准SGML及采用EDI规范。其中最重要的STEP作为一个国际标准，为产品全生命周期各阶段的产品信息建模与交换提供了基础，使企业之间通过网络共享产品数据成为可能。⑦产品数据管理(PDM)技术PDM是一种从数据库基础上发展起来的信息集成技术，用于管理与产品相关的所有信息和过程，使产品在其全生命周期内保持一致、最新、共享及安全，确保在正确的时间将正确的信息以正确的方式传递给正确的人，它主要体现了信息集成。PDM在企业的信息集成过程起到一个集成框架的作用。各种应用程序诸如CAD/CAPP/CAM/CAE、EDA、OA、MRP等,都通过各种方式，如应用接口、开发(封装)等，直接作为一个个“对象”被集成进来，使得分布在企业各个地方、各个应用中使用的所有产品数据得以高度集成、协调、共享。2.5虚拟制造（VirtualManufacturing）虚拟制造是以计算机仿真、智能推理和预测为基础，对制造信息进行动态操作，虚拟出“制造过程”及其“产品”，甚至还能虚拟出该产品的“消费”或“损耗”过程。这一技术以真实的制造信息驱动虚拟的制造设备，“加工”出虚拟的、却贴近现实的产品，并通过先进的传感技术和声像技术，构成先进的人机界面，将一个“看得见，摸得着”的虚拟“产品”呈现于人的感官、提供给虚拟的“消费”过程，或提交虚拟的“实验与分析”。分析引擎虚拟设备任务管理仿真管理虚拟现实接口模型数据库图虚拟生产线框架结构3先进管理3.1并行工程(ConcurrentEngineering，CE)是相对于传统的“顺序工程”而言的，其基本思想是尽可能用并行的方式代替顺序的方式，来优化工作流程，达到缩短生产周期的目的。它要求在产品设计的时候，就充分考虑到包括工艺、制造、装配、检验、维护、可靠性、成本、质量控制等产品生产周期内的所有因素，甚至还要考虑产品销售、维修、报废和回收等方面的要求。所以，在研究开发过程中，成立以产品为导向的，包括市场部、财务部、设计部、工艺部、采购部、制造部、销售部等跨部门的项目小共同进行设计，以便一次性地取得最优设计方案。并行工程的特点是:①在产品设计及相关过程上，由传统的串行方法变为并行方法；②在工作方式上，由传统的个人或部门的工作变为多学科人员组成的协同工作(TeamWork)，③在企业的组织管理上，由传统的面向功能的递阶组织结构变为面向产品的扁平化网络结构。3.2物料需求计划(MRP,MaterialRequirmentPlanning)物料需求计划，源于60年代美国，它是以计算机为基础的生产与库存控制系统，又称“按时间分配的物料需求计划”，其特点是以物料清单BOM（BillofMaterial）为依据，以计划功能为核心，其主要作用是决定何时（When）、哪个对象(Who)需要何种材料(What)、数量多少(Howmany)，以支持生产作业调度与缺货的物料需求问题。MRP具体的计划与管理功能如下:(1)向生产供应部门提出准确和完整的物料明细表，以及它们需要的时间。(2)充分利用库存来控制物料进货量和进货时间，确保按期交货而又尽可能地降低库存。(3)按产品的装配过程和零件的工艺路线确定每个计划周期对生产单位的生产能力需要量。(4)动态跟踪计划的实施，根据实际生产进度和主生产计划的变化，调整、更新物料需求计划。主生产计划MPS物料单BOM物料需求计划MRP库存记录IR图MRP流程逻辑图3.3制造资源计划(MRPⅡ，ManufacturingResourcePlanning)美国80年代初提出。而在闭环MRP的基础上，不仅涉及物料且将生产、财务、销售、技术、采购等各个子系统结合成一个一体化的系统，是一个广泛的物料协调系统。MRPII的基本思想是通过科学的管理方法和工具，对企业的各种制造资源和整个生产经营过程实行有效的规划、组织、协调和控制，确保企业能连续稳定地进行生产，最大限度地降低库存量，缩短生产周期，减少资金占用，降低生产成本等等，从而提高企业的管理水平和整体素质。MRPII的计划与控制系统的关键部分主要有五个层次，以它们为主线贯穿于企业生产经营管理全过程。这五个层次是:①经营规划；②生产规划；③主生产计划；④物料需求计划；⑤车间作业管理。3.4企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning,ERP)