1、第15章 現代先進生產方式,第一節 準時生產制 第二節 精細生產 第三節 最優生產技術 第四節 敏捷制造 第五節 計算機集成制造系統,JIT的實質,JIT是理想的生產方式 最高極限: 零庫存，零缺陷 不斷改進,看板控制系統,JIT 的起源 豐田喜一郎：非常及時 大野耐一：美國超市的影響 1950s, 豐田總公司機械工廠應用 1960s, 豐田內部應用 1970s, 整個汽車行業應用,推進式系統 牽引式系統,計劃部門,WC1,WC3,WC2,WC3,WC1,WC2,WCn,WCn,MRP與看板管理的結合,外購件計劃,產品結構文件,產品結構文件,產品結構文件,產品結構文件,產品裝配,部件裝配,零件

2、加工,原材料供應,產品發運,大量重復生產組織準時生產的條件,工作標準化 組織混流生產減少庫存 減少調整準備時間 提高生產柔性 縮短調整時間 建立多功能制造單元 準時采購 從根源上保證質量,組織準時生產的條件,混流生產 減少調整準備時間 提高生產系統的柔性 減少調整準備時間 運行時調整，消除停機準備，人員培訓，進行改造 建立JIT制造單元 準時采購 從根源上保證質量,第二節 精細生產,精細生產的起源 從手工生產到大量生產 手工生產方式，起源于P&L機床公司 大量生產，Ford制 從大量生產到精細生產 大量生產方式的衰落 精細生產方式的出現 三種生產方式的比較,從大量生產到精益生產（汽車工業的變革

3、）,福特汽車的最初嘗試,福特汽車公司于1902年成立，推出了福特設計的第一批產品既實用又便宜的車型，售價僅為850美元，獲得了巨大的成功。 1905年福特公司每季度的銷售量達到了5000輛，成為同行中的佼佼者，至此，福特汽車的巨大成功僅僅是初露端倪，究竟是什么樣的汽車最符合市場的需要，仍是懸而未決的問題。,轉向薄利多銷,1906年，福特公司推出了8種車型，其中售價最低為1000美元，最高為2000美元，這一決策帶來了災難性的結果，銷售量猛然下降，迫使福特公司重新轉向薄利多銷。次年，公司降低了售價，銷售量魔術一般地回升，盡管當時全美經濟蕭條已經開始，但1906年到1907年間，福特車的顧客之多是

4、前所未有。,福特劃時代的決策,1908年，福特制定了一個劃時代的決策，宣布從此致力于生產標準化，只制造較低廉的單一品種。 福特開發了新產品T型車。T型車全身上下找不到一絲裝飾或華而不實之處，百分之百地實用。它去掉了所有附件，規格一致，以850美元一輛出售。與當時其他類型的汽車相比，T型車具有經久耐用、構造精巧和輕盈便利的優點。,大量生產方式的形成,1909年，福特汽車廠進行了設備改裝，簡化工藝程序，初步具備了大量生產的條件。 1910年，重新進行部件車間的布局，建立流水線生產。 1913年，采用傳送帶供應，實現了在93分鐘內從無到有地組裝成一輛汽車。1920年，實現每分鐘組裝一輛汽車，1925

5、年，創造每10秒鐘組裝一輛汽車的記錄。 到20世紀20年代，福特汽車公司成為當時世界上最大的汽車公司，日產汽車9000輛，年銷售汽車90萬輛。,大量生產方式的意義,以大量生產方式取代單件生產方式，推動了汽車工業的進步達半個世紀以上，而最終大量生產方式幾乎被北美和歐洲的每一個工業所采用。時至今日，許多企業依然把擴大生產規模，達到單件大批量生產作為降低成本的主要途徑。,大量生產方式的缺點,大量生產方式用精通某一狹隘領域的專業人員設計產品，用非熟練半熟練的工人操作昂貴的專業設備生產出大批量的標準產品。機械設備的高成本決不允許生產發生中斷，因此，生產過程中增加了許多的緩沖環節，包括額外的協作廠、額外的

6、工人與額外的場地。由于產品改型所需花費更大，大量生產廠家總是盡可能延長其標準設計產品的生產時間，其結果是消費者得到了廉價的產品，但必須放棄他們所希望的品種變化。而且大量生產方式分工細致，雇員尤其是一線工人從事的工作單調枯燥，毫無創造力可言，因此大多數雇員都對工作方法感到厭煩，提不起興趣。,對大量生產方式的質疑,1950年春天，一個年輕的日本工程師豐田英二對福特魯奇廠進行了三個月的訪問。當時魯奇廠是世界最大而且效率最高的制造廠，但是豐田英二在對這個龐大的企業的每一個細微之處都作了審慎的考察之后，在給豐田總部的報告中寫到：“那里的生產體制還有些改進的可能。”,精益生產方式產生的背景,戰后日本國情有

7、以下特點： 資源短缺，原材料價格遠遠高于歐美； 日本國內汽車市場很小，但需要的汽車種類復雜； 日本本土的勞動力，不愿意被當作可變成本而隨意更換； 日本經濟缺乏資金和外匯，不能大量購買西方的最新生產技術和設備。,精益生產方式產生的背景,大野耐一在戰后曾多次訪問了底特律，他詳細分析了增長生產量需要的途徑，得出量的增加和質的增加兩方面共五種方法。 量的增加：1 增加人員；2 增加機臺；3 延長勞動時間； 質的增加：4 勤奮努力；5 消除工作中的浪費和不合理。,精益生產方式的思想精髓,精益生產起源于一個簡單樸素的思想：杜絕浪費。 杜絕浪費，不僅指杜絕財力上的浪費，而且包括人力、物力、時間、空間上的浪費

8、，這浪費不僅是在某一個工序，甚至整個生產過程中的浪費，而是包括工序與工序之間，各個環節之間的浪費。杜絕浪費不是口號而是踏踏實實地去做。,企業中最常見的七種浪費,錯誤提供有缺陷的產品或不滿意服務； 積壓因無需求造成的積壓和多余的庫存； 過度加工實際上不需要的加工和程序； 多余的搬運不必要的物品移動； 等候因生產活動的上游不能按時交貨或不能按時提供服務而等候； 多余的運動人員在工作中不必要的動作； 提供顧客并不需要的服務和 產品。,精益生產的初期實踐,大野耐一開發了沖壓中的快速換模技術，采用了滾子來移動模具配以簡單的調整機構，并由生產工人來承擔更換模具的工作。在西方是用幾百臺壓床來制造汽車的所有零

9、部件，而大野的這項技術能夠用少數幾條沖壓線生產整部汽車。,精益生產的初期實踐,在試驗的過程中，大野意外地發現，這樣小批量地生產沖壓件，每件的生產成本比大批量生產還要低。這是因為小批量生產省去了大量生產方式中由于大量庫存成品零部件所引起的資金積壓，而更重要的是在轎車組裝之前只制造出少量的零件，可以及早發現沖壓中產生的問題，這樣使得沖壓車間的工人更關心品質，不至于在生產已進行了很久之后，才發現大量沖壓件有缺陷而造成浪費。,JIT生產方式形成,大野的理想體制是只要夠工作兩小時所需的中間庫存，甚至更少的庫存。這需要有一支技術精湛而又動機明確的勞動力隊伍，并且要將零件加工與總成組裝的過程完美地協調起來。

10、為此，豐田公司與其眾多的協作廠家建立了基于共同利益基礎上的完全不同于其他的密切關系，使這些協作廠在產品開發、資金來源及人事安排上都與豐田公司息息相通。最后，大野開發了一種新的生產方式來按日進度安排零部件在協作廠之間的流動進程，這就是準時化生產（JIT）。,JIT生產方式的本質,JIT的本質用一句話來概括就是“只在需要的時候，按照需要的標準，生產所需要的產品”。它追求一種無庫存或庫存達到最小的生產系統，兼備手工生產與大量生產二者的優點，同時又克服了二者的缺點。 JIT把所有的保險緩沖措施都去掉，要求生產過程中的每一個成員都注意在事先看出問題，不讓它發展到足以使一切都停下來的地步。,JIT與大量生

11、產方式的不同,JIT認為庫存是一種不利因素，應該盡一切努力減少庫存。而大量生產方式認為庫存是一種資產，“庫存越多，則越安全”。 JIT僅僅生產立即需要的數量，而大量生產方式則綜合考慮庫存費用和生產準備，用公式來計算批量。,JIT與大量生產方式的不同,JIT力求取消在制品庫存，而大量生產方式中在制品庫存，是必要的投資，當上一道工序發生問題時，在制品庫存可以保證連續的生產。 JIT的生產過程中，要保證廢品率為零，而大量生產允許一定的廢品出現。,JIT與大量生產方式的不同,JIT生產中，供貨商是協同工作的一部分，而在大量生產方式中，供貨商與制造商是有矛盾的甲乙方關系，一般都有多個供貨來源。 JIT生

12、產要保證設備穩定有效地運行，把故障減少到最少，而大量生產中，設備的維修是必須的，由于存在在制品庫存，所以這個問題并不關鍵。,JIT與大量生產的不同,JIT生產中，盡量壓縮生產的提前期，銷售、采購及生產都追求及時化，而大量生產中，提前期越長越好，大多數工段和采購部門都希望提前期加長。 JIT生產中，按照工人的一致意見進行管理，使工人感到“這是自己的企業”，而大量生產中，是按照法令來對工人進行管理。,精益生產JIT的升華,如果說JIT生產是以生產制造系統為中心展開的話，那么精益生產就是涉及到企業整體的一種擴大了的生產經營模式，因此精益生產方式（Lean Production）是JIT生產方式的進一

13、步升華。,精益生產中與顧客的關系,在改革生產系統的同時，豐田英二和他的銷售專家神谷正太郎開始重新考慮生產者與顧客之間的聯系。其基本思想是把銷售商納入生產體系中，把顧客吸收進產品的開發過程中，從而在汽車總裝廠、銷售商和顧客之間建立起一個長遠的、甚至是終生的關系。豐田公司逐步取消還不知道顧客是誰之前就生產的做法，轉而根據訂單組織生產。這樣銷售商就成為整個生產體系的一部分，他們把預售的汽車訂單送交工廠，然后在兩至三個星期之后將汽車交付訂購的顧客，要做到這一點，銷售商必須與工廠緊密配合，把訂單的順序安排得工廠能夠接受。,精益生產中的員工,精益生產方式中，以人為中心，把員工看作是比設備更重要的生產要素，

14、強調員工與企業利益的一致性，強調員工的終身雇傭和終身教育，以最大限度地發揮員工的個人能力和群體智慧。以小組工作為員工組織的主要形式，讓員工成為多面手，承擔盡可能多的責任，參與決策和管理。,精益生產的優越性,所需要的人力資源減少1/2 新產品開發周期減少1/2或1/3 生產過程中的在制品庫存可減少9成 工廠占用空間可減少1/2 成品庫存可減少3/4 產品質量可提高3倍,精益生產的特點總結,品質上達到最好； 浪費減到最少； 不斷改進； 柔性最大； 以人為中心； 以消費者的需求為出發點。,精益思維的五大原則,從顧客的角度而不是從公司或職能部門的角度來確定什么東西可以（或不可以）產生價值； 按整個價值

15、流確定設計、訂購和生產產品中所有必須的步驟和非增值的浪費； 創造無中斷、無繞道、無回流、無等待或廢料的增值活動流； 及時生產僅僅由顧客需求拉動的產品； 不斷消除各層次的浪費，追求完美。,從大量生產到精益生產,大量生產方式：高度資本化、高度專業化、高效率、高度控制、工人動作簡單、缺乏創新、產品標準化、成本低廉。 精益生產方式：高度柔性的生產設備、技術全面、有知識的勞動力、靈活管理、產品多樣化、信息高度集成、創新能力強、成本低廉。,精益生產方式的發展,精益生產方式打破了產品多樣化和低生產成本相互對立的格局。 精益生產方式建立在更廣泛意義的產品標準化上。 電子商務的發展為精益生產方式的實現提供了有利

16、條件。 向大量定制發展。,精細生產的基本思想 對一切資源的占用少,利用率高 不斷改進 消除對資源的浪費 協力工作 溝通,精細生產的主要內容,與用戶的關系 新產品開發 與供應商的關系 現場管理 精細企業,第三節 最優生產技術,OPT的目標 凈利潤(Net profit, NP) 投資風險率(Return on investment, ROI) 現金流量(Cash Flow, CF) 產銷率(Throughput, T) 庫存(Inventory, I) 運行費(Operating Expenses, OE),OPT的基本思想: 解除瓶頸OPT的原則,平衡物流 系統決定瓶頸 “利用” “活力” 瓶

17、頸上一小時的損失是整個系統的損失 非瓶頸獲得一小時無意義,瓶頸控制庫存和產銷量 轉運批量 加工批量 加工批量可變 作業兼顧約束,DBR (Drum-Buffer-Rope)系統,識別瓶頸 基于瓶頸的產品出產計劃 “緩沖器”的管理與控制 控制進入非瓶頸的物料，平衡物流 瓶頸上加工批量大，上游則是小批量多批次 考慮在制品、成品庫存、加工和人工費用 繩索的作用是使庫存最小，控制生產節奏,OPT軟件系統,產品網絡,工程網絡,BUILDNET,資源描述,服務網絡,主網絡,SERVE初步分析,SPLIT,報告,關鍵資源排序,BRAIN,非關鍵資源排序,SERVE,報告,報告,敏捷制造,敏捷制造企業的基本特

18、征 并行工作 繼續教育 根據用戶響應建立組織機構 多方動態合作 珍惜雇員 向工作小組及成員放權 對環境仁慈 柔性的重新配置組合 信息的溝通,知識面廣的雇員 開放的體系結構 產品設計一次成功 產品終身質量保證 縮短交付期 技術的領先作用 技術的敏感 整個企業集成 基于愿景的管理與領導,敏捷制造與大量生產在思想觀念的區別,使顧客富裕(enriching the customer) 為客戶創造價值 為客戶提供解決方案(solution), 比較IBM 合作競爭 在競爭中合作，在合作的基礎上競爭 戰略聯盟，虛擬企業 急救室式的工作 發揮人和信息的作用 人：高素質的人 信息：及時有用的信息,實現敏捷制造

19、的措施,將繼續教育放在首位 虛擬企業的組成和工作 計算機技術和人工智能技術的應用 方法論的指導 環保 績效測量與評價 標準和法規的應用 組織實踐,計算機輔助產品設計CAD),二維模型：三面投影圖、斷面圖 三維模型： 線架模型 用細線表示立體上棱線 交線、輪廓線 表面模型 用連接各邊構成一個面構造，立體形狀 實體模型 以方體、圓柱、三棱錐等體素，按照集合運算組合復雜立體形狀,1、人機對話自動繪圖CAD（CAG）,2、計算機輔助工藝設計（CAPP）,檢索式（經驗式）,創成式CAPP（理論式）,3、機械加工自動化CAD,4、設備布置計劃,（1）計算機關系布置規劃（CORELAP） 原理：以活動關系圖

20、REL為基礎，按照權值大小 和關系密切程 度，通過逐次選擇和布置各項活動的位置，直至形 一個 滿意的布置方案。,（2）計算機設備布置規劃（CRAFT） 原理：在已有初步布置方案基礎上，以運費最低為原則，成對調 換兩設備位置，計算其運費并與原方案比較其差額，最后 按成本降低額大小確定位置。,5、產品設計的分析與優化,D：產品出庫 J： 檢 驗 Q： 辦公室 R： 產品入庫 S： 維修部 W： 倉 庫 工場用的為： 長 ：寬=9 ：5 的矩形,計算機輔助制造 CAM,1944 年 計算機在美國陸軍首次使用 1952 年 美麻省理工學院首創 NC 銑床、APT語 1957 年 日本東北工業大學推出

21、NC 車床 1958 年 美推出加工中心 MC 1959 年 美推出工業機器人（極坐標式） 1967 年 英、日推出 DNC 群控機床（分布式數控） 1970 年 在組裝、焊接、噴柒、沖壓中大量使用 機,1、CAM發展中典型事件,器人,2、CAM的構成,（2）軟件系統,3、CAM 的作用,（1）實現加工、組裝、搬運、工裝轉換、檢測自動化、 使整個系統有機結合。 （2）實現整個系統的高效率生產。 （3）利用成組技術GT，提高多品種少量生產效率。 （4）具有較高的生產柔性。 （5）能可靠處理設備故障、刀具壽命、切削等。,4、CAM中的自動加工,（1）自動加工的概念 主軸自動回轉 (a) 毛坯自動倉

22、庫 拖扳、刀架自動移動 (b) 自動搬運 自動切削 (c) 托盤自動交換 自動啟動、停車 (d) 自動刀庫 刀 庫 自動換刀裝置 自動切削清除 自動檢測,7,1,2,3,4,5,6,9,10,圖,自動加工,(2) 自動加工設備, NC機床（數控機床） 指具有一個或幾個刀具的單一功能的切削設備（如NC車、NC銑）按 機床運動軌跡分為三種：,點位控制（點到點控制） 只控制刀具從一個位置精確地移動到另一位置。對移動速度、軌跡 不影響加工質量、只與生產率有關。,點位直線控制（直線切削控制） 除控制兩相關點位置外，還要控制一個坐標方向、刀具移動速度 和軌跡。, 輪廓控制（連續軌跡控制） 同時對兩個（或兩

23、個以上）坐標進行連續控制，除控制始點和終 點外，還需控制整個加工過程中走刀路線和速度。, CNC（計算機數控） MNC（微型機數控）, DNC（群控）（分布式數控）,用一臺主計算機和數臺乃至數十臺NC機或CNC 機聯起來，把計算機內作成文件形式的加工指令信息以再線實時方式，分式地分別傳給各機床。, MC（加工中心）,MC 是進一步綜合數臺普通NC機床的多功能自動加工設備。（具有自動刀庫、按指令自動交換刀具，可進行銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等多種作業）。,5、FMC（柔性加工單元） CAM的基本單元,概念：是一種能獨立運轉并具有機械加工、材料搬運、 監控功能，以單元作為一個獨立整體的加工設備。 類型：

24、主要有兩種： 機械手式加工單元 適于軸類加工 托盤式加工單元 適于箱體類,FMC 是FMS的基礎,6、FMS（柔性制造系統）CAM 的主體 概念：將CAM中所需的各種富有柔性的自動化 設備與計算機連接起來，形成能加工多 種零件的自動生產設備。,機械手,機械手式FMC,NC機床A,機械手,B,C,檢 驗 臺,托盤式FMC,NC機床,檢驗臺,按物流狀況FMS有兩大分類,流水型FMS（FTL）：品種少、產量大、物流方向較單 一，加工設備和搬運裝置按物流方向布置。 隨機型FMS：品種多、批量少、物流方向復雜、加工、 搬運設備多與FMC單元布置相結合。,柔性制造系統現狀、發展趨勢,1967年 英國國家工

25、程實驗室建造 Moling 24系統開始 70 年代起 在美、日、西歐、蘇聯、東歐大力發展 目前：日、美居領先，主要發展大型FMS 西歐、蘇聯、東歐 主要發展CAD/CAM、FMC 趨勢：進一步提高系統柔性（如：輸送系統） 繼續擴大應用范圍（如：裝配系統） 加強系統中的人工智能與專家系統,7、自動倉庫,8、機械手（人）,主要用于工序間搬運或工序內零件的裝卸,第四節 計算機綜合生產系統Computer Integrated Manufacturing System,CIM 發展的背景 CIM 的概念 CIM 的作用 CIM 的人才培養,C I M S,概 述,開始吧！,一、CIM 發展的背景,結

26、論： 產品壽命周期大大縮短： 六十年代，機電產品：壽命10年以上者32% 八十年代，降為15%，壽命5年以下者由 38% 猛增到65-70%。,二、計算機綜合生產系統的概念,1、CIM 的組成（圖）,2、CIM 的概念（定義） 對企業的物質流和信息流，通過計算機集成的CAD、CAM、CAP三位一體的包含OA在內的綜合性自動化生產系統。,CIMS 就是工廠的計算機化 CIMS 就是無人工廠（或無紙工廠） CIMS 就是自動化+計算機,以下看法是片面的：,CIM 計算機集成制(Computer Integrated Manufacturing)。 1974 年由美國哈林頓博士提出組織企業生產的一種哲理 。,1985 年（聯邦德國）經濟生產委員會（AWF）提出一個定義： CIM 是指在所有與生產有關的企業部門中集成地采用電子數據處理，它包括在