1、第10章 现代先进生产方式 第一 准生制 第二 精生 第三 最生技 第四 敏捷制造 第五 算机集成制造系第一、JIT的 JIT是理想的生产方式 最高极限: 零库存，零缺陷 不断改进看板控制系 JIT JIT 的起源的起源 丰田喜一郎：非常及时丰田喜一郎：非常及时 大野耐一：美国超市的影响大野耐一：美国超市的影响 1950s, 1950s, 丰田总公司机械工厂应用丰田总公司机械工厂应用 1960s, 1960s, 丰田内部应用丰田内部应用 1970s, 1970s, 整个汽车行业应用整个汽车行业应用 推进式系统 牵引式系统计划部门WC1WC3WC2WC3WC1WC2WCnWCnMRP与看板管理的
2、合外购件计划产品结构文件产品结构文件产品结构文件产品结构文件产品装配部件装配零件加工原材料供应产品发运大量重复生产组织准时生产的条件 工作标准化 组织混流生产减少库存 减少调整准备时间 提高生产柔性 缩短调整时间 建立多功能制造单元 准时采购 从根源上保证质量 准生的条件混流生产减少调整准备时间 提高生产系统的柔性 减少调整准备时间 运行时调整，消除停机准备，人员培训，进行改造 建立JIT制造单元 准时采购 从根源上保证质量第二 精生 精细生产的起源 从手工生产到大量生产 手工生产方式，起源于P&L机床公司 大量生产，Ford制 从大量生产到精细生产 大量生产方式的衰落 精细生产方式的出现 三
3、种生产方式的比较从大量生到精益生（汽工的革）福特汽的最初 福特汽公司于1902年成立，推出了福特 的第一批品既用又便宜的型，售价 850美元，得了巨大的成功。 1905年福特公司每季度的售量达到了5000，成同行中的佼佼者，至此，福特汽的巨大成功 是初露端倪，究竟是什么的汽最符合市的需要，仍是而未决的 。向薄利多 1906年，福特公司推出了8种型，其中售价最低1000美元，最高2000美元，一决策来了灾性的果，售量猛然下降，迫使福特公司重新向薄利多。次年，公司降低了售价，售量魔一般地回升，尽管当全美 条已开始，但1906年到1907年，福特的客之多是前所未有。福特划代的决策 1908年，福特制
4、定了一个划代的决策，宣布从此致力于生 准化，只制造低廉的一品种。 福特开了新品T型。T型全身上下找不到一装或而不之，百分之百地用。它去掉了所有附件，格一致，以850美元一出售。与当其他型的汽相比，T型具有久耐用、构造精巧和盈便利的点。大量生方式的形成1909年，福特汽车厂进行了设备改装，简化工艺程序，初步具备了大量生产的条件。1910年，重新进行部件车间的布局，建立流水线生产。1913年，采用传送带供应，实现了在93分钟内从无到有地组装成一辆汽车。1920年，实现每分钟组装一辆汽车，1925年，创造每10秒钟组装一辆汽车的记录。到20世纪20年代，福特汽车公司成为当时世界上最大的汽车公司，日产
5、汽车9000辆，年销售汽车90万辆。大量生方式的意 以大量生方式取代件生方式，推了汽工的步达半个世以上，而最大量生方式几乎被北美和欧洲的每一个工所采用。至今日，多企依然把大生 模，达到件大批量生作降低成本的主要途径。 大量生方式的缺点大量生产方式用精通某一狭隘领域的专业人员设计产品，用非熟练半熟练的工人操作昂贵的专业设备生产出大批量的标准产品。机械设备的高成本决不允许生产发生中断，因此，生产过程中增加了许多的缓冲环节，包括额外的协作厂、额外的工人与额外的场地。由于产品改型所需花费更大，大量生产厂家总是尽可能延长其标准设计产品的生产时间，其结果是消费者得到了廉价的产品，但必须放弃他们所希望的品种
6、变化。而且大量生产方式分工细致，雇员尤其是一线工人从事的工作单调枯燥，毫无创造力可言，因此大多数雇员都对工作方法感到厌烦，提不起兴趣。 大量生方式的疑 1950年春天，一个年的日本工程丰田英二福特奇厂行了三个月的 。当 奇厂是世界最大而且效率最高的制造厂，但是丰田英二在 个大的企的每一个微之都作了慎的考察之后，在丰田部的告中写到：“那里的生体制有些改的可能。” 精益生方式生的背景战后日本国情有以下特点： 资源短缺，原材料价格远远高于欧美； 日本国内汽车市场很小，但需要的汽车种类复杂； 日本本土的劳动力，不愿意被当作可变成本而随意更换； 日本经济缺乏资金和外汇，不能大量购买西方的最新生产技术和设
7、备。精益生方式生的背景 大野耐一在战后曾多次访问了底特律，他详细分析了增长生产量需要的途径，得出量的增加和质的增加两方面共五种方法。 量的增加：1 增加人员；2 增加机台；3 延长劳动时间； 质的增加：4 勤奋努力；5 消除工作中的浪费和不合理。精益生方式的思想精髓 精益生起源于一个 朴素的思想：杜浪。 杜浪，不指杜 力上的浪，而且包括人力、物力、 、空上的浪，浪不是在某一个工序，甚至整个生 程中的浪，而是包括工序与工序之，各个 之的浪。杜浪不是口号而是踏踏 地去做。企中最常的七种浪错误提供有缺陷的产品或不满意服务；积压因无需求造成的积压和多余的库存；过度加工实际上不需要的加工和程序；多余的搬
8、运不必要的物品移动；等候因生产活动的上游不能按时交货或不能按时提供服务而等候；多余的运动人员在工作中不必要的动作；提供顾客并不需要的服务和 产品。精益生的初期践 大野耐一开了冲中的快速模技，采用了子来移模具配以 的整机构，并由生工人来承担更模具的工作。在西方是用几百台床来制造汽的所有零部件，而大野的 技能用少数几条冲 生整部汽。 精益生的初期践在试验的过程中，大野意外地发现，这样小批量地生产冲压件，每件的生产成本比大批量生产还要低。这是因为小批量生产省去了大量生产方式中由于大量库存成品零部件所引起的资金积压，而更重要的是在轿车组装之前只制造出少量的零件，可以及早发现冲压中产生的问题，这样使得冲
9、压车间的工人更关心品质，不至于在生产已进行了很久之后，才发现大量冲压件有缺陷而造成浪费。 JIT生方式形成大野的理想体制是只要够工作两小时所需的中间库存，甚至更少的库存。这需要有一支技术精湛而又动机明确的劳动力队伍，并且要将零件加工与总成组装的过程完美地协调起来。为此，丰田公司与其众多的协作厂家建立了基于共同利益基础上的完全不同于其他的密切关系，使这些协作厂在产品开发、资金来源及人事安排上都与丰田公司息息相通。最后，大野开发了一种新的生产方式来按日进度安排零部件在协作厂之间的流动进程，这就是准时化生产（JIT）。 JIT生方式的本 JIT的本质用一句话来概括就是“只在需要的时候，按照需要的标准
10、，生产所需要的产品”。它追求一种无库存或库存达到最小的生产系统，兼备手工生产与大量生产二者的优点，同时又克服了二者的缺点。 JIT把所有的保险缓冲措施都去掉，要求生产过程中的每一个成员都注意在事先看出问题，不让它发展到足以使一切都停下来的地步。 JIT与大量生方式的不同 JIT 存是一种不利因素， 尽一切努力减少存。而大量生方式 存是一种 ，“存越多，越安全”。 JIT 生立即需要的数量，而大量生方式 合考 存用和生准，用公式来算批量。JIT与大量生方式的不同 JIT力求取消在制品存，而大量生方式中在制品存，是必要的投，当上一道工序生 ，在制品存可以保 的生。 JIT的生 程中，要保 品率零，
11、而大量生允一定的品出。JIT与大量生方式的不同 JIT生中，供商是同工作的一部分，而在大量生方式中，供商与制造商是有矛盾的甲乙方关系，一般都有多个供来源。 JIT生要保 定有效地运行，把故障减少到最少，而大量生中， 的修是必的，由于存在在制品存，所以个 并不关。JIT与大量生的不同 JIT生中，尽量 生的提前期，售、采及生都追求及化，而大量生中，提前期越越好，大多数工段和采部都希望提前期加。 JIT生中，按照工人的一致意 行管理，使工人感到“是自己的企”，而大量生中，是按照法令来工人行管理。精益生JIT的升 如果JIT生是以生制造系 中心展开的，那么精益生就是涉及到企整体的一种大了的生模式，因
12、此精益生方式（Lean Production）是JIT生方式的一步升。精益生产中与顾客的关系在改革生产系统的同时，丰田英二和他的销售专家神谷正太郎开始重新考虑生产者与顾客之间的联系。其基本思想是把销售商纳入生产体系中，把顾客吸收进产品的开发过程中，从而在汽车总装厂、销售商和顾客之间建立起一个长远的、甚至是终生的关系。丰田公司逐步取消还不知道顾客是谁之前就生产的做法，转而根据订单组织生产。这样销售商就成为整个生产体系的一部分，他们把预售的汽车订单送交工厂，然后在两至三个星期之后将汽车交付订购的顾客，要做到这一点，销售商必须与工厂紧密配合，把订单的顺序安排得工厂能够接受。 精益生中的工 精益生方式
13、中，以人中心，把工看作是比 更重要的生要素，强 工与企利益的一致性，强工的身雇佣和身教育，以最大限度地 工的个人能力和群体智慧。以小工作 工 的主要形式， 工成多面手，承担尽可能多的任，参与决策和管理。精益生的越性 所需要的人力源减少1/2 新品开周期减少1/2或1/3 生 程中的在制品存可减少9成 工厂占用空可减少1/2 成品存可减少3/4 品量可提高3倍精益生的特点 品质上达到最好； 浪减到最少； 不断改； 柔性最大； 以人为中心； 以消费者的需求为出发点。精益思的五大原 从顾客的角度而不是从公司或职能部门的角度来确定什么东西可以（或不可以）产生价值； 按整个价值流确定设计、订购和生产产品
14、中所有必须的步骤和非增值的浪费； 创造无中断、无绕道、无回流、无等待或废料的增值活动流； 及时生产仅仅由顾客需求拉动的产品； 不断消除各层次的浪费，追求完美。 从大量生到精益生 大量生方式：高度本化、高度 化、高效率、高度控制、工人作 、缺乏新、品准化、成本低廉。 精益生方式：高度柔性的生 、技全面、有知的 力、灵活管理、品多化、信息高度集成、新能力强、成本低廉。精益生方式的展 精益生方式打破了品多化和低生成本相互立的格局。 精益生方式建立在更广泛意的品准化上。 子商的展精益生方式的 提供了有利条件。 向大量定制展。 精细生产的基本思想 对一切资源的占用少,利用率高 不断改进 消除对资源的浪费
15、 协力工作 沟通精生的主要内容 与用户的关系 新产品开发 与供应商的关系 现场管理 精细企业第三 最生技 OPT的目标 净利润(Net profit, NP) 投资风险率(Return on investment, ROI) 现金流量(Cash Flow, CF) 产销率(Throughput, T) 库存(Inventory, I) 运行费(Operating Expenses, OE)OPT的基本思想: 解除瓶颈OPT的原则平衡物流系统决定瓶颈“利用” “活力”瓶颈上一小时的损失是整个系统的损失非瓶颈获得一小时无意义瓶颈控制库存和产销量转运批量 加工批量加工批量可变作业兼顾约束DBR (D
16、rum-Buffer-Rope)系识别瓶颈基于瓶颈的产品出产计划“缓冲器”的管理与控制控制进入非瓶颈的物料，平衡物流瓶颈上加工批量大，上游则是小批量多批次考虑在制品、成品库存、加工和人工费用绳索的作用是使库存最小，控制生产节奏 OPT软件系统产品网络工程网络BUILDNET资源描述服务网络主网络SERVE初步分析SPLIT报告关键资源排序BRAIN非关键资源排序SERVE报告报告敏捷制造 敏捷制造企业的基本特征 并行工作 继续教育 根据用户响应建立组织机构 多方动态合作 珍惜雇员 向工作小组及成员放权 对环境仁慈 柔性的重新配置组合 信息的沟通 知识面广的雇员 开放的体系结构 产品设计一次成功
17、 产品终身质量保证 缩短交付期 技术的领先作用 技术的敏感 整个企业集成 基于愿景的管理与领导敏捷制造与大量生产在思想观念的区别使顾客富裕(enriching the customer) 为客户创造价值 为客户提供解决方案(solution), 比较IBM合作竞争 在竞争中合作，在合作的基础上竞争 战略联盟，虚拟企业急救室式的工作发挥人和信息的作用 人：高素质的人 信息：及时有用的信息 敏捷制造的措施将继续教育放在首位虚拟企业的组成和工作计算机技术和人工智能技术的应用方法论的指导环保绩效测量与评价标准和法规的应用组织实践计算机辅助产品设计CAD)二维模型：三面投影图、断面图三维模型： 线架模型
18、 用细线表示立体上棱线 交线、轮廓线 表面模型 用连接各边构成一个面构造，立体形状 实体模型 以方体、圆柱、三棱锥等体素，按照集合运算组合复杂立体形状1、人机对话自动绘图CAD（CAG）体素构成法境界构成法形状设计 形状模型化2、计算机辅助工艺设计（CAPP）检索式（经验式）数据库加工原则人机对话原始数据形成零件族确定加工参数修改打印样件生成零件族典型工艺创成式CAPP（理论式）加工关系决策规则零件描述工序选择工艺路线选机床夹具确定切削用量工艺方案优化输出机床夹具切削用量数据库3、机械加工自动化CAD 刀具 CAD CAPP NC 路径 APT、EXAPT 语言 用量4、设备布置计划（1）计算
19、机关系布置规划（CORELAP） 原理：以活动关系图REL为基础，按照权值大小 和关系密切程 度，通过逐次选择和布置各项活动的位置，直至形 一个 满意的布置方案。 （2）计算机设备布置规划（CRAFT） 原理：在已有初步布置方案基础上，以运费最低为原则，成对调 换两设备位置，计算其运费并与原方案比较其差额，最后 按成本降低额大小确定位置。5、产品设计的分析与优化 产品性能、特性分析 大小分析 结构分析 优化 重量 成本分析 费用 D 产品出库400S 维修部100Q 办公室1500 R 产品入库200J 检验 500W 仓库 1600 U UUE3UIUUI2 AUO4AA1 O符号值接近度A
20、EIOUX654321绝对必要特别重要 重 要 一 般 不重要不可接近代号原 因12 345物 质 流信 息 流文件接触人员接触 监 督D：产品出库J： 检 验Q： 办公室R： 产品入库S： 维修部W： 仓 库工场用的为：长 ：宽=9 ：5 的矩形R产品入库W仓库D产品出库Q办公室J检验S维修部AAOOG(a)W W W WW W W WW W W WW W W WR RJ JJJJJ D D D DQ Q Q Q QQ Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q (b)ABXO接近度计算机辅助制造 CAM1944 年 计算机在美国陆军首次使用1952 年 美麻省理工学院首创 NC
21、 铣床、APT语1957 年 日本东北工业大学推出 NC 车床1958 年 美推出加工中心 MC1959 年 美推出工业机器人（极坐标式）1967 年 英、日推出 DNC 群控机床（分布式数控）1970 年 在组装、焊接、喷柒、冲压中大量使用 机 1、CAM发展中典型事件器人2、CAM的构成 自动加工设备：NC、CNC、DNC、MC （1）硬件系统 组装设备 ：机器人（手） 搬运设备 ：机器人（手）、无人小车 工件存储 ：自动仓库 （2）软件系统 随行夹具生产过程控制与管理：安排原材料 NC机床 入库 部件组装 无人小车 出库 产品组装工艺过程控制与管理： 刀具、夹具选择、NC编程 零件的装卸
22、 刀具磨损 加工监控 工件检测3、CAM 的作用（1）实现加工、组装、搬运、工装转换、检测自动化、 使整个系统有机结合。（2）实现整个系统的高效率生产。（3）利用成组技术GT，提高多品种少量生产效率。（4）具有较高的生产柔性。（5）能可靠处理设备故障、刀具寿命、切削等。4、CAM中的自动加工（1）自动加工的概念 主轴自动回转 (a) 毛坯自动仓库 拖扳、刀架自动移动 (b) 自动搬运 自动切削 (c) 托盘自动交换 自动启动、停车 (d) 自动刀库 刀 库 自动换刀装置 自动切削清除 自动检测7123456910图45691012387a b c d 刀具流NC机床清切削除次品工件流成品流(2
23、) 自动加工设备 NC机床（数控机床） 指具有一个或几个刀具的单一功能的切削设备（如NC车、NC铣）按 机床运动轨迹分为三种： 点位控制（点到点控制） 只控制刀具从一个位置精确地移动到另一位置。对移动速度、轨迹 不影响加工质量、只与生产率有关。始点 终点 点位直线控制（直线切削控制） 除控制两相关点位置外，还要控制一个坐标方向、刀具移动速度 和轨迹。终点始点 轮廓控制（连续轨迹控制） 同时对两个（或两个以上）坐标进行连续控制，除控制始点和终 点外，还需控制整个加工过程中走刀路线和速度。xy 始终xy始终 两坐标联动多坐标联动xy CNC（计算机数控） MNC（微型机数控）NC 机床 数控装置（
24、专用处理机）CNC、MNC，直接用计算机控制，使用方便。 DNC（群控）（分布式数控）用一台主计算机和数台乃至数十台NC机或CNC 机联起来，把计算机内作成文件形式的加工指令信息以再线实时方式，分式地分别传给各机床。 MC（加工中心）MC 是进一步综合数台普通NC机床的多功能自动加工设备。（具有自动刀库、按指令自动交换刀具，可进行铣、镗、钻、铰、攻丝等多种作业）。5、FMC（柔性加工单元） CAM的基本单元概念：是一种能独立运转并具有机械加工、材料搬运、 监控功能，以单元作为一个独立整体的加工设备。类型：主要有两种： 机械手式加工单元 适于轴类加工 托盘式加工单元 适于箱体类6、FMS（柔性制
25、造系统）CAM 的主体 概念：将CAM中所需的各种富有柔性的自动化 设备与计算机连接起来，形成能加工多 种零件的自动生产设备。工作机械A工作机械C机械手监控装置NC机床刀具交换检验台机械手式FMCNC机床A机械手BC检验台托盘式FMCNC机床托盘交换装置检验台按物流状况FMS有两大分类流水型FMS（FTL）：品种少、产量大、物流方向较单 一，加工设备和搬运装置按物流方向布置。随机型FMS：品种多、批量少、物流方向复杂、加工、 搬运设备多与FMC单元布置相结合。柔性制造系统现状、发展趋势1967年 英国国家工程实验室建造 Moling 24系统开始70 年代起 在美、日、西欧、苏联、东欧大力发展
26、目前：日、美居领先，主要发展大型FMS 西欧、苏联、东欧 主要发展CAD/CAM、FMC趋势：进一步提高系统柔性（如：输送系统） 继续扩大应用范围（如：装配系统） 加强系统中的人工智能与专家系统7、自动仓库用以保存原材料、零件、部件、产品，通过计算机掌握库 存种类、数量、时间和位置，并由自动搬运设备出入库。为生产计划提供信息（外购、生产）自动仓库 为生产车间提供原材料 为组装车间提供零部件两种类型： 高层仓库（堆货机式自动仓库） 回转仓库8、机械手（人）主要用于工序间搬运或工序内零件的装卸按坐标圆柱坐标极坐标直角坐标多关节坐标按信息输入手动机械手固定程序机手可变程序机手示教机械手数控机械手智能
27、机械手第四节 计算机综合生产系统Computer Integrated Manufacturing System CIM 发展的背景 CIM 的概念 CIM 的作用 CIM 的人才培养C I M S概 述 开始吧！一、CIM 发展的背景 社 会 需 求 技术的进步社会（市场）需求：由大量生产、大量消费 多品种小批量、 汽车业个 性 化、特殊化、多样化的需求。如 ： 电子业 服装业日本丰田公司三个月的车型与台数 结论：产品寿命周期大大缩短：六十年代，机电产品：寿命10年以上者32% 八十年代，降为15%，寿命5年以下者由 38% 猛增到65-70%。 二、计算机综合生产系统的概念1、CIM 的组
28、成（图）原材料产品集成工程设计系统 CAD、CAM、GT、CAPP 集成管理系统 CAP（MIS） MRP-II柔性制造工程（系统） FME、FMS企业四大功能设计功能：产品设计制造功能：将生产要素转 变为产品管理功能：制定生产计划、实施生产控制经营功能：产品研究开发、销售2、CIM 的概念（定义） 对企业的物质流和信息流，通过计算机集成的CAD、CAM、CAP三位一体的包含OA在内的综合性自动化生产系统。CIM 是一种概念，一种哲理，它是用来组织现代工业生产的指导思想。 1973 年由美国学者约瑟夫 哈林顿提出的基本观点 ：a.企业从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理、售后服务的全部活动
29、是一个不可分割整体，紧密连接 。b.整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递、加工处理的过程，最终形成的产品可看作是数据处理的物质表现。 哈林顿的思想，到1985年才被人们所重视，其思想至今仍为CIM 的核心内容。 CIMS 就是工厂的计算机化 CIMS 就是无人工厂（或无纸工厂） CIMS 就是自动化+计算机以下看法是片面的： CIM 计算机集成制(Computer Integrated Manufacturing)。 1974 年由美国哈林顿博士提出组织企业生产的一种哲理 。1985 年（联邦德国）经济生产委员会（AWF）提出一个定义： CIM 是指在所有与生产有关的企业部门中集成地采用电
30、子数据处理，它包括在生产计划和控制（PPC）、计算机辅助设计（CAD）、辅助工艺（CAPP）、辅助制造（CAM）、辅助质量管理（CAQ）之间信息技术上的协同工作，其中为生产产品所必需的各种技术功能和管理功能应实现集成。CIM 的概念 1991 年日本能率协会对CIM定义： 为实现企业适应今后企业环境的 经营战略，有必要从销售市场开始对开发、生产、物流、服务进行整体优化组合。 CIM 是以信息作为媒介，用计算机把企业活动中多种业务领域及其职能集成起来，追求整体效率的新型生产系统。 欧洲自动化公司和研究机构，提出了当前对CIM最权威、最科学的定义： CIM 是信息技术和生产技术的综合应用，旨在提高
31、制造型企业的生产率和响应市场能力。由此，企业的所有功能、信息、组织管理方面都是一个集成起来的整体的各个部分。集成与连接不同，它不是简单地把两个或多个单元连在一起，它是将原来没有联系或联系不紧密的的单元组成为有一定功能的，紧密联系的新系统。两种或多种功能的集成包含着两种或多种功能的之间的相互作用。集成含有系统综合、系统优化的意义。集成是把人与生产经营系统和技术系统三者紧密结合起来。CIM 通俗解释是：“用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益。”CIMS 概念CIM ：是组织现代化生产的一种哲理，一种指导思想。CIMS：是上述哲理的实现。CIM 哲理只有一个，CIM 许多相关
32、技术（如 CAD、GT、MIS 等）具有共性，而CIMS则是因企业不同其形式与构成千变万化。CIM 哲理的各种具体实现都是CIMS 三、CIM 的作用实现设计、制造、管理的综合化建立共享数据库、数据标准化、规范化实现多品种小批量生产的自动化产品质量高、成本低、生产周期短设计效率 提高 4-30 倍设计费用 下降 15-30%生产提前期缩短 30-70%生产率 提高 30-60%库存费 下降 30-70%劳务费 下降 5-25%据英国生产管理协会介绍，CIM 的结果：工人：由技能型 智能型（现在）（今后）技能型技术人员- - - -软件开发编程调试设备维护故障分析生产准备生产操作技术人员智能型（工人）（工人）工作量四、CIM的人才培养
