第三章先进制造模式.docx

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第三章先进制造模式

3.1精益生产3.2约束理论3.3成组技术3.4柔性制造系统3.5可重构制造系统

3.6其它先进制造理论

3.1.1知道精益生产（leanproduction，LP）的起源：

丰田生产方式（Toyotaproductionsystem,TPS）；

精益生产的发展历程：

1.1890年，丰田佐吉获得了木制纺织机的专利，产生了改善的哲学思想。

2.1913年，亨利亨利·福特发明了移动式汽车装配流水线，大大提高了生产效率和员工积极性，产生了流水线型生产方式。

3.1937年，丰田喜一郎建立了丰田汽车有限公司（由于生产流动过程不平衡，引发在产线上悬挂标志指挥生产，即为准时制生产）。

4.1943年，大野耐一就职丰田汽车，对准时制进行完善和修正，为精益生产奠定了初步的理论基础。

5.1957、9，丰田汽车出口至世界最大的汽车产销国美国，标志着丰田生产方式的初步成功。

6.1980年，丰田汽车与美国通用汽车合资。

以丰田汽车为代表的日本车以成本优势其销量压倒美国。

7.1985年，麻省理工学院（MIT）启动了国际汽车研究计划（IMVP）。

8.1990年，《改变世界的机器》提升各界对“精益思维”的重视。

9.1996年，《精益生产》，美国公司纷纷采用“精益模式”。

10.2000年以后，丰田迅速发展，击败通用，称为全球最大的汽车制造商。

¡由实践经验总结出理论方法的典型代表，

¡由底层改进带动整体提高的典型代表。

优点：

简单有效，便于借鉴；

缺点：

看板系统的应用范围有限，应用效果十分依赖员工的积极性和纪律性。

3.1.1简单了解精益生产的核心思想：

消除浪费，创造价值；

核心方法：

顾客确定价值、识别价值流、价值流动、需求拉动、尽善尽美。

3.1.1知道精益生产、准时制生产、看板系统、全面质量管理、全员生产维护、持续改进流程的英文全称和缩写，知道这些概念的隶属关系与应用领域。

精益生产主要内容：

1.生产管理理论（准时制justintime，JIT）具体方法看板系统（Kanbansystem拉动式、高效）；

2.质量管理理论：

全面质量管理（totalqualitymanagement,TQM）；

3.设备管理理论：

全员生产维护（totalproductivemaintenance,TPM）;

4.现场管理理论：

持续改进流程（continuousimprovementprocess,CIP）。

5.很多公司结合自身特点提出改进模式（精益六西格玛管理、竞争制造系统、ACE管理、群策群力。

精益生产的应用领域：

以汽车装配、汽车配件、和电器制造企业为主。

3.1.2理解单卡片看板系统的工作流程。

只存在生产指示卡片（POK）这一类；只有一个缓冲区，见到看板即开始生产。

3.1.2掌握最大看板数量的经验公式求解（例题1）。

（K为最大看板数量，λ为订单达到频率，即日订货量，L为生产提前期，即单个产品的生产周期，C为货箱容量，可理解成加工批量，α为安全系数，实际的看板系统常取10%）。

例题1：

已知某看板系统订单到达频率为15个每天，生产提前期为3天，货箱容量为10，若安全系数取10%，则此系统最大看板数量为多少合适？

解：

由于=15*3/10*（1+0.1）=4.95,所以最大看板数量取5。

场地式看板系统:

最大看板数量=装满产品的货位数量+空闲的格子货位（悬挂的看板数量）=货架的总货位数量。

3.1.2知道看板的主要形式（4种）；

（1）卡片式看板（板式看板）

（2）场地式看板（箱式看板）（3）电子看板（4）网上看板知道各种形式看板的适用范围（前3种适合单元、车间，网上看板适合企业、跨企业）；

理解场地式看板的工作原理。

场地式看板系统:

最大看板数量=装满产品的货位数量+空闲的格子货位（悬挂的看板数量）=货架的总货位数量。

3.1.2知道看板系统所适用的车间类型

适合流水车间，不适合作业车间

以及看板系统所适用的企业类型。

看板系统通过库存调节生产，故适合按库存生产、按订单装配模式，不适合按订单生产、按订单设计、按订单研制模式。

3.1.2知道推、拉和推拉混合式控制方式的代表系统。

推动式：

MRP、MRPII，特点：

按部就班、注重计划；

拉动式：

看板系统；特点：

积极应对、快速反应；

推拉混合式：

TOC（约束理论theoryofconstraint，瓶颈环节拉非瓶颈环节，其余环节推后续环节）、COMWIP（constantworkinprocess，不一定要拉最初的生产环节，而是可以灵活设置。

）。

特点：

全面分析、考虑周全。

3.1.3理解质量管理的发展历程（3个阶段）；

（1）产品质量检验阶段（20世纪30年代前）。

事后把关，缺少原因分析。

（2）统计质量检验阶段（20世纪40-50年代）。

运用统计学方法，分析原因，事前预防，但质检范围局限。

（3）全面质量管理阶段（20世纪60年代-）。

将预防工作从制造过程扩展到研究、设计、生产和服务的全过程

3.1.3知道小组工作法（TEAM工作法）的特征（3个）；

¡职责下放：

普通工人参与管理；

¡共同协作：

发挥小组集体的智慧；

¡工作充实：

模糊小组内分工，提倡一专多能。

3.1.3知道PDCA循环图中各个字母的含义。

Plan（计划，发现问题，找出原因为质量改进制定计划）

Do（实施，按预定计划组织实施）

Check/Study（检查/研究，计划是否能够运行找出偏差）

Action（校正，采取措施纠正进行改进）

3.1.3简单了解《实验设计》中的数据处理方法可用于分析质检现象与质量原因之间关系；

直观分析法；方差分析法中的单因素有重复实验方差分析；回归分析法中的一元回归分析；以及专家系统、人工神经网络、数据挖掘等。

3.1.3掌握抽样检验次数的优化计算方法（本节例题1-4）。

●

例题1设10个产品中存在2个不合格品，抽检其中3个，能抽检到至少1个不合格品的概率是多少？

解：

（法一）

故至少存在1个不合格品的概率=1-56/120=8/15.

（法二）

故至少1个不合格品的概率=56+8/120=8/15.

●例题2假设某产品的不合格品率是20%，那5个产品里含有1个不合格品的概率是多少？

解：

假设该产品产生不合格品的概率服从二项分布

所以5个产品里含有1个不合格品的概率是0.41。

●例题3假设某产品的不合格品率是20%；采用每批5个产品中抽检2个方式进行检验；目标在于检测出并拒收到所有包含不合格品的批次，则漏检（含有不合格品的批次却被接收）概率是多少？

解：

此时每批产品不存在不合格品，接受概率为100%，漏检概率为0%；每批产品中不合格品数量为1的概率为此时接受概率为0.6，漏检概率为60%，对整体漏检概率的影响为40.96%*60%=24.58%。

总体漏检概率为各种情况导致的漏检概率之和，即0+0.2458+0.0614+0.0051+0+0=31.23%

每批的平均漏检数量为各种情况导致的漏检概率乘以各种情况下的漏检数量，即0×0+0.2458×1+0.0614×2+0.0051×3+0×4+0×5=0.3840。

如果抽检数从2提高为3，则

漏检概率从31.23%减少到18.43%，每批的平均漏检数量从0.3840减少到0.2048。

●例题4假设漏检损失平均为1000元/个，质检成本平均为100元/个，在例题3的背景下，抽样数量设定为多少比较合适？

解：

抽样数为2时，每1000个产品，质检400次，成本40000元，平均漏检76.8次，损失76800元，合计116800元；

抽样数为3时，每1000个产品，质检600次，成本60000元，平均漏检40.96次，损失40960元，合计100960元；

抽样数为1、4以及全面检验时的成本以此类推。

最后，比较各抽样数量方案，选择总成本最低的方案。

3.1.4知道生产维护（ProductiveMaintenance，PM）的主要内容；

1、事后维修（BreakdownMaintenance），设备出现故障了才停机进行维修；

2、预防维护（PreventiveMaintenance），定期检查设备运转情况，预防出现故障；

3、生产维护（ProductionMaintenance），在生产过程中主要保养设备，避免故障产生；

4、改良维护（CorrectiveMaintenance）。

改进设备设计的不合理之处，避免故障产生。

3.1.4知道全员生产维护的工作重点（上述后3点）。

3.1.4简单了解《实验设计》中的数据处理方法可用于分析设备检测现象与设备故障之间关系；

基本分析方法：

直观分析法、方差分析法、回归分析法；

高级分析方法：

专家系统、人工神经网络、数据挖掘等。

3.1.4掌握预防频率的优化计算方法（本节例题1-3）；

例题1假设故障潜伏期固定为3天，当预防维护间隔为10天时，发现潜伏故障并解决潜伏故障的概率是多少？

潜伏期

2天

3天

4天

概率

30%

50%

20%

解：

3/10=30%。

例题2某设备的故障潜伏期为以下经验分布：

维修周期为5天时的排除故障概率是多少？

解：

潜伏期为2天时，排除故障概率为2/5=0.4，

潜伏期为3天时，排除故障概率为3/5=0.6，

潜伏期为4天时，排除故障概率为4/5=0.8，

考虑各种潜伏期的分布概率，则平均排除故障概率为30%×0.4+50%×0.6+20%×0.8=58%。

●假设能估计到故障潜伏期的平均值，能否用某个标准分布近似描述？

●

答案：

缺陷产生到故障出现可近似为离散时间段下的伯努力实验，所以故障潜伏期可用二项分布描述；当在较长的一段时间里故障出现频率很低时，二项分布可用指数分布近似代替。

其概率密度函数和累积分布函数分布是：

例题3假设故障潜伏期频率从均值为1/3的指数分布，那预防维修周期为5天时，能够预防故障的概率是多少？

解：

潜伏期大于5的概率为

此情况下预防率为19%×100%=19%。

潜伏期小于5时,此情况下预防率为（提示：

分部积分法或EXCEL近似计算）.故总体预防率19%+30%=49%。

3.1.4掌握设备储备零件数量的经验公式计算方法（类似于看板系统）。

（其中α为安全系数，可取10%；批量C一般为1。

）

3.1.5简单了解现场问题的典型现象（6点）。

现场问题典型现象

生产过多的浪费

等待的浪费

物料搬运的浪费

动作的浪费

不合格品的浪费

库存浪费

解决方法举例

看板系统

合理调度

优化车间布局

动作分析，指定动作标准

制定合理的抽检方案

3.1.5知道发现现场问题的典型方法（4条）；

<1>三直三现原则<2>作业日报；<3>晨会制；<4>激励措施。

●知道三直三现原则的中文解释。

●有问题直接到现场去，直接观查现品，立即分析现象。

●积极解决问题，不要拖延时间，不要推托给其它部门。

马上现场，马上现品，马上现象。

3.1.5知道解决现场问题的典型理论（目视管理、现场IE）；

●知道目视管理的主要内容：

看板系统，5S管理；

¡简单了解5S管理的中文解释；

整理、整顿、清扫（沟通）、清洁、修养。

6S管理：

5S+安全（security）,7S管理：

6S+节约（saving）,8S管理：

7S+学习（study）

●简单了解现场IE的主要内容：

¡平衡生产线（对瓶颈改善）、标准作业（动作分析与优化）。

3.2知道约束理论（运用于企业级制造系统）的英文全称、缩写，

●知道约束理论与最佳生产时间表、最佳生产技术的关系。

1.上世纪70年代，以色列物理学家戈德拉特与其他几位学者合作，共同提出最佳生产时间表（optimizedproductiontimetable,OPT）。

这是是一套提高产出、减少库存的企业分析方法。

2.上世纪80年代初，戈德拉特将研究内容扩充，最佳生产时间表更名为最佳生产技术（optimizedproductiontechnology,OPT）。

3.1984年，戈德拉特出版了《TheGoal》一书，将OPT理论更名成约束理论（theoryofconstraints,TOC）。

3.2知道约束理论的核心思想：

系统约束限制系统产出。

系统最终的产出将受到系统约束的限制，因此需要识别约束，消除约束。

3.2知道DBR（鼓-缓冲-绳子，Drum-Buffer-Rope）方法（推拉结合式）的英文全称和中文翻译，

●理解生产最慢的环节作为“鼓手”，并由“鼓手”拉动其它生产环节。

3.3知道单元制造系统（类型：

工作中心、制造单元，牺牲柔性换效率）的优点：

●技术角度

（1）减少了零件物流时间，因为物料都在单元内搬运；

（2）减少了生产准备时间，因为所加工的零件都相似；（3）简化了辅助工作时间，因为调度、质检、在制品保管由单元内部管理；（4）提高了生产效率和零件质量，因为长期加工同类零件，熟能生巧；（5）有利于提高针对需求量变化的快速反应能力，因为方便采取看板系统等先进制造模式。

●管理角度

（1）有助于提高员工的责任感，因为单元内员工既是劳动者，又是管理者；

（2）有利于培养员工的“一专多能”，因为单元内存在各种不同工序；（3）有助于提高员工的群体意识，因为单元内各工序紧密相关，迫使员工加强协作和联系；（4）有利于实行生产承包制，明确责任，因为一种零件的全部或大部分工序都在同一单元内生产。

3.3知道VUOSO分类编码系统的形式：

4位10进制编码；知道其中类、级、型、组的排列顺序；

3.3掌握划分制造单元的两种方法：

●排序聚类算法（ROC）与键能算法（BEA）（本节例题1）；

零件

机床

例题1某车间拥有4台不同类型的机床，加工5种零件，分别以数字编号区分。

机床与零件的对应关系如下表，表格某位置填“1”则表示该列对应的零件需要行对应的机床加工，“0”则不需要。

要求使用排序聚类算法划分制造单元。

法一：

插述：

二进制与十进制的相互转化方法：

二进制十进制，除2的各次幂为权重，求和。

零件

机床

十进制二进制，除2取余，逆序排列.

零件

机床

法二：

零件

ME变化

机床

零件

ME变化

机床

零件

机床

ME变化

零件

机床

ME变化

3.3简单了解P-中位模型，会计算

零件间的距离。

例如：

3.3知道制造单元的设计阶段（4个），

●理解各个设计阶段的特点；

（1）虚拟成组单元，为逻辑单元，不移动机床的物理位置。

（2）准成组单元，为物理单元，但其中有部分设备不进行分组。

一方面可能是因为这些设备可以加工多个零件族，不好进行分组。

另一方面可能是因为市场需求还不明确，企业预留些可以灵活指派的设备来应对市场变化。

（3）封闭成组单元，为物理单元，并且各个制造单元独立生产，制造单元之间不存在公用设备。

（4）流水成组单元，为物理单元，在封闭成组的基础上进一步要求单元内零件族的工艺路线一致，形成流水生产线。

3.3知道混流生产线的主要实现方法。

（1）产品模块化；

（2）生产线（通用模块、可变模块）模块化；（3）生产线采用递阶结构。

3.4知道柔性制造系统的主要特点：

柔性、自动化；

知道柔性制造系统的优点与缺点（共6条）；

（1）设备利用率高，占地面积小；

（2）减少直接劳动工人数；（3）产品质量高而稳定；

（4）减少在制品库存量；（5）投资高、风险大，开发周期长；（6）管理水平要求高。

知道柔性制造系统与刚性制造系统主要区别。

刚性制造系统（dedicatedmanufacturingsystem，DMS）：

产品种类和工艺路线单一；生产效率高，成本低；缺少柔性，市场需求变化时重构成本高。

柔性制造系统（flexiblemanufacturingsystem，FMS）

具有复合加工能力；不需重构就能同时处理多种不同类型的产品；通过高技术保持高生产效率；技术要求高，实现成本较高。

3.4知道柔性制造系统的柔性体现在何处（5点）；

（1）物理上的柔性:

加工系统的柔性,

运输系统的柔性,

控制系统的柔性

（2）逻辑上的柔性:

任务分配的柔性,

工艺路线的柔性

理解加工中心与数控机床的包含关系；

加工中心都是数控机床，而数控机床不一定有复合加工能力,故数控机床不一定是加工中心。

知道加工中心的主要技术特点（3点）；

（1）刀具管理系统，以应对不同的加工需求；

（2）高自由度工作台；（3）多轴联动技术。

知道代表性的柔性运输设施（3个）。

（1）自动导引车（无人搬运车，AGV）；

（2）工业机器人（手-机械手，眼-传感器，脑-计算机等）；（3）自动化仓库

简单了解手型机器人与APC的区别。

托盘自动交换装置（automaticpalletchange，APC）

两者的主要区别在于手型机器人能够通过传感器识别不同的托盘。

3.5知道可重构制造系统（RMS）的概念，

可重构制造系统（reconfigurablemanufacturingsystem，RMS）：

一个重构周期内是刚性制造系统，通过定期重构实现柔性生产能力。

兼顾前面两者的优点，因平衡而优胜。

狭义上特指单元级制造系统，广义上覆盖车间级、企业级、跨企业级制造系统。

知道其与DMS、FMS在柔性、成本方面的优劣。

成本：

FMS>RMS>DMS；柔性：

FMS>RMS>DMS。

3.5知道RMS中的基本概念:

重构周期、构型、斜升时间。

●重构周期：

柔性制造系统随时可调整，可重构制造系统一段时间重构一次。

重构的间隔时间称为重构周期。

●构型：

可重构制造系统在一个重构周期内稳定保持一套生产配置方案，称为系统的一个构型。

●斜升时间：

由于重构会影响生产，可重构制造系统重构后总是需要一段时间回复到最佳状态。

斜升时间指可重构制造系统运行开始后达到规划或设计规定的效率、质量、成本的过渡时间。

3.5简单了解RMS在各层制造系统上的主要研究内容，

（1）单元级RMS：

主要研究可重构产品，如可重构机床、可重构机器人等（无冗余性）；

（2）车间级RMS：

主要研究逻辑重构方法，类似于成组技术，也称为快速重组制造；

（3）企业级RMS：

研究网络化的企业组织结构、分形企业、业务流程重组等；

（4）跨企业RMS：

研究企业动态联盟、敏捷制造系统等。

知道车间级重构的主要内容，

以逻辑重构为主，不一定要有可重构机床，主要在逻辑上重新分配各个机床的任务。

被调整的机床有复合加工能力，为组合机床，没有加工中心功能全面，并且不能自动换刀。

逻辑重构：

重新制定任务分配原则、重新设计工艺路线；物理重构：

设备重构（可重构机床重构或组合机床更换专用模块）、车间重新布局、增减或更换设备。

简单了解车间重构优化问题（本节例题1）。

略（见课件3_7-P29）

3.5知道可重构机床与组合机床、加工中心和可移动机床的主要区别。

加工中心：

快速、自动地完成功能切换，同时具有多种功能，重构成本很低，但机床自身价格较高。

可重构机床：

通常需要人工拆装，更换部件才能完成功能改变，需要停产，因此有一定的重构成本，但机床自身价格较低。

可移动机床：

指机床底座通过特殊设计方便拆离与固定，因此支持车间级的重构活动。

机床本身未必具备可重构加工能力。

可重构机床：

主要指机床的加工能力具备可重构性。

例如：

某机床这个月当车床使，经过月底一天重装，下个月当铣床使。

3.5简单了解网络化的企业组织结构、分形企业、企业动态联盟、虚拟企业、敏捷制造系统这些概念。

企业级：

网络化的企业组织结构：

将传统的金字塔组织结构和扁平型的组织结构结合起来。

企业级：

分型企业：

企业组织结构的自似性、单元内部的自治性。

【联想小组工作法】

跨企业：

企业动态联盟（虚拟企业）：

以研究企业联盟，并提高企业联盟的柔性为主。

跨企业：

敏捷制造系统（AMS）：

充分利用企业的外部资源。

3.6知道大规模定制（MC）的主要思想，理解客户订单分离点的概念，知道不同类型企业中客户订单分离点的位置，知道延迟策略的含义。

MC的主要思想：

把顾客的共性需求（commondemand）和个性化需求（personaldemand）区分清楚，并分别用大规模生产和定制生产两种方式有针对性的解决。

客户订单分离点：

大规模生产和定制生产两种模式的分界点。

企业类型

按库存生产

按订单装配

按订单生产

按订单设计

按订单研制

分离点位置

销售

装配

制造

设计

研发

延迟策略：

将产品形式和特征的变化尽可能向后推迟。

3.6知道基于控制论模型的主要控制策略：

需求策略、库存策略、渠道策略，知道库存策略与看板系统的关系；知道其针对的主要问题：

牛鞭效应。

需求策略：

预测市场的方法；库存策略：

设置安全库存的方法（例如看板系统）；渠道策略（中间件策略、在制品策略）：

为控制在制品数量而调整安全库存的方法（比看板内容多）。

3.6知道快速换线（SMED）分析方法中内部、外部作业的含义；

内部作业：

必须停产操作的换线动作；外部作业：

可以在换线前提前完成。

知道快速换线技术的核心方法：

事前准备。

3.6简单了解精益六西格玛的核心思想：

消除浪费、降低变异；知道六西格玛标准的含义：

3.4失误/百万机会。

3.6知道协同制造的核心思想，

抓着本企业的优势所在，将优势工作放在本企业，其它工作寻找成本低廉的合作。

以及可能的协同对象（4点）、

<1>上游供应商;<2>下游客户;

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