《现代制造技术》先进制造技术 第7章 制造模式-

第7章制造模式概述精益生产敏捷制造网络化制造柔性制造计算机集成制造制造业信息化

7.1概述1.制造模式的发展历程

产品制造模式大致经历了以下几个发展阶段：（1）专业工匠型（2）工场手工业（3）少品种小批量生产模式（4）少品种大批量生产模式（5）多品种小批量的现代制造模式少品种小批量生产方式具有如下特点：

①工厂组织和管理结构分散。②要求工人知识全面，技巧娴熟。③采用通用机床或简单通用的工具进行各种加工工序，没有或很少专用机床或工具。④产品零部件之间没有互换性。⑤产量低，成本高，质量难以保证。少品种大批量生产方式具有如下特点：①零件具有高度互换性。②采用刚性的流水生产线装配产品及或制造零部件。③实行高度的专业分工。④纵向一体化的组织结构。⑤产品极大地方便用户，便于维修。2.先进制造模式

先进制造模式定义：现代制造企业组织、管理企业人、财、物、产、供、销等一系列生产与经营的活动方式，是确定整个企业资源配置、产品制造、销售的组织管理方式和行为准则。它将先进的制造技术、设备和科学的管理有机地结合在一起以使企业快速响应市场和周围环境的变化，获取最优、最大的效益。主要的先进制造模式主要有：精益生产；计算机集成制造；敏捷制造等。7.1概述7.2精益生产精益生产（LeanProduction，LP）是美国麻省理工学院在“国际汽车项目”（InternationalMotorVehicleProgram）研究中，基于对日本丰田生产方式的研究和总结，于1990年提出的制造模式。它是随着《改变世界的机器》一书而闻名于世的。7.2精益生产1.丰田公司的精益生产方式

丰田汽车公司的精益生产组合了单件小批技艺性生产和大批量生产两者的优点，避免了技艺性生产的高费用和大批量生产的高刚性，特点可以归纳如下：（1）拉动式的准时生产方式，杜绝一切超前、超量制造；采用快换工装模具新技术；把单一品种生产线改造成多品种混流生产线，把小批次大批量轮番生产改变为多批次小批量生产，最大限度地降低在制品储备，提高适应市场的能力。（2）“零缺陷”工作目标和发现问题随时修改。所追求的目标不是“尽可能好一些”，而是“零缺陷”，即最低的成本、最好的质量、无废品、零库存与产品的多样性。（3）以“精简”为主要手段。（4）在生产组织结构和协作关系上，丰田生产方式一反大量生产方式追求纵向一体化的做法，把70%左右的汽车零部件的设计和制造委托给协作厂进行，主机厂只完成约占整车30%的设计和制造任务。（5）采用多功能作业小组和并行设计方式进行新产品开发。（6）与用户保持密切联系，将用户纳入产品开发过程。（7）改变劳资关系，强调人的作用。7.2精益生产2.精益生产方式特征比较项目精益生产方式大批大量生产方式生产目标追求尽善尽美尽可能好工作方式集成，多能，综合工作组分工，专门化管理方式权利下放宝塔式产品特征面向用户，生产周期短数量很大的标准化产品供货方式JIT方式，零库存大库存缓冲产品质量由工人保证，质量高，零缺陷检验部门事后把关返修率几乎为零很大自动化柔性自动化，但尽量精简刚性自动化生产组织精简一切多余环节组织机构庞大设计方式并行方式串行模式工作关系集体主义相互封闭用户关系以用户为上帝，产品随用户需求多变以用户为上帝，产品少变供应商同舟共济，生死与共互不信任，短期行为雇员关系终身雇佣，以企业为家随时解雇，工作无保障精益生产和大批大量生产的比较

7.2精益生产3.生产制造领域中的精益化(1)消除无效劳动和浪费生产过程中的无效劳动和浪费主要有以下几个方面：超量生产造成的无效劳动。等待的浪费。搬运的浪费。动作上的浪费。库存的浪费。加工本身的无效劳动和浪费。制造不良品的浪费。(2)拉动式生产方式①推动式与拉动式推动式生产方式特点：用超量的在制品保证生产不间断地进行，每个生产环节都规定在制品定额和标准交接期。当预先安排的作业计划与实际需要脱节的时候，就会出现一些无用或暂时不用的零件大量堆积，而一些短缺零件又供不应求，迫使工人不得不连班加点赶急件，产生一系列的无效劳动和浪费。拉动式生产方式特点：一切以后道工序需求出发，宁肯中断生产，也不搞超前超量生产。生产指令不仅仅是生产作业计划，而且还用看板进行微调整，看板成为实施拉动式生产的重要手段。②拉动式方法的应用拉动式方法在生产制造过程的具体运用，主要表现在以下几个方面：以市场需求拉动企业生产。在企业内部，以后道工序拉动前道工序生产，以产品总装配拉动部件总成装配，以部件总成拉动零件加工，以零件拉动毛坯生产。以前方生产拉动后方准时服务于生产现场。在大批量生产方式条件下，到处都以在制品作为缓冲环节。以主机厂拉动协作配套厂生产。(3)看板管理①看板的作用看板是生产活动中的“生产指令”、“运输指令”和“领料指令”，看板起着控制生产、微调作业计划和信息反馈的作用，防止过量生产和过量搬送。通过看板的传递或运动来控制物流，达到必要时间生产出必要数量产品的目的。②实施看板管理的条件必须是以流水作业为基础的作业，不适用于单件生产。企业生产秩序稳定，有均衡生产基础，工艺规程和工艺流程能够得到良好的执行，工序质量能有效地控制。设备工装状态良好，能够保证工序加工质量稳定。原材料和协作件供应数量、质量有保证。实施标准作业，企业内生产布局和生产现场平面布置合理。③看板的种类及用途看板的种类

④看板使用原则与使用方法

看板是用来组织生产、传递信息的一种手段。如果不周密地制定看板的使用方法，生产就无法正常进行。为使看板系统有效运行，必须遵循如下原则：没有看板不能生产，也不能搬送。看板只能来自后工序。前工序只能生产取走的部分。前工序按收到看板的顺序进行生产。看板必须与实物放在一起。不能把不良品交给后工序。看板管理传统管理1．按看板方式，实行后工序按需向前工序取货，取货按看板上规定的品种、数量去取，直送工位，不见看板不取货、不早取、不多取。1．按交、要货双方商定的标准交接期实行前工序向后工序送货，送货先送到要货单位中间库，再由中间库送工位，造成成品库、中间库、工位堆满零件重复储备。2．实行前工序只生产后工序取走的零件和数量，前工序执行不见看板不生产，在制品等于零。2．执行生产作业计划，不管后工序要不要，只顾自己生产，在制品堆满工位和工序间的滚道上。3．生产工人实行多工序管理，按看板信号有节拍地生产，生产工人不离岗位，设备、工装、质量有了毛病，生产工人给信号，后方工人跑步到现场，5分钟内解决问题。3．生产工人一人一机，按作业计划生产，设备有故障，生产工人要自己去找维修工人检修，工具更换要自己去领，质量检查发生问题自己去找工艺员，因而常造成生产停歇十几分钟乃至几个小时。4．工具送上工位，推行快速换刀、换模具、工装，成批生产实行多批次小批量，趋向流水化生产，大型模具换调时间不超过10分钟。4．换调工装、刀具时间长，执行大批量、少批次生产，库存量站70%，大型模具换调时间一般要4小时到1个班。5．按看板要求，每道工序执行生产工人自检，不良零件绝不流到下道工序，合格件才能挂看板，保证后道工序正常生产。5．零件质量检查依靠检查员，往往到最后一道工序才检查，一废一大批，漏检、错检容易发生，造成后工序停产，为了保证不停产，增加在制品储存。某企业应用看板管理与传统管理在生产管理上的分析对比

用看板组织生产过程的示意

用看板方式组织生产的具体过程如下：①后工序的取货人员将必要数量的传送看板和取货用的工位器具，送往前工序的贮存处。②当后工序的取货人员在贮存处领取零部件之后，立刻将原来挂在装零件的工位器具的生产看板取下，放到看板接收箱内。取件人员应将带来的空的工位器具，放置在前工序所指定的放置处。③取货人员每当取下一张生产看板后，必须相对应地挂上一张取货看板。当这两种看板在交换之际，取货人员必须小心核对，以确定是否系同一零件。④后工序在开始进行生产时，必须将传送看板取下并放入取货看板放置箱内。⑤前工序在进行一定时间或生产一定数量的零件后，必须将生产看板从看板接收箱内收集起来，并依照看板在贮存处被取下的顺序，放入生产看板放置箱内。⑥依照生产看板在其放置箱内的顺序，进行零件生产。⑦进行生产的零件和其生产看板在加工进行时，必须同时运动。⑧在零件加工完成后，零件和生产看板必须同时放到指定的贮存处，以便后工序取货人员能在任何需要时刻取走。(4)平准化生产平准化生产是丰田公司创造的名词，含义是同一条生产线上均匀地混合制造各种产品。实现平准化生产需要在计划上给予保证。一般采用两步的月生产计划：第一步要提前两个月制定初步的产品品种与数量计划；再提前一个月详细修订生产计划。这两份计划资料都要及时传送给各协作厂。第二步进入计划执行阶段，根据月计划，制定每天的生产计划，要求做到品种平准化。(5)同步节拍生产

同步节拍生产要点：①以人的作业为中心，在规定的节拍时间内，安排作业组合。②如果每日装配数量或装配节拍固定，则每条生产线按统一节拍进行加工。③车间之间和生产线内各工序之间要形成一个有机整体，后工序不要，前工序不生产，要根据节拍和工序能力，确定每个操作者看管机器的台数。④只保留工序中必要的标准在制品储备，若采用“一个流”生产，工序间的在制品不超过前一工序的装夹数不允许超量制造。⑤消除无效劳动和产生零件磕碰伤因素。同步节拍生产的组织方法：

①进行工时查定，编制作业指导书和作业组合表。②对设备平面布置和机床进行改造以提高作业效率。③革新改造工位器具，减少无效劳动和消除零件磕碰伤。④只储备必要的在制品并指定存放位置。(6)快换工装①快换工装实现方法：确定机外更换工装工作内容：

ⅰ做好机外更换工装准备工作。ⅱ用涂色法标明各类物品。ⅲ编制更换工装作业顺序表。改进工装与作业技术：

ⅰ采用标准化工装。ⅱ采用机能紧固件。ⅲ采用辅助安装板。ⅳ采用移动工作台，实行平移作业。ⅴ采用转位刀具、快换元件方式。ⅵ采用一次通过调换工装。

②快换工装实例快换刀具:ⅰ采用机夹转位刀具ⅱ采用更换刀具

ⅲ采用更换刀夹、刀柄快换钻模:KH11234KH2KH3KT15678快换钻模

③快换工装组织实施条件

产品设计系列化工艺设计成组化设备布置合理化工具调整服务现场化(7)生产现场管理

①现场作业标准作业标准的主要内容包括生产节拍、标准在制品、工艺规程和质量标准四个方面。具体形式有两种：一种是《作业标准指示图表》，具体规定了劳动组合、在制品定额、工艺要求和质量标准等。另一种是《标准操作规程》，从操作程序、安全生产、质量要求、刀具使用等诸多方面规定了产品加工全过程操作人员必须遵守的作业标准。②现场目视管理

目视管理的方法通常有以下几种：在零件、在制品存放地设立标牌，标明各类零件的存放地点、最低储备、最高储备。设立生产线停止指示灯或指示板。设置生产管理板。设立安全标志及宣传标志等。③现场工具管理

现场工具管理的基本要求是：组织工具的准时供应，保证工具的正常合理使用，降低工具消耗。主要做法是：工具直送工位、定置集配管理和定时强制换刀。④设备现场管理一旦设备发生故障，就要快速排除，使设备可动率达到具体做法有如下几个特点：实行全员维修和保养。实行针对性预防检修实行改善性修理。合理调整作业时间。⑤现场管理的“5S”活动

现场管理的“5S”活动，就是对现场进行不断的整理、整顿、清扫、清洁、素养。它是现场一切管理工作的开始，是提高现场管理水平的最基础的条件。(8)改善活动

改善活动的内容主要有：

①改善工艺②改善设备③改善操作④改善管理改善活动的实施方法：①消除等待时间，减少操作工人人数。②看板制度的推行不仅是控制生产数量，而且是激发排除浪费和提高生产力改善活动的方法。③开展以班组为单位的小集团活动作为推动改善活动的一种办法。7.2精益生产4.精益生产方式中的产品开发精益生产中的产品开发，主要是应用并行设计思想并行设计是产品在设计时与相关过程（包括制造过程和支持过程）进行集成的一种系统化设计方法。换言之，并行设计是在产品设计阶段侧重于同时考虑产品全生命周期（从概念形成到产品回收或报废处理中）的各种主要性能指标，从而避免在产品研制后期出现不必要的返工与重复性工作。并行开发与串行开发方式的比较

5.精益生产方式中的质量管理(1)现场质量管理精益生产的现场质量管理是是全面质量管理的重要组成部分。精益生产方式在质量管理上的基本观点是：质量是制造出来的而不是检查出来的，认为一切生产线外的检查、把关及返修都不能创造附加价值，反倒增加了成本，是一种无效劳动和浪费。7.2精益生产(2)设备零故障管理设备零故障管理的基础：

①维修人员要扭转“救火第一”的思想，要把工作重心放在预防上。②车间主任、生产指挥人员要扭转过去那种只关心生产进度，不关心设备的倾向。③操作人员要改变只管开机干活，出现问题找调整，机床坏了找维修，设备好坏与己无关的观念。④设备管理人员要转变只做数据统计、纸面传递信息的传统做法。⑤专业技术人员改变将精力主要投入在现场疑难问题的排除上，而应就现场发生的疑难问题全力思考如何从根本上解决问题，要从消除重复故障上下功夫。⑥企业的领导者对维修人员的评价，要注意预防性工作和保证设备不发生故障方面。设备零故障管理体系：①状态管理②故障管理③润滑管理④备件管理⑤信息管理⑥针对性预防检修现场各类信息⑦全员设备管理⑧人员素质管理(3)“五不流”质量控制法“五不流”指：不合格的原材料和协作件不投产；不合格的毛坯不加工；不合格的零件不装配；不合格的总成不装车；不合格的整车不出厂。为了实现“五不流”，可以采用如下控制原则：①用户至上的原则②定性考核与定量考核相结合的原则③解决问题，眼睛向内的原则6.精益生产方式中的准时采购准时制采购的特点

7.2精益生产7.3敏捷制造20世纪90年代初，美国制造业持续衰退，难以应付日本、德国等国家的挑战。美国里海大学在政府资助下，联合13个大型企业的专家，进行了一项关于制造业战略的研究计划。在其最终的研究报告《21世纪制造企业战略》中，提出了敏捷制造概念，并对敏捷制造（AgileManufacturing，AM）的概念、方法及相关技术作了全面的描述。7.3敏捷制造1.敏捷制造内涵

敏捷制造模式强调将柔性的、先进的、实用的制造技术，熟练掌握生产技能的、高素质的劳动者以及企业之间和企业内部灵活的管理三者有机地集成起来，实现总体最佳化，对千变万化的市场作出快速反应。敏捷制造要求企业具备如下特点：

技术研发能力生产的柔性能力个性化生产企业间的动态合作激发员工的创造精神新型的用户关系7.3敏捷制造2.敏捷制造要素

敏捷制造包括三个要素：生产技术、管理和人力资源。(1)敏捷制造的生产技术

敏捷性是通过将技术、管理和人员三种资源集成为一个协调的、相互关联的系统来实现的。①具有高度柔性的生产设备是创建敏捷制造企业的必要条件（但不是充分条件）。②在产品开发和制造过程中，能运用计算机能力和制造过程的知识基础，用数字计算方法设计复杂产品；可靠地模拟产品的特性和状态，精确地模拟产品制造过程。

③敏捷制造企业是一种高度集成的组织。

④把企业中分散的各个部门集中在一起，靠的是严密的通用数据交换标准、坚固的“组件”（许多人能够同时使用同一文件的软件）、宽带通信信道（传递需要交换的大量信息）。

(2)敏捷制造的管理技术①敏捷制造在管理上所提出的最创新思想之一是“虚拟企业”，或称动态联盟。②敏捷制造企业应具有组织上的柔性。(3)敏捷制造的人力资源

敏捷制造在人力资源上的基本思想是，在动态竞争的环境中，关键的因素是人员。

3.虚拟企业组建

虚拟企业的思想基础是共赢（Win-Win）。关于虚拟企业及其实现方式，在以下几个方面的看法已趋一致：①虚拟企业是利用已有的企业组织和技术基础来实现的，不需要高额投资作为前提。②虚拟企业需要相应的技术支撑，否则是不可想象的。③虚拟企业的实现不单单是技术方面的问题，更重要的是观念和组织上的转变、企业运作模式和社会协作体系（包括相关法律法规）的建立。④面向敏捷制造的系统组织结构7.3敏捷制造4.敏捷制造关键技术虽然说敏捷性的提高本身并不依赖于高技术或者高投入。但适当的技术和先进的管理能使企业的敏捷性达到一个新的高度。以下是其中的几个关键技术：跨企业、跨行业、跨地域的信息技术框架支持集成化产品过程设计的设计模型和工作流控制系统供应链管理（SupplyChainManagement，SCM）系统和企业资源管理系统（ERP）各类设备、工艺过程和车间调度的敏捷化敏捷性的评价体系7.3敏捷制造7.4网络化制造1.网络化制造与网络化制造系统

网络化制造是将网络技术与制造技术相结合的所有相关技术与研究领域的总称，是经济全球化和信息时代的产物，它吸取了敏捷制造的思想和哲理。从用户使用的角度看，网络化制造系统可以分为三个层次：区域门户网站普通服务层高级服务层7.4网络化制造2.网络化制造涉及的技术

网络化制造涉及的技术大致可以分为总体技术，基础技术，集成技术与应用实施技术。目前国内外对网络化制造技术的研究主要集中在：（1）网络化制造的理念与模式；（2）网络联盟企业建立与合作关系理论；（3）网络化制造采用的基础信息集成结构及信息共享机制，包括信息表达与交换的标准化(如：XML、STEP标准等)；（4）网络化制造集成平台和工具(如:产品协同设计平台、企业协同建模平台、产品资源库构建工具等)；（5）网络化制造系统的实施方法和策略；（6）基于网格计算的制造网络引起了网络化制造研究者的重视。7.4网络化制造3.网络化制造的实施方法

网络化制造的成功实施需要解决以下几个问题：

（1）观念的转变。（2）进一步提高网络的安全性（3）能够支持网络环境的软件。（4）建立广泛的社会支援体系。（5）有效数据库资源的整合。（6）企业动作实体的协同。（7）网络化制造的有效管理模式。（8）网络技术人才的培养。7.4网络化制造4.网络化制造实例（1）模具网络化制造深圳市模具网络化制造示范系统，以深圳市生产力促进中心为盟主，面向深圳地区、内地、香港和海外等地区模具客户的互联网信息门户网站。（2）绍兴轻纺区域网络化制造绍兴轻纺区域对网络化制造的需求可以归纳为以下几个方面：①供应链管理。②分销管理③客户关系管理④培训服务⑤采购业务服务⑥制造资源共享网络化制造系统总体设计结构分为四个层次：①通用网络化制造平台②浙江省区域网络化制造平台③绍兴轻纺区域网络化制造平台④绍兴轻纺区域网络化制造系统区域门户服务方式

由于绍兴轻纺区域内存在众多中小型企业，这些企业本身没有技术和资金来维护庞大的网络化制造系统，因此，ASP方式是比较理想的服务提供方式。7.5柔性制造1.柔性制造系统

（1）概念柔性制造系统是由数控加工设备、物料运输装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化而迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。柔性制造系统有以下三种层次：①柔性制造单元②柔性制造系统③柔性自动生产线（2）组成柔性制造系统的组成

7.5柔性制造2.柔性制造

柔性制造可划分为：

（1）机器柔性（2）工艺柔性（3）产品柔性（4）维修柔性（5）生产能力柔性（6）扩展柔性（7）运行柔性7.6计算机集成制造1.计算机集成制造概念

1973年，美国约瑟夫·哈林顿（JosephHarrington）首先提出计算机集成制造（ComputerIntegratedManufacturing,CIM）概念。哈林顿提出的CIM概念包含两个基本观点：（1）企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑。（2）整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程。计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem,CIMS）是基于CIM哲理而组成的系统，是CIM思想的物理体现。863计划CIMS专家组将它定义为：CIMS是通过计算机硬件和软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技木、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息流与物料流有机集成并优化运行的复杂的大系统。CIMS的组成包含二个要素，即人/机构、经营与技术。在要素的相交部分需解决四类集成问题：（1）使用技术以支持经营。（2）使用技术以支持人员工作和组织机构的运行。（3）人员设岗／机构设置协调工作以支持经营活动。（4）统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。7.6计算机集成制造2.计算机集成制造系统组成

计算机集成制造系统组成

（1）生产经营管理信息系统生产经营管理信息系统（ManagementInformationSystem，MIS）是企业在管理领域中应用计算机的统称。（2）工程设计自动化系统

该系统功能是在产品开发过程中利用计算机技术，进行产品的概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺设计与数控编程。（3）制造自动化系统

制造自动化系统的功能是在计算机的控制与调度下，按照NC代码将一个毛坯加工成合格的零件，再装配成部件以至产品，并将制造现场信息实时地反馈到相应部门。（4）质量信息系统

任务是采集、存储、处理与评价各种质量数据，对生产过程进行质量控制。（5）计算机网络系统

它是支持CIMS各个分系统集成的开放型网络通信系统，采用国际标准和工业标准规定的网络协议，可以实现异种机互联、异构局部网络及多种网络的互联。（6）数据库系统

这是一个支持各分系统并覆盖企业全部信息的数据库系统。7.6计算机集成制造3.计算机集成制造的实施

由于CIMS是一个复杂的大系统，需要将其分成几个层次进行控制。通常将CIMS分为工厂级、车间级、单元级、工作站级和设备级五个层次:（1）工厂级最高一级控制，进行市场分析、生产计划、生产准备和信息管理等。（2）车间级根据上级生产指令，协调车间生产工作和资源配置。（3）单元级负责将上级任务分解，确定零件加工路线，进行资源需求分析，给工作站分配任务，并对任务进展情况进行监督和控制。（4）工作站级一个工作站通常由一