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1、1,第九章 传统生产系统与先进生产系统,9.1 生产方式的发展历程 9.2 传统生产系统 9.3 先进生产系统 9.4 先进管理技术,下一页,2,9.1 生产方式的发展历程,一、 手工作坊与单件小批生产方式 1765年瓦特发明了蒸汽机，促使制造业发生了革命性变化。在专业化协作分工、蒸汽动力机和工具机的基础上，出现了制造企业的雏形：工场式的制造厂。 二、 大批量生产方式 从19世纪中叶到20世纪中叶，由于大批量生产及互换性的要求，传送带被引入生产系统，泰勒的科学管理方法被广泛使用，自动流水线出现在汽车装配中，制造业开始了第一次生产方式的转换：由“少品种单件小批生产”向“少品种大批大量生产”转换。
2、,下一页,3,9.1 生产方式的发展历程,三、 柔性自动化生产方式 从20世纪50年代开始，人们逐渐认识到刚性自动化的不足，面对市场的多变性和用户要求的个性化，开始探索提高工业企业的柔性和生产率。 四、 高效、敏捷与集成经营生产方式 自20世纪70年代以来，不同时期不同国家的经济增长、繁荣与停滞、衰退交替出现，国际间合作成为趋势，科技、经济、生产及市场的全球化使企业面临更激烈的市场竞争，技术的迅猛发展使技术与产品的更新速度加快，市场对产品的需求及产品的质量要求更高，产品的寿命周期缩短。,下一页,上一页,4,9.1 生产方式的发展历程,以日本和美国为主的制造业生产模式新概念层出不穷，如并行工程、
3、敏捷制造、精益生产、智能制造等，这些新方法的出现彻底动摇了原有的管理理论与生产方式，这些新方法的出发点和目标并不一致，但他们的共同特点是： （1） 从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会发展的需要； （2） 企业的组织结构将从金字塔式的多层次生产管理结构向分布式扁平的网络结构转变； （3） 从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变； （4） 制造系统的策略集中在灵活组织社会资源，企业从按功能划分部门的固定组织形式向动态的、自主管理的小组工作组织形式转变；,下一页,上一页,5,9.1 生产方式的发展历程,（5） 质量是企业尊严和品牌价值的起点，快速响应市场的竞争策略是制胜的法
4、宝； （6） 企业从单纯竞争走向既有竞争、又有结盟之路； （7） 技术创新将成为21世纪竞争的焦点。 目前，在理论上初具体系，在实践中取得成效的主要包括并行工程、敏捷制造、精益生产、智能制造及绿色制造等。,返回,上一页,6,9.2 传统生产系统,先进与落后是一对相对的概念。现在是先进的技术过一段时间就会落后。 在一个地区是先进的技术在另一个地区可能也已经落后。这里的传统生产系统是相对于20世纪70年代以来先进生产系统而言的。 一、 单机自动化 凡是工作运动（指刀具趋向工件、切削加工、退刀等）和辅助运动（装卸工件、开动和停止机床等）全部自动化并能连续重复进行加工的机床，称为自动机床。 能够自动完
5、成工作运动，但需要工人参与装卸工件的机床称为半自动机床。 图9-1所示为单轴纵切自动车床。,下一页,7,图9-1 单轴纵切自动车床,返回,8,9.2 传统生产系统,二、 自动生产线 自动生产线是按工艺顺序排列的若干台自动机床、专用机床或组合机床，用一套传送装置和控制系统联系起来形成的自动作业线。 在这样的系统中，毛坯和工件不需要工人直接操作，就能自动地顺序经过各个加工工位，转变为成品。 图9-4所示为典型的组合机床构成示意。 如图9-5所示，把组合机床及标准传送机构有机联系起来可以形成自动线，具有组合机床的一系列优点，并且自动线设计快、制造快、工作可靠。,返回,上一页,9,图9-4 组合机床的
6、构成,返回,10,图9-5 组合机床自动线,返回,11,9.3 先进生产系统,先进与落后是一对相对的概念。现在是先进的技术过一段时间就会落后。在一个地区是先进的技术在另一个地区可能也已经落后。 先进生产系统是指在相关行业领域竞争中能够满足市场的要求，并且在产品质量、生产效率及环境保护方面具有技术领先优势的生产系统。 一、 并行工程（Concurrent Engineering，CE） 长期以来，产品的制造工程是一个顺序工程，即产品开发的各个阶段都按顺序进行，如图9-6所示。 这种方法在早期不能全面的考虑其下游的可制造性、可装配性和质量可靠性等多种因素，造成设计与制造脱节。,下一页,12,图9-
7、6 顺序生产方式,返回,13,9.3 先进生产系统,并行工程的特点： 1 强调设计过程中的并行性 2 强调设计过程的整体特性 3 强调设计过程中的协同性 4 强调设计过程中的快速反馈 二、 精益生产（Lean Production，LP） 20世纪90年代，美国麻省理工学院在总结日本丰田汽车的生产方式后，提出了以改革生产管理为中心的LP体系，他们称之为“世界级制造技术的核心”。,下一页,上一页,14,9.3 先进生产系统,后来德国ACHEN工业大学发展了这个概念，以CE和团队小组工作方式为基础结构，以准时生产（Just In Time，JIT）、成组技术（Group Technology，GT
8、）、全面质量管理（Total Quality Control，TQM）技术为三根支柱，构成了精益生产方式。如图9-9所示。 精益生产在组织结构上尽量去掉一切多余的环节与人员。实现纵向减少层次，横向打破部门壁垒，实行分布式网络管理结构，如图9-10所示。 在生产过程中，采用先进的柔性加工设备，减少非直接生产工人的数量，使每个工人都直接对产品实现增值。 ,下一页,上一页,15,图9-9 精益生产构架,返回,16,图9-10 精益生产的组织结构,返回,17,9.3 先进生产系统,三、 敏捷制造模式（Agile Manufacturing，AM） 20世纪90年代以来，技术进步和产品更新的速度加快，产
9、品的生命周期缩短，市场竞争主要围绕新产品的开发而展开。 敏捷制造认为在未来的生产模式下，决定产品成本、产品利润和竞争能力的主要因素是开发。 生产该产品所需的是知识的价值而不是材料、设备或劳动力。敏捷制造改变了传统的企业设计与制造方式，其设计、制造过程向用户透明，用户可以参与设计至销售业务等各个方面的活动，敏捷制造系统的构架如图9-11所示。,下一页,上一页,18,图9-11 敏捷制造系统的构架,返回,19,9.3 先进生产系统,敏捷制造的基本特点： 1 AM是自主制造系统 2 AM是虚拟制造系统 3 AM是可重构的制造系统 四、 绿色制造模式（Green Manufacturing，GM） 绿
10、色制造是人类可持续发展战略在制造业中的体现。 绿色制造的内涵包括绿色资源、绿色生产过程和绿色产品三项主要内容和两个层次的全过程控制。也就是说用绿色材料、绿色能源，经过绿色的生产过程（绿色设计、绿色工艺技术、绿色生产设备、绿色包装、绿色管理等）生产出绿色产品。其体系结构如图9-12所示。,返回,上一页,20,图9-12 绿色制造体系结构,返回,21,9.4 先进管理技术,一、 制造资源计划模式、企业资源计划及智能资源计划 物料需求计划MRP (Material Requirement Planning)是20世纪60年代初期在美国开始出现的应用计算机来计算物料需求和制订生产作业计划的一种方法。
11、由于计算机强大的信息处理能力使企业的物资计划与控制取得了极大的成功。 MRPII的发展是随着计算机技术及其相关生产技术的发展而发展的。如图9-13所示。,下一页,22,图9-13 MRPII技术的发展历程,返回,23,9.4 先进管理技术,MRPII系统一般包括以下几个子系统： 1 基础数据库子系统 2 库存管理子系统 3 经营计划管理子系统 4 主生产计划子系统 5 物料计划子系统 6 车间作业计划与控制子系统 7 物资采购供应子系统 8 成本核算与财务管理子系统 ,下一页,上一页,24,9.4 先进管理技术,二、 现代集成制造系统 制造企业的CIMS包含经营管理、工程设计、产品制造、质量保
12、证和物资保障等五个功能系统，另外还要有一个能有效连接这些功能系统的支撑环境，即计算机网络和数据库系统，从而构成企业的信息集成系统，如图9-14所示。 1 管理信息系统（MIS） 管理信息系统（Management Information System，MIS）是CIMS的上层管理系统，它不仅需要根据厂情、国情和国际市场的需求信息做出生产决策、确定生产计划和估算产品成本和生产效益，而且需要做出物料、能源、设备、人员的计划安排，保证生产的正常运行。,下一页,上一页,25,图9-14 CIMS的构成,返回,26,9.4 先进管理技术,2 工程设计系统 工程设计系统又称为计算机辅助工程（Compute
13、r Aided Engineering，CAE）系统。 3 制造过程控制系统 这一部分主要是指车间生产设备和过程的控制与管理，其中主要是指CNC、FMC、FMS等设备或系统的挂靠过程控制与管理。 4 质量保证系统 这是一个保证产品质量的全企业范围内的系统。,下一页,上一页,27,9.4 先进管理技术,5 物资储存、运输与保障系统 这是保证全企业物资的供应系统，包括原材料、外购配套原器件、自产零部件和产品的存储和按生产调度计划及时提供给生产单位和操作人员。 6 数据库系统 这是包含各分系统的地区数据库和公用的中央数据库的分布式数据库及其管理系统。 7 网络系统 这是连接CIMS各功能分系统的计算
14、机通信网络系统，在通信协议下完成各分系统间信息和数据的通信和交换。,下一页,上一页,28,9.4 先进管理技术,三、 虚拟制造模式 虚拟制造（Virtual Manufacturing）简称VM，是20世纪末期美国提出的概念，其基本思想是：在产品的设计阶段，通过信息技术、仿真技术及虚拟现实技术对设计、制造等过程进行统一建模，适时地、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造技术、产品的可制造性及可装配性，从而更有效地组织生产，以达到产品开发周期和成本的最小化及质量最优化。,下一页,上一页,29,9.4 先进管理技术,与传统制造模式相比，虚拟制造模式有以下的特点：
15、 （1） 降低生产成本。 （2） 可缩短产品开发周期。 （3） 降低产品决策者的决策风险。 （4） 优化资源，实现敏捷制造和柔性制造； （5）便于用户对产品设计和制造过程的参与。,下一页,上一页,30,9.4 先进管理技术,虚拟制造涉及的技术领域较广，按照虚拟制造技术与各个生产阶段的关系，可将它分为三种类型： （1） 以设计为中心的虚拟制造（Design-Centered VM），在这种VM研究中，制造信息被加入到产品设计与工艺设计过程中，在虚拟平台上进行数字化制造，仿真多种制造方案，检验方案的可制造性及可装配性，预测产品的性能和成本，其主要目的是及早发现设计中的问题。 （2） 以生产为中心的
16、虚拟制造（Production-Centered VM），在生产计划模型运用仿真技术，方便、快捷地评价各种生产计划，检验新工艺的可行性，预测产品的生产效率和资源的需求，从而优化制造环境的配置和生产的供给计划。,下一页,上一页,31,9.4 先进管理技术,（3） 以控制为中心的虚拟制造（Control-Centered VM），在控制模型中加入仿真能力，提供对生产实际过程的仿真环境，在考虑车间控制行为的基础上，评估新的或改进的产品设计与车间生产的相关活动，从而优化制造过程或改进制造系统。 四、 分散网络化生产系统 分散化网络制造系统（Dispersed Networked Production System，DNPS）是利用不同地区的现有生产资源，把它们迅速组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体，以便迅速推出高质量、低成本的新产品。,下一页,上一页,32,9.4 先进管理技术,DNPS可分为以下三种类型： 1 一主多从型 主要是复杂产品的生产，主导企业仅从事产品的装配。 2 专有技术型 在设计、开发和制造高新技术产品的过程，往往需要某些专有技术和特种设
