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1、 第第6章章 制造过程的生产管理模式制造过程的生产管理模式6.1概述概述6.2制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变6.3先进制造生产模式先进制造生产模式6.1概述概述 凡有人群的地方就有管理,自从人类出现了分工就存在着管理的需求。管理是人类社会需求的产物,又是劳动分工的产物,其本质是对关系的管理。管理是一项活动,又是一个过程,有着目的和内容。所谓管理,就是主体人为了实现预定的目标而协调客体间关系的过程。管理是历史的,是人类历史长河中前辈思考出来又留给后人的思想资源。管理是科学的,从对历史上的管理活动所作的分析看,管理是有规律可循的。管理是艺术的,它有很强的实践性,将千变万化的管理现象真实地
2、反映出来。因此,管理的属性是辩证性、历史性、科学性、艺术性和实践性的统一,并且已经形成了一门独立的科学,称为管理科学。管理包括管理活动、管理技术、管理知识。其中,管理活动是从事系统策划、整体调配以及效绩决策等的智力活6.1概述概述和具体行为;管理技术是指一套运作程序,具有特殊的目标性和工具性;管理知识是指一组原理原则,它是通过理性的认知与经验的验证而获得的,具有观念的概括性和系统性。企业管理是一种指导与控制企业复杂的生产过程的科学方法,是指企业经营者根据一定的理论、原则、法令、法规、程序,运用一定的方式和方法,对企业所能支配的人、财、物、信息、能量等有形资产和无形资产,进行有效地计划、组织、指
3、挥、协调和控制,使各项要素得以合理配置,以求达到企业所预期实现的战略目标和策略目标。现代化的企业管理是由管理的思想、目标、方针、组织、制度、方法、手段、装备八个子系统组成的互联、互促、互制约以及协调的整合体系,如图6-1所示。6.1概述概述图6-1现代企业管理体系 从管理理念的发展来看,管理已经历了三大阶段,即分工理论、集成/综合理论和量子论三个阶段。由斯密、泰勒、法约尔等总结创造的分工理论,其核心思想是分工出效率,分工可以降低对员工的技能要求,分工可以分散管理风险,是工业社会阶段的主要管理思想支柱。但是,随着企业的规模化和全球化的发展,企业管理的递阶层次越来越庞大,有的多达1020层,惊人的
4、管理成本早已抵消了分工带来的效益。20世纪70年代初,以哈林顿为代表的集成/综合6.1概述概述管理理论兴起,它强调了两个基本点,即系统的观点企业是由各个生产环节组成的一个不可分割的整体,需要统一考虑,应当环环相扣、协调运转;信息的观点企业的生产制造过程本质上是信息采集、传递、加工和处理的过程。于是,在信息革命的支撑下,基于信息集成、过程集成和企业间集成的新的管理理念和模式蓬勃发展,如集成的、并行的、敏捷的、虚拟的、网络化的管理新理念。随着知识经济的兴起与发展,知识管理的新理念正在形成。其基本思路是,知识是由人创造和生产的,而创造和生产知识的人具有个性和社会性双重属性,必须针对人力资源的特性创造
5、新的管理模式。6.1概述概述 图6-2制造系统模型 所谓模式,就是榜样或模板,尤其是特别清晰和典型的榜样。模式是众多同类系统模仿的“典范”,它应该全面反映系统的各个方面。企业管理模式是一种系统化的指导与控制方法,它把企业中的人、财、物和信息等资源高质量、低成本、快速及时地变换成市场需要的各种商品和服务,如图6-2所示的制造系统模型,输入包括有关的各种资源,输出是各种产品及服务,反馈有产品及服务性能品质反馈、顾客及用户需求和意见反馈。从系统论的观点看,管理过6.1概述概述程就是为了某一目标而有效地控制各种活动,在保证质量及合理成本条件下,及时、高效地将产品及服务推到市场。制造系统是一种人造的开放
6、式系统,体现了人类的意志、原则和规律。制造系统是建立在某种理性哲理即模式的基础上,是某种制造模式的物理实现。制造管理模式决定了制造系统的结构和运行方式,具有十分重要的意义。制造管理模式可以理解为客观制造系统在人头脑中的主观影像,是人们设计新的制造系统(企业)或者改造现有制造系统时所依据的基本概念、原则和理论,以及制造系统在运行过程中所遵循的规律。不同管理模式是为了适应某些管理过程,或在特定的管理理论指导下发展起来的。理想的管理模式应该是需求和6.1概述概述供给处处、时时维持平衡,库存为零。这里需求、供给和库存均是广义的,可以是最终产品,也可以指半成品或资金等。真正的广义零库存是不可能的,因为它
7、是一种复杂的过程,而人的认知能力和企业的能力均是有限的。6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变6.2.1制造业生产模式的发展制造业生产模式的发展 人类制造业及制造系统生产模式的发展已有了漫长的历史。但长期以来,人类社会处 于手工技术和手工业的水平,制造业及制造生产模式的真正形成与发展还只有近两百年的历史。回顾历史,人类制造业生产方式的发展大致经历了四个主要阶段。1.手工与单件生产阶段手工与单件生产阶段 在人类发展的历史进程中,很长一段时间人类生产力主要是人力,所采用的生产模式是家庭作坊式的手工生产模式,直到1776年瓦特制造出第一台有实用价值的蒸汽机之后,制造业发生了革命性的变化,人
8、类进入了机器生产的时代。从手工业到机器作业,从而脱离了家庭作坊式的手工生产模式,生产率有了较大的提高,揭开了近代工业化大生6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变产的序幕,其基本特征为:1)手工操作通用机床,按用户要求进行单件生产,生产的产品的可靠性和零件的互换性差,可靠性和一致性不能得到保证。2)劳动生产率低,生产成本高。3)生产者是整台机器的作坊业主。4)工厂组织结构松散,管理层次简单。2.大批量生产阶段大批量生产阶段 从19世纪中叶到20世纪中叶,在E.Whitney提出的“互换性”和“大批大量生产”,Oliver Evons将传送带引入生产系统和F.Taylor倡导的“科学管理
9、”的基础上,Henry Ford开创了汽车装配自动流水生产线,从而导致了一种新的生产模式即大量生产方式(Mass 6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变Production)的产生。这种模式推动了工业化进程,为社会提供了大量的经济产品,促进了市场经济的高度发展,使制造业开始了第一次生产方式的转换。其主要特征是:1)实行从产品设计、加工制造到管理的标准化和专业化生产。2)采用移动式的装配线和高效的专用设备。3)实行纵向一体化管理。把一切与最终产品相关的工作都归并到厂内自制。但这种生产模式在降低生产成本、提高劳动生产率的同时,是以损失产品的多样性为代价的。3.柔性自动化生产阶段柔性自动化
10、生产阶段 从20世纪50年代开始,随着生产环境的变化,人们逐渐认识到刚性自动化的不足,大量生产少数产品品种的局限6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变性越来越大,对大批量生产方式的缺点有了进一步的认识,包括:劳动分工过细,导致了大量功能障碍;对市场和用户需求的应变能力较低;纵向一体化的组织结构形成了臃肿官僚的“大而全”的塔形多层体制。市场的多变性和顾客需求的个性化、产品品种和工艺过程的多样化以及生产计划与调度的动态性,迫使人们寻找新的生产方式,提高工业企业的柔性和生产率,并试图从技术的角度改变大批量生产模式的不足。1952年美国麻省理工学院试制成功第一台数控铣床,揭开了柔性自动化生产
11、的序幕。1968年英国莫林公司和美国辛辛那提公司建造了第一条由计算机集中控制的自动化制造系统,定名为柔性制造系统。20世纪70年代,出现了各种微型机数控系统、柔性制造单元、柔性生产线和自动化工厂。以上这些技术进步和发展,标志着6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变柔性生产的开始。与大批量生产模式相比,它工序相对集中,没有固定的节拍,物料非顺序输送将高效率与高柔性融于一体,生产成本低,具有较强的灵活性和适应性。4.高效、敏捷与集成经营生产阶段高效、敏捷与集成经营生产阶段 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,企业所处的外部环境日趋复杂多变,使得企
12、业面临一系列前所未有的挑战。这个阶段的特征为:1)市场需求波动,消费者行为更加具有选择性,产品需求朝多样化发展。开放自由表达多样化潮流的发展,是消费者价值观念结构性变化的必然结果,消费者不仅要求产品体现个性,且其需求的变化十分迅速。2)市场对产品性能、质量要求更高,产品寿命缩短。6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变 3)国际合作成为科学发展的强大势头。科学技术、经济、生产及市场的全球化、一体化、社会化已成为必然趋势,国家间的市场界线即将消失,企业经营处于全球化竞争环境之中,科技的发展对经济和社会的影响将空前广泛,愈加深刻。4)竞争日趋激烈。技术的迅速发展、市场的用户化、经济的全球化
13、及基于不同基础上的企业竞争行为等组合作用的结果,使竞争形势瞬息万变,其速度远远超过了现有企业内部因素变化的速度,使得企业的生存与发展越来越取决于对市场变化的响应速度。5)技术迅猛发展。大量新技术不断涌现并向各个领域渗透,科技内部的交叉和联系,以及科学技术与社会相互作用的进一步增强,使技术、知识及产品的更新速度加快,特6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变别是计算机技术、信息技术的发展,引起人类生产力的飞跃和社会生产方式的巨变,成为推动企业全面变革的主导力量。先进制造生产模式主要有:以空间换取时间、多专业、多人员协同一致工作的并行工程(CE,Concurrent Engineering
14、);集单件生产与批量生产优点于一体的精益生产(Lean Production),和以灵活应变为目标,基于柔性技术、知识化熟练工人及创新管理机制的敏捷技术与企业(Agile Technology&Enterprise);从仿生学角度提出了仿生制造;从分形理论(Fractal Theory)提出了分形公司;为了保护环境又提出绿色制造等管理模式。这些新的制造系统与管理模式各有特色与侧重点,但都是以并行思维(Concurrent Thinking)和交叉学科为基础,在协同攻关(Team Work)的组织形式、虚拟公司的概念6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变和技术融合聚变的创新方法指导下,
15、通过互补性合作,以适应环境的变化,并将系统空间扩大到顾客与供应商。采取简化过程,在更大的时空范围中优化资源,得到非线性的高深层次的附加效益。它们既反映了上市时间这一市场机制中最本质的需求,又抓住了信息技术给人们提供的人-机交互式处理复杂问题这一个最本质的机遇。它们的共同特点是: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)制造系统的策略将集中在灵活组织社会资源,企业从6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变按功能划分部门的固定组织形
16、式向动态的、自主管理的小组工作组织形式转变。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)技术创新将成为未来企业竞争的焦点。6.2.2先进制造生产模式的战略目标先进制造生产模式的战略目标 先进制造生产模式,其本质就是集成经营。集成经营是在新的市场环境下,将企业经营所涉及的各种资源、过程与组织进行一体化的并行处理。通过集成使企业获得精细、敏捷、优质与高效的特征,在更大的空间范围与更深的层次上有效地共享资源,以适应环境变化对质量、成本、服务及速度的新要求;通过增强生产或企业范围内的系统6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模
17、式的演变一致性、整体性和灵活性来提高企业的应变力,以求得快速响应不可预测的市场的变化。先进制造生产模式的主要战略目标可以概括如下:1.获取生产有效性为首要目标获取生产有效性为首要目标 卖方市场的特征使大批量制造生产模式的生产有效性成为既定满足的条件,致力于生产效率的提高成为了大批量制造生产模式的中心任务。当今复杂多变的市场环境,特别是消费者需求的主体化与多样化倾向使得制造生产的有效性问题突现出来。先进制造生产模式不得不将生产有效性置于首位,由此导致制造价值定向(从面向产品到面向顾客)、制造战略重点(从成本、质量到时间)、制造原则(从分工到集成)、制造指导思想(从技术主导到组织创新和人因发挥)等
18、出现一系列的变化。6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变2.以制造资源集成为基本制造原则以制造资源集成为基本制造原则 制造是一种多人协作的生产过程,这就决定了“分工”与“集成”是一对相互依存的组织制造的基本形式。制造分工与专业化可大大提高生产效率,但同时却造成了制造资源(技术、组织和人员)的严重割裂,前者曾使大批量生产模式获得过巨大成功,而后者则使大批量生产模式在新的市场环境下陷入困境。3.经济性源于制造资源的快速有效集成经济性源于制造资源的快速有效集成 经济性是任何一种制造活动都要追求的主要目标。先进制造生产模式的经济性体现在制造资源快速有效集成所表现出的制造技术的充分运用、各种形
19、式浪费的减少、人的积极性的发挥、供货时间的缩短和顾客满意度的提高等。4.着眼于组织创新和人因发挥着眼于组织创新和人因发挥6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变 与以技术为主导的大批量制造生产模式不同的是,先进制造生产模式更强调组织和人因的作用。技术、人员和组织是制造生产中不可缺少的三大必备资源。技术是实现制造的基本手段,人是制造生产的主体,组织则反映制造活动中人与人的相互关系。技术作为用于实际目的的知识体系,它本身就源于人的实践活动,也只有通过被人所掌握与应用才能发挥其作用。而在制造活动中人的行为又受到他所在组织的影响、诱导、制约和激励。所以,制造技术的有效应用有赖于人的主动积极性,
20、而人因的发挥在很大程度上取决于组织的作用。显然,先进制造生产模式着眼于组织与人因是抓住了问题的关键。5.重视发挥新技术和计算机信息的作用重视发挥新技术和计算机信息的作用 抓住计算机发展和应用所提供的契机,以最新技术(如6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变CAD、CAM、CAE、CAID、CAPP、MRP、GT、CE以及FMS等)、全面质量管理(TQM)以及计算机网络作为工具和手段,将这些当今先进的技术与组织变革和人因改善有效集成起来,便可发挥出巨大潜能。6.2.3先进制造生产模式的核心问题先进制造生产模式的核心问题 任何事物发展的各个阶段,均有其创新和继承、个性和共性两个方面,先进
21、制造生产模式也不例外,它虽有创新却继承了过去的某些原理。从管理角度来看,先进制造生产模式有待解决的核心问题是:组织创新、集成经营、质量保证体系、重组工程、以人为本、人机分工、人机匹配,用分工协作代替全能,用并行或交叉作业代替串行作业。1.组织创新组织创新 未来企业之间的竞争,除了比谁的资源和技术具有关键6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变性外,另一个决定性的因素就是组织的创新优化。现代企业组织结构的特性主要体现在以下几个方面:(1)灵活性利用不同地区的现有资源,迅速组合成没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的统一指挥的经营实体虚拟企业和虚拟单元。(2)分散性为了使资源信息快速
22、、准确地提供给组织内各个潜在的决策者,也为了使决策者能迅速调动所需资源,需要用信息网络将组织成员连接起来,形成组织结构的网络化。(3)动态性企业的组织结构将从传统的、递阶层次的“机械结构型”向更适合市场竞争的“化学分子型”和“生物细胞型”转变,成为扁平的多元化“神经网络”。这种组织结构在整个产品生产周期是动态变化的,可及时重组和解体。6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变(4)并行性产品开发工作在时间坐标上相互重叠与交叉,小组内的成员并行工作,协同完成产品设计、制造、销售等任务。(5)独立性项目组在企业内是相对独立的,项目负责人有权决策项目内的活动。(6)简单性项目组内以简单的工艺流
23、程来代替传统的整个工厂集中控制的复杂的流程。2.集成经营集成经营 代表精细、敏捷与柔性的集成经营是在新的市场环境下,运用系统集成思想与技术,将企业经营所涉及的各种资源、过程与活动进行一体化的并行处理。企业这种快速有效集成经营形式与传统企业的概念完全不同。集成经营要有先进的工业信息网络。它的组织形式是一种动态联盟,6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变要妥善处理知识产权和无形资产的评估、保护、转移和归属,成员间相互信任与合作是成功的关键,利益驱动是各成员参加联盟的推动力。它需要创造良好的外部环境和改善内部管理,建立新的投资及投资评价观以及获得信息技术的支持等。3.新的质量保证体系新的质
24、量保证体系 在目前消费者需求主体化、个性化和多样化的趋势下,对先进制造生产模式而言,质量成为多元化问题,甚至是国际化问题,需要有新的质量保证体系,其中有:(1)新的三维质量观这包括全面质量满意、适度质量和质量的时间性。全面质量满意,指在产品整个生命周期中用户的满意度、企业本身的满意度(即指一般员工、管理者以及所有者或股东三种人的满意度)以及社会和国家的6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变满意度(因为质量不只是企业与消费者之间的问题,还涉及包括非消费者在内的大多数人,质量如果不能与自然和社会环境相适应,不能满足社会和国家的需要,企业最终仍会走上失败之路)。适度质量,这是质量的经济性问
25、题。过高的、超过需要的质量会造成资源浪费,而过低则达不到全面质量满意。因此,在解决了全面质量满意的测度之后,如何确定适度的质量水平就十分必要。质量的时间性,指市场瞬息万变,消费者的价值观也在变化,因此质量具有时间性,在目前时间点上是适度质量的产品,若干时间后则可能是不良质量的产品。(2)新的质量保障体系先进制造生产模式的产生与发展以及人类质量观念的不断更新,要求新的质量保障体系必须是着眼于战略层次的、内容丰富的开放系统。建立先进6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变制造生产模式下的质量保障体系应遵循以下三个基本原则:1)人本原则。人因的发挥、信任员工、自主管理和员工参与都是人本原则的
26、具体体现,这一切都有赖于对员工的质量培训与质量教育。质量教育是质量保障体系的一项重要内容。2)过程监控。新的质量保障体系的着眼点必须从过程的结果(产品质量)转移到管理过程本身,以过程质量确保产品质量。只有识别、组织、建立和协调各项质量过程网络及其接口,才能创造、改进和提供稳定的质量,这就是过程监控原则。3)体系管理。任何一个企业(组织),只有依据实际的环境条件,策划、建立和实施质量体系,实施体系管理,才能管理6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变有效,因此,必须实行体系管理。4.生产过程重组生产过程重组 生产过程重组(重组工程)是对现有生产过程进行根本性的再思考和彻底的再设计,以求大
27、幅度地提高生产过程所追求的主要绩效:成本、质量、服务和速度。它有四个基本观点:(1)过程观点生产过程涉及为达到生产目的而实施的一组逻辑上相关的任务,包括人、物流、能源、设备等的逻辑组合和实现特定目标的工作程序,这些必是有机联系的。(2)根本性的再思考要摒弃过时的生产观点和管理思想,重新深入思考“企业应该做什么”这一类基本问题。(3)彻底的再设计就是要进行全面创新,而不仅仅是在某些方面的改进。6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变(4)大幅度提高绩效这是重组生产过程的目的,也是衡量生产过程重组成功与否的标志。5.以人为本以人为本 在先进制造系统中,人的因素越来越受到广泛重视,人的积极性
28、能否充分发挥对先进制造生产方式至关重要。要改变传统的管理职能,将对人的监督、控制和奖惩改变为对人的不断关心、激励和培训。需要企业采取如下措施:(1)优化组合各种不同特点和专业特长的人才一个好的团队应该充分考虑到人才之间性格、专长和能力的互补,这样组合起来的群体作用会大大超过个体之和,反之会对企业的高效运作起破坏作用。(2)创建以人为中心的企业文化和价值观员工应从控制对象转变为授权对象,尽可能让他们参与过程运营的日常6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变决策,创建更加开放、更加简捷的交流报告机制。(3)组建跨学科项目团队传统的工作模式,即长期从事一项工作会使员工与此项工作无关的能力丧失
29、,墨守陈规和强求一致会扼杀人的创造力,人们将不知不觉地被同化,员工的创造性和主观能动性越来越低。在新的生产模式中,跨学科的团队的建设将大大解放创造力,激发员工的积极性。团队必须具备开放式思维、网络式思维和动态思维,从而为员工的学习和创新提供动力源泉。这种网络团队要求员工掌握多门学科知识,具有对各种挑战的应变能力,以并行方式集成每一个人的全部知识和技能,使员工具有很强的创新能力和很高的工作效率。(4)促进团队之间的互相信任团队之间的互相信任是团队成员合作的基础。信任是减少偷懒行为和增强合作绩效6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变的最有效机制。它能充分发挥人的积极性与潜力,从而使团队产
30、生个人效用和他人效用同步增长。所以说,以人为本、尊重人与信任人是团队顺利工作的前提。应在团队内部建立竞争与合作并存的机制,促进团队在已有核心能力的基础上不断创新。6.人机分工和人机匹配人机分工和人机匹配 首先是人机分工原则。人和机器各有所长,在制造系统中要加以分工,相互匹配,使总体功能优化。其分工原则:不宜用人的工作完全由机器完成;人可简易完成,机器极难完成或不能完成的工作,应由人去完成;人、机均可完成的工作,可根据技术、经济条件,选择以机为主,人作后备,以提高系统的可靠性,或者由人完成,条件具备时再向前者转化。6.2 制造业生产模式的演变制造业生产模式的演变 其次是人机系统均要考虑人文因素。
31、制造系统作为人机系统,其总体功能发挥的状况,取决于人的作用的发挥状况。但人与机器不同,他发挥作用的积极性、主动性、创造性和能力,取决于以下人文因素:激励政策、良好企业文化和工作作风的建立、充分的员工培训和继续教育、合理的组织结构和岗位责任、合理的运作规则和程序、宜人的工作条件和环境等。7.用分工协作代替全能用分工协作代替全能 每个企业放弃全能,保留专长,各自发挥自身优势。利用企业间的分工协作,优势互补,实现共同目标。协作范围可以跨行业、跨地区以至跨国界。协作领域可以是产品零部件配套生产、新技术研究和新产品开发。企业间协作关系不是依赖于指令,而是由共同利益驱动,由协约来保证。6.2 制造业生产模
32、式的演变制造业生产模式的演变8.用并行或交叉作业代替串行作业用并行或交叉作业代替串行作业 任何工程作业均有其流程特性,即先行工序与后续工序的顺序不能颠倒,亦不能同时进行。在符合流程特性的前提下,将串行作业改为并行或交叉作业,是缩短工作总周期的一种广为应用的方法。如在生产技术准备工作中,通过一体化和并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程);利用计算机网络和模拟仿真技术,对分布式进行的各种相关工作环节,按其流程顺序传送和反馈彼此相关信息;通过反复地相互迭代设计和仿真检验,使整个技术准备工作同时完成,以缩短工作周期。6.3先进制造生产模式先进制造生产模式6.3.1并行工程并行工程 并行工
33、程(CE,Concurrent Engineering),有的地方称为同期工程(Simultaneous Engineering)。并行作业的思想早就存在,作为一种工程界的科学方法始于20世纪80年代中期。制造系统与制造工程中的并行工程指的是对产品开发生命周期中的一切过程和活动,借助信息技术的支持,在集成的基础上实行并行交叉方式的作业,从而缩短产品开发的周期,缩短产品投入市场的时间。并行工程是一种加速新产品开发过程的制造系统模式,是制造业在竞争中赢得生存和发展的重要手段。传统的产品开发是一个串行工程,信息是单向、串行地流动,设计、制造过程中缺乏必要和及时的信息反馈。在设计早期不能全面考虑下游的
34、可制造性、可装配性等多种因素,致使经常需要对6.3先进制造生产模式先进制造生产模式设计进行更改,构成从概念设计到设计修改的大循环,而且可能在不同环节多次重复同一过程,造成设计改动量大、产品开发周期长、成本高,难以满足日益激烈的市场竞争需求。串行方式已经严重影响企业的发展。并行工程的概念正是在这种情况下提出的。对于并行工程的定义有多种说法,至今并没有统一。1986年美国国防部先进计划局DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)制订了一项为期五年的并行工程的起动计划DICE(DARPA Initiative in Concurrent Engi
35、neering)。R.I.Winner在美国防务分析研究所的研究报告中对并行工程作了如下的定义:并行工程是一种对产品及其相关过程(包括制造过程和有关的支持过程)进行平行、一体化设计的系统化工作模式。6.3先进制造生产模式先进制造生产模式这种模式力图使开发人员从一开始就考虑到产品的生命周期(从产品的概念形成到其报废消亡)中的一切因素,包括质量、成本、进度计划和用户需求。图6-3产品开发生命周期中不同阶段对最终产品价值的影响 这个定义明确地指出:系统化方法是并行工程的核心,它把产品设计的早期阶段,特别是顾客需求这个最初的也是最重要的阶段包括到系统中来。这是因为,产品开发的早期阶段设计工作的正确与否
36、决定了未来产品价值的主要6.3先进制造生产模式先进制造生产模式部分(据统计约占50%),可是,它们所花费的费用只占很少的部分(据统计约占10%)。产品开发生命周期中不同阶段对最终产品价值的影响如图6-3所示。并行工程的本质是分析和优化产品开发过程,并在信息集成的基础上实现过程集成。对传统设计和生产方式,概念设计的开支很小,但它却是决定最终成本的最主要因素;而最后的生产阶段花费的成本最多,但对最终成本的动态影响却很小。这说明按照传统的设计和生产方式,即使在生产过程中做很大努力提高效率,成本却很难下降。而并行工程对设计阶段高度重视,虽花费较高成本,但却提高了生产的一次成功率,生产过程中避免了传统方
37、式中常常出现的反复修改和浪费,从而使生产准备和制造时间大大缩短,生产成本显著下降。并行设计是并行工程的哲理在6.3先进制造生产模式先进制造生产模式产品设计开发活动中的具体体现。并行工程有如下特性:(1)并行特性把时间上有先后顺序的活动转变为同时考虑和尽可能同时并行处理的活动。并行性有两方面含义:其一是在设计过程中通过专家把关,同时考虑产品生命周期的各个方面;其二是在设计阶段同时进行工艺(包括加工工艺、装配工艺和检验工艺)过程设计,并对工艺设计的结果进行计算机仿真,直至用原型法生产出产品的样件。(2)整体特性将制造系统看成是一个有机整体,设计、制造、管理等过程不再是一个个相互孤立的单元,而是将其
38、纳入一个系统考虑。设计过程不仅要给出图样和其他设计资料,还要考虑质量控制、成本核算、进度计划等。把产品开发的各种活动作为一个集成的过程进行管理和控制,6.3先进制造生产模式先进制造生产模式以达到整体最优的目的。(3)协同特性特别强调人们的群体协同作用,包括与产品全生命周期(设计、工艺、制造、质量、销售、服务等)的有关部门人员组成的小组或小组群协同工作,充分利用各种技术和方法的集成。这种途径生产出来的产品不仅有良好的性能,而且产品研制的周期也将显著缩短。(4)约束特性在设计变量(如几何参数、性能指标、产品中各零部件)之间的关系上,考虑产品设计的几何、工艺及工程实施上的各种相互关系的约束和联系。实
39、施并行工程的优点有:1)缩短产品投放市场的时间。并行工程技术的主要特点是可以大大缩短产品的开发和生产准备时间,使两者部分相重合。6.3先进制造生产模式先进制造生产模式2)降低成本。并行工程可在三个方面降低成本。首先,可以将错误限制在设计阶段;其次,并行工程不同于传统“反复试制样机”的做法,而是靠软件仿真和快速样件生成实现“一次达到目的”,省去了昂贵的样机试制费用;第三,由于在设计时即考虑加工、装配、检验、维修等因素,产品在上市前的成本将会降低,上市后的运行费用也会降低。3)提高质量。采用并行工程技术,尽可能将所有质量问题消灭在设计阶段,使所设计的产品便于制造,易于维护。4)保证功能的实用性。在
40、设计过程中,同时有销售人员参加,有时甚至还包括用户,这样才能保证去除冗余功能,降低设备的复杂性,提高产品的可靠性和实用性。5)增强市场竞争能力。并行工程可以较快推出适销对路的产品,能够降低生产制造成本,能够保证产品质量,提高企业6.3先进制造生产模式先进制造生产模式的生产柔性,因而,企业的市场竞争力得到加强。美国国防分析研究所IDA(Institute for Defense Analyses)的研究结果表明,并行工程的效益是显著的,表现在:1)设计质量的改进,可使早期生产中工程更改次数减少一半以上。2)由于产品设计及其有关过程的并行进行,产品开发周期可缩短40%60%。3)多功能小组一体化的
41、产品及其相关过程的设计,使制造成本降低30%40%。要使产品开发的过程加快而且反复少,必须做到:1)采取有效的技术与工具加快每一过程。2)弄清每一过程,掌握内在规律,力争不产生或少产生差错,6.3先进制造生产模式先进制造生产模式减少系统的不确定性。3)通过正确而又及时的反馈机制与方法,减少产品开发中的反复。上述前两项主要由单元技术与方法来解决,如计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺计划(CAPP)、管理信息系统(MIS)等。第三项任务主要靠系统工程与系统理论的方法来解决。因此,并行工程是系统工程与系统理论在制造业中的应用。系统工程是一种科学方法,为了更好地达到某项复杂任务的目标,系统工程提
42、出了一套完整的方法,对该项任务的构成要素、组织结构、信息流动和控制机制等进行科学的分析与有效的设计。现实世界中,人们有两种不同的工作方式:串行作业和并行作业。制造系统与制造工程中的串行作业与并行作业如图6.3先进制造生产模式先进制造生产模式6-4所示。串行工程与并行工程各自的主要特点如下:1)传统的串行作业方式是一个时间一件工作;并行作业方式则是一个时间多件工作。2)传统的串行作业方式是工作区间相互独立,顺序进行;并行作业是工作区间相互交叉与重叠。3)传统串行作业是多工种(专业)相互独立地工作;并行作业是多工种的多功能小组协同一致地工作。资源有限的现实条件下,要集中力量首先做好时间常数大的过程
43、的交互,或时间常数不大但是它们却相互接近的过程的交互。为了快速做出合格的产品,要加快上游信息过程状态的交互,保证最终产品一次成功。6.3先进制造生产模式先进制造生产模式图6-4串行与并行a)串行b)并行6.3先进制造生产模式先进制造生产模式 人们清楚地看到:要使并行工程取得成功,约束的规划、推理及管理是非常重要的。从这一意义上说,并行工程也可以看成是为了取得满意的产品,在产品开发的生命周期中,对一组范围广泛的约束进行规划、优化推理和决策的过程。这里的约束有两类:资源的不等式约束(如仓库面积图6-5资源分类只有100m2)和客观规律的等式约束(如力等于质量乘加速度F=ma)。推理有严格的逻辑推理
44、和启发式的智能推理。6.3先进制造生产模式先进制造生产模式 (1)资源的分类资源一般分成物质资源、时间资源和空间资源。如图6-5所示的资源分类情况,物质资源有材料资源、人力资源。材料资源指的是地下资源处理后的原材料及其制成品:零件和设备。人力资源是信息时代最重要的资源,分成技术人员与技艺人员两种。(2)资源约束的规划与调度为了做好资源的规划与调度,首先要建立资源约束的模型,进而分析模型、发现关键的约束变量、消除冗余的约束变量,这样可以大大缩小问题的范围与求解空间,最后找出满意的解答。资源约束的规划与调度的基本过程如图6-6所示。图6-6资源约束的规划与调度6.3先进制造生产模式先进制造生产模式
45、 值得指出的是:这里指的资源约束,是指选择有限的、有竞争的那些资源作为约束变量,而不是根据自然物理规律来选择资源约束变量。例如,空气不是资源,因为它是无限的(工程实际意义上),不存在竞争。但是,谁也清楚人们离开了空气是无法生存的。先进制造系统是一种非常庞大的、复杂的非线性系统,约束变量非常多,约束空间非常大。在建立约束模型选择资源变量时,一定要简化,选择有竞争的那些资源作为约束变量,而不是根据自然物理规律来选择。6.3.2敏捷制造敏捷制造 敏捷制造(AM,Agile Manufacturing)是美国Lehigh大学和美国通用汽车公司于1988年首次提出的制造生产新概念,在美国政府的资助和众多
46、企业参与下,它们于6.3先进制造生产模式先进制造生产模式1991年提交了研究报告。该研究报告系统地描述了敏捷制造的基本思想和如何实现敏捷生产的构想,并得到企业界和学术界的广泛认可,被誉为“21世纪制造企业的主要形式”。1992年美国政府将其作为“21世纪制造企业的战略”,其核心观点是利用美国信息技术的优势,夺回制造业的世界领先地位。敏捷制造是一种全新的制造概念。虽然敏捷制造一提出即受到广泛的重视和研究,但到目前为止,由于敏捷制造的内涵是一种哲理,正处于一个不断发展的过程,因此,还没有一个关于敏捷制造的公认定义。按照字面理解,敏捷(Agile)一词是“聪明、机动和快速”的含义。敏捷性(Agili
47、ty)则指制造企业能快速满足顾客对高质量、高性能产品和服务的要求,并能从急剧变化的市场中击败其他6.3先进制造生产模式先进制造生产模式竞争对手,从而能盈利和获胜的能力。敏捷制造思想的出发点是基于对多元化和个性化市场发展趋势的分析,认为制造系统应尽可能具有高的柔性和快速反应能力(即敏捷性),从而在变幻莫测、竞争激烈的市场中具有高的竞争能力。因此,敏捷制造是制造系统为实现快速反应和灵活多变的目标而采取的一种新的制造模式。美国机械工程师学会(ASME)主办的机械工程杂志1994年期刊中,对敏捷制造作了如下定义:“敏捷制造就是指制造系统在满足低成本和高质量的同时,对变幻莫测市场需求的快速反应”。因此,
48、敏捷制造的企业,其敏捷能力应当反映在以下几个方面:1)对市场的快速反应能力。判断和预见市场变化并对其快速地做出反应的能力。6.3先进制造生产模式先进制造生产模式2)竞争力。企业获得一定生产力、效率和有效参与竞争所需的技能。3)柔性。以同样的设备与人员生产不同产品或实现不同目标的能力。4)快速。以最短的时间执行任务(如产品开发、制造、供货等)的能力。5)企业策略上的敏捷性。企业针对竞争规则及手段的变化、新的竞争对手的出现、国家政策法规的变化、社会形态的变化等做出快速反应的能力。6)企业日常运行的敏捷性。企业对影响其日常运行的各种变化,如用户对产品规格、配置及售后服务要求的变化、用户订货量和供货时
49、间的变化、原料供货出现问题及设备出现故障等做出快速反应的能力。6.3先进制造生产模式先进制造生产模式 AM的基本思想是把动态灵活的虚拟组织结构、先进的柔性生产技术和高素质的人员进行全方位的集成,从而使企业能够从容应付快速变化和不可预测的市场需求。它是一种提高企业竞争能力的全新制造组织模式。由此企业、组织管理、产品以及生产等概念都发生了全新的变化。敏捷制造要求企业不同于传统观念上的有围墙的有形空间构成的实体空间,而是通过网络建立起来的信息交流高速公路,建立“虚拟企业”,将制造系统空间扩展到全国乃至全世界,以竞争能力和信誉为依据选择合作伙伴,组成动态公司。从策略上讲不强调企业全能,也不强调一个产品
50、从头到尾都是自己开发、制造。组织管理上,敏捷制造力图简化过程,不断改进过程;提倡以“人”为中心,用分散决策代替集中控制,用协商机制6.3先进制造生产模式先进制造生产模式代替递阶控制机制;提高经营管理目标,精益求精、尽善尽美地满足用户的特殊需要。敏捷企业强调技术和管理的结合,在先进柔性制造技术的基础上,通过企业内部的多功能项目组与企业外部的多功能项目组虚拟公司,把全球范围内的各种资源集成在一起,实现技术、管理和人的集成。敏捷企业的基层组织是多学科群体,是以任务为中心的一种动态组合。敏捷企业强调权力分散,把职权下放到项目组。提倡“基于统观全局的管理”模式,要求各个项目组都能了解全局的远景,胸怀企业