工业工程论文【基于Witness的某制造车间看板生产系统仿真设计】开题报告.doc

XXXX大学文 献 综 述二级学院 班 级 107040801 学生姓名 XXXX 学 号 基于Witness的某制造车间看板生产系统仿真设计李xxx（ xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx）摘 要：首先总结阐述了国内制造型企业的问题和现代生产管理思想，接着分析了看板生产系统的产生发展及国内外的应用现状，并提出国内企业可以通过引进看板生产系统，改善目前生产状况的思想。本课题还拟结合某发动机总装车间生产实例，利用Witness建立看板生产系统仿真模型，进而有效评价和改善该实施方案。关键词：看板生产系统；生产系统优化；模拟仿真Abstract: First of all, the problems of domestic manufacturing enterprises and the modern production and management thinking are summarily described, and then the coming into being, development and application status at home and abroad of Kanban production system are analyzed. The idea that Kanban production system can be introduced in domestic enterprises to improve their current status of the production has been put forward. The research project also intends to combine an engine assembly plant for the case of Kanban production system. At the same time, using Witness simulation software to establish a simulation model of kanban production system, which could be used to effectively evaluate and improve this program that we have designed. Key words: Kanban production system optimization of production system simulation.0引言加入WTO后，我国制造型企业面临着来自国际、国内更加激烈的市场竞争1。错综复杂的市场环境，客户需求灵活多变，信息化水平突飞猛进等等问题和挑战。企业在多变的环境下，为应对经济全球化所带来的竞争，满足客户需求，赢得更多的市场份额和收益，我国制造型企业必须及时转变管理观念，尽快实现以顾客需求为核心的管理现代化，进而缩短产品的开发生产周期，降低生产成本，提高企业设备、资金、人员的利用率，增强企业的市场竞争力。鉴于国内企业的发展现状，本文首先对国内制造型企业出现的问题和应对措施进行了分析总结，接着提出引进日本的看板生产系统，通过实施看板生产系统管理，缩短产品的生产周期，减少在制品的数量，提高设备利用率，从而提高企业竞争力，使企业走上内涵式发展道路。本文拟采用Witness物流软件建立看板生产系统仿真实例模型，以便及时发现并解决企业实施看板生产系统时可能出现的问题，有效评价和改善该看板生产系统的实施状况。1制造业管理现状分析和现代生产管理思想1.1制造业管理现状分析在经济全球化趋势加快的背景下，我国制造型企业面对大好的发展机遇，从国外引进大量资金人才和先进技术。但传统的企业生产方式以及落后的管理水平，却阻碍了我国企业向高技术、高质量、高服务的方向迈进。特别是一些中小企业，由于不能及时应对环境变化，市场份额急剧下降，产品大量积压，流动资金匮乏，有的企业甚至面临倒闭的风险。分析原因，主要存在以下几个方面2。（1） 浪费严重。在产品制造过程中的浪费，归为七种，如表1所示。表1 国内制造型企业存在的主要浪费序号浪费种类主要原因1过量生产按计划生产 按固定批量生产2等待安排作业不当、停工待料、品质不良机器维修管理部门处理问题不及时3搬运生产现场布局不合理过量生产、放置、堆积、移动、整理过程中4加工加工程序不合理 次品返工5动作作业中动作多余次品返工等动作设计不合理6库存、仓储市场的需求信息不准确过量采购、生产7产品质量检验不严、操作无标准技术水平低劣、品质不良（2） 秩序混乱。工作无计划，操作无标准，职责不明，规章制度不执行，供应不及时，生产不均衡，安全、质量事故频发。（3） 环境脏、乱、差。设备布局、作业线路不合理，物料、半成品、杂物、工具等乱堆乱放，现场油污遍地，“跑、冒、滴、漏”随处可见，作业面积狭窄，通道阻塞，环境条件差。由上面的分析可知，企业生产的核心问题是缺乏合理而富有柔性的生产计划、管理模式落后。在遇到突发情况，或是需要决策时，往往根据生产管理人员的主观经验，不能根据准确的生产信息安排企业运作。因此，企业有必要采用先进的生产管理模式，建立牵引式生产系统，从而走上持续、高效的生产经营之路。1.2现代生产管理思想概述当前，生产管理领域有三种主流管理理论，即企业资源计划(Enterprise Resource Planning，简称ERP)、约束理论(Theory of Constraints，简称TOC)和精益生产方式的核心之一准时制生产(Just In Time，简称JIT)3。1.2.1企业资源计划管理理论ERP 就是一个有效地组织、计划和实施企业的“人”、“财”、“物”管理的系统，它依靠IT的技术和手段以保证其信息的集成性、实时性和统一性。ERP 最初是一种基于企业内部“供应链”的管理思想，是在MRPII 的基础上扩展了管理范围，给出了新的结构。它的基本思想是将企业的业务流程看作是一个紧密联接的供应链，将企业内部划分成几个相互协同作业的支持子系统，如财务、市场营销、生产制造、质量控制、服务维护、工程技术等。ERP 可以说是MRPII 的一个扩展。MRPII起源于美国，其诞生环境是大批量生产方式，强调计划推动、资源的合理利用以及物料需求规划及与计算机系统的整合4。以MRPII为核心算法的企业管理软件就是企业资源计划系统。1.2.2约束理论约束理论(Theory of Constraints，TOC)是以色列物理学家戈德拉特博士(Dr.Eliyahu MG01dratt)在他的最优生产技术(Optimized Production Technology，OPT)的基础上发展起来的5。TOC理论是一套关于进行改进和如何最好地实施这些改进的管理理念和管理原则，可以帮助企业识别出在实现目标的过程中存在着哪些制约因素，TOC理论称之为“约束”，并进一步指出如何实施必要的改进来一一消除这些约束，从而更有效地实现企业目标。1.2.3准时制生产JIT是精益生产的核心管理体系之一，即“只在需要时，按需要的量，生产所需的产品”，这也是Just In Time一词所要表达的含义6。这种生产方式的核心理念是是追求零库存、零浪费、零不良、零故障、零灾害、零停滞，并为此开发了包括看板在内的一系列具体实施方法和运行系统，并逐渐发展形成了精益生产体系。JIT生产方式的特点是零库存，并能够快速的应对市场的变化，其生产组织方式是拉式生产，即以市场需求作为企业组织生产的源动力。另外，还有柔性制造系统、敏捷制造和集成化技术、并行工程等先进的管理思想，这些现代化管理思想的引进和实施，均有助于企业改善目前的生产管理环境，帮助企业准确、快速的响应客户需求，降低生产成本，提高企业综合效益。但目前企业最急需解决的就是生产管理不善的问题，由于缺乏合理的生产管理技术，导致企业出现生产与需求不符，过量生产，滞后生产和生产不均衡等现象，从而产生浪费。因此，本课题将从改善企业生产管理模式入手，引进日本看板生产系统，通过设计适合我国企业生产运作的看板生产系统，来帮助企业达到均衡生产、准时生产和经济生产。2看板生产系统的产生发展及国内外应用现状2.1看板生产系统的产生和发展20世纪50年代初，当时在丰田汽车公司机械工厂工作的大野耐一，从美国超级市场的管理结构和工作程序中受到启发，从而找到了通过看板来实现“非常准时”思想的方法7。丰田生产方式(Toyota Production system，简称TPS)， 基本思想是按需准时生产，即“在需要的时间，把所需的物品，按规定的数量，完好无损地送到规定的地点”，不赞成提前生产与过量生产，因而有效地避免了库存积压和流动资金的固化。TPS 严格根据订货与预测组织生产，通过看板在工序间传递物料需求信息，并利用看板的权威性将生产控制权下放到各工序。这时，看板生产系统应运而生。从狭义上讲，看板是生产信号的传递工具，从广义上讲，表示拉动生产，是一种生产计划和物料控制技术。看板管理是在同一道工序或者前后工序之间进行物流或信息流的传递方式。看板管理的控制方式是分散的，从产品装配出发，每道工序和每个车间都按照当时的需要向前一道工序和车间提出要求，发出工作指令，前面的工序和车间完全按这些指令进行生产，因而看板生产系统的控制方式是拉动式的。正是这些看似简单、却颇具柔性的管理特点，造就了丰田公司举世瞩目的经营业绩，也使得它的柔性化生产管理方式TPS 成为管理中的精髓，并使大规模定制模式下的敏捷产品开发和生产成为现实。2.2看板生产系统在国外企业的应用和案例2.2.1看板生产系统在国外企业的应用日本丰田汽车公司1961年开始实行工位器具看板，1962年在机加、锻造、车体、总装等车问内全面采用看板，1965年外协件采用看板8。70年代初日本大力推广看板管理，将其应用于汽车、机械制造、电子、计算机等工业中，成为日本工业竞争战略的重要组成部分。80年代初西方国家开始对看板管理的研究，并取得了长足的发展，逐渐形成和发展成为今天这样的包括经营理念、生产组织、物流控制、质量管理、成本控制、库存管理、现场管理和现场改善等在内的较为完整的生产管理技术与方法体系。美国麻省理工学院在题为国际汽车计划（IMVP）项目研究中，总结日本企业取得成功的经验提出了一个全新的概念：精益生产（Lean Production）9。Lean Production是美国人克拉夫于1990年创造的名词，原意为“瘦型”生产方式10，我国学者将其翻译为精益生产方式。其实，精益生产的核心之一就是准时制生产，而看板管理是实现JIT准时制生产的工具。随着信息技术的发展，电子看板已得到广泛运用。许多企业还把MRP与看板管理结合运用，用MRP制订维护物料需求计划，生产过程采用看板管理的新管理模式，使看板管理得到新的发展。2.2.2看板生产系统在国外企业的应用案例以下列举两个成功应用看板生产系统的案例：（1） 一家美商独资生产硅胶和塑料按键产品的企业，产品广泛应用于手机、家用电器、工业电子设备等产品上。近年来公司凭借稳定的产品质量和雄厚的研发实力，在国内市场的竞争中业务量迅速增长，成为国内几家主要手机制造商的首选供应商，并有相当一部分产品出口到国外，销售业绩持续上升11。在产品种类与市场不断扩大的同时，现有的生产运做体系对客户需求显得越来越不适应，并已影响到市场的进一步拓展。突出表现在由于电子产品更新换代的速度不断加快，产品种类繁多，以手机产品为例，仅一个制造商的产品种类就多达十余种；而客户出于竞争策略和成本考虑，交付需求越来越表现出小批量、多频次的特点，而公司内部为提高设备运行效率仍采取大批量的投料和生产方式，造成在制品（WIP）大量积压，导致制造周期长，无法满足客户对交货周期的要求，同时造成了公司大量的资金占用。因此，有效控制和降低WIP水平，缩短产品制造周期（MCT）成为改善的关键项目。应用精益系统的准时化生产（JIT）方式，在示范单元（UV产品）建立看板拉动式生产系统。该单元在制品存量（WIP）降低40%，制造周期时间（MCT）缩短30%。（2）一家专业生产汽车刹车盘（鼓）美资公司，在中国设有2家工厂，产品几乎覆盖了美国、欧洲、日本和韩国的所有车型。同时水泵的可提供型号达到了500种，主要是满足上面这几个国家主流车型的需要12。该公司在实施看板管理后，在不影响现有产出情况下，较大幅度降低成品库存总量，总库存量减少了40%。辅以必要的柔性生产布局设计及多技能员工培训，改善现有的工艺及流程，消除瓶颈限制，在制品减少66%，实现了流畅化制造。2.3看板生产系统在国内企业的应用和案例2.3.1国内企业看板系统应用现状随着我国社会主义市场经济的不断深入和发展，尤其是中国加入世界贸易组织后，市场进一步开放，企业面临着更为激烈的市场竞争环境和严峻的挑战。目前世界制造业的发展趋势为多品种、小批量、柔性化、生产周期大大缩短、产品更新换代速度不断加快。由此可见，看板生产系统正是针对以上制造业所面临的生存环境而设计和改进的，学习和推行看板生产系统是当代制造型企业生产管理模式的大势所趋。实际上在八十年代初期，看板管理就开始传入我国，但是并未得到很好运用，而是早早地否定了，其实把丰田生产方式称为看板管理是错误的13。看板作为实现准时化生产的一种手段，是对生产过程中各工序生产活动进行控制的信息系统。近十几年来，国内许多企业都在不断追求合理的管理和利用信息理论引进和吸收看板管理体系，其中不乏典范之例。特别是在汽车行业里，已广泛地应用看板管理技术，并取得非常好的效果14。如神龙公司开发应用的直送看板供应方式，一汽集团以准时化为主线的精益生产方式等等，都已充分印证了看板管理应用技术为企业创造的管理效益，特别是在库存管理，物流管理，生产管理，质量管理等方面带来的联动效应非常明显。2.3.2看板生产系统在国内企业的应用案例下面我们列举几个国内企业成功运用看板生产系统的案例：（1）上海欧姆龙控制电器有限公司上海欧姆龙控制电器有限公司是一家由日本欧姆龙国际集团与上海飞乐股份有限公司共同投资组建的合资企业，它生产当代先进的数字程控交换机及小型通信类塑封继电器。公司认为今日市场竞争日益激烈，除注重新品开发和市场营销外，为了满足世界各地客户的需要，必须加强对生产与作业的管理以实现高质量、低成本、短交货期和优质服务。该公司利用看板管理，采用了MRPII的核心技术制造业应用软件系统作为JTT的辅助计划。可以利用各种信息来确定每个月看板的数量。目视管理是“准时化”和“自动化”两人支柱相结合的产物，在企业内部经营流程中创造一个一目了然的作业现场，现场管理人员能及时发现企业生产过程中影响工序质量的问题或不合理因素，从而实现“杜绝浪费”的企业日标。（2）唐山爱信公司看板管理的应用唐山爱信采用后工序从前工序领取零部件的“拉动方式”，生产轻、微、轿型变速器。该公司实施看板管理后取得显著的应用效果。在产量逐年增大的情况下，满足了市场的需要，而存货资金却逐渐降低；存货资金周转天数从1996年的104天降到2001年的22天；2000年至2001年两年间，在公司内公开进行的QC活动共有122项，可计算的直接成本降低近60万元。通过实施看板管理，还有利于现场5S的推行，产品质量稳步提高，有利十调动员工的工作积极性。（3）某冰箱生产企业某冰箱生产企业为应对小批量、多品种的订单要求，采用混流的生产模式，某生产线同一时间段混流品种在5种以上。由于缺乏必要的看板管理造成不同型号零部件难以区分辨别，零部件供应难以与装配线匹配等问题，影响了生产线效率。经调研发现，该生产线总装段线平衡率仅为55%。其中，瓶颈工位压缩机装配和门体装配生产节拍长的主要原是压缩机和门体型号多，摆放混乱，难以区分，前后工序生产不匹配等。 采用双看板系统管理后，将压缩机及门体按型号分区域存放，减少由于物料寻找造成的时间浪费；重新规划物料摆放位置，缩短取料距离；通过看板使前后工序有效衔接，门发段可根据装配线变化做出及时调整，减少生产线待料停线。改善后，压缩机装配节拍降至28.8s，下门体装配节拍降为30s，总装段生产线平衡率提高10.2%；采用看板管理减少了箱门配套问题，使总装线的停线率下降了12%。从上述国内外企业成功应用看板生产系统的实例来看，看板生产系统运用一系列系统的现代化管理方法和手段，以人为本，充分发挥能动性，对企业有限的资源进行整合优化、有效配置、合理使用。对于我国的企业来说，学习和推行看板生产系统不需要大量投资，但对于企业提高自身竞争力效果较好，是一种将制造管理水平提高到一流水准的较为经济和有效的手段。因此，本课题将主要针对国内中小型企业实施看板生产系统进行研究，并基于Witness物流软件进行看板生产系统仿真实验。3基于Witness进行仿真设计3.1Witness物流软件Witness(SDX)由英国Lanner集团用数十年系统仿真经验开发出的，它是面向工业系统，商业系统流程的动态系统建模仿真软件平台，是离散型的仿真软件，流程的仿真动态演示是三维的，是世界上该领域的主流仿真软件之一。它提供了大量描述工业系统的模型元素，如生产线上的加工中心、传送设备、缓冲存储装置等15。Witness软件是一个关于生产、运输、规划等的仿真软件，先用该软件建立起一个抽象的模型，然后在计算机上进行生产过程的模拟运行，就可以得到模型的生产产量、生产设备的利用率、物料配送及生产“瓶颈”问题的报告，仿真得到的数据为实际生产线的规划、运行提供了量化的依据，可以预先测算出生产线运行中可能发生的生产、管理等方面的问题16。Witness软件的特点之一就是可以显示生产系统仿真的整个过程，从而可以让使用者清楚地了解到生产过程中发生的问题，及时地对模型的参数(对应的生产参数)进行调整，实现对物流系统优化配置。3.2设计实际的看板生产系统仿真模型本课题基于实地考察某发动机总装车间，发现该生产车间现有的问题，如生产节拍不平衡，设备利用率较低等。本文提出通过实施看板生产系统，改善该车间目前的生产模式，从而有效解决各种问题，提高车间产品生产率。并利用Witness 对看板生产系统进行了仿真模型设计，通过仿真实验研究，可以有效评价该系统的实施效果，优化改善系统。4结语看板生产系统的实施能够帮助企业解决诸多难题，例如减少库存和在制品的数量，提高设备利用率，缩短产品生产周期等。企业要想在复杂多变的环境中拥有一席之地，实施看板生产系统已是大势所趋。如何有效的设计实施看板生产系统，正是本课题所要研究的。本课题通过引入解决企业在生产经营中存在的问题的实际案例，为某公司发动机总装车间进行看板生产系统设计，并建立Witness仿真模型，通过仿真结果分析对系统实施进行评价和优化。本课题的研究结果对于国内大多数拟采用看板生产系统的企业具有实际参考意义。参考文献1 陆仰贤.模块化拉动式生产看板管理研究D.上海交通大学，2009.2 易树平.郭伏.基础工业工程M.机械工业出版社，2007.3:340.3 Askin R G.itwasi G .oldberg J B. 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