【硕士论文】变压器生产工艺过程仿真与改进研究.pdf

同济大学机械工程学院 硕士学位论文 变压器生产工艺过程仿真与改进研究 姓名：唐友明 申请学位级别：硕士 专业：机械制造及其自动化 指导教师：朱传敏;王鹏波 20061201 摘要 摘要 精益生产是在近年来兴起的一种先进管理思想，其基本目的是在一个企业 里同时获得极高的生产率、极佳的产品质量和很大的生产柔性，强调企业各部 门相互密切合作的综合集成。精益生产不仅要求在技术上实现制造过程和信息 流的自动化，更重要的是从系统工程的角度对企业的活动及其社会影响进行全 面的、整体的优化。 本研究要进行改造的变压器生产线虽然具有较为领先的生产技术和管理体 系，但不可避免地存在一些传统制造业生产组织和管理经验的缺陷，比如生产 线生产缺乏平衡、供货周期过长、非必要浪费过于严重、生产计划混乱等问题， 在对待库存、质量以及员工的观念上也与先进思想存在较大差距。所以需要利 用一种先进的生产组织管理模式对其进行管理和规范，从而使其具备现代制造 业的主要特点，走上一条精益化生产的道路，也携此通过生产实际对精益生产 的思想进行实践的检验和理论方面的丰富。 本文首先对精益生产进行了简要的介绍，然后对精益生产中的一些基本原 理和思想进行了总结，介绍了一种进行精益分析的有力工具价值流图。论 文的主题是对该变压器生产线的现状进行分析，提出改进措施，并使之得以优 化。首先对该变压器生产线的现状进行考察，包括公司运行模式、各个部门职 责，产品信息、工艺顺序、以及各个工步的具体信息，利用采集到的信息和数 据绘制该变压器生产线的当前价值流图；然后利用计算机生产系统仿真软件 e m - p l a n t 配合当前价值流图对该变压器生产线现状进行仿真，得到仿真结果数 据，并加以分析；接着根据这些仿真数据的分析结果，确定生产线的改进点， 即瓶颈、半成品库存、生产线不平衡因素、过量生产、信息流节点等，对这些 部分进行分析，根据精益思想确定改进方案；然后根据所做的改进绘制理想价 值流图，并对其进行计算机仿真，根据仿真结果与现状进行比较，评估改进效 果，计算生产线理想化产能，并进行实施验证。实践证明，本研究所获得的成 果有助于公司生产状况的改善，为精益思想在中国制造业中的推广积累了经验。 关键词：变压器，精益生产，生产线改造，计算机仿真 摘要 a b s t r a c t t h el e a np r o d u c ti sa l la d v a n t a g em a n a g ei d e aw h i c hi sr i s i n ga n dd e v e l o p e di n r e c e n ty e a r s ，i t sb a s i co b j e c ti st og a i nt h eh i g h e s tp r o d u c t i v i t y , b e s tq u a l i t ya n d m a x i m a lf l e x i b i l i t yi no n ec o r p o r a t e ，i te m p h a s i z e st h ei n t i m a t ec o o p e r a t i o nw i t h i n a l lo ft h ed e p a r t m e n t s t h el e a np r o d u c tn o to n l yr e q u e s tt h ea t o m i z a t i o no f m a n u f a c t u r ea n di n f o r m a t i o nf l o w , w h i c hm o r ei m p o r t a n ti st oo p t i m i z et h ea c t i v i t i e s o fc o r p o r a t i o na n di t ss o c i a li n f l u e n c e sr o u n d l ya n di n t e g r a l l yb a s e do nt h es y s t e m e n g i n e e r i n g t h et r a n s f o r m e rp r o d u c tl i n ew h i c hw i l lb er e c o n s t r u c t e di nt h i sr e s e a r c h ，h a s t h er e l a t i v e l ya d v a n t a g em a n u f a c t u r et e c h n o l o g ya n dm a n a g es y s t e m ，b u tt h e r ea r e s o m ed e f i c i e n c i e si ni t s p r o d u c t i o no r g a n i z a t i o na n dm a n a g e r i a le x p e r i e n c e i n e v i t a b l y , f o re x a m p l e ，t h ep r o d u c tl i n ei ss h o r to fb a l a n c e ，t h ec y c l eo fd e l i v e r yi s t o ol o n g ，t h ew a s t e sa r es e r i o u s ，t h ep r o d u c t i o np l a n n i n gi sc h a o t i c ，a n ds oo n t h e r e i sa l s oar e l a t i v e l ys e r i o u sg a pw i t l it h ea d v a n t a g ei d e ai nt h ec o n c e p t i o n sf o rs t o r a g e q u a l i t ya n de m p l o y e e s ow en e e da na d v a n t a g ep r o d u c t i o no r g a n i z a t i o nm o d et o m a n a g ea n ds t a n d a r d i z et h i sp r o d u c tl i n e ，i no r d e rt ol e ti th a s t h em a i nc h a r a c t e r so f m o d e r nm a n u f a c t u r i n g ，a n db em o r el e a n t h r o u g ht h i sr e s e a r c hw ea l s oc a l ld oa n a p p r a i s a lt ot h el e a np r o d u c t i o na n de n r i c hi t st h e o r i e s t h i st h e s i si n t r o d u c et ot h el e a np r o d u c t i o nc o m p e n d i o u s l ya tf i r s t ，a n dt h e n m a k eas u m m a r yo ft h eb a s i cp r i n c i p l ea n di d e ai nl e a np r o d u c t i o n , a n di n t r o d u c ea u s e f u lt o o lf o rl c a nr e s e a r c h - - v a l u ef l o ws k e t c h 砧et h e m eo f t h i st h e s i si st od ot h e r e s e a r c hf o rt h ea c t u a l i t i e so ft h et r a n s f o r m e rp r o d u c tl i n e ，h o l du pt h es t e p so f r e c o n s t r u c t i o n a n do p t i m i z et h ep r o d u c tl i n e w ed ot h er e s e a r c h e sf o rt h ea c t u a l i t i e s o ft h et r a n s f o r m e rp r o d u c tl i n ea tf i r s t ，i n c l u d e so p e r a t i o nm o d e l ，i n c u m b e n c i e sf o r e a c hd e p a r t m e n t ，p r o d u c t i o ni n f o r m a t i o n , t h es e q u e n c eo f p r o c e s s ，a n dt h ep a r t i c u l a r i n f o r m a t i o no fe a c hp r o c e s s d ot h ev a l u ef l o ws k e t c hu s i n gt h ei n f o r m a t i o na n dd a t a w h i c hw ec o l l e c t e d t h ew eu s et h es o f t w a r ee m - p l a n ta n dt h ec u r r e n tv a l u ef l o w s k e t c ht od ot h es i m u l a t i o no ft h i st r a n s f o r m e rp r o d u c tl i n e , t og a i nt h er e s u l t , a n d 摘要 a n a l y z et h o s ed a t a ；n e x tw eu s et h er e s u l t so fs i m u l a t i o nt oe n s u r et h er e c o n s t r u c t i o n p o i n t si nt h ep r o d u c t i o nl i n e ，f f l l s u l - et h eb l u ep r i n to f r e c o n s t r u c t i o n w ea l s on e e dt o d ot h ei d e a lv a l u ef l o ws k e t c ha n ds i m u l a t ei t , t oc o n t r a s tt h er e s u l t sw i t ht h ed a t aw e g a i n e di nc u r r e n tv a l u ef l o w , a s s e s st h eo u t c o m eo f r e c o n s t r u c t i o n i ti sg o o dp r a c t i c e ， a n dc a nh e l pt h ec o r p o r a t i o nt oi m p r o v et h e i rp r o d u c t i o n ，a n dg a t h e ral o to f e x p e r i e n c e st o g e t h e rf o rt h ep o p u l a r i z a t i o no f l e a np r o d u c t i o ni nc h i n a k e yw o r d s ：t r a n s f o r m e r , l e a np r o d u c t i o n , p r o d u c tl i n er e c o n s t r u c t i o n , c o m p u t e rs i m u l a t i o n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者签名：么多磊- 方嵋 ，哆 洲年f 厶月】，1 e t 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 年月日 学位论文作者签名主；豸缸 撕年i y 月夸1e t 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 、 签名： 唐友砺为么 2 0 0 6 年1 卜月朝1 3 第t 章引言 1 1 精益生产概述 1 1 1 精益生产的概念 第1 章引言 精益生产( l e a np r o d u c t i o n ) 是美国麻省理工学院根据其在“国际汽车项 目”研究中，基于对日本丰用生产方式的研究和总结，于1 9 9 0 年提出的一种管 理方法，也可以说是一种制造模式。 精，即少而精，是指不投入多余的生产要素，只是在适当的时候生产适当 数量的市场急需产品( 或下道工序急需的产品) ；益，即所有经营活动都要有益 有效，具有经济性。精益生产不仅仅是一种最大限度地减少企业生产所占用的 资源和降低企业管理和运营成本为主要目标的主产方式，同时它又是种理念， 一种文化，一种值得我们不断追求和超越的目标。 实施精益生产就是决心追求完美的历程也是追求卓越的过程，其精髓可 以归纳为孜孜不倦地追求尽善尽美，它是支撑个人与企业生命的一种精神力量， 也是在永无止境的学习过程中获得自我满足的一种境界。 总之，精益生产的概念可以概括为一句话：以最小的投入取得最大的产出。 1 1 2 精益生产的特点 在管理方法上精益生产具有如下的特点： 1 拉动式准时化生产 以最终用户的需求为生产起点，从客户的角度出发，通过需求来拉动生产， 强调物流平衡，追求零库存，要求上一道工序加工完的零件立即可以进入下一 道工序。组织生产线依靠看板的形式。即由看板传递从下游生产线对上游生产 线需求的信息。生产中的节拍可由人工干预和控制，但都必须以物流平衡为前 提。由于采用拉动式生产，生产中的计划与调度实质上是由各个生产单元自己 完成，在形式上不采用集中计划，但操作过程中生产单元之间的协调则极为必 第1 章引言 要。 2 全面质量管理 强调质量是生产出来而非检验出来的，而是由生产中各个环节的质量管理 来保证最终质量。生产过程中对质量的检验与控制在每一道工序都进行。重在 培养每位员工的质量意识，在每一道工序进行时注意质量的检测与控制，保证 及时发现质量问题。如果在生产过程中发现质量问题，根据情况，可以立即停 止生产，直至解决问题，从而保证不出现对不合格品的无效加工。对于出现的 质量问题，一般是组织相关的技术与生产人员作为一个小组，一起协作，尽快 解决。 3 团队工作法 每位员工在工作中不仅是执行上级的命令。更重要的是积极地参与，起到 决策与辅助决策的作用。整个生产部门是一个整体，组织团队的原则并不完全 按行政组织来划分，而主要根据业务的关系来划分。团队成员强调一专多能， 要求能够比较熟悉团队内其他工作人员的工作，保证工作协调的顺利进行。团 队人员工作业绩的评定受团队内部的评价的影响。团队工作的基本氛围是信任， 以一种长期的监督控制为主，而避免对每一步工作的考核，提高工作效率。团 队的组织是变动的，针对不同的事物，建立不同的团队，同一个人可能属于不 同的团队。 4 并行工程 在产品的设计开发期间，将概念设计、结构设计、工艺设计、最终需求等 结合起来，保证以最快的速度按要求的质量完成。各项工作由与此相关的项目 小组完成。进程中小组成员各自安排自身的工作，但可以定期或随时反馈信息 并对出现的问题协调解决。依据适当的信息系统工具，反馈与协调整个项目的 进行。 1 1 3 精益生产的核心 精益思想要求企业找到最佳的方法确立提供给顾客的价值，明确每一项产 品的价值流，使产品在从最初的概念到到达顾客的过程中流动顺畅，让顾客成 为生产的拉动者，在生产管理中精益求精、尽善尽美。价值、价值流、流动、 2 第1 章引言 拉动和尽善尽美的概念进一步发展成为应用于产品丌发、制造、采购和服务顾 客各个方面的精益方法。 可以概括为精益思想的“5 项原则” 1 价值观 精益思想认为企业产品( 服务) 的价值只能由最终用户来确定，价值也只有 满足特定用户需求才有存在的意义。精益思想重新定义了价值观与现代企业原 则，它同传统的制造思想，即主观高效率地大量制造既定产品向用户推销，是 完全对立的。 2 价值流 价值流是指从原材料到成品赋予价值的全部活动。识别价值流是实行精益 思想的起步点，并按照最终用户的立场寻求全过程的整体最佳。精益思想的企 业价值创造过程包括：从概念到投产的设计过程；从定货到送货的信息过程； 从原材料到产品的转换过程；全生命周期的支持和服务过程。 3 流动 精益思想要求创造价值的各个活动( 步骤) 流动起来，强调的是“动”。传统观 念是“分工和大量才能高效率”，但是精益思想却认为成批、大批量生产经常意 味着等待和停滞。精益将所有的停滞作为企业的浪费。认为如果产品按照从原 材料到成品的过程连续生产的话，所做的工作才能更为精确有效。 4 拉动 “拉动”的本质含义是让用户按需要拉动生产，而不是把用户不太想要的产 品强行推给用户。拉动生产通过正确的价值观念和压缩提前期，保证用户在要 求的时间得到需要的产品。实现了拉动生产的企业具备当用户需要时，就能立 即设计、计划和制造出用户真正需要的产品的能力；最后实现抛开预测，直接 按用户的实际需要进行生产。实现拉动的方法是实行j i t 生产和单件流。j i t 和 单件流的实现必须对原有的制造流程做彻底的改造。流动和拉动将使产品开发 周期、定货周期、生产周期降低5 0 9 0 。 5 尽善尽美 精益思想定义企业的基本目标是：用尽善尽美的价值创造过程为用户提供 尽善尽美的价值。“尽善尽美”有3 个含义：即用户满意、无差错生产和企业自 身的持续改进。 3 第1 章引言 1 2 研究意义和研究内容 1 2 1 研究总体目标和意义 对某变压器有限公司某典型变压器生产线实施现场考察和精益生产改造， 实现变压器生产过程的仿真，绘制当前的价值流程图和理想的价值流程图，评 估现有生产线的生产能力。 在对该变压器生产线完成优化以后，可以大大缩短该变压器有限公司的交 货周期，减少在制品数量，减少半成品库存，最大限度地减少浪费，使整个生 产线符合精益生产的要求，提高企业效益。 1 2 2 研究具体实施内容 1 针对某定型产品为主要研究对象，深入现场调查第一手生产工艺资料。 收集每个工位所用的基本时间，包括上料时间，生产时间，下料时间，搬运时 间，堆放时间及其他的辅助时间，画出当前状态价值流程图 2 将现场生产数据输入到生产过程仿真软件，进行产品生产过程仿真，分 析产品生产过程中的设备负荷率和人的负荷率 3 利用精益生产的思想，找出生产现场中关键工位的浪费环节，找出不增 值的操作和动作，提出减少浪费的措施，借助于生产过程仿真软件，进行现有 生产条件生产能力的估计，并画出理想状态流程图 4 利用生产过程仿真软件，评估生产任务安排的合理性，评估供货期是否 合理 4 第2 章变胜器生产线的现状调赍 第2 章变压器生产线的现状调查 2 1 变压器生产公司简介 该变压器生产公司的产品已有5 0 0 0 0 余台在全球各地运行，覆盖了五大洲 5 0 多个国家和地区，包括能源，基础设施，工业和建筑四个领域，与众多公司 和组织展开了广泛的技术转让和合作。其工厂占地面积2 2 0 0 平方米，先现生产 能力为2 0 0 0 台每年，具有完善的工业管理和质量体系，已通过b s ii s o9 0 0 1 和b s ii s o1 4 0 0 1 认证，可按要求实施特别质量计划。 图2 2 该变压器生产工厂概况 5 第2 章变压器生产线的现状凋奇 该公司具有2 0 余年的在树脂真空浇注干式变j 丘器领域的研发和制造历史及 经验，其客户主要有上海会茂大厦、上海浦东电信大厦、天津通用半导体、摩 托罗拉m o s 一1 7 和b a t 一3 、武汉百威、深圳环球日立、上海火车南站、广州宝洁、 湖北神龙汽车、天津中芯国际、深圳i b m 等。 2 2 价值流图分析概述 在精益生产中提出了“价值流管理”的概念。这种管理模式彻底打破了大 量生产模式下的功能割据，由4 价值流团队”对产品从供应商到顾客整个过程 进行管理，实现对运作过程的系统而有效的控制，从而提高满足顾客需求的能 力及反应速度。 2 2 1 七种浪费 浪费比较容易被识别，在精益生产部分已有介绍。一般地，企业生产过程 中的浪费现象可归纳为以下七种： 1 不良品 产品制造过程中，任何的不良品产生，皆造成材料、机器、人工等的浪费。 任何修补都是额外的成本支出。精益的生产方式，能及早发掘不良品，容易确 定不良的来源，从而减少不良品的产生。这一条比较好理解，关键是第一次要 做正确，但实施起来却很困难。 精益生产方式的思想之一就是要用一切办法来消除、减少一切非增值活动， 例如检验、搬运和等待等造成的浪费，具体方法就是推行“零返修率”，必须 做一个零件合格一个零件，第次就做好，更重要的是在生产的源头就杜绝不 合格零部件、原材料流入生产后道工序，追求零废品率。 2 过量生产 精益生产方式所强调的是“适时生产”，也就是在必要的时候，做出必要 的数量的必要的东西。此外都属于浪费。而所谓必要的东西和必要的时候，就 是指顾客己决定要买的数量与时间。假设客户只要1 0 0 台，而每台1 0 万元，如 果生产了1 5 0 台，这售价却不会是1 5 0 0 万元，因为多余的5 0 台并没有卖出去， 仅是变成库存，因此利润也就无从产生，换句话说，多做了是浪费。 6 第2 章变压器生产线的现状调奇 析制造过早同样也足浪费，但为什么有很多工厂会一而在地过多与过早制 造呢? 最大的原因在于他们不明白这是一种浪费，反而以为多做能提高效率， 提早做好能减少产能损失( 不做白不做，机器还不是一样停着? ) ，显然这是 一种极大的误解。 认为制造过多与过早能够提高效率或减少产能的损失，是见树不见林的看 法，因为真正利润的产生是从销售而来，而不是效率与产能。为了看到更多的 效率与产能，制造过多与过早而销售量并没增加，仅是增加了库存量。 因此，精益生产方式强调，绝不允许制造过多( 早) ，因为： ( 1 ) 它只是提早用掉了费用( 材料费、人工费) 而已，并不能得到什么好 处。 ( 2 ) 它也会把“等待的浪费”隐藏起来，使管理人员漠视等待的发生和存 在。 ( 3 ) 它会自然而然地积压在制品，其结果不但会使生产周期变长( 无形的) ， 而且会使现场工作的空问变大，机器间的距离因此加大，要求增加厂房，这样 在不知不觉中，将逐渐地吞蚀我们的利润。 ( 4 ) 它也会产生搬运、堆积的浪费，并使得先进先出的作业产生困难。 3 物料搬运 大部分人皆会认同搬运是种无效的动作，也有人会认为搬运是必须的动 作，因为没有搬运，如何做下一个动作? 正因为如此，大多数人默认它的存在， 而不设法消除它。有些人想到用输送带的方式来克服，这种方式仅能称之为花 大钱减少体力的消耗，但搬运本身的浪费并没有消除，反而被隐藏了起来。搬 运的浪费若分解开来，又包含放置、堆积、移动、整理等动作的浪费。 4 加工 在制造过程中，为了达到作业的目的，有一些加工程序是可以省略、替代、 重组或合并的，若是仔细地加以检查，将可发现，又有不少的浪费等着我们去 改善。 5 等待 等待就是闲着没事，等着下一个动作的来临，这种浪费是无庸置疑的。造 成等待的原因通常有：作业不平衡、安排作业不当、停工待料、品质不良等。 例如在产品检测过程中，调试人员和核检人员站在产品旁边的等待。 除了在直接生产过程中有等待外，其他管理工作中也有等待这种浪费发生， 7 第2 章变压器生产线的现状调奄 当制造部在生产新产品发生一些问题时，技术部和品质保证部由于不能立即解 决而需要现场人员长时间等待，这也是一种等待浪费。 6 库存 精益生产方式认为：“库存是万恶之源”。这是丰田对浪费的见解与传统 见解最大不同的地方，也是丰田能带给企业很大利益的原动力。 精益生产方式中几乎所有的改善行动皆会直接或自j 接地和消除库存有关。 精益生产方式为什么将库存看做是万恶之根源，而要想尽办法来降低它昵? 因 为库存会造成下列的浪费： ( 1 ) 产生不必要的搬运、堆积、放置、防护处理、找寻等浪费。 当库存增加时，搬运量将增加，需要增加堆积和放置的场所，需要增加防 护措旄，日常管理和领用时需要增加额外时间等，甚至盘点的时间都要增加， 这些都是浪费。 ( 2 ) 使先进先出的作业困难。 当库存增加时，以铜带为例，新入厂的铜带压在原来的铜带上，先入库的 要想优先使用，就必须进行额外的搬运。而如果为省事，先使用新入厂的铜带， 原来的铜管长期放置会带来质量等一系列问题的发生。 7 。动作 要达到同样作业的目的，会有不同的动作，哪些动作是不必要的呢? 是不 是要拿上、拿下如此频繁? 有没有必要有反转的动作、步行的动作、弯腰的动 作、对准的动作、直角转弯的动作等? 若设计得好，有很多动作皆可被省掉! 在管理理论中，专门有一种“动作研究”，但实施起来比较复杂，我们完全可 以用上述的基本思想，反思一下同常工作中有哪些动作不合理，如何改进。 以上七种浪费，都是横亘在我们面前的敌人，我们对它了解的越多，将来 获得的利益也越多。敌人就是敌人，一定要想尽办法消灭它! 要知道，消灭它 的同时，利益就产生了。 2 2 2 增值活动和不增值活动 实现精益生产管理，最基本的一条就是消灭浪费。企业生产和经营活动中 的浪费现象繁多，要消灭浪费，首先要判别企业活动中的两个基本构成：增值 活动和非增值活动。 8 第2 章变爪器生产线的现状调查 增值活动是商接为顾客创造价值的活动，即生产顾客需要的产品，提供顾 客需要的服务。例如：生产线_ 二的组装过程，机械加工过程，医生给病人看病 等。非增值活动包括必要但非增值的活动和不必要的非增值活动( 即浪费) 两 种。必要但非增值的活动多数发生于支援部门的非增值行为，有些是必要的， 但更多的是看似必要。例如：设备维护，来料制品成品的检验，由于变更导 致的额外工作一产品工艺设计更改、计划变更、人员流动，繁杂的审批过 程，冗长的会议等。 统计研究发现，增值活动约占企业生产和经营活动的5 ，必要但非增值活 动约为6 0 * , 6 ，其余3 5 为浪费。换言之，顾客只愿意冲着那5 的增值掏腰包。试 图把其余的成本加进产品或服务的价格中。就有可能超过顾客对该产品或服务 的价值的期望。因此，在顾客对价值的认同下，企业应加大力度消灭浪费，降 低成本，以赢取更高的边际利润。在精益生产管理中，判别和消灭浪费的一个 有效工具是价值流图分析。 2 2 3 价值流管理流程 在企业实践中，一个典型的现象是谁也说不准增值活动占企业生产活动的 比例，而事实上企业的增值活动还不到所有活动的5 。导致这种现象的基本原 因有两种：其一，在大量生产模式下，部门按功能设置，彼此画地为牢，管理 人员缺乏对企业运作的宏观了解。其二，管理人员缺乏对增值和非增值活动的 认识和判别，难以运用系统的观点对企业的浪费现象进行分析和改善。 进行“价值流管理”正是彻底打破了大量生产模式下的功能割据，由“价值 流团队”对产品从供应商到顾客整个过程进行管理，实现对运作过程的系统而 有效的控制，从而提高满足顾客需求的能力及反应速度。价值流经理由直接向 最高管理者汇报的管理人员担任，享有改革的充分授权和自主权。价值流经理 组建由跨部门成员组成的价值流团队，以顾客为导向选定产品族，并跟随其生 产路径，从头到尾分析和描绘每一个工序的状态、工序自j 的物流、信息流和价 值流，此为“当日u 状态图”。找出需要改善的地方，再描绘一个“未来状态图”， 显示价值流改善的方向和结果。在此基础上，团队决定改善的计划和行动。整 个价值流管理实行全成本核算，价值流经理对整个产品族的流程、资源配置及 成本运作担负着主要领导、协调和控制的责任。“价值流管理流程图”如图2 2 。 9 第2 章变压器生产线的现状调杏 f 挑选产品族 i 当前状态图 上t 未来状态囝 上 i 实施改善 2 2 4 价值流图分析法 成品向顾客移动 部件不是推动的 2 6 2 当前价值流图 变压器生产线价值流现状图的绘制依据以下几个步骤进行： 1 了解并记录顾客的要求。 如图2 6 顾客要求框所示，我们主要应了解顾客的需求量、种类、 交付频次和要求等。 图2 6 现状图中的顾客要求 2 了解并画出工厂内材料流图 如图2 7 线框所示，也是工厂内的基本生产过程，我们将能够连续进行的 过程列入一个框内，无法连续的，在两框之间用库存三角分开。 图2 7 现状l 皇i 中的厂内物质流 2 5 第2 章变压器生产线的现状凋奄 3 收集并记录每个生产过程的数据( 数掘框) 在每个过程线框f 记录主要数据包括生产节拍、换型时间、操作人数、有 效工作时间、设备使用率、废品率等与过程改进有关的数据。注意，这些数据 应是现场收集的，而不是某些资料记载的。如图2 8 。 图2 8 现状图中的工序数据框 4 了解库存情况 对所有库存( 包括线上在制品库存) 进行盘点，然后记载库存三角下面。 5 原材料采购和交付的情况 如图2 9 左上角所示，了解主要供应商的供货情况。 图2 9 现状图中的原材料采购情况 2 6 第2 章变压器生产线的现状凋查 6 了解、记录顾客订货、生产计划、原材料订货过程的信息传递途经及信 息，画出信息流如图2 1 0 所示，表示出顾客订单、材料订单和生产信息传递途 径和方法。 图2 1 0 现状图中的信息流 7 画出生产时间线和计算相关数据 将库存数量按照顾客需求节拍转化为时间，与生产过程时间数据一同画在 时间线上，求出生产过程时间占整个时间的百分比。 由此我们可以得出变压器生产线的价值流现状图，如图2 1 1 所示。 图2 tls s t 变压器生产线价值流现状图 第3 章变压器生产一j ：艺过程的仿真与分析 第3 章变压器生产工艺过程的仿真与分析 3 1 计算机仿真概述 计算机仿真就是建立系统数学模型，并利用该模型在计算机上运行，迸行 系统科学实验研究的全过程。计算机仿真技术被称为继科学理论和实验研究后 的第三种认识和改造世界的工具，计算机技术的发展，计算数学的成熟，使计 算机仿真技术成为一种工程领域必不可少的重要设计手段，它的应用可以大大 地缩短产品的开发周期和降低产品开发的成本，从而提高产品的竞争力。 传统的设计方法往往是通过反复的试制样品( 物理成型) 和实验来分析该系 统是否达到设计要求，因此在设计过程中大量的人力和物力投入在样品的试制 和试验上。 随着计算机仿真技术的发展，在工程系统的设计开发中，大量地 采用了数字成型的方法，即通过建立系统的数字模型，通过计算机仿真使得 大量的产品设计的问题的发现和解决在物理成型之前就得到处理，从而极大地 减少反复物理成型的人力和物力的投入，使我们可以在最短的时间以最低的成 本将新产品投放到市场，是我们在竞争日益激烈的市场上占的先机。正是由 于计算机仿真技术的这种优越性，在国外，计算机仿真技术已经充分地被各 大公司应用到产品的设计，开发和改进中。 计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控 制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。它是一种描述性技术， 是一种定量分析方法。通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或 该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征， 从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为 决策的理论依据。 3 1 1 计算机仿真的发展 5 0 年代初，美国人a a r o n 借助大型的电子管计算机，并利用最小二乘法进 行滤波器这样的线性网络设计以来，仿真技术的发展已近半个世纪。计算机 仿真应用早期局限在国防科技和军工部门( 如航天，航空，核能等) ，而如今深 2 8 第3 章变压器生产工艺过程的仿真与分析 入到科学研究，工程设计，辅助决策，系统优化等各个方面。 3 1 2 计算机仿真的特点 1 模型参数任意调整 模型参数可根据要求通过计算机程序随时进行调整，修改或补充，使人们 能够掌握各种可能的仿真结果，为进一步完善研究方案提供了极大的方便。 2 系统模型快速求解 借助于先进的计算机系统，人们在较短时间内就能知道仿真运算的结果( 数 据或图像) ，从而为人们的实践活动提供强有力的指导。这是通常的数学模型方 法所无法实现的。 3 运算结果准确可靠 只要系统模型、仿真模型和仿真程序是科学合理的，那么计算机的运算结 果一定准确无误( 除非机器有故障) 。因此，人们可毫无顾虑地应用计算机仿真 的结果。 4 实物仿真形象直观 把仿真模型、计算机系统和物理模型及实物联结在一起的实物仿真( 有些还 同时是实时仿真) ，形象十分直观，状态也很逼真。因而在一些工程技术领域如 宇宙航行、核电站控制等发挥了独特的作用。 3 。1 。3 计算机仿真在制造业中的应用 计算机仿真在目前的制造业中有着广泛的应用，主要包括：瓶颈分析，生 产线平衡分析，接单决策分析，产能分析，设旌规划分析，成本分析，产出分 析，投资分析，顾客服务水平分析，存货政策分析，设备参数分析，资源排班 分析，厂内外物流分析，排程、派工模拟，零库存系统仿真企业再造工程仿真 等。 3 1 4 计算机仿真的新技术 随着计算机技术和网络技术、多媒体技术、人工智能、知识工程、自动程序 设计、神经网络、自动化、建模技术、系统理论、材料科学、通信技术、空间 第3 章变压器生产： 艺过程的仿真与分析 技术等的迅速发展给计算机仿真这个领域带来了生机与活力，出现了许多新的 仿真技术。其中关键技术有：面向对象的仿真、分布交互仿真、智能仿真、人 机和谐仿真。 1 面向对象的仿真 客观系统是由各式各样的对象( 事物或实体) 组成的，整个系统的功能是由 对象的操作及对象信息的彼此综合利用来实现，对象间信息的传送引起系统的 所有活动。计算机辅助仿真建立并封装了对象相应的数据和数据操作的程序模 块，作为对象的模型，整体行为则由对象间通过接口相互交换信息的联系来描 述。 2 分布交互仿真 是通过计算机网络将分散在各地的仿真设备互连，构成时间与空问互相耦 合的虚拟仿真环境。实现分布交互仿真的关键技术是：网络技术、支撑环境技 术、组织和管理。 3 智能仿真是以知识为核心和人类思维行为作背景的智能技术，引入整个 建模与仿真过程，构造各处基本知识的开发途径是人工智能( 如专家系统、知识 工程、模式识别、神经网络等) 与仿真技术( 如仿真模型、仿真算法、仿真语言、 仿真软件等) 的集成化。因此，近年来各种智能算法，如模糊算法、神经算法、 遗传算法的探索也形成了智能建模与仿真中的一些研究热点。 4 人机和谐仿真包括 ( 1 ) 可视化仿真：用以为数值仿真过程及结果增加文本提示、图形、图像、 动画表现，使仿真过程更加直观，结果更容易理解，并能验证仿真过程是否正 确。 ( 2 ) 多媒体仿真：它是在可视化仿真的基础上再加入声音，就可以得到视觉 和听觉媒体组合的多媒体仿真。 ( 3 ) 虚拟现实仿真：是在多媒体仿真的基础上强调三维动画、交互功能，支 持触、嗅、味知觉，就得到了v r 仿真系统。 3 2e m p i a n t 软件简介 3 2 1 计算机仿真软件概述 第3 章变压器生产丁艺过程的仿真与分析 e m p l a n t 将系统的基本对象划分为四类：即物流对象、信息流对象、服务 类对象以及移动对象( m u ) 。e m _ p 1 a n t 中的每个对象都包括属性和事件( 方法) ， 属性是对象的一些特性，而事件则是指对象的状态发生显著变化，如工件装上 机床，事件可以触发相应的控制，使仿真系统按照控制策略正常运行。正是 e m - p l a n t 面向对象的建模特征，因此，具体的实现中，采用了e m - p l a n t 软件。 3 2 2e 一一p i a n t 概述 e m - p l a n t 是t e c n o m a t i x 公司开发的主要用于生产系统与生产过程的建模与 仿真的软件系统。 e m - p l a n t 主要用于制造系统或过程的仿真与优化，使用e m - p l a n t 可以在 所有管理层面上对物流，资源利用，后勤进行优化。 e m - p l a n t 可以建立物流系统的数学模型，从而对系统特性进行探索和优化， 数学模型可以帮助我们进行试验，而避免对现有系统的扰动，或者用于在系统 建立之前的规划。强大的分析工具，统计表单和图表使得我们可以评估不同的 方案，并在计划指定的初始阶段就得到可靠的信息。 e m p l a n t 可以帮助我们完成以下工作： 1 能够检测和排除那些制造系统中存在的，可能造成大量物资，时间浪费 的隐患。 2 在不影响最终结果的前提下尽量减少生产线投资。 3 利用已经在仿真环境下得到验证的方案来优化现存制造系统。 3 2 3e m p i a n t 特点 1 可对复杂制造系统和控制策略进行仿真。 2 可对后勤系统，制造过程进行以物质为导向的分级建模。 3 强大的应用插件库可对典型系统进行快速的建模。 4 对与生产能力，资源和瓶颈提供图形和图表分析。 5 ，全面的分析工具，包括自动瓶颈分析，流程图，甘特图等。 6 3 d 可视动画。 7 集成神经网络，以及试验控制。 8 用于系统参数自动优化的遗传算法。 3 l 第3 章变压器生产：j ：艺过程的仿真与分析 3 2 4e 一p i a n t 的应用 1 利用标准数据库和特殊组件对制造系统进行建模。在e m p l a n t 中可以 对生产单元，生产线，生产过程建立结构清晰的分级模型。 2 对系统表现进行仿真。用e m - p l a n t 可以优化产能，减轻瓶颈，以及使 在制品最小化，仿真模型综合考虑了内部和外部供应链，生产资源以及商业过 程，可以用以分析不同生产变化所带来的效益或冲击。 3 。自动优化。可利用e k l - p l a n t 中的遗传算法模块进行优化，但有相当数 量的系统参数待定而无法找到最优时，这种功能尤其有效。 4 分析仿真结果。e h l - p l a n t 的分析工具可对仿真结果进行简单的解释， 统计分析，图表可显示库存，机器以及人员的使用和工作情况。 5 3 d 可视化。作为高效2 d 视图的补充，仿真可以在一个虚拟，现实化的 3 d 环境中显示。 3 2 5e _ 一pia n t 界面及基本功能介绍 如图3 1 为e l l - - p l a n t 开启画面： 图3 1e x - - p l a n t 开启画面 第3 章变压器生产一i ：艺过程的仿真与分析 e m p l a n t 像大多数软件一样，采用视窗操作界面，界面中各部分如图3 2 所示。 图3 2e m - - p l a n t 操作界面 图3 3e m - - p l a n t 功能栏 第3 章变压器生产工艺过程的仿真与分析 在界面是工能栏，建模需要的绝大多数基础部件，包括户物料流，信息流， 实体，工具，模型，构架都包含在其中，可对齐进行编辑，从而使得模型建构 系统化，功能栏如图3 ，3 所示。 模型需要基本物件的搭建，在e m - - p l a n t 中，这些建模基础都包含在功能 栏中，可以点取下拉菜单进行选取或修改，如图3 4 所示。 图3 4e m p l t 元件库 f r a m e 其功能用以建构模型，可将物料流( m a t e r i a lf l o w ) 、信息流 ( i n f o r m a t i o nf l o w ) 、( 用户界面) u s e ri n t e rf a c e 及工具( t o o l s ) 等对象摆置到f r a m e 中，并组成有意义的系统模型。如图3 5 所示。 第3 章变压器生产工艺过程的仿真与分析 图3 5e m p l a n tf r a m e 界面 f r a m e 中含有很多控制按钮，用于f r a m e 的编辑和控制，与各个元件配合使 用，从而建立起完整，并具有一定功能的模型，以及在建模后对模型运作进行 控制。各符号含义见表3 1 表3 1e m - - p l a n tf r a m e 工具列说明 3 3 利用e m pia n t 对变压器生产线建模 在收集变压器生产线数据完成以后，接下来就要对该生产线进行建模，确立 仿真的基础系统。 3 3 1 创建e n t i t y ( 实物) 由于变压器由铁心，低压线圈，高压线圈组成，以及组装完成后的变压器， 所以需要建立4 个e n t i t y ，在其“l a b e l ”中注明其名称，并在属性对话框中输 入其基本属性，包括如图3 6 所示。 3 5 第3 章变压器生产工艺过程的仿真与分析 3 3 2 搭建模型框架 图3 6 创建e n t i t y 先根据前面做出的价值流现状图搭建模型框架，框架包括s o u r c e ( 供应源) ， p ，s i n 9 1 e p r o c ( 单个工序) ：鲨，b u f f e r ( 缓冲库存) 魈，d r a i n ( 客户) 啼i ，a s 。m b l y ( 组装) 雷，c o n