（管理科学与工程专业论文）多品种小批量下精益生产系统的改进研究.pdf

中文摘要 本文以多品种小批量生产环境下精益生产系统的改进为研究目的，在对国内 外研究现状、多品种小批量生产的特点和精益生产系统进行深入分析的基础上， 试图从生产提前期和质量控制与改善两个方面对精益生产系统进行改进，以使其 能够适应多品种小批量生产环境。 首先指出传统的大批量生产方式在多品种小批量的生产环境下表现出了许 多问题，企业需要改进原有的生产方式以适应市场环境的变化。 然后分析论述了精益生产系统的内涵、主要支撑技术及其内在逻辑关系；深 入分析了多品种小批量生产环境下精益生产系统的局限性。在此基础上分析了多 品种小批量生产环境的特点和系统要求，提出了基于顾客参与和标准化、模块化 的产品与生产系统设计思想，从i o bs h o p 作业排序和准时生产两方面对精益生产 的生产组织方式进行了改进，并提出了一种生产和物流混合控制策略，从而对多 品种小批量生产环境下精益生产系统的提前期进行了改进。 第三，分析了产品质量和提前期之间的关系，基于自恸化方法和q 控制图 方法建立了一套多品种小批量生产质量控制和保证方法，提出了一种基于田口稳 健性设计思想的多品种小批量生产过程质量改进方法。在论述了六西格玛管理方 法的内涵及其实施流程的基础上，指出了精益生产与六西格玛管理结合的价值体 现以及二者结合的途径，并提出了一种基于精益生产和六西格玛管理的多品种小 批量生产过程持续改进模式。最后建立了一个案例验证了改进方法的有效性。 关键词：多品种小批量精益生产方式生产提前期质量控制六西格玛持续 改进 a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o na i m sa ti m p r o v e m e n to fl e a np r o d u c t i o ns y s t e mu n d e rm u l t i - i t e m s m a l l - l o ts e t t i n g s o nt h eb a s i so fd e e p l ya n a l y s i so fr e s e a r c hs t a t u s ，t h em u l t i - i t e m s m a l l l o ts e t t i n g sa n dl e a np r o d u c t i o ns y s t e m ，i tt r i e st oo p t i m i z ep r o d u c t i o nl e a dt i m e a n dq u a l i t yc o n t r o la n di m p r o v e m e n to fl e a np r o d u c t i o ns y s t e mt oa g r e ew i t ht h e m u l t i i t e ms m a l l l o ts e t t i n g s f i r s t l y ，i tp o i n t so u t ：m a s sp r o d u c t i o ns y s t e ms h o w sm a n yq u e s t i o n su n d e rt h e m u l t i i t e ms m a l l 1 0 ts e t t i n g sa n dt h i sp r o d u c t i o ns y s t e mn e e d st ob ec h a n g e dt of i tt h e n e ws e t t i n g s s e c o n d l y ，t h ec o n n o t a t i o n , m a i nu p h o l d i n gt e c h n o l o g i e sa n di n h e r e n tm a k e u p c o n n e c t i o no fl e a np r o d u c t i o ns y s t e ma sw e l la si t sl i m i t a t i o n su n d e rm u l t i i t e m s m a l l - l o ts e t t i n g si sd e e p l ya n a l y z e da n da d d r e s s e d t h e nt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n d r e q u i r e m e n t so fm u l t i - i t e ms m a l l l o tp r o d u c t i o ns y s t e ma r ed i s c u s s e d ，t h ei d e at h a t d e s i g n i n gp r o d u c ta n dp r o d u c t i o np r o c e s s w i t hc u s t o m e ri n v o l v e m e n ta n d s t a n d a r d i z a t i o na n dm o d u l a r i t yi sr a i s e d , a n dp r o d u c t i o no r g a n i z a t i o no fl e a n p r o d u c t i o ns y s t e mi si m p r o v e dt h r o u g hj o bs h o ps c h e d u l i n ga n dj u s t - i n - t i m e p r o d u c t i o n ，ah y b r i dc o n t r o lp o l i c yo fp r o d u c t i o na n dm a t e r i a lf l o wi sp r e s e n t e d , a n d t h e r e f o r el e a dt i m eo fl e a np r o d u c t i o ns y s t e mu n d e rm u l t i i t e ms m a l l l o ts e t t i n g si s r e d u c e d t h i r d l y ，t h ec o n n e c t i o no fp r o d u c t i o nq u a l i t ya n dl e a dt i m ei sa d d r e s s e d ，a n da s e r i e so fm e t h o d so fm u l t i i t e ms m a l l - l o tp r o d u c t i o nq u a l i t yc o n t r o la n da s s u r r f l c e b a s e do n j i d o k a ( a u t o m a t i o n ) a n dq c h a r t sa r ea d v a n c e d ，a n da t a g u c h i - r o b u s t - d e s i g n b a s e dt e c h n i q u eo fm u l t i i t e ms m a l l l o tp r o d u c t i o ni sb r o u g h t f o r w a r d o nd i s c u s s i n gt h ec o n n o t a t i o na n di m p l e m e n t a t i o nr o a d m a po fs i xs i g m a m e t h o d o l o g y ，t h ei n t e g r a t e da d v a n t a g e sa n di n t e g r a t e dm u t i n g sb e t w e e n l e a n p r o d u c t i o ns y s t e ma n ds i xs i g m am e t h o d o l o g ya r es h o w e d ，a n dac o n t i n u o u s i m p r o v e m e n ta p p r o a c h e si n t e g r a t i n g l e a n p r o d u c t i o ns y s t e m a n d s i xs i g m a m e t h o d o l o g yu n d e rm u l t i i t e ms m a l l l o ts e t t i n g si sp r o p o s e d a n df i n a l l ya c a s ei s b u i l tt ov a l i d a t et h ei m p r o v e m e n ta p p r o a c h e s k e yw o r d s ：m u l t i i t e ms m a l l l o ll e a np r o d u c t i o ns y s t e m ，p r o d u c t i o nl e a dt i m e , q u a l i t yc o n t r o l ，s i xs i g m a ，c o n t i n u o u si m p r o v e m e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：车建圜 签字日期：衫年7 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫叠盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 车建团 签字日期：必口6 年7 月劾日 导师签名： 签字噍6 参年7 月伊日 天津大学博上学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出及研究背景 传统的大批量生产方式是在泰勒的以劳动专业化分工为特征的科学管理方 法和以零部件互换原理和作业单纯化原理为特征的移动装配法基础上发展起来 的，它的出现引起了企业生产组织方式的第一次根本性变革。 批量生产方式的特征可以概括为：生产过程按照从产品开发到工艺设计、 生产组织、产品检验这个流程向前推动，各部门互相分割，高度专业化分工； 生产过程使用标准化的零部件和专用高效的机器设备，实行专业、广泛的劳动分 工和标准化操作，利用规模经济效应大幅度降低生产成本，提高生产率；以企 业自身而不是以市场和顾客为出发点，只生产少数几种标准化的产品，要生产其 它产品，就必须投入大量资金和时间对生产系统进行大规模改造i l l 。 大批量生产方式利用专业化分工提高生产效率，获得规模经济的效益，从而 能够降低成本，它适应了过去需求简单、趋同而稳定的市场环境。 上世纪8 0 年代以来，随着经济和社会的发展，市场环境发生了剧烈变化： ( 1 ) 顾客需求呈现多样化和多变性。随着经济高速发展和生活水平提高，消 费者的消费观念和价值观念发生了根本性变化，需求呈现出个性化、多样化和快 速变化的特点。 ( 2 ) 产品生命周期显著缩短。随着技术进步速度的加快，产品的生命周期大 大缩短，更新速度明显加快，新产品频繁出现。 ( 3 ) 市场竞争加剧。交通和信息、通讯技术的发展使得企业面临更加激烈的 全球化竞争，市场不确定性明显增加。 随着市场环境的变化，传统的大批量生产方式再也难以适应市场要求，主要 表现出了以下几方面问题： ( 1 ) 传统大批量生产方式的刚性的资源配置系统难以迅速、动态调整以应付 快速变化的市场环境，进行多品种小批量生产。即使能够生产出这种多样化的产 品，也会因为成本太高令顾客望而却步。生产提前期长、缺乏响应敏捷性导致不 能快速交货是大批量生产方式致命的缺陷。 ( 2 1 采购、生产、销售等各个业务环节的决策和运作相互依存、相互影响而 又各自为政，这种纵向一体化的层级式组织结构导致企业机构臃肿官僚，效率低 下，反应迟缓，难以沟通协调去适应市场快速变化。 ( 3 ) 为了提高生产运作效率，企业使专业化的机器和员工满负荷运作；为了 第一章绪论 应付原材料供应和市场需求的难以预测的快速变化，需要准备大量库存来维持生 产；这种过量生产和库存导致企业浪费严重，生产成本高昂。 “) i 目f j 性的资源配置系统和推动式生产不能满足顾客对产品的功能和品种多 样化的需求，同时因为生产组织调度非常复杂、物料繁多导致产品质量下降和柔 性降低。 市场环境的变化要求企业必须改变传统的大批量生产方式，采取多品种小批 量的方式组织生产。 多品种小批量生产主要有以下特点：( 1 ) 产品种类繁杂多样；( 2 ) 生产过程 复杂多变，生产组织和控制变得异常复杂；( 3 ) 外部市场风险增大、不确定性大 大提高。多品种小批量生产的这些特点使得企业的生产成本大大增加，交货期变 的很长，并且产品质量难以控制。制造业已进入了一个巨大的变革时期，企业如 何改变原有的生产方式去适应这种多品种小批量的生产环境，能够低成本、快速 地组织生产，向顾客交付高质量的多样化产品，是一个需要深入研究的课题。 1 2 本文的主要研究内容 本文的技术路线( 逻辑框架) 如图1 - 1 所示，主要研究内容如下：首先在第 一章开始指出：随着顾客需求向多样化和个性化方向发展、技术进步的加快以及 全球化竞争的加剧，传统的大批量生产方式再也不能适应市场环境的变化，多品 种小批量生产方式出现，然而如何成功实施多品种小批量生产，低成本、高质量、 快速地向顾客提供多样化的产品，至今未得到深入研究。精益生产方式是一种追 求彻底消除浪费和持续改善的生产方式，但是它却表现出许多不能适应多品种小 批量生产环境的局限性，如何对精益生产方式进行改进，使其能够适应多品种小 批量生产，是本文的研究目的和主要研究内容。 第二章首先引入了精益生产方式的内涵，第二节论述了精益生产方式的各项 支撑技术；然后深入分析了精益生产方式技术体系的内在逻辑关系；第三节比较 分析了看板控制、c o n w i p 控制和d b r 控制三种生产和物流控制策略的优势与 不足；第四节分析了多品种小批量生产环境下精益生产方式的局限性，为以后的 改进奠定了基础。 第三章首先分析了多品种小批量生产环境的特点和系统要求。在第二章的分 析基础上，本章第二节从顾客参与、产品和生产系统的模块化与标准化两方面对 产品和生产系统设计进行了分析。然后基于准时生产和j o bs l i o p 作业排序对生产 组织方式进行了改进，从而对精益生产系统的提前期进行了改进。 第四章主要是对多品种小批量生产环境下精益生产系统的生产过程质量进 天津大学博士学位论文 行控制和改善。第一节首先分析了产品质量和提前期之间的关系，然后基于自锄 化方法和q 控制图方法建立了一套质量控制和保证方法，在第三节首次提出了 一种基于田口稳健性设计思想的多品种小批量生产过程质量改进方法。第四节论 述了六西格玛管理方法的内涵及其实施流程，然后在第五节分析了精益生产方式 与六西格玛方法的优势和不足，指出了二者结合的价值体现，给出了二者结合的 途径。最后提出了一种基于精益生产和六西格玛管理的多品种小批量生产持续改 进模式。 第五章针对第三章和第四章提出的改进方法，将本文提出的改进方法应用于 f 汽车公司，验证了改进方法的有效性。 图l - i 本文的技术路线图 第一章绪论 1 3 本课题的研究目的与研究意义 上世纪8 0 年代以来，技术进步的日新月异和市场需求的日趋多变使得生产 系统的外部环境发生了很大的变化，具体表现为：产品生命周期大大缩短，品 种更新速度明显加快；顾客需求追求多样化和个性化；按期交货、快速交货 变得至关重要；多品种小批量生产成为主流。环境变化使得传统的批量生产模 式已经不能满足顾客对产品品种、交货期、价格和质量的要求，越来越多的企业 管理者认识到企业要在激烈的市场竞争中取胜，必须具有低成本、高质量、快速 地向顾客交付多样化产品、满足顾客需求的能力。而这仅通过采用高度自动化的 专业设备和新工艺是远远不够的，必须从整个企业去优化、改变传统的生产运作 系统和组织管理技术，使企业对环境变化具有更大的柔性。 第二次世界大战后，日本处于战后萧条时期。丰田汽车公司的丰田英二和大 野耐一在仔细参观和调查了福特汽车公司的工厂后，敏锐地认识到大量生产运作 方式的弱点，认为它不适合日本。因为当时日本经济十分困难，一方面不可能花 巨额投资和大量外汇去购买美国的技术与装备来建大规模的工厂；另一方面当时 日本国内汽车市场狭小，但需求品种却相当多。他们决定走一条适合日本实际情 况的新路，并最终取得了成功，这就是精益生产方式。 精益生产方式是一种强调彻底消除浪费、减低成本和持续改善的准时化生产 方式。它与大批量生产方式的关键区别在于物流的触发机制和在制品库存的控制 机制不同。精益生产由此形成了与大批量生产方式完全不同的管理思想，形成了 一套完全不同于批量生产的生产组织和管理技术。它的成功之处在于强调从顾客 需求拉动生产，最大限度消除浪费和在制品存货，从而使生产成本大幅下降。精 益生产方式是继福特流水线和斯隆事业部制之后，使得汽车第二次成为“改变世 界的机器”。 然而研究发现，精益生产多适用于重复性、稳定的生产环境，难以适应产量 的大幅变化以及生产品种的频繁动态调整。在多品种小批量生产环境中，生产过 程复杂多变，生产组织调度变得非常困难，精益生产的提前期变长，质量不稳定， 许多产品质量问题难以彻底解决。如何进一步对精益生产方式进行优化改进，使 其能够适应多品种小批量的生产环境是一个需要深入研究的课题，这正是本文的 研究目的。 多品种小批量生产代表了先进制造模式的未来发展方向，它已经成为世界生 产制造领域的研究热点。加强对多品种小批量生产模式的研究对于提高我国企业 的制造能力、实现“制造强国”战略显得非常重要。 天津大学博上学位论文 1 4 国内外研究综述 1 关于作业计划与提前期，拖期研究 k a n n a r k a r 等人1 2 卅和z i p k i n l 4 1 研究表明生产提前期与生产批量大小，生产品 种的不同和订单投放时间这些因素密切相关，严重依赖于加工中心的生产组织。 k a r m a r k a r 等人 2 - 3 ，z i p k i n i ”，s h a n t h i k u m a r 和b u z a e o t t l 5 1 采用排队模型来分析生 产系统的提前期问题，这种模型也能够根据排队时间来计算在制品和提前期最小 化时的生产批量。但是它的局限性是它们假定生产过程必须处于稳定平衡以及重 复性制造环境中，模型方法的效果在持续变化的动态环境中是很差的。 本质上讲，j o bs h o p 加工问题属于多品种小批量生产问题。b a k e r t 6 - ； l j 冠过作 业排序方法来研究提前期问题。p a l e k a r l 8 l 对一个包含阻塞情况的周期性c o n w l p 流水车间的作业排序和在制品水平进行了研究。 何桢等人1 9 。1 2 l 对应用启发式算法对i o bs h o p 排序缩短生产提前期进行了大量 的研究。 王玮等人i i 升建立带有隶属度函数的单件和批量制造业模糊交货期下的准时 化生产计划模型，将以往确定性准时化生产计划问题扩展到模糊不确定性准时化 生产计划，并为实际生产计划的编制提供了一种有效方法。 毛建忠和吴智铭1 1 4 】以成组技术为基础，提出了一种使提前期和拖期惩罚最小 的j o bs h o p 调度模型，并把启发式算法与拉格朗f j 松弛技术结合起来给出了求解 这一调度模型的方法。 赵伟等人i l ”建立多级混流装配线的调度模型研究了使不同生产级上各零部 件的消耗量尽可能保持均匀的调度问题，并用遗传算法和模拟退火方法进行求 解。 牛海军和孙树栋i l6 】针对单机分批作业准时生产方式，研究了总加工成本最小 化目标下不允许出现拖期的批调度闯题，并给出了一个使得目标函数最小的确定 最优分批与各批次的开始时间的启发式算法。 陈伟达和达庆利 l7 】提出了一种求解i o bs h o p 准时调度问题的两层遗传算法 来解决工艺路线可变哟o bs h o p 准时调度问题。 2 关于多品种小批量生产和精益生产下的质量控制研究 国内外学者对于多品种小批量生产过程质量控制方法进行了大量的研究。 余忠华和吴昭同l l 叫对目前国内外多品种小批量过程质量控制方法进行了总 结。h i l l i e r l l 9 1 ，q u e s e n b e r r y 2 0 1 ，s a l t i 和s t a t h a m t 2 i ，苗瑞等人【2 2 】，王建稳吲将多 品种小批量生产质量特性值进行代数变换和统计变换，使其满足独立同分布要 第一章绪论 求，然后应用控制图监控多品种小批量生产过程质量。 s i l v e r 和b i s c h a k ! “i ，余忠华和吴昭同1 2 5 j ，朱慧明和韩玉启社哪充分利用b a y e s 统计推断方法，结合当前的生产信息建立动态模型，对当前的过程参数、分布进 行估计，然后建立控制图监控多品种小批量生产过程质量。 张文生1 2 ”应用支持向量机方法对小批量生产过程进行统计估计和预测。 h w a r n g 和h u b e l e 2 舡冽，陈平等人p o l ，c h e n g 3 “，余忠华和吴昭同 3 2 】应用人 工神经网络和模式识别方法来监控多品种小批量生产过程质量。 陈庆新和毛宁等人p ”训采用自适应固定区间卡尔曼平滑方法对小批量工艺 系统的加工质量进行建模并进行参数估计和未来取值预报，以控制加工质量。 殷建军等人l ”铡用e w m a 控制图来监控多种类型零件族的生产质量。 质量保证在成功实施精益生产中起着非常重要的作用。但国内外关于精益生 产方式的质量控制方面的研究极少。 g a s u l 和m o t w a n i ! 蚓认为，成功推行精益生产中的自恸化技术需要很长时问 和较大的投资一方面，机器设备需要不断修改以适应防错的需要；另一方面， 需要员工很高的操作技能去操作设备以实现产品缺陷预防。 王玖河【3 1 对精益生产方式下的质量控制的指导思想进行了分析，并对其在规 划设计、生产制造、外协外购和营销各阶段的质量控制进行了探讨。 牟永善和赵文波【3 8 1 应用公差百分数控制图和工序诊断调节法对成组加工单 元的质量控制问题进行了研究。 3 关于精益生产综合体系的研究 c o r b e t t 和y u c e s s n p g l 对j i t 的系统建模方法进行了分析。 邓修权和齐二石【帅1 将精益生产方式拉动生产系统的支撑条件分作设计性条 件和改善性条件，并在仅考虑设计性条件的情况下对精益生产方式拉动生产系统 的设计程序进行了初步的总结和研究。 魏大鹏1 4 l j 较为全砸、系统地分析研究了准时化生产方式的技术支撑体系以及 各项技术间的相互关系。 孔造杰和张海娟m 1 在分析准时化生产方式基本思想的基础上，详细探讨了与 准时化生产方式有关的各项成熟技术的基本原理和应用方法，进而深入研究了准 时化生产方式各项成熟技术之间所存在的相互影响、相互促进的密切关系。 赵晓波和周兆英1 4 3 1 主要研究了丰田生产系统中以k a n b a n 为信息传播媒介的 生产管理方式。着重说明该系统的两个核心概念j i t 和a u t o m a t i o n ，同时探讨在 我国开发丰田生产系统的可行性。 齐二石i 介绍了丰田生产方式的理论与方法，分析了我国近年来若干企业推 天津大学博上学位论文 行丰田生产方式中存在的问题，阐述了中国企业借鉴丰田生产方式提高企业管理 效益的途经与策略。 4 关于生产系统的划分 清华大学的龚其国等人【4 5 】把生产系统分为串联形式的生产系统和一般网络 形式的生产系统。并指出国内外大部分学者主要是针对精益生产系统中的串联形 式系统的物流触发机制和在制品库存机制进行了研究，而没有进行一般网络形式 的生产系统研究。 a s k i n 和g o l d b e r g 4 6 1 把生产系统划分为f l o ws h o p ，j o bs h o p ，o p e ns h o p 和 r e e n t r a n ts h o p 四种模式。把所有产品都经过相同工艺路线的生产模式称为f l o w s h o p ，不同加工任务经过的工艺路线不同的加工模式称为j o bs h o p 模式。并把同 一加工任务的工艺顺序可以相互改变的加工模式成为o p e ns h o p 模式，把加工任 务重复使用同一工艺的加工模式称为静e n t r a n ts h 叩模式。 5 关于精益生产的看板分配与系统性能研究 看板是精益生产，库存控制系统的控制工具，它是j i t 生产系统的重要支柱之 一。看板一般分为订货看板、取货看板、加工看板和生产指示看板4 种，看板种 类和数量的设置主要考虑了订货和取货时间之间的延迟以及物料需求量的大小。 大多数研究者描述的是双看板或者单看板系统，双看板( 亦称双卡) 系统只有取货 看板和生产指示看板，而单看板系统只有一种看板1 4 ”。 看板数的确定是生产系统的最优设计问题。由于现实生产中存在各种不可避 免的变动因素，在不能消除或准确及时预知变动因素的情况下，所以仍需要保持 一定数景的存货，以减少各种变动因素的影响。在满足需求速率的情况下，控制 生产系统中的在制品存货水平，或者在相同的存货水平下使生产系统的输出率最 大是研究人员和实际工作者最关心的1 4 ”。 目前国内对于看板数量的研究很少，国外许多学者对此进行了大量研究。 m o n d e n l 4 5 , 4 7 1 最早在考虑机器加工时间、运输时间、等待时间和看板收集时 间的情况下提出了一个确定看板数量的方法：k ，= ( f ，d i ) ( 1 + a ) n , ，这是一个确 定性的方法，其中x ，是第i 种类型的部件的看板数，行，为容器容量，表示提前 期，包括加工时间、运输时间、等待时间和看板收集时间，d j 表示第i 种类犁部 件的需求率，口是安全系数。并指出影响库存安全系数口值的因素主要有：需求 波动、加工时间的不确定性以及机器损坏。 s 0 和p i n a u l t l 4 s , 4 s 把工序单元串联加工时间指数分布、需求到达为p o i s s o n 过 程、加工批量为k 的生产系统模拟为一个m m k 的排队模型。从而求出满足预定 需求水平的安全库存q 。并指出当需求到达不是p o i s s o n 过程、加工时问非指数分 第一章绪论 布时，可用加工时间和需求到达间隔时问的方差系数乘以到达为p o i s s o n 过程、加 工时间为指数分布时的安全库存q ，从而确定系统中的看板数。同时还分析了在 机器出现故障情况下，延迟的需求需要后来进行补充，但仍能满足预定的需求水 平的安全库存。 w a n g 和w a n g 4 9 分析了机器加工时间为指数分布，系统布置为一个工序单元 对一个工序单元、多个工序单元对一个工序单元以及多个工序单元对多个工序单 元3 种生产系统，以缺货成本和库存成本两者之和的总成本最小为目标函数，从 而确定系统中的最优看板数。 f r e i n 等人【5 0 1 分析了一般性看板系统设计参数：每个工序单元的看板数和目 标存货的选择，对于一个孤立的工序单元，研究发现看板数决定工序单元的生产 能力，目标存货决定工序单元对需求的满足程度。 a s k i n 等人i ”1 分析了生产多品种产品的系统。假定系统生产m 种类型的部件， i 表示单位时间内第i 种部件的库存成本，龟表示相应的缺货成本，只( 工) 表示第i 种部件有x 件存货的概率，则成本最小化目标函数为 mi fi m i n 扛矿( 曲+ 以( x ) ) ，在已知需求过程的情况下，可以计算出满足耳 l ；lx = oj = - 帕 标函数的看板数。 看板在生产系统中各个工序单元之间的分配不同，使得系统表现出不同的性 能。 邓修权等人1 5 2 1 利用p e l r i 网模型对基本拉动系统进行了系统性能分析。 b e r k l e y t ”喇用一个仿真模型分析了缓冲容量和排序规则对单看板系统的系 统性能的影响。 a b d u i - n o u r i 圳采用基于田口方法的仿真模型来评价了影响j i t 系统的一些因 素。 b e r k l e y ”谴过仿真来决定看板控制生产线的最优绩效水平。 c h a n g 和y i h l 5 6 1 提出了一个仿真模型研究了动态变化生产系统中的广义看板 系统。 k r a j e w s k i 等人用影响生产系统性能的3 6 个因素进行了一个大型模拟研 究这些因素包含生产准备时间、批量大小、员工柔性灵活性、产出合格率等 等。他们指出了对于m 砌，和看板系统性能，哪些因素是最重要的，研究发现这些 因素比作业计划系统更重要。 有些学者1 4 5 j 8 1 发现在其他条件和系统中总的看板数相同的情况下，分配更多 的看板在下游工序单元能提高生产率。在保持其它工序单元看板数不变的条件 下，增加任何一个工序单元的看板数则会增加系统输出，增加总的看板数会使最 天津大学博士学位论文 优生产率增加。 g l a s s e r m a n 和y a 0 1 5 9 】建立了一个半马尔可夫过程模型，研究了在一般阻塞机 制下序列生产线上缓冲区容量的改变对生产性能的影响，并给出了需要增加缓冲 区容量和重新分配缓冲容量以提高系统输出的条件。各个缓冲区容量的确定和如 何分配缓冲区容量的主要目标是平衡系统输出率和在制品水平，研究发现缓冲容 量的最优分配依赖于系统结构而不是工序单元的服务时间。 p a n a y i o t o u ： u c a s s a n d r a s t 6 0 l 出了一个需求为一般到达过程和加工时间为一 般分布的序列看板生产系统在保持在制品水平不变的条件下，调整看板的分配使 系统生产率最大的算法，并给出系统最优性能满足的必要和充分条件，证明算法 收敛于看板的最优分布。 齐二石等人f 6 l l 用极大代数法建模分析了柔性联结装配型拉动生产系统的随 机扰动特性，研究发现影响生产系统效率的一个关键因素是系统中工件数量的控 制，此类系统在降低工件数量等方面能取得了良好效果。 齐二石和刘豹【6 2 】以缓冲器容量有限的串行生产系统为研究对象，应用极大代 数法建立推动与拉动生产系统状态空间模型，进行了系统有限扰动分析，研究发 现拉动系统能更有效地降低库存量和物流量，缩短生产周期，提高效率和系统柔 性。 齐二石和李宗耀1 6 3 】应用等价变换思路建立缓冲器容量有限的串行推式生产 系统极大代数状态空间模型进行随机扰动分析。分析证明了生产系统周期主要取 决于系统工件贮有数量。 6 关于精益生产的物流与生产控制策略的研究 国内外对于精益生产的控制策略进行了大量研究。 西南交通大学的康杰等人1 6 4 6 5 1 分析了拉动和推动两种不同的生产控制策略， 研究发现拉动控制比推动控制更具有优势。他还对k a n b a n 控制策略和c o n w i p 控制策略进行比较，研究表明，k a n b a n 并不是最优的控制策略，并提出了基于 k a n b a n 和c o n w i p 的混合控制策略m j 。 龚其国等人1 4 5 镰入分析并比较了文献中有关准时生产系统中生产控制策略 的研究工作，并提出了4 种不同的控制策略。 汪定伟1 6 6 1 应用软件包仿真证明了对于一般批量生产系统p u s h p u l l 混合控制 策略是最好的策略，他还进一步研究了m r p i i 和j 1 t 的混合控制策略。 a s k i n i ”i 根据m r p i i 和j i t 的思想，设计了一种m r p i i j i t 混合控制方法， 并在两种不同产品的制造过程中分别应用了单阶段定量在制品法和多阶段混合 控制策略。 第一章绪论 黄敏等人1 6 ；q 对c o n w i p 控制下的f m s 进行仿真，以分析不同处理时间对 c o n w i p 控制下的f m s 性能的影响。 栗贺友和郝建男1 6 s l 通过对看板管理系统在运行过程中废品的出现造成收容 数不足、新产品与常规产品共线生产、外购部件看板张数设定等方面的分析，分 别提出了运行过程中相对应的调控方法，实现了看板管理系统有效的运转。在外 购部件看板发行张数调控方法中，根据现场运行的经验总结出了进货周期与安全 系数对应关系。 华中生旧j 研究了随机工件加工时间的生产系统在j i t 控制策略下的运行机 制，探讨了在j i t 控制策略下生产系统的看板在安全库存受限的条件下的最优配 置问题，并给出了工作站数目小于5 的生产系统看板最优配置公式。 李士清和陈良猷1 7 0 1 在考虑随机生产可靠性和需求波动两类随机因素的情况 下，采用一个离散时间马尔可夫过程模型来确定多阶段( 或单元) 串并联拉式系统 优化控制策略的有效方法。 关于看板控制策略的研究己经做过了大量的研究，在1 9 9 2 年b c r k l e y l 7 l 】写了 一篇关于k a n b a n 策略的发展及其研究领域的综合文献。t a b e 等人1 7 2 1 比较了p i i s h 系统和p i l l l 系统，p u l l 系统就是以k a n b a n 控制策略为代表的，p t i s h 系统是以不 确定的需求来驱动的。二者比较主要集中在订单的数量和库存水平上，表明 k a n b a n 系统对错误需求的敏感性强于p l l s h 系统。 k i m u r a 和t e r a d a | 7 3 1 详细描述了丰田公司看板系统，再次比较了p i l s h 和p u l l 系统，同时指出在k a n b a n 控制策略下，批量和提前期的变动对库存水平具有十 分重要的影响，然而影响p i l s h 系统性能最主要的是需求预测的误差程度。 o l h a g c r 和o s t l u n g i7 4 j 通过一个案例研究了推动与拉动生产策略的整合，并描 述了这种整合的潜在优势。a s k i n 和g o l d b c r g ! 蝴，s i l v e r 等人”1 对双存储区和双 看板控制系统的实施流程进行了研究。 m a r e k 等人1 7 6 1 对看板控制和c o n w l p 控制策略进行了对比分析。w a n g 和 x u 叫采用仿真检验了拉动与推动混合生产控制策略的性能。b o n v i k l 7 3 1 对混合控 制策略的制造系统的性能进行了分析。 1 9 9 0 年，美国西北大学的s p e a r m a n 等人【7 9 1 结合p u l l 和p u s h 两种策略的优 点提出了一种看板控制的替代方法c o n w i p ( c o n s t a n tw o r ki np r o c e s s ，固定 在制品) 控制。并且c o n w i p 控制策略在精益生产的实施中得到了较好的应用 i s o 。 g r o e n e v e l t 和l h m a r k a r l 8 ”提出了一种动态看板系统。国内学者蔡颖蜊也对 动态看板进行了研究。 7 对精益生产阻塞机制的研究 天律大学博士学位论文 精益生产在制品的存储区的设置一般随控制策略和物流距离的远近不同分 为单存储区和双存储区系统1 4 6 l 。由于生产系统中存储区容量有限，因而生产系统 中存在阻塞情况。目前有3 种阻塞情况吲：生产阻塞、通信阻塞及最小阻塞。以 单存储区的生产系统为例1 4 5 1 ，所谓生产阻塞是指当一个工序单元的某个工件加工 完成后，其下游存储区的空间已经被填满而不能进入下游存储区，继续占用机器 从而使阻塞发生i ”】；通信阻塞是当一个工序单元的紧邻下游存储区没有空位时， 就停止i j n - l - ，直到下游存储区有空位时才开始加工；最小阻塞是当一个工序单元 中某个工件被加工完成而下游工序单元的存储区没有空位时，就存放在本工序单 元的存储区中，当下游工序单元的存储区有空位时最早等待的完成加工的工件 进入下一个工序单元l s 4 l 。p a l e k a 一8 】和m a r e k 等人7 q 对这三种阻塞情况进行了研 究。 8 关于生产批量的确定 在j i t 制造过程中，一个理想的情况是，j i t 制造者的原材料供应商送货同企 业的生产过程、产品交付过程完全同步，这样企业就相当于一个管道，能够使总 成本最小化。但是大多数学者在研究企业最优批量的确定时，总是它们单独分开 研究i s 5 - $ 6 l 。 p h i l i p o 伽等人吲提出了一个数学规划模型来确定带有信号看板的j i t 系统的 生产批量。k h a n 和s a r k e d ”l 研究了在j i t 生产环境中，综合考虑原材料采购系统 和制造系统时最优采购批量和生产批量的确定。s z e n d r o v i t s i 嘲，d r e z n e r 等人咖l ， b o g a s c h e w s k y 等人采用数学规划方法来确定精益生产的批量。 9 传送批量大小的确定问题 传送批量是生产过程中各工序之间的搬运产品的数量，而生产批量是每个生 产任务的产品数量，二者是不同的概念，许多学者往往把它们混淆使用。传送批 量确定问题在国外被称为批量流( 1 0 ts t r e a m i n g ) 问题。r e i t e r l 9 2 1 在1 9 6 6 年首先 引入批量流概念。他认为生产与控制计划可以将多机器加工的一个生产任务划分 出若干固定的传送批量以加速物流和有利于连续生产。此后许多学者研究了多阶 段生产系统中为了保持生产过程不间断，最优传送批量大小的确定问题。 r a m a s e s h 等人1 9 3 1 研究了多阶段生产过程中考虑库存和搬运成本情况下的传 送批量的确定。他们假定固定的需求、相同的生产速度以及相等的传送批量。 有些作者考察了传送批量不相等时的影响。 p o t t s 和b a k e r l 9 4 1 研究了两台机器的传送批量不等的情况，他把一个生产批量 划分为个批次传送，吼代表了第1 传送批次的批量大小，证明当按照 第一章绪论 毋+ = 丝g 规则分配传送批量时生产提前期最短，这时第，+ 1 批次在机器1 上 a 的加工时间和第1 批次在机器2 加工的加工时间相同，没有等待与阻塞。 i q o p p 和s m u n d 9 5 1 提出了一个线性规划方法研究在传送批次数和生产批量已 知情况下最优传送批量的大小。 b a k e r 和p y k e i 吲用启发式算法来计算传送批量的大小，他们发现当传送批量 相等时，生产系统运行非常好，只有大约5 的时间损失。实际应用中，相等传 送批量更容易实旖，并且当换模时间很短时，系统运行特别良好，并且传送批量 大小越小越好。 b i s k u p 和f d d m a n n 即l 采用一个整数规划方法研究了在f l o ws h o p 环境中怎样 把一个生产批量分成若干传送批次的问题。 l o 关于精益生产的设备布局和物流的研究 单元化生产是对成组技术的应用。单元系统是以一台或多台数控加工设备和 物科储运系统为主体，在计算机统一控制管理下，可进行多品种、中小批量零件 自动化加工生产的机械加工系统的总称1 9 9 l 。 国内有些学者对制造单元生产的设计和生产控制进行了研究。 梁福军和宁汝新l 提出了基于工艺相似性理论的设备集合模式的概念，建立 了基于设备集合模式、图论和集合论的虚拟制造单元生成的框架模型，以及生成 了有关定义、规则及算法。 周亦波等人1 1 叫研究了基于成组技术的制造单元在车间平面内的布局问题， 提出了一种能真实反映车间平面内布局特点和要求的布局模型，并利用模拟退火 法进行了求解。 o h t a 和n a k a m u r a i ”1 垤出解决单元制造问题的基本工具是机器部件发生矩 阵( 由大量的0 和l 组成) ，通过直接法和间接法两种不同方法将相似部件组合 所需机器组合成一个单元进行加工。 a r o n s o n l l 0 2 1 对数控单元系统的发展状况进行了综述，指出单元( 系统) 目前已 经开始影响和支配着美国制造业。 n y e r 等人o ”封认为生产单元是通过建立一个生产任务和操作者之间在时间、 空间和信息上密切联系的工作流，利用机器设备把原材料转换成一族具有相似加 工要求的部件和产品的组织。 s h a n g 和t a d i k a m a l l a ! 荆用数学和计算机仿真方法对制造单元系统进行了 研究b a n e r j c e 等人叫l 对制造单元的布局和物流进行了研究和优化。 张书亭和杨建军【i 嗵过对单元化制造系统的分析，提出了基于m r p i i 系统 的扩展的单元生产管理系统，较好的体现了单元化制造的需求和特点。 天津大学博士学位论文 王炬香等人1 1 0 q 从供应、运输、生产设施规划、仓储和生产物流管理等几个 方面系统全面地论述了精益思想在汽车企业物流中的应用，阐述了应用精益物流 规划后对企业产生的成效。 为了缩短换模时间，m o n d e n ”8 瞻出了四个主要的概念应该被认识到： 1 分离内部换模与外部换模，尽可能把内部换模转换为外部换模。 2 换模操作改进。对于不能把内换模操作转换为外换模的，要强调通过持 续改进与监控换模操作来缩短内部换模时间。 3 设备改进。搜索模具搬运工具，减少模具参数水平的调整，通过修改设 备实现各种调整准备工作的自动化，修改模具装配文件并进行培训。 4