（管理科学与工程专业论文）基于熵理论的精益生产改善方法及实施体系研究.pdf

摘要 生产系统是企业创造价值、满足市场和客户需求、实现企业经营目标的载体， 企业的生产过程实际上就是通过人、财、物、信息等经营资源流入、流出生产系 统所完成的。近些年来，随着外部经营环境的变化和竞争形势的加剧，企业生产 系统面临着日益严峻的挑战。因此，如何有效把握生产系统的状态变化，并采取 适当的应对之策，成为现代企业管理和决策中的重要课题。 。 本文首先对福特制制造系统进行了介绍，并对福特制制造系统和精益生产方 式的异同点进行了分析。本文还阐述了精益生产方式的主要技术体系，为后续的 研究打下了基础。随后，结合管理熵与管理耗散结构理论分析了生产系统的基本 特征，并分析了生产系统的总熵构成。本文主要从物流、工艺流、信息流、人员 流、资金流等五个流的角度分析了生产系统出现熵增的原因，随后有针对性地采 取精益改善的方法工具作为解决措施，在上述分析的基础之上本章最后构建了基 于熵理论的精益改善实施体系，并提出了生产系统的时间熵评价模型。本文通过 对k 公司的实际案例进行分析探讨，证明了基于熵理论的精益改善方法及实施体 系的可行性。最后，对本文内容进行了总结并对后续的研究工作进行了展望。 关键词：熵，时间熵，熵增，生产系统，精益生产方式 a b s t r a c t p r o d u c t i o ns y s t e mi sac a r r i e rt o c r e a t ee n t e r p r i s ev a l u e s ，t om e e tt h en e e d so f m 破e t sa n dc u s t o m e r sa n dt oa c h i e v ee n t e r p r i s eg o a l s t h ee n t e r p n s ep r o d u c t l o n p r o c e s si sa m a l l yc o m p l e t e db yt h eb u s i n e s sr e s o u r c e s ，s u c h a sh l l m a n ，t m a n c l a l ， m a t e r i a la n di i l f o m a t i o n ，w h i c hf l o wi no ro u to ft h ep r o d u c t i o ns y s t e m i n r e c e n t v e a r s 。a sm ee x t e m a lb u s i n e s se n v i r o n m e n tc h a n g e sa n dc o m p e t i t i o nm t e i l s l t l e s ，t h e e m e r p r i s ep r o d u c t i o np r o c e s si sf a c e d w i t hi n c r e a s i n g l ys e r i o u sc h a u e n g 鼹i 。h e r e t o 他 h o wt oe 侮e c t i v e l y 铲a s pt h ec h a n g eo fp r o d u c t i o n s y s t e m s t a t e sa l l d t o t a k e a p p r o p r i a t ec o u n t e r m e a s u r e sb e c o m ea ni m p o r t a n ti s s u ei n t h em o d e r n 鼬t 唧n s e m a n a g e m e n ta n d d e c i s i o n - m a k i n g i nt h i sp a p t h ef o r dm a n u f a c t u r i n gs y s t e mw a s i n t r o d u c e df i r s t ，8 n dt h e n 也e s i l n i l 撕t i e sa n dd i 脓e n c e sb e t w e e n t h e f o r dm a n u f a c t u r i n gs y s t e ma n dl e a i l p r o d u c t i o ns y s t 锄w e r ea n a l y z e d i na d d i t i o n ，t h em a i nt e c h n o l o g ys y s t 锄o e a n p r o d u c t i o nw 弱d e s c r i b e d ，w h i c hw a saf o u n d a t i o n o ft h ef o l l o w 。u p d l s c u s s l o n s u b s e q u e n t l y ，w i t hm a n a g e m e n te n t r o p yt h e o r ya n d m a n a g e m e n td i s s l p a t l v e 觚m r e t h e o r y ，p r o d u c t i o ns y s t e m sb a s i cc h a r a c t e r i s t i c sw e r e a n a l y z e d a tt h es 锄et l m e ，t h e t o t a le n 协) p ys m l c t u r eo fp r o d u c t i o ns y s t e mw a sa n a l y z e d i nc h a p t e ri v , f i r s t ，t h e r e a s o n sf o r 伽【仃叩yi n c r e a s ei np r o d u c t i o ns y s t e mw e r ea n a l y z e df r o m f i v ef l o w s , 叭c ha sl o g i s t i c s ，p r o c e s sf l o w ，i n f o r m a t i o nf l o w ，p e r s o n n e lf l o w a n dc a p n a l1 1 0 w t h e n 1 e a nm e t h o d o l o g i c a lt o o l s w e r et a r g e t e dt a k e ni n a s s o l v m g m e a s 眦e s a c c o “妇gt om ea b o v ea n a l y s i s ，a tt h ee n do f t h i sc h a p t e r ，t h el e a nm p r o v a b l ea n d i m p l e m e n t a ls y s t e mw a sc o n s t r u c t e d b a s e d0 1 1e n t r o p yt h e o r y ，a n dt h et l m ee n 廿o p y e v a l u a t i o nm o d e lo fp r o d u c t i o ns y s t e mw a sp r o p o s e d i nc h a p t e rv ，t h i sp a p e r p m l 撕l ya n a l y z e d 趾a c t u a lc a s e o fkc o ，a n dp r o v e dt h ef e a s i b i l i t yo ft h e l e a n i m p r o v a b l ea l l d 洫p l 锄e n t a ls y s t e m b a s e do ne n t r o p yt h e o r y f i n a l l y ，t h ec o n t e n t so f t h i sp 印e rw e r es u m m a r i z e da n d t h ef o l l o w u pr e s e a r c hw o r kw a 8p r o s p e c t e d k e yw o r d s ：e n t r o p y ，t i m ee n t r o p y ，e n t r o p yi n c r e a s e ，p r o d u c t i o ns y s t e m ， l e a np r o d u c t i o n 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，也不包含为获得苤鲞盘鲎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：彳穹签字日期川7 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤洼盘堂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： a 曳 导师签名： 签字日期： z p p 辟石月日 签字目期：年月 日 第一。章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 熵( e n t r o p y ) 理论是德囝物理学家克劳修斯( c l a u s i u s ) 于1 8 6 5 年提出的， 他认为熵可以用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度，能量分布得越均 匀，熵就越大。熵还可以用来描述系统能量的转化方向，即一个封闭系统能量只 能不可逆地沿着衰减的方向转化。系统科学引入熵的概念描述当系统内部各要素 之间的协调发生障碍时，或者由于环境对系统的不可控输入达到一定程度时，系 统就很难继续罔绕目标进行控制，从而在功能上表现出某种程度的紊乱，表现出 有序性减弱，无序性增加。对于一个系统而言，熵值会自发性的增大，这就是系 统的熵值增加效应。任佩瑜( 1 9 9 8 ) 等将熵的思想引人管理科学中得到管理熵的 概念【，用来说明任何一种管理的组织、制度、政策、方法等，在相对封闭的组 织运动过程中，总呈现出有效能量逐渐减少，而无效能量不断增加的一个不可逆 的过程，即组织结构中的管理效率递减规律。而任佩瑜( 2 0 0 1 ) 等又将耗散结构 理论引入到企业管理的研究之中，与管理熵理论形成了完整的理论体系【2 j 。 生产系统是企业创造价值、满足市场和客户需求、实现企业经营目标的载体。 企业的整个生产过程是否顺畅不仅取决于生产系统本身的结构、功能、布局、柔 性等内在特性，还与生产的运营组织管理等外在因素密切相关。随着产品生命周 期过程中功能、结构等特性的变化和市场客户需求的变化，生产系统的内在特性 及外在因素都会随之发生变化，如何有效把握生产系统的状态变化，并对生产系 统进行准确的分析评价，成为现代企业管理和决策中的重要课题。 生产系统的状态随生命周期的推移而不断变化，处于一个从有序到无序，再 从无序到有序的发展进化过程中，其变化的过程可以应用熵理论加以描述和说 明。在生产系统相对封闭的情况下，由于外部经营环境发生变化，生产系统随着 时间的推移在结构、功能等方面出现紊乱，系统的有序性减弱，整个生产过程的 “阻力”逐渐增大，这个“阻力”就可以理解为生产系统的熵，也即生产系统产 生了熵增效应【3 】。而生产运营管理过程中针对生产系统从技术、组织、管理等方 面进行调整、优化和改进，则会给生产系统输入负熵，形成生产系统的耗散结构， 使生产系统的有序性增加。运用熵理论、耗散结构理论，可以有效揭示生产系统 状态的变化机理，指导生产系统的分析和评价，从而达到增强生产系统适应产品 和市场需求变化能力的目的。 2 0 世纪6 0 、7 0 年代以来，信息技术革命使企业的经营环境和运作方式发生 第一章绪论 了很大的变化，而西方国家经济的长期低增长又使得市场竞争日益激烈，企业面 临着严峻挑战，有些管理专家尝试用3 c 理论来阐述这种全新的挑战： 1 ) 顾客( c u s t o m e r ) 市场由原来的卖方市场转变成了现在的买方市场，买 卖双方关系中的主导权转到了顾客一方。竞争使得顾客对商品有了更大的选择余 地，随着生活水平的不断提高，顾客对各种产品和服务也有了更i 每的要求。 2 ) 竞争( c o m p e t i t i o n ) 技术进步使竞争的方式和手段不断发展，此外，越 来越多的跨国公司越出国界，在逐渐走向一体化的拿球市场上展开各种形式的竞 争，竞争的方式日趋多样化，竞争程度也日趋白热化。 3 ) 变化( c h a n g e ) 市场需求日趋多变，产品的寿命周期越来越短，技术进 步使企业的生产、服务系统经常变化，这种变化已经成为持续不断的事情。因此 在大量生产、大量消费的市场环境下发展起来的企业经营管理模式已经无法适应 目前快速变化的市场。 3 c 对生产系统提出了更为严峻的挑战，企业要想生存和发展，就必须能够 适应市场的需求变化。为了能够做到这一点，近十儿年来众多制造企业纷纷导入 精益生产，其本质也是不断根据市场和客户需求的变化持续地对生产系统进行改 善，以求能够快速有效地应对瞬息万变的市场需求。精益生产追求整个生产流程 的顺畅性，因此生产系统的设计除了从生产系统功能、结构、信息等技术的层面 进行分析评价之外，需要从生产工艺流、物流、信息流、资金流、人员流以及时 间流等流程的角度对生产系统进行分析评价，能够更加有效地描述企业的人、财、 物、信息等经营资源流入、流出生产系统为企业创造价值的过程，反映生产系统 与人、财、物、信息等经营资源相互匹配支持生产过程流畅的程度，从而对企业 的实际生产过程具有切实的指导作用【4 】。 现代企业以q c d 为关键绩效指标展开竞争，与q ( 质量) 和c ( 成本) 相比， d ( 交货期) 实际上已经成为企业之间竞争最关键的要素，因为质量是企业竞争 的基本门槛，质量达不到要求的企业没有资格参与市场竞争，而成本控制得再好 如果不能按照客户的要求及时供货也就失去了意义【5 j 。一 1 2 相关课题研究现状 1 2 1 国内外熵理论研究综述 1 ) 熵的起源和发展 1 8 6 5 年德国科学家克劳修斯创造了e n 仃o p y 这个新词，一个新概念伴随着热 力学第二定律在欧洲诞生了，e n t r o p y 很快在热力学和统计力学领域内占据了重 要地位，1 9 2 3 年德国科学家普朗克来我国讲学时，在我国字典里还找不到与之 第一章绪论 对应的汉字，胡刚复教授翻译时就在商字的基础上加了个火字做偏旁( 表示与热 有关) 来代表e n t r o p y ，从而在我国的汉字库里出现了“熵”字【6 。 熵理论的提出距今己有近1 5 0 年的历史，在这段时间里，各个学派的代表人 物纷纷提出自己的观点，在熵理论的丰碑上铭刻着数十位著名科学家的名字，其 中贡献最大的几位是克劳修斯、玻尔兹曼、普里高津、香农。 熵：一种新的世界观的著者里夫金和霍华德认为：“熵定律是自然界一 切定律中的最高定律”，该书还认为熵理论不仅在自然科学方面如物理、化学、 地学、医学等学科中有所应用，还可以运用到社会科学方面，如历史、哲学、经 济等等学科中，它将揭示自然科学与社会科学本质的某种内在联系，“熵”还被 许多学者认为是自然科学与社会科学的交叉点 7 1 。 1 9 4 8 年美国贝尔电话研究所的数学家香农( s h a n n o nc e ) 将信息量与负熵联 系起来，创立了信息论，于是“熵”以全新的面貌从物理学走向信息学，当前以 信息技术为主导的第二次工业革命在某种程度上可以说是熵的革命【8 】。 乌利克维特将耗散理论与动态经济学理论相结合，用自组织控制来解释经 济学中的演进过程【9 】。热力学定律和达尔文的进化论同属1 9 世纪科学界最伟大的 发现，然而表面上看起来二者似乎相互抵触，因为按照热力学第二定律熵一直是 增加的，从而一切终将走向衰亡，但是达尔文的进化论却发现生物界是按照从低 级到高级的顺序发展的，普里高津( i p r i g o g i n e ) 对这个问题进行了研究，并在2 0 世纪6 0 年代建立了耗散结构理论，热力学第二定律与进化论的矛盾被澄清了，二 者在一定条件下统一了起来，从而使“熵”从物理学走向生命科学，进一步显示 出“熵”这个概念的普适性和重要性【】。 改革开放后，钱三强率领我国科学家访问欧洲，带回了耗散结构理论，于是 熵成为学术界的热门议题，各领域的学者也就熵概念与熵原理发表了意见，从此 熵在我国开始了广泛的研究。 2 ) 管理熵的研究现状 任佩瑜( 1 9 9 8 ) 和宋华岭( 1 9 9 9 ) 分别独立地提出了管理熵的概念。所谓“管 理熵”是指任何一种管理的组织、制度、政策、方法等，在相对封闭的组织运动 过程中，总呈现出有效能量逐渐减少，而无效能量不断增加的一个不可逆的过程， 也即是组织结构中的管理效率递减规律 1 l 】。这个规律之所以会存在，主要原因在 于组织运动和管理过程受到若干不确定而又相互影响的变量要素控制，从而稳定 地表现出这种了趋势，并服从定的数学规律。当企业组织是一个相对封闭的孤 立系统，较少与环境进行信息、能量和物质交换，同时，组织内存在着能量的差 异，处于一种不平衡状态时，企业内部的熵值是随时间变化而逐渐增加的。而企 业内部熵值的大小表示了企业无序度的大小，熵值的增加过程是企业逐渐由有序 第一章绪论 状态向无序状态演变的过程。熵值增加的过程，揭示了管理的制度、政策、方法 等在执行过程中效率递减的趋势，为企业减缓熵增的速度，并最终提高组织的管 理效率提供了理论依据。 3 ) 耗散结构和管理耗散结构相关理论 耗散结构是比利时布鲁塞尔学派统计物理学家普里高津，于1 9 6 9 年在理论物 理和生物学国际会议上提出的一个概念【l2 1 。耗散结构理论是研究远离平衡态的开 放系统从无序到有序的演化规律的一种理论，可概括为：一个远离平衡态的非线 性的开放系统通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达 到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无 序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非 线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才 能维持，因此称之为“耗散结构”( d i s s i p a t i v es t r u c t u r e ) 。 近年来，我国学者非常重视对耗散结构理论的研究和应用，成果显著。耗散 结构理论的崛起，使人们看到多学科互相渗透的边缘科学与横跨各学科的横断科 学正如雨后春笋般地涌现，并取得越来越显著的地位。 任佩瑜( 2 0 0 1 ) 将耗散结构理论引入管理学中，并得出了管理耗散和管理耗 散结构的概念【l3 1 。所谓管理耗散是指当一个远离平衡念的复杂企业组织，不断地 与环境进行能量、物质和信息的交换，在内部各单元之间的相互作用下，负熵增 加，使组织有序度的增加大于自身无序度的增加，形成新的有序结构和产生新的 能量的过程。而管理耗散结构就是管理耗散过程中形成的自组织和自适应企业组 织系统【1 4 】。 吴玲、任佩瑜等人提出了企业综合绩效的熵值评估法【l5 1 ，该文认为组织结构 的总熵是由系统内部的熵与从外部环境中吸取的负熵的总和决定的。负熵的增 加，会引起管理效率递增。当企业是远离y - 衡态的开放系统，内部各要素之间存 在着非线性的相互作用，外部环境条件变化达到一定的阈值，i 一时，组织内部同 环境不断地进行能量、物质、信息的交换，从而使组织的总熵为负时，企业组织 的耗散结构才能形成。管理耗散结构一旦形成，组织在远离平衡状态的非线性区 内，处于一种动态平衡中，企业内的一个微观随机小扰动就会通过相关作用放大， 发展成一个整体、宏观的巨大涨落，使企业进入不稳定状态，达到一定阈值后又 通过自组织再上升到一个新的稳定的有序状态，形成一种充满活力的有序结构。 这时，组织具有很强的抗二f ：扰能力和自我新陈代谢能力【l 州。 由于企业系统的复杂性、非线性以及环境的复杂性，使企业演化中充满了不 确定和混沌。管理耗散结构揭示了处于复杂系统中的企业组织由无序向有序发展 的趋势，描述了组织结构中管理效率递增的规律。 第。章绪论 1 2 2 生产系统理论研究综述 1 ) 生产系统进化、发展及其管理特征 从表1 - 1 可以看出，生产系统在近百年的发展过程中经历了数量时代( 1 9 4 5 年1 9 6 0 年) 、质量时代( 1 9 6 0 年1 9 7 5 年) 、多样化时代( 1 9 7 5 年1 9 9 0 年) 、变种变 量及全球化时代( 1 9 9 0 年2 0 0 5 年) 以及与地球环境、地域文化共生共栖时代( 2 0 0 5 年至今、。而不同时代的生产系统的管理特征则经历了面向“点”的管理、面向 “线”的管理、面向“面”的管理、面向“体”的管理以及面向“时间”的管理 【1 7 1 。 当然，生产系统在不同的时代引入和采用了大量的技术、方法，涉及到设计 技术、制造技术、信息技术以及大量的管理技术，因此也具备不同的管理特征。 具体信息请参考表1 1 。 2 ) 生产系统理论研究综述 生产系统是企业创造价值、满足市场和客户需求、实现企业经营目标的载体。 生产系统在随着时间不段地发展和演变，生产系统自身的结构和功能也在不断地 创新。近些年来，国内外学者纷纷从多个方面对其进行了研究。 在国外，杰弗里莱克在丰田汽车案例一书中阐述了精益制造的1 4 项 管理原则【1 8 】。在生产系统复杂性研究方面，f r i z e l l eg 从结构复杂性( s t r u c t u r a l c o m p l e x i t y ) 和操作复杂性( o p e r a t i o n a lc o m p l e x i t y ) 等角度来描述生产系统的 复杂程度1 9 】。此外，y u s b 矛t l e f s t a t h i o uj 等人还对生产系统的网络复杂性进行 了相关研究 2 0 1 。在生产系统柔性方面，y a o 运用熵理论来衡量生产系统的路径柔 性( r o u t i n gf l e x i b i l i t y ) 2 1 】。k u m a r 和e y a ss h u i a b i l 贝t j 进行了柔性生产系统的操作 柔性( o p e r a t i o n a lf l e x i b i l i t y ) 研究2 2 】。【2 3 1 。 在国内，张玉华等首先提出了基于管理熵的生产系统柔性决策模型【2 4 】；宋华 岭等人则提出了企业车间系统结构与工艺复杂性多维度评价模型2 5 】；庞庆华、杜 栋建立了生产系统柔性的递阶层次结构，提出了基于a h p 方法的企业生产系统柔 性评价【2 6 】：牛占文、查斌斌等人提出了制造流程规划中多层次仿真分析模型27 】 李中阳、齐二石等人在深入制造企业调研的基础上，研究了我国制造企业生产系 统效率管理中存在的问题，分析了制造企业生产系统效率评价体系，并给出了主 要效率指标计算方法，最后提出了基于平衡计分卡思想的生产系统效率管理系统 【2 8 】：张志峰、肖仁斌等人则基于结构熵的理论对生产系统的有序性评价进行了 实证研究 2 9 】：李伟刚等人运用负熵算法对生产系统的有序度进行了实证研究【3 0 】。 总之，正是因为生产系统对于企业发展的极端重要性， 才会激发国内外学 者对于生产系统的研究热潮，估计在可预见的未来，这股热潮仍然会继续下去。 第一章绪论 表1 1 生产系统进化、发展及其管理特征 序 年代系统特点主要技术管理特征 号 大批鼍、低成本生产系统1 、流水线生产技术的进面向“点”的管理 1 、结束了战时生产体制：一步运用；针对生产工序、作 1 9 4 5 2 、大批量生产系统的构筑；2 、正技术的普遍运用；业单元进行时间研 1 3 、追求大批量、低成本；3 、在现场管理中开始应究、标准化作业制 1 9 6 0 4 、追求设备的高运转率。用o r 技法；定等。 4 、自动化设备大量使用。 质量系统的确立及自动化1 、i e 技术的深入应用，面向“线”的管理 l 、确保晕和成本的前提下线平衡、计划排程、物料针对生产线进行线 追求质量的稳定；搬运：平衡、快速换线、 1 9 6 02 、生产管理基础的确立；2 、快速换线、消除浪费；c t 缩短、消除浪 23 、t p s 准时化生产方式开3 、拉动式生产：费及质量改善活 1 9 7 5始确立。4 、由机电控制的生产和动，提高生产线的 搬运设备组成生产线；稼动率。 5 、q c 质量管理工具、方 法。 多品种及信息化生产系统l 、准时化拉动生产方式、面向“面”的管理 1 、追求多品种、高度自动方法；以生产系统的效率 化；2 、计算机信息处理技术：优先，兼顾作业者 2 、计算机信息处理为前提；3 、并行工程技术；工作士气、在制品 3 、t p s 准时化拉动生产方4 、计算机集成制造技术库存、质量等更广 式全面推广普及：( c i m ) ：范围的系统化管 1 9 7 5 4 、考虑可制造性的并行工5 、变动节拍传送带组装理。 3程技术导入，设计和生产评作业； 1 9 9 0价等并行进行；6 、小组单元式生产方式。 5 、对信息进行集成，计算 机集成制造系统开始产生； 6 、全球化生产模式开始形 成； 7 、小组单元式生产方式开 始产生。 第一章绪论 变种变量生产及全球化牛 1 、m r pi i 、s c m 、c 砌讧 面向“体”的管理 产系统等；管理对象从点、线、 1 、适应市场客户的多样化2 、单元式生产方式技术：面进一步扩大为企 需求，多品种小批量生产；3 、网络化协同设计制造业整体“一体化”的 1 9 9 0 2 、全球化生产、采购及供技术： 管理 4 应： 4 、柔性制造技术； 2 0 0 5 3 、单元式生产方式更加全 面采用； 4 、关注生产系统对环境的 影响。 与地球环境、地域文化共生继承和延续以往的技术，面向“时效”的管 共栖的生产系统，从追求局同时考虑更加复杂的周理 部最优到整体最适边环境和限制条件，进行生产系统随着产品 2 0 0 5 管理技术创新。生命周期推移和巾 5 场客户需求的变化 而不断变化和进 化，进行全生命周 期的管理 1 3 本课题的研究意义 如前文所述，熵定律是自然界一切定律中的最高定律。熵理论不仅在自然科 学方面如物理、化学、信息学、医学等学科中有所应用，还可以运用到社会科学 方面，如历史、哲学、经济等学科中，这也进一步揭示了熵理论的绝对普适性。 而管理熵与管理耗散结构理论又揭示出了管理的制度、政策、方法等在执行过程 中效率递减的趋势，为企业减缓熵增的速率，进而增强企业组织的抗干扰能力和 自我新陈代谢能力，并最终提高组织管理效率提供了理论依据【3 1 1 。 生产系统是企 l k g , j 造价值、满足市场和客户需求、实现企业经营目标的载体， 也是企业创造利润、维持生存并不断成长的根基所在。近些年来，由于客户需求 的变化、竞争激烈程度的加深、市场趋势的变化以及日益增加的对生产系统低耗 能、高环保的绿色要求，对于企业的生产系统提出了极大的挑战。只有应用精益 生产方式才是解决上述问题的根本之道，也只有这样，企业才能顺应当前市场的 变化趋势并在严酷的市场竞争中战胜对手【3 2 1 。 目前，我国制造型企业的生产系统存在着很多问题，尤其浪费现象极为严重， 第章绪论 我们可以把浪费理解为生产系统的“熵增”。而理论界以熵理论为切入点，针对 生产系统实施精益生产方式的研究还不是很多，这也是提出本课题的原因所在。 本课题的研究拟从管理熵理论的角度，运用国内外最新理论成果及应用实 践，探讨生产系统出现“熵增”的根源，并研究如何实施精益工具才能有效地为 生产系统输入负熵并最终提高其运行效率，也即形成一个精益改善工具实施的指 导体系。本文采取的是理论和实践相结合的研究方法，以熵理论作为全文的主线， 为有效实施精益生产方式提供了理论基础和实践指导。此外，本文将结合k 公司 的实际改善案例来进行分析评价，并把分析评价结果与生产系统设计、评价及现 场管理的工具、方法进行结合，针对我国企业生产系统存在的特殊问题提出相应 的改进建议，希望能够真正探索出一条在制造型企业中有效实施精益生产方式的 道路。 1 4 本课题的研究思路、内容与方法 本文将查阅国内外最新文献和研究成果，运用熵理论和耗散结构理论结合k 公司的实际案例进行比较全面、系统的研究，希望探索出针对制造型企业有效实 施精益生产方式的指导体系。本文的主要内容有以下几个方面： 1 ) 归纳总结国内外熵理论和耗散结构理论的研究成果，仔细研究近年来管 理熵理论和管理耗散理论的发展趋势，并分析这些理论的内在联系，进而为企业 实施精益生产方式提供理论基础。 2 ) 阐述生产系统对于制造型企业的关键作用，并分析当前市场的变化趋势， 企业要想有效地应对这种变化趋势就必须实施精益生产方式。 3 ) 探讨企业外部经营环境中和企业组织系统内部造成生产系统“熵增”的 主要因素，并在此基础上建立管理熵的数学模型。运用所构建的数学模型针对k 公司的实际改善案例进行定量化研究并得出研究结果，分析研究结果，在此基础 上得出本文研究结论。 4 ) 分析制造型企业生产系统普遍存在的熵增问题，并以“熵”为主线探讨 有效实施精益生产方式的结构体系。 5 ) 归纳总结本课题的主要研究内容和创新点，并对本课题的后续研究工作 进行展望。 本文采取的方法主要有：1 ) 理论分析的方法，对国内外的研究成果进行分 析梳理，力求使其全面化、系统化。2 ) 实证分析的方法，本文将在运用管理熵 理论的基础上结合k 公司的实际案例进行分析，研究结论真实可信。3 ) 定量分 析的方法，本文不同于以往大量的针对生产系统进行定性分析评价的研究，而是 针对实际案例进行定量化分析，并希望得出一个准确的结论。4 ) 比较研究的方 第一幸绪论 法，如本文将著名的福特制制造系统和精益生产方式进行了对比，进而对我国制 造型企业存在的问题进行探讨，并提出了可行的建议。 根据本文的研究内容及章节安排，本文的研究思路如图1 一l 所示： 图1 1 本文研究思路 第_ 章精益生产方式的理论与技术体系 第二章精益生产方式的理论与技术体系 2 1 从福特制制造系统到丰田生产方式的演变 2 1 1 福特制制造系统的兴衰 生产系统是一个企业非常重要的组成部分，一套先进的生产系统可以使企业 生产出高质量的产品，并对市场需求作出迅速的反应，是企业获得竞争优势的核 心要素。提到生产系统，人们最先想到的便是福特制制造系统了。 福特制制造系统实现了汽车生产的连续化、专业化和批量化，使各种设备井 然有序，工作可以不受阻滞地从一台设备流向另一台设备，连续高效地进行生产。 这种大规模低成本的装配生产方式和管理方法掀起了世界范围内具有历史进步 性的大批量生产的产业革命。有的评论家将福特制制造系统的历史作用与蒸汽机 的历史功绩相提并论。大规模装配作业降低了成本，厂商总是尽可能地多生产产 品，因此，就需要一个庞大的消费市场，以保持供求平衡。 福特制制造系统具体的特点如下：产品标准化、规范化：利用专用设备提高 生产效率；降低成本；为补偿专用设备投资，必须保证长时间的生产。为了保证 对标准化产品的需求，工人工资必须随着生产率的提高而增加，消费水平与生产 能力保持同步增长。战后先进资本主义同家制定了许多制度和机制消除自由的市 场经济的缺陷，如实施充分的就业政策，以保证消费水平的稳定，客观上也促进 了大规模生产方式的繁荣发展【3 引。 福特制制造系统流行的时代正是资本主义发展的黄金年代，然而好景不长， 福特制制造系统的发展遇到了危机，这主要是由于以下几个原凶： 1 ) 福特制制造系统持续发展的良性循环建立在生产率与工资共同增长的基 础上。然而，随着生产率的减缓，持续的工资增长意味着边际利润的下降，生产 率增长水平不足以补偿工资成本，利润就会下滑，最终形成工资与利润之间的矛 盾，增加了企业的负担。 2 ) 福特制制造系统崩溃的另一因素是市场的饱和。在福特制制造系统快速 发展的时代，生产能力迅速增加，但同时由需求的增长进行平衡。然而，在同种 商品生产了近3 0 年后，消费市场逐步饱和，这种大批量生产的产业战略陷入困 境。 3 ) 1 9 7 3 年和1 9 7 9 年的石油危机导致国际石油价格剧烈波动，资本主义国 家纷纷出现了严重的通货膨胀。各国政府从采取扩张的经济政策向紧缩政策转 移，紧缩政策的结果便是各国经济的严重衰退。这对于极度依赖市场繁荣和稳定 第二章精益生产方式的理论与技术体系 性的福特制制造系统来说无疑是一个巨大的打击。 2 1 2 福特制制造系统与丰田生产方式的异同点 福特制制造系统遭遇困境的时代恰恰是丰田生产方式( t o y o t ap r o d u c t i o n s y s t e m ) 声名鹊起的时代，丰田生产方式作为福特制制造系统的替代，很好地适 应了时代发展的要求。可以说，丰田生产方式源白福特制制造系统，但相较前者 却有着明显的进步和独特的东方文化元素。 1 ) 丰田生产方式来源于福特制制造系统 丰田生产方式来源于历史上著明的福特制制造系统，福特制中的很多重要的 元素，在现代的汽车制造厂仍然随处可见，例如： 传送带：工人沿着装配线传送汽车。换句话说，是零件走向工人，而不是相 反的情况。 劳动分工：福特通过把装配序列分散为简单的、可重复的作业，并把这些作 业布置在一条生产线上，而工人只需关注生产线的某一步。 零件和物料的完整供应链：福特生产序列的每一个流程都能得到所需要的零 件和物料供应，他倡导零件的标准化，以确保它们能够相互适用。 由于上述元素仍然适应当今时代发展的要求，并被实践证明是正确的。因此， 丰田生产方式继承了福特制制造系统中的上述元素。 2 ) 丰田生产方式独到的创新之处 福特制制造系统为丰田生产方式提供了技术基础。但是日本独特的环境为福 特制制造系统的重大革新创造了机会。 首先，战后日本的汽车产量和西方相比很少，小的产量不允许日本汽车制造 商为每一种型号适用特殊设备，也不允许他们存有大量的零件。因此，日本的制 造商需要开发灵活的方法，使同一种机器能够生产不同的汽车。并且，他们需要 设法确保所需零件和物料在没有大量库存的情况下仍能得到可靠供应。 日本的另一个促进革新福特制的凶素是劳动力管理的形式。严重的经济萧条 阻碍了日本早期的战后重建，恶劣的经济形式加剧了罢工和停产的恶性循环。丰 田公司在2 0 世纪早期就经历了这样的日本产业的劳工冲突，最终劳工和丰田的 管理者达成了谅解。劳工为了公司的生存配合大幅度的改制包括裁员，管理 层会保障剩余工人的长期雇用。 劳工和丰田管理层之间越来越相互信任，管理层为奖励员工提高生产率，增 加其工资或改善工作条件。员工有了进一步提高效率的积极性，因此企业的竞争 实力也得到了提升。 信任使管理者分权给各个工作站，即丰田生产系统的一线工人，以便他们能 第_ 章精益生产方式的理论与技术体系 够随时随地发现问题，解决问题。同样地，信任使得企业鼓励员工学习有助于完 成工作的技能。通过掌握多项技能，员工之间就能相互帮助和替代。员工也通过 掌握多种技能使工作变得更加稳定，因为多面手的技能使他们更能适应人事方面 的变动。 丰田生产方式继承了福特制细化工序和劳动分工的做法。不同的是，丰田生 产系统中的员工对自己的工作高度负责，他们通过组建自己的团队去运作工作 站。他们善于发现改善的机会，并主动与管理层配合来实施改善，并且相互之间 会共享劳动的成果。 福特制制造系统中另一个对丰田生产方式至关重要的元素是传送带。在丰田 公司，福特制传送带暗指实现顾客订单的整个过程。丰田生产方式本身就是一个 巨大的“传送带”，从顾客订单开始，直到售出产品。 2 1 3 与丰田生产方式相关的两个关键词 1 ) 生产率 只有比竞争对手生产效率更高的企业才能生存。效率低的企业只能灭亡，市 场的全球化意味着顾客不必接受任何有缺陷的产品。丰田生产方式( t p s ) 是提 高企业生命力的思想和方法的框架，它使企业能够持续获得生产率的提升，同时 满足顾客高质量和快速派送的需要。 2 ) 消除浪费 丰田生产方式通过注重消除浪费而获得生产效率的提高，通过随时随地消除 问题而获得质量的提升，企业能够设计出更加流畅、简便的运作流程，获得生产 力和质量的持续改善。丰田生产方式通过质疑每一个工序的动作，每个库存的在 制品，及空闲的人、机、物料的必要性来消除浪费。通过消除浪费，企业不仅可 以提高生产率，还能够控制经营成本和提高产品质量，专注于消除浪费是丰田生 产方式的显著特征。 在全球化市场竞争越来越激烈的今天，买方而不是卖方，是价格的制定 者。企业生存并且获得利润的唯一方法就是把成本置于顾客愿意为产品和服务支 付的价格之- f t 3 4 1 。 2 2 精益生产方式理论与技术体系 精益生产( l e a np r o d u c t i o n ) ，顾名思义就是及时制造，消灭故障，消除一 切形式的浪费，向零缺陷、零库存进军( l e a n 在英文中是瘦的、少脂肪的和苗条 的意思) 。它是美国麻省理工学院( m i t ) 在一项名为“国际汽车计划”的研究 项目中提出来的。m i t 的研究人员在做了大量的调查和对比后，认为日本丰田汽 第一章精益生产方式的理论与技术体系 车公司的生产方式是最适用于现代制造企业的一种生产组织管理方式，称之为精 益生产方式，以区别于美国大量生产方式过于臃肿的弊病。毫无疑问，丰田生产 方式( t p s ) 是精益生产系统中的佼佼者和当之无愧的代表者。如无特殊说明，本 文将以丰田生产方式( t p s ) 代表精益生产系统展开论述。 2 2 1 准时制生产( j u s ti nt i m e ) 顾客总想要以尽可能低的价格购买尽可能好的产品，同时希望交货时间越短 越好。丰田生产方式把所有生产活动与市场销售联系在一起，以顾客需求为导向， 从而能够及时高效地满足顾客的需求。 丰田生产系统的核心在于一种理念：即每道工序只需生产满足下游工序所需 要的零件，每道工序取用上游工序的生产零件进行加工，并为其下游工序的运行 提供所需零件，每道工序的加工目的仅在于补充下游工序加工所需的零件。 整个生产链条的最后一环理所当然是向顾客销售汽车的经销商。丰田的汽车 装配厂只面向实际到位的订单生产汽车，零件供应商只按照装配厂需要生产的零 件进行生产，以求满足订单的需要。 以上就是大家通常所说的“准时制”生产( j u s ti nt i m e ) ：即仅在必要的时 间，生产必要数量的必要产品。通过准时制生产可以消除多种形式的浪费，企业 不再需要持有大量库存，还可以减少财务上的支出和储存的费用；准时生产还可 以消除由于规格或需求变化而引起的原库存产品贬值造成的浪费，以及在大批量 生产时由于产品缺陷未被察觉而造成的浪费。 尽管准时制生产在理念上很简单，但却需要巨大的投入和勤奋的工作才能够 成功落实。当管理者和员工掌握了基本的理念后，他们还需要掌握把这种理念付 诸实践的工具和技术，其中最为重要的便是拉动式生产和看板系统。下面本文就 来简单地了解一下拉动式生产和看板系统的基本知识。 丰田生产方式最重要的特点就是把所有生产活动都同实际需求紧密联系起 来。生产系统中所有的活动都是为了实现来自经销商的实际订单，这个系统之所 以能以这样的方式运行，是冈为它是一个拉动式系统，与传统的推动式系统截然 相反。 在推动式系统中，制造商先生产商品，然后再努力为商品寻找买主。制造工 厂内部的流程是这样的：不论下一流程的运行速度如何，把一批又一批的零件不 间断的向前运送。工厂在不考虑目标客户需求的情况下，生产出源源不断的产品， 半成品不仅大量堆积在工厂内部的各流程之间，还会堆积在零件供应商和装配制 造商之间。这样的话，不可避免地会浪费很多时间和精力。 丰田公司利用一种名叫“看板”的工具来以一种拉动的形式运转生产系统。 、 第_ 章精益生产方式的理论与技术体系 看板通常是贴在一块光滑塑料板上的卡片，经过生产流程的零部件都会携带着各 自的看板，这些看板卡片具有字母标示和条形码，以便识别部件、使用该部件的 工作站所在位置以及生产该部件的工序和供应商。 企业生产的目的就是为了满足用户的需要，如果没有用户的需要就没有生产 的必要。同样地，在企业内部后道工序也需要向前道工序“购买”产品，这样在 工厂内就形成了一个后道工序在必要的时候向前道工序领取必要的零件品种和 数量，而前道工序则按照后道工序取走的品种和数量进行生产的管理方法，就是 看板方式。 通常企业使用的看板有两种：取货看板和生产指示看板。取货看板的设计是 为了各流程问的信息沟通，而生产指示看板是为了各流程内部信息的沟通。操作 人员从他们用过的部件或原料上取下取货看板，并把这些看板送回到其上游工序 以取回更多的部件。生产指示看板来自下游工序中已经取走的部件，它们同到原 生产流程以指示生产更多的此类部件，来代替已被取走的部件。 客户需求是驱动丰田生产系统的源动力，系统中的所有活动都是为了满足实 际的需求( 即实际的客户订单) 。该系统与传统的推式系统形成鲜明对比，在推 式系统中不会考虑实际的客户需求。 通常情况下，看板方式的作用有几下几个方面： 1 ) 生产过程中的作业指令 这是看板最基本的作用，生产计划部根据市场预测以及订货而制定的生产指 令只下达到总组装线，各个前工序的生产均根据看板来进行，看板中记载着生产 量、生产时间、方法、顺序以及搬送量、搬送时间、搬送目的地、放置场所、搬 送工具等信息，从总组装工序逐次向前工序拉动。在总组装线将所使用的零部件 上所带的看板取下，据此去前工序领取；前工序则只生产这些看板所领走的量。 “向前工序领取”以及“适时适量生产”就是这样通过看板来实现的。 2 ) 防止过量生产和过量搬送 看板的操作必须遵守既定的使用规则，其中一条是“没有看板不能生产，也 不能搬送”。根据这一规则，各工序如果没有拿到看板，既不能进行生产，也不 能进行搬送。看板数量减少，则牛产量也相应减少。由于看板所表示的只是必要 的量，因此通过运用看板的方式能够做到自动防止过量生产和过量搬运。 3 ) 改善的工具