（机械制造及其自动化专业论文）面向精益生产的物流系统研究及应用.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 成功实施精益生产可以大大提高制造企业的竞争力，这种理念已成为一种共 识。目前虽然有许多的研究文献讨论了先进的调度方法和提出了完善的控制策略， 但却很少适用于多品种和小批量制造环境或缺乏工程应用价值。 本文分析了多品种少批量生产环境下的车间物流特点，构建了一种面向精益 生产的物流体系，并在此前提下，基于分析和比较k a n l a l l ( 看板) 、d b r ( 鼓 缓冲绳) 、c o n w i p ( 恒定在制品数) 三种物流控制策略，提出了一种面向精益 生产的综合型物流控制策略，该策略综合了前述三种策略的优点，并克服了三者 的缺点。另外，以多品种小批量生产环境下的车间为原型，本文开发了一个物流 控制仿真平台，并通过该仿真平台分析了几种控制策略下的设备利用率、工序库 存累积率、流量图、调度性能等性能指标，充分证明了h y b r i d 控制策略的综合性 优点。 为实施精益生产方式创造一个畅通的物流环境，本文结合多行布局的结构特 点，提出了一种基于引力模式的车间设备布局优化方法，该方法利用成熟的引力 模式空间相互作用理论，能够非常简便快捷地设计出多品种少批量生产环境下车 间内部的设备布局方案。 本文分别从宏观的物流体系、微观的物流控制策略及物流硬件布局对精益生 产系统进行改进研究，基本具备自成体系的生产过程理论。另外，基于本文研究 成果，开发了的一套面向精益生产的物流管理系统，该系统的成功实施及应用证 明了本文研究的工程应用价值。 关键词：多品种少批量，准时制，k a n b a n ，d b r ，c o n w i p ，引力模式 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t t h es u c c e s s f u li m p l e m e n t a t i o no fl e a np r o d u c t i o nm a n a g e m e n tc a ni m p r o v ea c o m p a n y sc o m p e t i t i v e n e s sd r a m a t i c a l l y v a r i o u sr e s e a r c hs t u d i e sh a v eb e e nm a d et o d i s c u s so na d v a n c e ds c h e d u l i n gm e t h o d sa n dw e l l - r o u n d e dc o n t r o l s t r a t e g i e s f o r m a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ，w h i c ha r en o tf e a s i b l ea n de f f e c t i v e f o rm u l t i - v a r i e t i e sa n d s m a l l - b a t c hp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n t i nt h i sp a p e r ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fp r o d u c t i o n l o g i s t i c s i nt h i s s p e c i f i c e n v i r o n m e n ti s a n a l y z e d , a n d af e a s i b l el e a n p r o d u c t i o n - o r i e n t e dl o g i s t i c ss y s t e mi ss u g g e s t e da c c o r d i n g l y t h r o u g ht h ea n a l y s i sa n d c o m p a r i s o na m o n gk a n b a n ( l o o k i n gb o a r d ) ，d b r ( d r u m - b u f f e r - r o p e ) a n d c o n w i p ( c o n s t a n tw o r ki np r o c e s s ) ，a ni m p r o v e dh y b r i dc o n t r o ls t r a t e g yo n w o r k s h o pl o g i s t i c s i sp r o p o s e d , w h i c hi n h e r i t st h e m e r i t so ft h o s et h r e e t h i sn e w h y b r i ds t r a t e g yd i v i d e st h ew h o l ep r o d u c t i o nl i n ei n t oac e r t a i nn u m b e ro fp r o d u c t i o n u n i t sw i t ht h ea d v a n t a g eo fc o n w i p ，t h e nw o r k so u ta s s i g n m e n to ne a c hw o r ks t a t i o n w i t ht h ea d v a n t a g eo fk a n b a n ，f i n a l l y ，f i n d so u tb o t t l e n e c km a c h i n e si ne a c h p r o d u c t i o nu n i ta n d c o n t r o l st h ew h o l ep r o d u c t i o nr h y t h mi na c c o r d a n c e 、丽也b o t t l e n e c k e q u i p m e n t sw i t ht h ea d v a n t a g eo fd b i lm o r e o v e r ，s u p e r i o r i t i e so ft h i sn e wh y b r i d s t r a t e g yh a v eb e e np r o v e dt h r o u g ht h e o r e t i c a ld e d u c t i o na n ds i m u l a t i o na n a l y s i s i n a d d i t i o n ，an e wm e c h a n i c a lf a c i l i t i e sl a y o u to p t i m i z a t i o nm e t h o db a s e do ng r a v i t y m o d e lw h i c hi sa l r e a d ym a t u r eh a sb e e np r o p o s e d c o m b i n i n gt h es t r u c t u r a lf e a t u r e s ， t h i sm e t h o dc a nb ee a s i l ya n dq u i c k l yd e s i g nao p t i m a lm e c h a n i c a lf a c i l i t i e sl a y o u ti n w o r k s h o pf o rm u l t i - v a r i e t i e sa n ds m a l l b a t c hp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt ot h e r e s e a r c h e so ft h i sp a p e r ，al e a np r o d u c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mf o rm u l t i - v a r i e t i e sa n d s m a l l - b a t c hp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n th a sb e e nd e v e l o p e da n di t ss u c c e s s f u la p p l i c a t i o n h a sb r o u g h tg r e a tb e n e f i t s k e y w o r d s ：m u l t i - s p e c i f i c a t i o na n ds m a l l - b a t c h ，h t ，k a n b a n ，d b r ，c o n w i p ， g r a v i t ym o d e l n 本人声明所 学位论文独创性声明 中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作 导师签名： 签字日期：哆卜y 签字日期：矽多l r j 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称“章程 ) ，愿意将本人的士学位论文 提交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n l 【i ) 在 ：中国博 士学位论文全文数据库、l ：中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学 博硕学位论文全文数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中 国优秀硕士学位论文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出 版，并同意编入c n l 【i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据 库中使用和在互联网上传播，同意按“章程 规定享受相关权益和承担相应义 务。本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开 论文的全部或部分内容。 作者签名：导师签名： 参月 日 备注。审核通过的涉密论文不得签署。授权书一，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至 年一月一日。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1绪论 1 1 研究背景 1 1 1 论文的背景介绍 随着科学技术特别是信息工程、计算机等高科技技术的飞速发展，随着我国 加入w t o 后国际竞争逾演逾烈的新趋势，我国的制造业正进入一个新的发展阶 段，呈现出新的竞争特点。目前，我国多数制造业在市场竞争的压力下，管理水 平已有一定程度的提高，但仍末摆脱旧的管理模式与落后的管理手段，使得我国 的制造业水平明显低于世界发达家，有以下么种明显的表现： 其中内部表现为大企业病，即结构臃肿、管理效率低；企业计划决策的速度慢、 质量差，影响了企业的应变速度；企业内部信息传输迟缓，沟通不及时；以高库存 量保证连续生产，难以降低成本：员工的积极性得不到充分发挥。 外部表现为没有规范的业务往来关系。即企业之间的往来缺乏严格的管理； 企业之间多数无明确且真正密切的合作关系，至于以前大而全、小而全的企业， 往往缺乏协作精神；市场尚不够成熟，供应的及时性往往得不到保证1 1 】。 从我国企业目前普遍存在的内、外部问题可以看出，企业目前的生产管理水 平难以通过一些小的、局部的改良而全面提高。逐步变更整个企业的生产管理模 式，使新型的生产方式充分发挥其应有的效率，引进并组织实施先进的管理手段 势在必行。 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： 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。 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。 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，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 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 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，是个需要深入研究的课题【2 】。 精益生产作为多品种少批量的经典管理方法，符合当前竞争的需要。生产控制管 理作为精益生产的典型特征和基础性问题的重要组成部分，是实现生产计划和生 产作业的重要手段。因此，加强对生产控制的研究，对精益生产的成功与否可谓 是举足轻重。 1 1 2 课题的来源 本文的研究工作是基于王时龙教授主持的国家支撑计划项目( 2 0 0 6 b a f 0 1 a 2 7 ) 和重庆市科技攻关重点项目( c s t c2 0 0 4 a a 3 0 0 2 ) ，并以重庆一家大中型国有机械制 造企业w 公司的精益生产管理系统( l e a np r o d u c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，l p m s ) 开 发项目为背景的。 w 公司是一个典型的机械产品加工企业，其产品种类多批量少、加工工艺复 杂( 由多个车间合作配套生产，物料工艺路线中存在着大量的车间回路交叉，物料 从投料开始到最终装配完成需要经过多个车间) 、生产周期长( 一批主生产计划的生 产周期约为四个月) 、组成产品的零部件数量多( 有的产品甚至由一万多个零部件组 成) 。 w 公司目前信息化程度低，面对日趋激烈的市场竞争环境，原材料价格不断 上涨的趋势，特别是如此复杂的机械加工特性，企业管理层意识到务必实施一套 精益生产管理系统系统，以实现企业物流、资金流和信息流的集成。用先进的管 理理念及信息技术，理顺、优化业务流程，及时调整生产能力，以最小占用( 人财 物) 、最快速度，达到对企业资源最快最佳的平衡，以便合理安排、组织公司的生 产。我们希望以精益生产方式为主展开的，利用精益生产管理系统把先进的管理 思想落实到具体的生产管理过程中，为企业带来一个组织创新、流程优化的管理 变革。通过现代先进的计算机技术、数据库技术和网络技术，实现对企业物流、 资金流和信息流的集成，提升企业生产效率、经济效益和竞争力。 1 2 问题的提出及研究意义 1 2 1 问题的提出 准时制生产管理模式因其减少库存等优点而产生很好的经济效益，比较适合 于大批量少品种生产环境。多品种小批量长周期生产环境下，往往需要大量库存 来解决其因生产扰动而出现的种种问题。为了节约成本，人们希望在多品种小批 量环境下也能使用准时制的思想进行车间过程控制。目前，对多品种少批量生产 车间的生产管理系统虽有一些探索研究p 一，但离工程应用距离较大，究其原因， 主要有以下三点： 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 长周期零件工序数量多、生产周期长，使得计划的排定难度大，适应度不 强。 多品种零件工艺路线存在大量的交叉，使得零件计划之间的相关性非常 大，一个零件计划的变动则可能会引起所有零件计划的变动。 多品种少批量制造环境的生产物流不均衡，常存在设备瓶颈现象，难以找 到一个适合的物流控制策略。 因此，研究多品种少批量制造环境下的改进型准时制生产管理系统，并编制 出较优的工序级车间作业计划具有重要的实用价值。 尽管生产的计划、反馈和生产活动控制系统中广泛地应用了数据处理技术， 尽管为能力调度和精确调度花费了很多的计算时间，由计算机得到的“最佳 生 产过程与实际的生产过程却很少相符合。近年来，关于看板控制系统和其继续发 展的文章很多，但都不具备自成体系的生产过程理论，而仅是应用步骤的描述。 在经过查阅大量相关文献及对多家大中型制造企业的调研分析，本文认识到 生产物流是制造性企业的血液，良好的生产物流体系是制造单元提高生产效率的 前提，灵活有效的生产物流控制是使生产过程满足生产计划的唯一手段，畅通的 生产物流环境是实行准时制生产的重要保障。因此，本文将从生产物流的角度去 对精益生产系统进行改进。 1 2 2 研究的意义 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。 然而研究发现，精益生产多适用于重复性、稳定的生产环境，难以适应生产 品种多样性的复杂制造环境。在多品种小批量生产环境中，生产过程复杂多变、 生产物流混乱、生产组织调度困难、生产方式集约性低下。因此，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值得深入研究的 课题。同时，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r l 引。 w 公司是一个特种产品、民品相混合的制造企业，为了在未来进一步提高生 产效益，公司决定推行精益生产方式。该公司生产的产品品种多而批量小，属于 典型的多品种小批量生产；其用于生产的原材料的采购相对困难，只能一次性多 购；产品的结构复杂，有的产品由几千个零部件组成，其中关键零部件、重点零 3 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 部件和长周期零部件较多，生产周期长且零件工艺路线存在大量的交叉。 本文正是以w 公司精益生产管理推行项目为研究背景，重点研究在多品种少 批量制造环境下对精益生产方式的引入，同时对引入新的生产方式之后的物流体 系及零部件生产任务的调度与重调度问题作深入的分析。本课题拟基于准时制， 采用分段控制来构建一个新的物流体系，以使精益生产方式能够适应于多品种小 批量的制造环境；基于k a l ：1 b a l l ( 看板) 控制策略、c o n w i i ( c o n s t a n t w o r k - i n p r o g r e s s ，控制在制品数) 控制策略及d b r ( d r u m b u f f e r - r o p e ，鼓缓冲 绳) 控制策略，提出一种综合型的车间物流控制策略，增强精益生产方式实行过 程中的抗扰性能及调度性能；结合多行布局的结构特点，提出一种基于引力模式 的设备布局方法，为实行精益生产方式创造畅通的物流环境。 本文分别从宏观的物流体系、微观的物流控制策略及物流硬件布局对精益生 产系统进行改进，具备自成体系的生产过程理论，同时，能够实现精益生产方式 在多品种少批量制造环境中的有效应用具有非常重要的工程应用价值。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 精益生产的应用研究 黄凌、黄斌和周婉婷对准时生产系统进行了应用研究。国外学者k a s u l 和 m o t w a n i 对精益生产方式在汽车制造业的推行进行了研究。 1 3 2 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 对t ( 准时制生产) 的系统建模方法进行了分析。邓修权 和齐二石【5 】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。魏大鹏较为全面、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。 1 3 3 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 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 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 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 l p 的混合控制策略。龚 其国等人深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 pi i 和j i t 的混合控制策略。a s k i n t l 4 1 根据m r p i i 和n 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。黄敏等人对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 研叮w i p 控制下的f m s 性能的影响。栗贺友和郝建男通过对看板管 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韵调控方法， 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。华中生研究了随机工件加 工时间的生产系统在册控制策略下的运行机制，探讨了在江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 e r k l e y 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 等人比较了p u s h 系统和p u 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 u 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 u s h 系统。 k i m u r a 和t e r a d a 详细描述了丰田公司看板系统，再次比较了p u 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 u 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 e r 和o s t l u n g 通过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 e r g ，s i l v e r 等人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 等人对看板控制和c o n w i p 控制策略进行了对比分析。w a n f 和x u 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 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 等人结合p u l l 和 p u s h 两种策略的优点提出了种看板控制的替代方法一o n w i p ( c o n s t a n t w o r k i 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。g - r o e n e v e l t 和k a r m 砌( a r 【2 8 】提出了一种动态看板系统。国内学者蔡颖 也对动态看板进行了研究。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 3 4 精益生产的均衡生产的研究 均衡生产是指工位间的负荷差距最小，物流或加工件流动顺畅，减少或避免 因作业时间所造成的等待、滞留或停线现象。萨尔凡森( s a l v e s o n ) 提出了流水线平 衡的标准：“在规定的流水线速度下，使总的空闲时间最少，或使做一额定工作的 操作人数最少”。南京理工大学经济管理学院的宋华明和韩玉启等人【弭”】对生产线 平衡问题进行了很多研究。a m e l l 研究了在成本最小化条件下的装配线平衡问题。 吴尔飞等人提出一种基于归组策略的启发式平衡算法解决双边装配线第二类平衡 问题。该算法将任务进行归组，然后运用一系列启发式规则对组进行选择分配。 卢炜等人分析了订单生产条件下的多品种装配流水生产线的平衡问题，通过运用 混合遗传算法进行流水线的平衡，并根据实验数据进行验证。学者爱尔沙德详细 的介绍了平衡生产线、进行工序组织设计的基尔布里奇威斯特( k i l b r i a g e w e s t e r ) 启发式算法和改进的穆迪扬( m o o d i e y o u n g ) 方法【2 j 。 1 3 5 设备布局方法的研究 对于不同应用领域的设备布局问题研究，代表性机构和人员如下：腾鸿飞等研 究了具有行为约束的三维布局问题，提出了一种位于旋转容器内的物体的优化布 局方法。何大勇等则在集装箱布局问题中提出一种利用三叉树结构来表示三维矩 形布局状态空间的方法。陈宇晓等将功能单元布局法应用于数控加工设备布局。 南京航空航天大学开发了面向汽车装焊车间设备布局优化自动布局系统。上海理 工大学俞静等研究了半导体制造车间设施规划问题。华中科技大学钟毅芳等研究 了具体的单向环型设备布局设计问题。武汉理工大学针对汽车拨叉零件的精益生 产设施规划研究。吉林大学和浙江大学关于丰田生产方式及t p s 理念在设备布局 中的应用研究。 国内针对布局仿真技术的研究主要有：广东工业大学制造单元的三维可视化重 构及仿真技术研究。东南大学薛天然等基于仿真的单元化制造系统柔性布局研究。 大连理工大学刘第新机械加工设备布局方法及其仿真技术研究。 由于布局问题属于n t 问题，所以求解比较复杂。从商业应用来看，至今尚没 有成熟的用于制造企业设施布局的商品化软件，各高校和团体研究多集中于规则 物体的布局问题，要实现任意形状的布局问题，至今尚无成功的通用布局方法。 虽然已经有很多非线性技术应用到布局问题中，但这些方法大多数因物体的几何 形状、方位及问题复杂程度的不同而施加不同的限制。除此之外，对于布局问题 大多数研究是在运筹学领域完成的，一个局限是因为一般都是启发式的算法，从 而只能应用于某一专门的问题之中，另一个局限是运筹学中只能使用相对简单几 何形状的物体。有鉴于工程实际中待解决问题的要求和目标的多样性和复杂性， 欲找到一种通用于所有问题的方法几乎是不可能的【9 - 1 6 - 1 。 6 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 4 论文研究内容 本文的主要结构如下： 第一章：绪论 介绍背景知识和本文的研究意义；分析多品种少批量制造环境下对精益生产 方式引入的国内外研究现状；提出本课题的研究内容。 第二章：面向精益生产的物流体系 分析多品种少批量制造环境下的生产线物流体系特点，构建一种适合于多品 种少批量制造环境的准时制物流体系，分析其应用的可行性。 第三章：面向精益生产的综合型物流控制策略 基于漏斗模型，分析比较k a l = l b a n 、d b r 、c o n w i p 三种车间物流控制策略的 特性，提出了一种综合改进型的物流控制策略。 第四章：面向精益生产的物流控制策略仿真分析 以多品种少批量制造环境下的车间物流为原形，建立仿真平台，分析比较了 k a n l a r l 、d b r 、c o n w i p 及新提出的h y b r i d 物流控制策略，进一步证明h y b r i d 物流控制策略的优越性。 第五章：面向精益生产的车间设备布局优化 基于引力模式，提出了一种针对多行布局的车间设备布局优化方法，该方法 利用成熟的引力模式空间相互作用理论，能够非常简便快捷地设计出多品种少批 量生产环境下车间内部的设备布局方案。 第六章：面向精益生产的物流管理系统的设计与开发 分析了以往精益生产管理软件系统的开发过程后，详细介绍了本系统的体系 结构、各功能模块设计原理及实现方法并给出了系统运行的实例。 第七章：结论与展望 对整个课题研究所取得的成果进行总结，并且对课题的发展方向作了进一步 的展望。 7 重庆大学硕士学位论文2 面向精益生产的物流体系 2 面向精益生产的物流体系 2 1 引言 生产物流是指从工厂的原材料购进、车间生产、半成品与成品的周转直至成 品库中成品发送的全过程中的物流活动。生产物流担负着运输、储存、装卸物料 等任务，贯穿在生产过程的始终。随着生产制造过程自动化、柔性化水平的不断 提高，生产规模的不断扩大，生产物流系统低效率的弊病日益突出。研究表明， 在产品生产的整个过程中，仅仅5 的时间用于加工和制造，剩余9 5 的时间都用 于储存、装卸、等待加工和输送，物料传输与存储费用占整个零部件加工费用的 3 0 - 4 0 。由此可见，生产物流的合理化对提高生产系统的总效益和企业利润具 有重要作用l 4 j 。 对制造生产过程的物流体系进行改进，使其满足精益生产方式的要求，是企 业实行精益管理的首要任务。本章将根据多品种少批量制造环境的生产物流特点， 为多品种少批量制造环境研究出一种基于准时制的物流体系，以达到改进的目的。 2 2 多品种少批量制造环境下的物流特性 工艺阶段性明显，零部件制造过程与产品装配过程相对独立，加工车间与装 配车间之间的物流容易产生“积流”，即加工车间的加工量常大于装配车间的装 配量，容易造成库房积压。 原材料均衡采购困难，毛坯物料供应过程与零部件加工过程的节奏难以一致， 下料车间与机加工车间之间的物流紊乱。 零部件成批性差，而像热处理等工序却需要大批量生产才能节约成本。采用 准时制将因引起热处理炉次的增多反而使加工成本增加【3 ，5 1 7 1 羽。 2 3 精益生产方式的技术支撑及应用特点 精益生产方式作为一种生产管理技术，是各种思想和技术方法的集合，并且 这些思想和方法都是从各个方面实现其基本目标的。精益生产管理方法上的特点 如下： 拉动式准时化生产 在制造过程中，实行拉动式的准时生产，杜绝超前、超量制造。以最终用户 的需求为生产起点，追求零库存，要求上道工序加工玩的零件立即进入下一道 工序。生产的节拍可由人工控制，但重在保证生产中的物流平衡。 全面质量管理 8 重庆大学硕士学位论文 2 面向精益生产的物流体系 质量是实现精益生产的保证。精益生产中质量管理强调事前预防不合格品德 发生，从操作者、机器、工具、材料和生产过程等方面保证不生产不良品。强调 从根源上保证质量。 团队工作法在劳动力使用与组织上，强调一专多能，不断提高工作技能， 并把工人组成团队，赋以相应的责任和权力。团队不仅要完成生产任务，而且参 与企业管理，从事各种改善活动。 并行工程 在产品开发和生产准备上，精益生产采用“主查”制和并行工程的方法，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。 紧密的协作配套管理 在生产组织结构和协作关系上，精益生产方式吧7 0 的零部件的设计和制造 委托给协作长进行。主机厂集中精力抓主体件的设计和制造。协作长于主机厂之 间的关系为长期共存，长期合作，相互依赖的“血缘 式协作关系。 综上所述，基于内部的团队式工作方式，在外部企业密切合作的环境下，无 限追求物流的平衡是精益生产的真正核心所在。而拉式控制策略则是精益生产活 得成功的重要保障【2 j 。 j i t 作为精益生产方式主要支撑技术，讲究将必要的零件以必要的数量在必要 的时间送到必要的工序上，具有库存低、调度性能好、任务通过时间短等优点。j i t 生产方式能够从经济性和适应性两方面来保证公司整体利润的不断提高。它具有 一种内在的动态自我完善机制，不断暴露出生产系统中的问题，持续改善生产体 系，保证准时化生产的顺利进行。j i t 生产方式追求生产系统的柔性，即对市场需 求变化的迅速适应性【1 9 】。j i t 生产运作流程如图2 1 所示。 图2 1j i t 生产运作流程 f i g 2 1p r o d u c t i o np r o c e s su n d e rj i t 9 重庆大学硕士学位论文 2 面向精益生产的物流体系 2 4 多品种少批量制造环境下精益生产方式的局限性 首先，不适用于需求动态变化的环境。精益生产方式的物流触发与在制品库 存水平是由看板控制的。理论上，看板运行过程中，只有最终产品生产计划，其 余工序根据看板信息实行分布式控制，需求订单到达时，由最后的工序拉动前道 工序生产。当后道工序接到生产看板时，拿取货看板到前道工序去取货，前道工 序按照接收到的生产看板的指令信息，到其前道工序进行取货，然后“在必要的 时间生产必要数量的必要零部件”，需求信息正是通过看板一步步向前传递的， 然后物流才由生产过程的第一道工序开始向后流动。按照这种机制推理就会发现， 由于生产过程具有滞后性，当后道工序来取货时，只是传递生产信息，并不能立 即取走所需物品，而是各道工序都在等待前道工序交货，在没有或者具有很少库 存的情况下，这必然会导致生产延迟，造成交货期很长。 因此，就外部环境来说，看板生产在以下三个环境中很难成功运行： 受看板基于过去需求信息进行生产的影响，它不适用于生产品种频繁、动 态变化的j o b s h o p 环境。 受难以减少在制品库存的限制，看板难以适应需求品种很多的多品种小批 量生产环境，否则会造成很大的库存。 受看板数量多少和料箱大小难以改变的限制以及精益生产强调消除浪费 ( 产能浪费) 的限制，看板不适用于需求量大幅动态变动的环境，即使顾客需求 是可以预期的，精益生产系统也没有办法在短时间内大规模调整生产能力。 由此可见，看板拉动生产的成功很大程度上依赖于重复性、稳定性的生产环 境，因此这种依靠看板的拉动方式存在很大的局限性。 其次，精益生产也不适用于多品种小批量生产的j o bs h o p 环境( 这里需要说明 的是，多品种小批量生产中的各个品种所经过的工艺路线相同时，称为f l o w s h o p 加工模式；当工艺路线不同时，称为j o bs h o p 加工模式) 。因为在j o bs h 叩环境中， 加工品种繁多，并且不同品种之间的工艺路线差别较大，生产组织和作业调度非 常复杂，物流和工序负荷很难平顺，生产系统瓶颈工序很多并且随品种不同动态 转移。在这种环境下，我们就无法成功引入看板，实行拉动生产。因为精益生产 的各种需求都是通过在现场触发供应点而引起的，在j o bs h o p 环境中引入看板就会 导致现场始终有大量的各品种的物料库存。另一方面，在j o bs h o p 加工环境中，工 艺路线和物料需求的繁杂导致企业的生产组织和调度很复杂，由于拉动生产难以 保证实施，生产提前期就会变的很长、难以控制。 第三，传统精益生产方式也不适用于技术动态变化的高技术行业。高技术行 业经常频繁开发新产品，淘汰老产品，精益生产难以适应新产品的频繁引入，因 为需要对所有的组件和部件频繁引入看板。还有可能的是，有一些看板因为一个 1 0 重庆大学硕士学位论文2 面向精益生产的物流体系 产品品种生产而被增加到系统中，但是这种产品在后来却有很长一段时间不再被 生产，导致在制品也将不必要的被保留。 最后，传统精益生产的计划与预测能力不足。精益生产方式是一种现场控制 主导型的生产模式，它的车间和现场控制能力很强，通过现场灵敏的反应系统来 指挥材料供应和订单发放，保证产品质量，提高生产效率。它的着眼点比较微观， 对现有生产指导意义较大，但它倾向于保守、封闭，它把主要精力集中在组织内 部持续不断地消除浪费和改进业务流程上，对各种变化却无法给出一个全面的反 馈，只能被动接受。虽然它强调通过顾客需求拉动企业内部生产，但它仍然离不 开生产计划和需求预测的指导，而这方面恰恰是它的弱项，它没有模拟和预测功 能，更多的是通过持续改善去适应变化的环境 2 , 8 2 0 , 5 2 】。 总的来说，尽管精益生产在企业消除浪费、减低成本方面具有很强的优势， 但它对于需求快速而剧烈变化、多品种小批量生产以及高技术开发等高度不确定 性的环境仍然表现出了一定的不适应性，如何通过生产系统改进使其能够更好的 服务于多品种小批量生产过程是一个需要深入研究的课题。 2 5 基于j i t 的改进型物流体系构建及分析 准时制生产模式的物流特点为：“零库存、有稳定的“物流源 、生产节 奏一致。为了在多品种少批量环境下尽量实现上述目标，本文建立出了如图2 2 所 示的物流模型。 原材料毛坯物流段 机加物流段装配物流段 。车间单元 图2 2 改进型物流体系模型 f i g 2 2i m p r o v e dl o g i s t i c ss y s t e mm o d e l 该模型把多品种少批量物流流程分成三个物流工艺阶段：原材料毛坯物流段、 机加物流段、装配物流段。其中把机加物流段与装配物流段贯通，实行准时制生 产，而把原材料毛坯物流段独立出来，实行“水池法，即在原材料毛坯物流段 与机加物流段之间设立物流池，以作为后续工序准时制的稳定“物流源 。 重庆大学硕士学位论文2 面向精益生产的物流体系 在物料池下游，基于准时制，实现重复型的均衡生产，而在物流池的上游， 原材料毛坯物流段则视物流池的物料量是否低于警戒值，倘若低于警戒值，则制 定新毛坯计划，执行新的下料任务，为物流池提供足够的物料，以满足下游的稳 定需求。 2 6 新物流体系下的计划与控制层次模型 2 6 1 原材料毛坯物流段的计划层次模型 判断物流池的当前物料值是否低于警戒值，如果低于警戒值，则制定一个新 的合适的毛坯批量计划；根据原材料的处理特性及处理路线，对原材料进行处理 分类，同时考虑各单元对原材料的处理能力，确定好各单元完成该批计划需要的 时间值，从而计算出该物流段各单元的各类毛坯出产计划。 新物流体系下的原材料毛坯物流段计划层次模型如图2 3 所示： 钫流池的当 前物料值 i 合适舶 批量值 捌定批毛坯出产 计划 下 物流池 的物科 警戒值 该物流段各单元 静态调度 a 0 1 百 该物流段的 下料、熟处 理等的能力 l 该物流段 各单元a 扣 出产计捌 图2 3 毛坯物流段的计划层次模型 f i g 2 3p l a n - l e v e lm o d e li nr a wm a t e r i a ll o g i s t i c ss e c t i o n 2 6 2 机加物流段的计划层次模型 机加物流段与装配物流段贯通后，以装配段作为计划拉动源点，按照均衡生 产的原则，制定好产品出产计划，通过装配工时的逆推，计算出各零部件的成品 交货期，即机加物流段各制造单元的零部件出产计划；各机加制造单元基于准时 制的逆推原则，初步追求设备利用均衡、工序成本最低，计算出零部件的作业计 划( 工序计划) ，即各单元的静态调度；由于多品种少批量的生产环境不稳定， 零部件的计划实际执行过程可能会不一致，因此有必要在静态计划执行过程中进 行针对关键设备的动态调度，以增强计划的时效性【4 5 j 。 新物流体系下的机加物流段计划层次模型如图2 4 所示： 1 2 单产低 ，髂胜极追元成 料域 重庆大学硕士学位论文2 面向精益生产的物流体系 更新的零 部件作 业计捌 图2 4 机加物流段的计划层次模型 f i g 2 4p l a n - l e v e lm o d e li nm e c h a n i c a ll o g i s t i c ss e c t i o n 基于静态调度的工序计划，采集到实际的工序数据，使两者匹配，以确定工 序任务的完成是超前还是滞后，滞后的情况下分级报警，滞后严重的则通过加班 或辅助路线，使后续工序任务的完成能够符合计划值。 2 7 本章小结 本章首先分析多品种少批量制造环境下的生产线物流体系特点，介绍了精益 生产方式的支撑技术、应用特点及其在多品种少批量制造环境中实行动局限性， 基于准时制，构建了一种适合于多品种少批量制造环境的准时制物流体系，分析 其应用的可行性，并设计了在新物流体系下的计划编制方案。 重庆大学硕士学位论文3 面向精益生产的综合型物流控制策略 3 面向精益生产的综合型物流控制策略 3 1 引言 国外学者a s k i n 等人以及国内西南交通大学的康杰研究发现，拉动控制方式比 推动控制方式更容易控制，会导致更高的系统性能。在拉动系统中有很少的阻塞， 因为在制品的变异在减少。看板控制策略由于多适用于重复性很强的稳定的生产 环境，精益生产的柔性不足很大程度上就是由于看板的设置使得调整产量和变换 品种变得很困难( 看板总是根据过去需求的物料种类和数量来生产，如果需求变 化，就会出现严重问题) 。同样，如果企业的生产品种和产量频繁变化，企业也 就很难做到均衡生产，看板拉动生产就无从谈起；c o n w i p 控制策略能较好的适 用多品种小批量生产环境，但是当系统存在严重的瓶颈时，就会导致大量库存和 生产停顿；d b r 控制策略需要及时地识别系统的瓶颈所在，并且要