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浙江工业大学硕士学位论文删il li il lii i ill li ii ll y 1810 8 6 0 基于精益生产的装配生产线改善及其平衡技术研究 摘要 精益生产是当前研究的热点，装配生产线在制造企业中大量使用， 生产线效率提升是企业界共同关心的问题。本论文根据精益生产方式 思想对装配生产线改善方法进行研究，重点对装配生产线平衡技术进 行探讨。全文共七章，概述如下： 第一章阐述了选题的背景及研究的意义，分析了国内外研究现 状。提出了论文的研究内容。 第二章介绍了精益生产的概念和起源，从精益生产的体系架构和 两大支柱对精益生产的基本原理作了阐述。 第三章提出了精益装配生产线的概念，描述了装配线的基本类型 及其特征，对装配线节拍与作业设计、装配线单元化作业、工件的供 应与传输、装配作业空间设计及装配操作中的防错技术等五方面改善 进行了系统的探讨。 第四章对装配生产线进行了产能分析，阐述了装配线平衡的方 法，给出了装配线平衡的评价指标，着重对典型的装配生产线平衡方 法进行了探讨。采用启发式方法建立了算法模型并给出了算例；建立 了混合u 型装配线平衡模型，给出了基于遗传算法和模拟退火算法的 全局优化方法；用遗传算法对随机型生产线负荷进行了平衡。 第五章讨论了精益生产线改善方法，阐述了装配线作业改善的内 容，分析了装配线改善的三个途径，提出了装配线改善的具体步骤， 归纳了装 第六 法与启发 表明结果 第七 关键词： i i 浙江工业大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ha b o u tt h ei m p r o v e m e n to f a s s e m b l y l i n ea n di t sb a l a n c i n g t e c h n i q u e b a s e do nt h el e a np r o d u c t i o n a b s t r a c t t l 坞r e s e a r c ha b o u tl e a np r o d u c t i o ni sv e r yp o p u l a ri nr e c o n ty e a r s a s s e m b l yl i n e i sv a s t l ya p p l i e di nm a n u f a c t u r i n gc o m p a n ya n de n h a n c i n gi t se f f i c i e n c yi sc o m m o n c o n c e r n e di s s u e i ne n t e r p r i s ew o r l d t 1 1 i s p a p e r s t u d i e st h em e t h o da b o u tt h e i m p r o v e m e n to fa s s e m b l yl i n ea c c o r d i n gt ol e a np r o d u c t i o nc o n c e p t ，a n dp r i n c i p a l l y d i s c u s s e sb a l a n c i n gt e c h n i q u eo fa s s e m b l yl i n e f u l lt e x ti sd i v i d e di n t os e v e nc h a p t e r s ， s u m m a r i z e sa sf o l l o w s ： c h a p t e r1i n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n do ft h et o p i cs e l e c t i o na n dt h es i g n i f i c a n c eo f r e s e a r c h ，a n a l y z e sp r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d , a n df i n a l l yp u t f o r w a r d st h er e s e a r c hc o n t e n t s c h a p t e r2i n t r o d u c e st h ec o n c e p ta n do r i g i no fl e a np r o d u c t i o n i ts t a t e st h e f u n d a m e n t a lo fl e a np r o d u c t i o nf i o mt h es t 觚d p o i n t so fi t sa r c h i t e c t u r ea n dt w o t h e o r e t i c a lm a i n s t a y s c h a p t e r3p u tf o r w a r d st h ec o n c e p to fa s s e m b l yp r o d u c t i o nl i n eb a s e do nl e a n p r o d u c t i o n ，d e s c r i b e st h eb a s i ct y p e so fa s s e m b l yl i n ea n di t sc h a r a c t e r i s t i c s ，a n d s y s t e m a t i c a l l y d i s c u s s e st h ec r i t i c a li s s u e sa b o u tt h ei m p r o v e m e n to fa s s e m b l yl i n e ， s u c ha sa s s e m b l yb e a t 、 j o bd e s i g n ，a s s e m b l yl i n eu n i t i z e do p e r a t i o n 、t h es u p p l ya n d d e l i v e r yo fw o r k p i e c e 、a s s e m b l yo p e r a t i o ns p a c ed e s i g na n dt h em i s t a k ea v o i d i n g t e c h n o l o g yi nt h eo p e r a t i o no fa s s e m b l y , e t c c h a p t e r4a n a l y z e st h ep r o d u c t i v ec a p a c i t yo fa s s e m b l yp r o d u c t i o nl i n e ，s t a t e st h e m e t h o do fa s s e m b l yl i n eb a l a n c i n g ，o f f e r st h ee v a l u a t i n gi n d i c a t o ro fa s s e m b l yl i n e b a l a n c i n g ，a n de m p h a t i c a l l yd i s c u s s e st h et y p i c a la s s e m b l yp r o d u c t i o nl i n eb a l a n c i n g i i i s t e p sf o rt h ei m p r o v e m e n to fa s s e m b l yl i n ea n dc o n c l u d e st h ed i a g n o s t i cp r o c e d u r eo f a s s e m b l yl i n eb a l a n c i n g c h a p t e r6 o f f e r st h ee x a m p l e so fb a l a n c i n gp r o b l e ma b o u td i v e r s i f i e da s s e m b l y l i n e i tg i v e sb a l a n c i n gc a l c u l a t i o nb yc o m p o u n d e dg e n e t i ca l g o r i t h m sc o m b i n e dm o n t e c a r l om e t h o dw i t hh e u r i s t i cm e t h o d ，a n ds h o w st h er e s u l ti sa c c u r a t e c h a p t e r7s u m m a r i z e sf u l lt e x ta n dg i v e st h ep r o s p e c t k e y w o r d s ：l e a np r o d u c t i o n , a s s e m b l yl i n eb a l a n c i n g ，i m p r o v e m e n t , c o m p o u n d e dut y p ep r o d u c t i o nl i n e i v 中文摘要i 英文摘要i i i 第一章绪论1 1 1 课题研究背景与意义1 1 1 1 课题研究背景1 1 1 2 课题研究意义1 1 2 国内外研究现状概述3 1 2 1 精益生产研究概述3 1 2 2 装配生产线改善研究概述6 1 2 3 主要研究内容7 第二章精益生产概述8 2 1 精益生产概念8 2 1 1 精益生产提出8 2 1 2 精益生产概念9 2 2 精益生产的内涵及特征9 2 2 1 精益生产的内涵9 2 2 2 精益生产的特征9 2 3 精益生产的主要内容1 1 2 3 1 精益生产方式的体系架构1 1 2 3 2 精益生产两大支柱1 2 2 3 3 精益生产的主要内容1 2 2 4 本章小结1 3 第三章精益装配线及其关键问题研究1 4 3 1 装配生产线概念1 4 3 1 1 生产线1 4 3 1 2 装配生产线1 5 3 1 3 装配生产线类型及其特点1 6 3 2 装配生产线节拍1 7 3 2 1 节拍定义1 7 3 2 2 节拍的重要性1 8 3 2 3 作业设计与节拍1 8 3 3 装配单元与装配线形状1 9 3 3 1 装配单元1 9 3 3 2 装配线形状2 0 3 4 工件的供应与传输2 l 3 4 1 工件的供应2 1 3 4 2 工件的传输2 3 3 5 装配作业空间2 5 3 5 1 小产品的作业工位2 5 3 5 2 大型产品的作业工位2 5 3 5 3 装配作业中的人体工程学2 5 3 6 装配生产线平衡2 6 3 7 装配生产线防错技术2 6 3 7 1 自动识别法2 6 3 7 2 套件、夹具与防错2 6 3 7 3 取件的防错2 7 3 7 4 零件配套过程中的错误预防2 7 3 7 5 目视化管理2 7 3 8 本章小结2 8 第四章装配生产线平衡技术研究2 9 4 1 装配生产线产能分析3 0 4 1 1 装配生产线产能计算模型3 0 4 1 2 装配生产线产能分析3 0 4 1 l3 装配生产线瓶颈形成机理分析3 0 4 2 装配生产线平衡概念3 l 4 2 1 装配生产线平衡概念3 1 4 2 2 装配生产线平衡意义3 2 4 2 3 装配生产线平衡评价3 2 4 3 装配生产线平衡环节与方法3 3 4 4 装配生产线平衡技术研究3 5 4 4 1u 型装配生产线平衡问题研究3 5 4 4 2 混合u 型装配生产线平衡问题研究3 8 4 4 3 随机型生产线负荷平衡问题研究4 5 4 5 本章小结4 8 第五章精益装配生产线改善方法研究4 9 5 1 装配生产线改善内容4 9 5 2 装配生产线改善步骤5 1 5 2 1 装配生产线数据的采集5 1 5 2 2 装配生产线改善的具体步骤5 2 5 3 装配生产线平衡诊断内容5 2 5 3 1 工位重构5 2 5 3 2 生产组织问题( 计划、物料保障、品质、设备) 5 5 5 3 3 定置与目视方案再设计问题5 6 5 3 4 人的问题5 6 5 4 本章小结5 7 第六章装配生产线平衡实例5 8 6 1 装配生产线平衡实例5 8 6 1 1 遗传算法的基本思想5 8 6 1 2 蒙特卡洛法的基本思想5 8 6 1 3 计算的基本步骤5 8 6 2 轿车后桥装配实例5 9 6 3 本章小结6 2 第七章总结与展望6 3 7 1 总结6 3 7 2 后续研究展望- 6 4 参考文献6 5 致谢6 8 攻读学位期间发表的学术论文6 9 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景与意义 1 1 1 课题研究背景 经济的全球化，技术变革的日新月异，使全世界的经济环境发生了深刻变化。 作为社会经济活动基本单元的企业，迫切需要选择一个合适的管理模式来适应这 一切，才能抓住机遇，适应知识经济时代新的发展。当今的企业管理面临诸多挑 战，由于市场经济的发展，买方市场上企业竞争激烈，全球市场一体化带来的国 际竞争更加加重了企业的困难。如何全面提高用户满意度，如何进行成本控制和 解决产品积压，诸多问题摆在当前中国大多数企业领导面前，要想有效地解决上 述问题，其根本出路就在于企业如何快速地应对市场需求的变化，迅速地响应市 场，将必需的产品、按必需的数量、在必需的时候提供给所需的用户。目前，越 来越多的企业领导已认识n - 只有实施管理信息化、现代化，企业才有活力，才 具备新的竞争优势。实施精益生产是提高企业竞争力，谋求更大发展的重要手段n 1 。 装配生产是多数制造业中重要的组成部分，小至手表、电子元器件，大至汽 车、飞机制造业，从部件装配到总装配，装配生产处处可见。在m r p ( 物料需求计 划) 、m r p i i ( 制造资源需求计划) 、j i t ( 准时化生产) 等各种现代化的生产管理方 式中，都以装配生产的某些指标作为组织生产、订贷及安排工厂活动的重要依据。 装配生产在整个生产系统中具有举足轻重的地位。装配生产的目的是在最大限度 地满足市场需求的前提下，用较少的人力、物力生产出高质量、低成本的产品， 好的装配线是实现这一目标的必要条件。目前，为了适应快速变化的市场需求， 企业必须生产多型号、多品种、多配置的产品，增加快速响应市场的能力。然而， 由于产品品种的多样性，产品需求的不稳定性，使得装配生产线不平衡的问题更 加突出伍】，因此，很有必要对装配生产线的平衡与改善作出研究。因为只有当生产 线平衡，即生产线各工序的生产节拍达到一致，才能最大限度地减少由于生产线 各工序节拍不均衡造成的劳动力和设备能力的浪费，使生产线保持一种均衡、连 续的流动状态，从而获得所希望的产出。而如何不断地调整装配生产线，使其充 分发挥能力，持续高效的运作，现已成为当今理论研究的热点。本课题正是在这 浙江工业大学硕士学位论文 样的背景下提出的。 1 1 2 课题研究意义 精益生产是在日本丰田生产方式的基础上逐步发展起来的。它的基本思想是： 消除生产中一切不必要的浪费，杜绝生产中一切多余的环节，也称“瘦肉型生产”。 它不仅在企业内部的生产线和职能管理部门实行，而且在企业与企业之间也同样 实行，它突破了原来企业旧的条条框框，把企业、供应商、用户三者的关系牢牢 地结合在一起，体现了完全按市场需求制造，完全按市场规律办事的思想。精益 生产方式是当今世界上先进的生产方式之一，是卓越的生产经营管理体系，被誉称 为“改变世界的机器 。随着社会经济的发展，消费者的行动越来越具有选择性，市 场需求更加迅速地朝着个性化、多样化的方向发展。精益生产以其“多快好省 ( 产 品品种多、响应市场需求速度快、质量好、成本低) 的竞争优势，赢得了市场竞争 的主动权。作为一种追求生产经营的高效性、合理性和柔性的生产管理模式，精 益生产已经为越来越多的企业所认同，它不仅仅是一种基于日本社会、文化及政 治背景的产物，更是顺应当今市场需求日益多变、技术进步日新月异、世界范围 内的竞争日趋激烈的环境应运而生的。这种环境背景无论对于日本还是其它国家 的企业都相同，对于中国企业也一样。这样的环境特点要求工业生产向多品种小 批量的方向前进，迫使企业在激烈的竞争中寻求更有效、效率更高的生产经营方 式。因此，生产方式的转变已是历史的必然。在我国推行这一先进的生产管理模 式。对于强化企业管理、提高产品质量、提升企业的竞争力具有十分重要的意义。 精益生产的主要优点有口1 ： 1 最大限度地降低库存，提高适应市场的能力。在生产制造过程中采取看板 管理，实行拉动式的准时生产，杜绝一切超前、超量制造。采用快换工装新技术， 把单一品种生产线改造成多品种混流生产线，把小批次大批量轮番生产改变为多 批次小批量生产。 2 在设备布局上，运用各种方法，强调u 字型布局，尽可能减少零件在运输 路线上消耗的时间，提高生产效率。 3 实现均衡生产。缩短作业准结时间，消除工序瓶颈，使物流在各作业之间、 生产线之间、工序之间、工厂之间平稳均衡地流动，实现生产过程同步化。 4 采用并行工程的方法，按照市场需求及时开发多种多样产品，满足社会多 2 浙江工业大学硕士学位论文 元化需要。 5 以“人 为中心，充分调动人的潜能和积极性，普遍推行多机器操作、多 工序管理，工人参与企业管理，从事革新活动，提高劳动生产率。 6 追求无废品、零故障等，降低产品成本，保证产品多样化。 精益生产涉及的面较广，主要有看板管理，设备布局，均衡生产，标准作业， 多能工，设备自动化，少而精的改善活动等等。 目前生产线设计是基于传统的方法进行，工序时间计算较粗略，各工序时间 差异大，生产线难以精确平衡，非常有必要对精益生产方式下装配生产线的改善 及其平衡技术加以研究。应用精益生产的思想对装配生产线进行平衡与改善，有 利于提高设备和工时的利用率；有利于建立正常的生产秩序和管理秩序，保证产品 质量和安全生产：还有利于节约物资消耗，减少在制品，降低生产成本；此外，它也 提高了企业生产应变能力，对于企业对应市场变化实现柔性生产系统，提高综合 竞争力有着十分重要的意义。 1 2 国内外研究现状概述 1 2 1 精益生产研究概述 精益生产是二十世纪五十年代由日本人开始探索实践的。随着日本制造业在 国际竞争中的节节胜利，世界各国开始对此引起关注。二十世纪九十年代，美国 麻省理工学院j w o m a c k 教授等人在总结日本企业成功经验后提出精益生产的新概 念，他们在改变世界的机器中宣布了研究得出的结论：日本经济腾飞在很大 程度上与其创造的新生产方式精益生产( l p ) 有关，并认为：精益生产不仅对 制造业甚至对人类社会产生巨大的影响h 一1 。此后，各国学者和工程技术人员纷纷 开展对精益生产机理和结构的研究和探讨。 1 9 9 2 年德国亚亨大学w e v e r s h i u m 教授阳1 提出了l p 的房屋结构：屋顶是l p ， 三根支柱分别是成组技术、准时化生产和全面质量管理，地基则是同步工程，整 个l p 是针对独立制造岛来实现的，如图1 - 1 所示。 浙江工业大学硕士学位论文 iliili 成 准 全 组 时 面 技 化 质 生 量 管 术 产 理 i 同步工程 图1 - iw e v e r s h i u m 教授的精益生产房屋结构图 1 9 9 4 年美国m t 的学者d r o s s 和c f i n e 教授佃1 把l p 的中心问题简化为： l p = e i + t p m + j i t + t q m ( 1 1 ) 式中：e i 表示雇员的介入，t p m 表示全面生产力保持。 1 9 9 9 年重庆大学张根宝等口1 提出了精益生产的房屋结构：屋顶是l p ，五根支 柱分别是“以人为中心 、j i t 和零库存、t q m 达到零缺陷、柔性g t 实现多品种、 以企业重组( b p r ) 为手段的精简化，地基则是计算机网络支持下的并行工程( c e ) 和小组工作方式( t w ) ，如图i - 2 所示。 lil ii iiii i 柔 以 t 高 重 性 企 人 一 达 写 业 为 和 到 实 重 组 中 零 零 现 - 、 田 库 缺 品 _ 口 刃 心 存 陷 种 、- ， i 并行工程( c e ) 和小组工作力式( t w ) 图1 - 2 张根宝教授的精益生产房屋结构图 2 0 0 0 年北京航空航天大学杨光熏教授等人在文献阳1 中指出精益生产的房屋结 构是：g t 为基础，j i t 、t q m 和c e 是三根支柱，其中核心是j i t ，f a 是楼顶板； 4 浙江工业大学硕士学位论文 l p 则是屋顶，象征整体宏伟目标，如图1 - 3 所示。 i ll ili - 蚕 岛h 一 i g t l 图1 - 3 杨光熏教授的精益生产房屋结构图 目前，精益生产的思想已被世界各国所接受并大力实施。首先在汽车行业内， 几乎所有的大型汽车制造厂商都开始吸收精益生产的思想，推行准时生产，加强 企业间的合作；尤其在部分生产方法的改进方面，有些企业推行精益生产甚至超 过了日本国内的企业。随后，在越来越多的其他行业的企业中，精益生产的生产 组织方法、人员管理方法以及企业协作方法都被广泛地吸收与推广。近几年，世 界范围的对企业人事管理的改革及一些企业再造的活动，很多都受到了精益生产 思想的影响。在世界范围的精益生产的推行与实践中，有的获得了巨大成功，也 有的因种种原因并未取得预想的效果。 精益生产方式提出以后，我国一些企业也纷纷进行实践。国内的一些大型汽 车集团如一汽集团、东风集团、跃进集团、天津汽车公司等均通过不同的方式在 集团内实施精益生产方式；合资企业如上海通用汽车公司、德尔福汽车系统合资 的企业等也在生产管理中引入了很多国外合资伙伴所应用的精益技术，并在生产 管理中推行；其他行业如电信、服务等行业也在通过不同方式加以实施1 。这些企 业通过精益生产在本企业的具体实施，在生产管理和生产方式方面积累了大量的 成功经验。我国一些专家和学者认为，精益生产这一方式是世界级的制造技术， 是值得我们学习和借鉴的先进生产体系，深入研究精益生产方式的机理，结合我 国现有生产及管理现状，提出精益生产实施的方案及步骤，具有很大的现实及理 论指导意义。 浙江工业大学硕士学位论文 1 2 2 装配生产线改善研究概述 装配线平衡是装配生产线改善很重要的一方面内容。所谓装配生产线平衡是 指装配流水线各工序( 工位) 的生产能力均衡一致，即各工位之间的时间差距尽 可能小。解决装配生产线平衡问题是一个复杂的优化问题。 国内外众多学者对装配生产线的改善与平衡进行了研究，其基本研究方法是 将一个实际的装配线按一定方式进行简化，以建立一个可以模拟实际情况的数学 模型，然后采用适当的方法对这个数学模型求解。如p a t r i c k 和k e y t a c k 借助于 启发式的优化算法来解决生产线平衡问题；h p i e r r e v a l 等人则采用遗传算法求解 生产线的平衡问题；j o h nm i l t e n b u r g 采用动态规划算法研究了j i t 生产模式下u 型生产线车间的平衡和再平衡问题；m a t t h i a sa m e n 采用一种精确回溯优化方法研 究了面向成本的装配生产线平衡n 们。文献 1 1 总结了生产线平衡的各种启发式算 法，这些方法主要以确定型的生产线平衡问题作为研究对象。m o o d i e 和y o u n g 首 次提出随机型生产线，随后m a n s o o r 和b e n - t u v i a 、r a m s i n g 以及d o w n i n g 、r e e v e 和t h o m a s 对随机型生产线进行了进一步的研究和探索n 2 1 羽，这些研究成果主要 采用传统的启发式方法建模。联合u 型装配线是准时化生产系统中实现少人化的 一种设备布置方式。在国内，宋华明针对动态规划算法求解联合u 型装配线平衡 问题的局限性，提出了一种改进的启发式算法动态阶位算法，解决了动态规划 算法所不能求解的单一优先图中作业元素个数超过2 2 个且具有稀疏优先矩阵的联 合u 型装配线平衡问题n 们。万志琴等对服装缝制生产线的负荷平衡问题进行了研 究，分析了服装缝制生产线机械组合数量对生产效率的影响，通过实践对比分析 提出了合理地安排服装机械组合数量可以降低服装生产的起步损失，有效地提高 服装生产效率n 町。 许多研究表明，装配线平衡问题实际是寻求一个约束组合优化问题的较优解。 由于影响装配线平衡的因素很多，装配线设计问题很复杂，到目前为止，还没有 一种能够把所有影响因素都考虑进去的数学模型，也没有一套方法保证生产线平 衡问题能得到最优解。对装配生产线的平衡与改善的关键问题，如装配线节拍作 业设计，装配单元布置，装配作业空间以及装配生产线防错技术等较少有系统的 研究。对通过何种途径缩短工序的周期时间，增加操作效率，提高生产率与生产 质量以及安全性等研究得不够深入。 6 浙江工业大学硕士学位论文 1 2 3 主要研究内容 在精益生产思想指导下研究装配生产线的改善，重点探讨生产线平衡问题， 主要研究内容： ( 1 ) 装配生产线及其关键问题研究。对影响装配生产线性能的五个方面开展 研究，具体包括装配生产线节拍，装配单元与装配线形状，装配作业空间，工件 的供应与传输和装配生产线防错技术等。 ( 2 ) 装配生产线平衡技术研究，包括装配生产线产能分析，装配生产线平衡 评价，u 型装配生产线和混合u 型装配生产线平衡问题，随机型生产线负荷平衡问 题。 ( 3 ) 装配生产线改善技术研究，包括装配生产线改善的内容与步骤，装配生 产线平衡诊断。 7 浙江工业大学硕士学位论文 第二章精益生产概述 2 1 精益生产概念 2 1 1 精益生产提出 精益生产( l e a np r o d u c t i o n ) 是九十年代美国麻省理工学院在总结日本企业 成功经验后提出的新概念，又称为世界级制造技术。目前，它已被世界各国所接 受并大力实施n 钔。 第一次世界大战后，美国的亨利福特与通用公司的斯隆在他们的汽车生产 中建成了完善的流水生产线，把当时的单件生产方式进行了彻底变革，提出了效 率高得多的大量生产方式( m a s sp r o d u c t i o n ) ，开创了制造业的新纪元，使美国 战胜了当年工业最发达的欧洲，成为世界第一工业大国。大量生产方式不同于单 件生产方式的核心是“互换性 概念和“简化 思想。 大量生产方式取得的辉煌成就，把发达国家和世界经济推向了一个新的高峰。 但是进入本世纪七十年代，制造业又发生了重大突破。七十年代后期，日本打破 了经验只能零增长和小幅度增长的荒诞结论，继续提高生产率和产品质量，结果 使它的出口市场急剧扩大，并占有了原本是美国的市场份额。日本人的成功震惊 了美国的制造业。于是在1 9 8 5 年初，以麻省理工学院( m i t ) 的1 6 名著名教授为 核心成立了“国际汽车计划i m v p 。i m v p 研究人员进行了长达5 年的调查研究， 终于发现了日本人成功的奥秘采用了丰田公司的丰田英二和其总工艺师大野 耐一提出的所谓“丰田生产体系 。丰田英二和大野耐一综合了单件生产方式与大 量生产方式的优点，克服了传统生产方式中的很多不合理做法，开创了一种新的 高效率的生产方式。该生产方式避免了单件生产的高成本，又避免了大量生产的 僵化不灵活。 美国i m v p 的约翰克拉夫把丰田生产方式命名为“精益生产方式 ( l e a n p r o d u c t i o n ) 。精益生产方式一被提出( 九十年代初) ，立即引起世界制造业的关 注。美国人对此投入了极大的热情。许多因竞争失利处于低谷的企业( 通用汽车 公司) 纷纷转向精益生产方式，并取得了显著的效果。 浙江工业大学硕士学位论文 2 1 2 精益生产概念 精益生产方式是一种全新的生产方式。其关键在于精益( 1 e a n ) ，l e a n 直译为 “瘦肉 ，有“多快好省 的意思。“精”字为完善、周密、高品质、一切从简之 意，“益 字为利益、效益、不断进取之意，体现了“精益求精 n 钔。 精益生产方式是适用于现代制造企业的组织管理方法。这种生产方式是以整 体优化的观点，科学、合理地组织与配置企业拥有的生产要素，消除生产过程中 一切不生产附加价值的劳动和资源，以“人”为中心，以“简化 为手段，以“尽 善尽美 为最终目标，使企业适应市场的应变能力增强，取得更高的经济效益。 精益生产方式总把现有的生产方式看作改善的对象，不断追求进一步降低成 本、质量完美、零缺陷、产品多样化等目标，从而大幅度减少生产闲置时间和作 业切换时间、降低库存、提高产品品质、缩短产品开发与设计周期和生产周期、 精简人员，使企业能够快速应对市场变化。与大量生产方式相比，精益生产方式 只需要一半的人员、一半的生产场地、一半的投资、一半的生产周期时间、一半 的产品开发时间和少得多的库存，却能生产品质更高、品种更多的产品。 2 2 精益生产的内涵及特征 2 2 1 精益生产的内涵 精益生产的核心可概括为两个方面。首先，从组织管理到生产过程均遵循删 繁就简的原则，尽量排除生产系统中的一切不利因素，遏制对产品不增值的活动， 消灭各种浪费现象，如大力精简管理机构的冗余人员、取消企业万“恶”之源一 库存，使在制品库存趋于“零库存 。其次，对任何事物必须精益求精，在管理人 员及至每个雇员的指导思想上，企业永远只算是“良好”而不是“最佳 状态， 因此要不断地强制暴露问题，解决问题，永攀高峰。精益生产赋予生产以高度的 自治权利，以人为核心，充分发挥人的主观能动性与智力。简单地说，精益生产 是一种能以最快的市场响应速度，以最低的成本与最优的质量设计和制造市场的 全面灵活的人格化的新的生产系统1 。 2 2 2 精益生产的特征 大批量生产方式又称为福特方式，这种由亨利福特和美国通用汽车公司开 创的大量生产方式取代了欧洲企业领先了若干世纪的单件生产方式，使美国在2 0 9 浙江工业大学硕士学位论文 世纪的前大半个世纪控制了世界经济。随着市场多元化的发展，顾客的需求变得 多样性和层次性，市场的竞争也越来越激烈，能否以最快的速度推出低成本、高 质量的产品成为企业成败的关键。传统的福特方式越来越难以适应市场的竞争， 精益生产方式的优越性日趋凸现。表2 - 1 为精益生产方式和大批量生产方式的比 较。精益生产方式综合了单件生产与大量生产的优点，既避免了前者的高成本， 又避免了后者的僵硬化，它继承了大量生产方式极高的生产率，又具有较大的生 产柔性，能快速响应市场，更好地满足用户需求，因此，已成为现代企业生产的 新方式。 表2 - 1精益生产方式和大批量生产方式的比较n 1 比较项目精益生产方式大批大量生产方式 生产目标追求尽善尽美尽可能好 工作方式集成、多能、综合工作组分工、专门化 管理方式权力下放宝塔式 产品批量最小批量最大批量 产品特征面向用户、生产周期短数量很大的标准化产品 供货方式j i t 方式，零库存大库存缓冲 产品质量由工人保证，质量高，零缺陷检验部门事后把关 返修率几乎为零很大 自动化柔性自动化、但尽量精简刚性自动化 生产组织精简一切多余环节组织机构庞大 设计方式并行方式串行模式 工作关系关系紧密，团结互助相互封闭 用户关系以用户为上帝产品面向用户以用户为上帝，但产品不变 供应商同舟共济、生死与共互不信任，无长期打算 雇员关系终身雇佣，以企业为家可随时解雇，工作无保障 精益生产的主要特征如下： 1 以销售部门作为企业生产过程的起点；2 产品开发采用并行工程方法， 确保质量、成本和用户要求，缩短产品开发周期；3 按销售合同组织多品种小批 1 0 浙江工业大学硕士学位论文 量生产；4 生产过程变上道工序推动下道工序生产为以下道工序要求拉动上道工 序生产；5 以“人”为中心，充分调动人的积极性，普遍推行多机操作、多工序 管理，提高劳动生产率；6 追求无废品、零库存等，降低生产成本；7 消除一 切影响工作的“松弛点 ，以最佳工作态度，从事最佳工作，从而全面追求“尽善 尽美 ：8 适应市场多元化要求，用户需要什么则生产什么、需要多少则生产多 少，直到以尽可能少的投入获得尽可能多的产出。 2 3 精益生产的主要内容 2 3 1 精益生产方式的体系架构 图2 - 1 是精益生产方式的体系架构n 射。 生生 产 产 产 库设协组销 计流品存备作织售 划程开管管配机服 与 与 发理理套构务 控组 系 系系系 系 系 制织统统统统统统 系系 统统 l 意识改革生产现场5 s 管理 图2 - 1 精益生产方式的体系架构 图中表明，推行精益生产方式的企业要进行全员意识改革，改变过去大量生 产方式下的生产意识，对生产现场实行5 s 管理，通过对生产计划与控制系统、生 产流程与组织系统、产品开发系统、库存管理系统、设备管理系统、协作配套系 统、组织机构系统和销售服务系统进行重新设计，以追求7 个“零 作为企业生 产管理的极限目标( 即零浪费、零切换、零库存、零不良、零故障、零停滞、零 灾害) ，以最大限度及时满足市场多元化的需要为宗旨，以最短的开发周期、最低 的消耗、最低的价格向社会提供高质量的产品，不断降低成本，将企业的生产运 作转变到精益生产的轨道上来，从而最大限度地为企业增加利润和效益。 浙江工业大学硕士学位论文 2 3 2 精益生产两大支柱 准时化和自动化是精益生产方式的两大支柱。准时化是精益生产管理的核心， 它是一种以投入最少的设施、设备、物资和人力资源，保证在规定的时间和地点， 高效率地生产和交付必须数量和1 0 0 合格质量的零件和产品的科学制造管理方 法，其目标是杜绝超量超前制造，从而消除浪费，降低生产成本。看板是保证准 时生产的工具，企业使用看板的生产指令、取货指令和运输指令来控制和微调生 产活动，使生产储备趋向于“零 。自动化是指赋予机器以人的智慧，出现故障就 立即停机，防止错误继续传递，消灭次品，实现产品的零不良。这种“防止失误 装置”除能够防止生产次品，制止过量制造外，还能自动控制现场发生的异常情 况，把人从机器旁解放出来。根据错误的不同状态，防止失误有三种处理方法： 防止、防备和警报。“防止失误装置 主要有以下几种：( 1 ) 如果作业失误，零件 就不能装在夹具上的装置：( 2 ) 如果零件有问题，机床就不加工的装置；( 3 ) 如果 作业失误，机床也不能加工的装置；( 4 ) 自动纠正作业失误和动作失误后加工的装 置；( 5 ) 前道工序的问题在后道工序检查出来并进行排除的装置；( 6 ) 前工序的 工作没做，后工序就不能加工的装置n 们。 准时化是精益生产方式的基础，自动化是对生产准时化的实时质量保证。 2 3 3 精益生产的主要内容 表2 - 2 为精益生产的主要内容n 耵。其主要思想是：产品开发阶段采用“主查” 负责制与并行工程相结合的方式；生产制造过程中采用后工序拉动方式；劳动组 织中采用作业小组的方式；生产组织结构上采用专业协作化形式；销售过程中采 用主动销售的营销方式。 表2 2 精益生产的主要内容 “拉动式”生产准时化生产看板管理 一个流生产均衡化生产模块化设计与并行工程 成组流水线快换工装防止失误装置 作业标准标准作业同步节拍生产 设备零故障管理现场工具管理协作产品管理 全面质量管理柔性管理以人为中心的生产管理 1 2 浙江工业大学硕士学位论文 2 4 本章小结 介绍了精益生产的概念和起源，从精益生产的体系架构和两大支柱对精益生 产的基本原理作了阐述，并把精益生产方式与传统的大批量生产方式进行了详细 比较，介绍了精益生产的主要内容及其主要思想。 1 3 浙江工业大学硕士学位论文 第三章精益装配线及其关键问题研究 在实际生活中，大部分工业产品均经过组装。装配的涵义是将诸多小零件组 装成产品，并在组装中尽量减少误差，减少不必要工作所造成的浪费。 装配线的主要职能是把不同的零部件装配成组件或成品，装配线合理设计直 接影响绩效。图3 1 为装配线绩效的影响因素。本章将按照精益的思想，应用精益 生产技术详细讨论装配的操作，从装配线设计、装配工作安排、零部件传输及质 量控制等方面研究精益装配生产线的各个环节。 图3 - 1 精益装配生产线绩效影响因素 3 1 装配生产线概念 3 1 1 生产线 1 生产线概念 生产线是指将物品至完成为止的作业分成多个工序的作业形态。 2 生产线特点 ( 1 ) 优点： 搬运工时少，搬运路线单纯且距离短。 容易管理 作业管理以流水线速度约束作业速度 产量管理通常只对开始时的投料数和最终工序的成品数进行管理 1 4 浙江工业大学硕士学位论文 问题处理出现问题自动停线，因此问题显而易见。 作业容易熟悉对作业进行分割，每个工序作业单纯 容易利用定期工，生产能力具有较强灵活性。 工序内容单纯，容易实现自动化。 在制品减少由于工序实现同期化，工序之间不存在或很少有在制 品。 没有工序等待，因此生产时间缩短。 与产量相比，工厂面积小且整齐有序。 ( 2 ) 缺点： 某工序问题即刻会对整体产生影响。 作业管理、设备管理、材料稳定供给是流水线运用的关键。 如果作业分割不平衡，工序损耗就很大。( 是生产线设计的关键) 设备与人员易于固定，对产品种类及量的变化缺乏随机应变性。 3 1 2 装配生产线 1 装配生产线定义 制造业中的装配是把不同的部件装配成为一个产品，不断地重复生产一个或 一系列产品。装配包含了装配本身和测试，并且具有长期的经济追求。 装配线是1 9 1 3 年福特汽车首先发明的，装配线的概念如今已经在实践中被逐 步系统地完善。装配线是产品移动通过一系列的操作工位，每个工位配有所有物 资，设备，工具，固定装置，操作指令和操作所需要的工人，使用每个工位上所 必须的资源，在每个装配工位上顺序完成所有的装配作业，这样的系统被称为装 配线。 2 装配生产线要素 图3 - 2 为构成装配生产线的所有因素。装配线有以下特点： ( 1 ) 产品下线逐一而非成批。 (