（机械设计及理论专业论文）基于jit的大重减速机厂车间作业管理系统设计与实现.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 本文通过对大连重工集团减速机厂车间生产隋况的调研分析，提出了以装配为源头 的拉动生产模型，建立了周能力平衡的作业调度算法，开发了大重减速机车间作业管 理系统，该系统在工厂实际运行稳定，满足车间作业管理的要求。 首先对j i t 理论、车间作业管理中实施叫方法进行研究，包括t 中广泛使用的 看板管理方法和均衡生产的方法，同时对启发示调度算法进行研究。 接着，总结了减速机厂的车间作业管理模型，减速机厂属于典型的订单式生产，产 品种类多、产l 昂结构复杂，同时在产零件种类多批量小，车问作业以手工方式管理，不 但工作量大、易出错，而且信息传递不畅，生产进度不易控制。为解决作业管理的问题 本文应用j i t 的看板管理方式，以电子看板代替j i t 中的传统看板，并以装配计划作为 约束进行车间作业调度，在作业管理过程中增加装配任务，装配任务对作业发放起到指 导作用，最终形成了装配拉动下的作业管理体系模型。 在装配拉动下的作业管理体系模型基础上，采用v b 与s q ls e r v e r 相结合蚵模式， 开发了一套作业管理系统。该系统中复杂的算法处理在数据库端实现，以利用服务器的 优势，提高系统整体性能。 以一个实例说明了车间作业管理系统的使用方法，并对其中关键业务的实现方法作 以简单介绍。对减速机厂实施及用户使用情况进行总结，软件系统的实施应该与工厂制 度的修改同步进行。 开发的作业管理系统，已经代替减速机厂原来手工作业管理方式，并能解决车间作 业管理中的问题，达到预期效果，实践证明装配拉动模型及其系统适合减速机厂实际情 况。 最后，对本文工作进行总结，对车间作业管理系统的进步研究提出一些建议。 关键字：j i t ；拉动式生产；装配计划：车间管理系统 基于j i t 的大重减速机厂车间作业管理系统设计与实现 t h e d e s i g n a n dr e a l i z a t i o no f t h e j o bm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e d o nj i t s y s t e m f o rd h ig e a rr e d u c e rp l a n t a b s t r a c t c o n s i d e r i n gt h ec u r r e n tp r o d u c t i o ns i t u a t i o na tt h ep r o c e s s i n gw o r k s h o po fd h ig e a r r e d u c e rp l a n t , t h ea s s e m b l yp u l lp r o d u c t i o nm o d e li sb u i l tu p ，a n ds c h e d u l i n ga l g o r i t h mf o r w e e kc a p a c i t yb a l a n c ei sd e s i g n e d t h ej i tm a n a g e m e n ts o f i 、= v a r es y s t e mi sd e v e l o p e d ，w h i c h w o r k s s t a b l yi nt h ep r a c t i c e ，a n dm e e t s t h ed e m a n d s o f j o bm a n a g e m e n t a tm s t , t h ej i ts y s t e ma n dt h ei m p l e m e n t a t i o nm e t h o da r er e s e a r c h e d i n c l u d i n gt h e k a n b a n m a n a g e m e n t m e t h o da n dt h es t a b i l i z ep r o d u c t i o nw h i c ha r eb r o a d l yu s e di nj i t s y s t e m ， a sw e l la sah e u r i s t i cs c h e d u l i n ga l g o r i t h mi sr e s e a r c h e d t h e n ，t h ej o bm a n a g e m e n t m o d e lo fd h ig e a rr e d u c e rp l a n ti ss u m m a r i z e d d h ig e a r r e d u c e rp l a n ti sat y p i c a lm t om a n u f a c t u r e r ，w h i c hi sm u l t i - s p e c i f i c a t i o n ，s m a l lb a t c ha n d c o m p l e xp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n s oi t i sd i f f i c u l tt oc o n t r o lb yh a n d i no r d e rt os o l v et h e s e p r o b l e m s ，k a n b a ns y s t e m i sa p p l i e d ，a n de l e c t r o n i ck a n b a ni su s e di n s t e a do f t r a d i t i o n a lk a n b a n , a n da s s e m b l yp l m m i n gi sa d d e di n s c h e d u l i n ga l g o r i t h m a sac o m t r m n t ，d u r i n gt h ej o b m a n a g e m e n t ，a s s e m b l y t a s kg u i d e st h e j o bd e l i v e r y b a s e d o n t h o s e ，t h ep u l lp r o d u c t i o nm o d e l i s b u i l t u p b a s e do nt h ep u l lp r o d u c t i o nm o d e l t h ea p p l i e ds o f t w a r ei sp r o g r a m m e dw i mv ba n d s q l s e w e r i no r d e rt om a k eu s eo fa d v a n t a g eo fs e r v e ra n di m p r o v ep e r f o r m a n c eo fs y s t e m ， t h e c o m p l e xa l g o r i t h m i sr e a l i z e di nd a t a b a s e a n e x a m p l eo f u s i n g t h i ss y s t e mi sg i v e n ，a n ds o m eo f k e yf l o wo f t h e j o bm a n a g e m e n ti s d i s c u s s e dt h e i m p l e m e n t a t i o ns t a t u si nd h i g e a rr e d u c e rp l a n ta n ds o m ee x p e r i e n c eo f j i t s a p p l i c a t i o n a r es m n m a r i z e d t h e s y s y t e m h a st a k e nt h e p l a c e o ft h em a n a g e m e n tb yh a n d ，a n ds o l v e dm a n y m a n a g e m e n tp r o b l e m s t h ep r a c t i c eo f t h i ss y s t e mp r o v e st h a tt h ep u l lp r o d u c t i o nm o d e la n d t h ea p p l i c a t i o nf i tt h es i t u a t i o no f d h i g e a rr e d u c e rp l a n t i nt h ee n do f t h e p a p e r ，t h ea u t h o r m a k e sc o n c l u s i o n sa n d p m s e n t s t h ef u r t h e rr e s e a r c hp l a n k e yw o r d s ：m t , p u l lp r o d u c t i o ns y s t e m ，a s s e m b l i n gp l a n ，j o bs h o pm a n a g e m e n t 。 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 大连理工大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢 意。 作者签名： 劐酞 日期：丝兰! ，! 大连理工大学硕十学1 1 i ) ：论文 1 绪论 1 1 课题来源及背景 本文课题来源于大连重工集团减速机厂生产管理系统，该系统作为减速机j 一生产信 息化建设的整体解决方案，旨在解决生产过程中一系列的管理问题。车间作业管理系统 为其个子模块，针对其中的车间、质管、装配等部门进行信息化开发。 减速机厂是典型的订单式生产的企业，由于其生产产品种类多变化大，生产过程管 理复杂，信息化的建设一般还停留在设计和外围迸销存，而对企业最亟待解决的车间生 产问题，却没有太多的应用实施。在调研中发现，减速机厂采用手工记录台帐的方式进 行生产进度跟踪，不仅生产效率低下而且造成很大的浪费，车间生产进度信息传递不 畅。 生产会也是其进行生产进度管理的一个重要手段，通过开生产会，汇总零件加工进 度，各工段长及车间生产调度员将各自的台账进度比较，主要目的是为了修正记账与实 际加工进度的不同。这种方式的缺点是手工记录的工作量很大，且有些是重复工作，容 易出现错误，在实际使用中也经常出现记录错误的情况。 还有一种方式，使用简单的数据共享的办法，几个部门的人员共同查看维护张生 产进度的e x c e l 表。这种方式虽然已经使用计算机记录生产情况，但园为e x c e l 本身只 是一个表格，对于数据有效性验证、操作的权限等无法控制，而且这样产生的数据如果 想进一步的汇总统计，有一定的难度，而且对于车间生产管理人员来说，这种操作方式 也是比较复杂的，录入的工作量也比较大， 扫见实使用中，操作员的录入维护数据的工 作量，反而增加了一些不必要的加班。 减速机厂虽然在生产计划部门已使用了m r p 计算方法进行物料需求控制，不再采 用库存点法确定生产采购计划，这样般不会出现过量生产的情况，但会出现提前生产 或者延期生产。由于生产过程变化大，想做准确预测很困难，般使用推式生产模式， 即靠到料来确定下一步加工的零件，对于下一道工序的生产也是如此，并不是根据装配 需要，束确定加工哪个零件，而是看上道工序哪个零件加工完成，来确定加工零件。这 样做的结果就是，生产过程无法控制，每个月制订了商品计划( 即要交货的产品目 录) ，但却不知道哪个产品能生产完成，只能在接近月底时，通过汇总各产品的剩余工 时，来预测哪个产品可能加工完成，来临时调整车问的加工计划，以确保这个产t 马可以 交货。 基于j i t 的大莛减速机厂车间作业管理系统设计与实现 上述的生产过程控制，想保证某一组产品的交货期是有可能的，但如果想从整体上 保证交货期是很困难的。所以目前订单式生产的企业面临的问题是一方面交货期无法保 证，另一方面某些产品生产时间过早。当然除了生产过程控制不善也有其它原因，i ：v , 7 h 对自己的产能没有系统分析汁算，销售部门接下订单可能比工厂的生产能力高出很多， 另外一个原因是生产过程中出现的质量问题，对交货期的影响也很大。还有，就是与外 协厂的协作，因外协作业的超期而造成的延期也是存在的。 综上所述，为解决减速机厂车问生产作业控制上的问题，本文应用j l i 1 的理论，分 析其车间作业管理中存在的问题，从多个方面消除生产过程中的浪费，使其做到在需要 的时间进行生产，在需要的时间进入装配。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 所谓准时化生产方式( j u s ti nt i m e 简称j i t ) 是日本丰r 日汽车公司在2 0 世纪6 0 年 代创立的一种生产方式，该生产方式在减小生产批量的同时，实现了低成本生产，且产 品质量大幅度提高，对提高企业的竞争力和灵活性起到很大作用。 1 21j l t 理论研究状态及应用情况 j i t 定义与思想实质的研究 这是j i t 研究中基础的一一部分，但也是很重要的一部分，并不是给出j i t 的实施方 法，而是要通过不断地分析其实质，在不同的环境中给变通的解决方案。这方面的研 究，有很多研究已经深入到社会科学的层次，去讨论其产生的文化社会根源。如参考文 献【2 分析了j r r 的产生的社会条件文献【3 对丰闰公司儿t 生产实施的形成过程进行深 入的研究。 j i t 数学模型研究 天津大学齐二石教授及其课题组在这方面做了研究，参考文献 4 建立了串行拉动生 产系统在缓冲器容量有限状态下的极大代数状态空间模型荠进行了系统性能分析和有限 扰动分析。参考文献 5 ，6 腱立了装配型拉动生产系统的极大代数状态空阃模型并进行了 性能分析和扰动分析。另外，北京航空航天大学倪伟英工程师等，在参考文献f 7 】中建立 最终装配计划约束下的l i t 投产顺序的数学模型。 j i t 应用与开发研究 这是j i t 研究最广泛的，通常是结合为企业开发生产管理系统，将j r r 的管理思想 融入到管理系统软件中，这方面的软件系统较多，国内的软件如：北京神州精益信息技 术有限公司的精益企业资源计划系统( 简称：l e a n e r p ) ，为解决生产进度的透明度，改 一2 火连理工大学硕士学位论文 进j i t 方式的闭环能力，实现生产全过程的数字化信息管理，l e a n e r p 采用e 一看板替代 实物看板，并作为现场数据采集，改变了传统儿t 的面貌【8 1 。 国外的软件如：思博s o f l b r a n d s 公司的d e m a n d s t r e a m ，d e m a n d s t r e a m 可以与四班 e r p 系统或其它公司的e r p 系统进行集成，为企业驾起“推式”与“拉式”的桥梁， 为制造业走向精益之路提供全面服务和解决方案l 。本文是借鉴了此类软件的实现方 法，并结合减速机厂的实际情况进行的软件开发。 对于生产过程控制的研究 对于生产过程控制的研究主要有几个方面：看板理论、车间设备布置、零件装夹更 换方式等方面的研究。在看板研究中，文献f 1 0 1 对看板管理系统在运行过程中废品的m 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进行了 分析。另外，仿真研究分析了生产类型对看板数的影响，数学模型研究在确定性需求下 用来确定经济批量，而在随机需求下用来确定工位的最优看板数。 质量控制的研究 质量在成功实施j i t 中起着非常重要的作用，一些研究指出，在j i t 中改进质量可 以降低批量以及在j i t 中传统的质检方法会增加检验难度等问题。文献 11 通过建立数 学模型来寻求适于j i t 的抽样方案，还有从整体上分析j i t 中质量的控制方法。 j i t 与其它生产模式的比较与结合的研究 目前这方面的研究比较多，而且观点也不太一致。一种观点认为j i t 与m r p l i 是完 全相悖的两种生产模式，一种是拉式，一种是推式，其应用范围不同，有其各自的优 势。另外一种研究比较广泛的是将二者结合，如参考文献 1 2 1 5 。按照p u s h p u l l 混合 控制策略，初始阶段( 即投料工序) 应采用m r p 控制，而后续工序应采用j r r 的看板 控制【1 6 j ，这就是将m r p 与j i t 方式结合的基本思想。 j i t 在国内企业中的应用现状 从文献中了解到国内一些已经实施j i t 的企业，主要有西安飞机工业集团公司i l ”， 长春一汽、湖北东风汽车公司、上海易初摩托车厂等【1 9 】。目前实施j i t 的企业多集中 在大批量生产且产品相对稳定的企业，对于如何将j i t 的模式引入到完全订单生产企业 还有很多工作要做。 1 2 2j i t 理论的发展趋势 在j 丌的研究体系中，对j i t 的应用开发及实施过程研究最为广泛，在许多企业的 实际应用也证明这方面研究取得的成绩，j r r 的理论本身也在不断的完善以适应不断变 化的经济发展。 3 基于j 1 t 的大重减速机厂车间作业管理系统设计与实现 j i t 作为一个生产管理方法，不可能孤立存在，所以对j i t 与其它管理方法的混合 使用将是一个重要的研究方向，另外，对于j i t 理论中定性分析很多，对于建立数学模 型，对生产过程进行仿真模拟等方面还有大量工作要做。 将且t 与n t e m e t 结合，使物料供应更及时。这对于在地理上分布较广的企业已经 成为一个很重要的问题，文献 1 9 对这方面应用进行预测，在实现跨地区做生产计划 后，下一步将是跨地区进行生产排程，为车间进行生产作业安排。 j i t 的思想的应用不应局限在制造业，完全可以将准时化的思想应用在其它领域， 比如软件开发的过程，其实软件开发的过程有很多方面是可以与机械制造相类比的。所 以将准州化的思想引入到软件丌发中，降低软件) ：1 发的成本，提高软件的品质，应该是 一个很有发展的方向忙。 j i t 的核心思想是消除不直接产生价值的浪费，在实施的过程中，重点通常放在发 现哪些是浪费的行为，但是，美国精益航空进取计划在调查研究了美国航空企业的精益 生产实施后指出，过分突显消除浪费的重要掩盖了对“优化创造价值过程的进取精神” 的忽视，主张将“消除浪费”与“创造价值”一起讨论，也就是强调在创造价值的基础 上消除浪费。因此，美国的精益航空进取计划提出了新的“造就精益( b e c o m i n gl e a n ) ” 的概念。造就精益是以创造价值为目标的同时消除浪费的过程。这个定义将消除浪费作 为了精益的措施或工具，而不是精益的目标。新的“精益”概念建立了一种更加积极和 完整的改进模式，更加强调产品、服务和组织创造价值，而不仅仅是消除浪费斟。 】3 本文研究方法 本文借鉴了国内外应用j i t 理论进行应用软件开发的一些方法，即将j 1 1 、理论融入 到软件中，并在其中增加了适应小批量订单生产企业的调度方法。在软件开发方法上采 用原型法，将一个软件开发项目分为多个迭代周期，每个周期实现软件部分功能。在每 个周期都进行需求分析、设计软件架构、编码、测试、发布等软件开发过程【2 l 】。首先对 减速机厂车间管理的情况进行调研分析，结合y l t 生产理论，并对其业务流程进行分 析，有针对性地提出适合该厂地车f b t _ 生产管理模型，依据企业模型实现车间管理系统原 型，经过测试后进行实施培训，再进一步听取用户意见，重复上述过程，形成减速机厂 目前使用的车间作业管理系统。 1 4 本文主要工作 本文首先对j i t 的思想进行介绍，结合其产生发展的过程，分析j i t 的思想实质， 并对目前对儿t 的研究状况进行总结，通过分析预测其研究应用的趋势。 d 大连理工大学硕士学位论文 其次，对j i t 的理论基础及实施方法进行详细介绍，本文主要对车间作业管理中实 施j i t 方法进行研究，包括j i t 中广泛使用的看板管理方法和均衡生产的方法，并对看 板管理的实质进行研究，然后对本文使用的车间调度算法理论基础做一定的介绍。 第三，介绍大连重工集团减速机厂的车间管理实际情况，应用j i t 理论对其生产管 理过程进行分析，建立了j i t 下的车间作业管理业务流程模型。减速机厂为典型订单式 生产，为解决作业管理复杂的问题，本文实现了一种车间调度算法。 第四，具体介绍了上述模型的软件设计方法，阐述了基于准时化思想的车间管理软 件设计过程，介绍软件开发过程中的关键技术及关键的业务流程的实现方法。 第五，介绍该系统的一个实例，并对该系统的实施培训及用户的使用情况进行简雎 总结。 最后，对本文工作进行总结，结合系统在实施过程中的问题，提出相应的改进意 见。其中第一、二章为参考前人工作进行的总结分析，并已说明所引用的文献，第三、 四、五章为本文所做分析设计开发及实施工作。 5 基于j r r 的大重减速机厂车闻作业管理系统殴计与实现 2 , l i t 车间管理理论基础及车间调度算法 本章对j i t 生产的理沦及其在生产部门的实施方法进行介绍，并针对车间管理中使 用的看板管理的具体操作过程进行分析，提出看板管理的实质，即通过看板这种形式加 速车涮生产信息的传递。考虑减速机厂的情况，为在其车间管理中有效地进行信息传 递，在车间作业管理中增加车间调度算法，最后对启发式车间调度算法理论作简要介 绍。 2 1j i t 的核心思想 成本领先是一种市场竞争总体策略，要降低成本，就要不断消除浪费，有两种不同 的经营思想。一种思想称为“成本主义”，用公式表示就是：价格= 成本+ 利润。即， 随着原材料价格的上涨，工资、奖金的提高，成本要上升，为了获得必要的利润，只有 提高售价。另一一种经营思想是：利润= 价格成本。数学上，这个公式与前一个公式完 全一样，但在管理上，却体现了两种不同的经营思想。后一个公式就是儿t 要遵循的思 想，实际上，价格并不由某一个厂家决定，是在市场竞争中形成的，要获得更大的利润 只有不断地降低成本【2 ”，j i t 的研究者就是按照后一种思想进行研究思考的。 对j i t 理论的研究虽不如实施过程研究得那样多，但对t 思想的理解将有助于更 好的结合实际实施j i t 模式。实际上j i t 不仅仅是一种实施方法，更是一种哲学思想 口 。丰田的准时生产方式通过一系列的管理方法，成功地制止过量生产，减少在制品， 从而使产生次品的原因和隐藏在生产过程中的种种问题及不合理成份充分暴露出来，然 后通过旨在解决这些问题的改善活动，彻底消除引起成本增加的种种浪费，实现生产过 程的合理性、高效性和灵活性，而且这个改善活动是循环进行的，不断地降低库存和在 制品数量，不断地发现暴露问题，然后再解决新问题，这就是丰田j i t 生产方式的核心 理念口“。 2 2j i t 的体系结构 盯t 方式是一个包涵了多种制造技术和管理技术的综合技术体系。图2 1 明确而简 洁地表示了丰田j i t 方式的体系构造，同时也表明了该体系的目标以及实现目标的各种 技术、手段和方法及其相互间的关系，下面对j i t 方式的技术体系作一个简要的说明。 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 图2 1j i t 体系结构图 f i g 2 1s c h e m a t i cd r a w i n go f j i ts y s t e m 注1 1 ，上图中的“自动化”应为日语的j i d o k a 自恸化 j i t 生产的目标是在适当的时间生产适当数量的适当产品，要达到这个目标，通过 减少生产批量，按照超市的模式，只有产品被销售出去后，再生产等量等型号的产品作 为补充。减小生产批量后，要做到让每道工序的员工都及时了解生产任务，j i t 使用看 板这种管理方式，只生产后道工序取走数量的零件，然而这种生产方式必然要增加零件 运输的频率。要减少运输成本，j i t 从两个方面改进，一是厂内加工时，重新安排车床 的位置，使用u 型布局，二是厂外加工时，选择外协厂离自己单位比较近，同时将这 种j 1 t 生产方式推广到外协厂。另外由于生产批量小，零件加工过程中装夹准备的时问 相对变长，为减少准结工时，丰田公司设计出s m e d 法；设备的u 型布局下，如果员 工会操作几种设备，则可以进一步提高生产的柔性；由于生产的批量小，停止生产线， 7 苎! 竺! 塑查霎燮塑 主塑堡些筻望墨笙堡生墨塞里 对整个生产过程影响不大，所以可以做到在发现生产过程中出现不合格品，立即停止加 工，减少因生产不合格品而造成的损失2 5 扪。 2 3 车间实施 r 生产的前提条件一均衡化生产 用看板管理控制的生产过程，生产的均衡化是最重要的前提条件。如前所述，后：l = 序在必要时刻从前：i = 序领取必要数量的零部件。在这样的生产规则之下，如果后工序取 料时，在时间上、数量l 和种类上经常毫无规律地变动，就会使得前工序无所适从，从 而不得不准备足够的库存、设备和人力，以应付取料数量变动的峰值，显然这会造成人 力、物力和设备能力的闲置和浪费【2 8 】。 为r 避免这样的变动发生，必须努力使最终装配线上的生产变动最小化，即实现均 衡化生产。应该说明的是，丰田的均衡化生产要求的是生产数量的均衡和产品种类的均 衡，即总装配线向各前工序领取零部件时，要均匀地领取各种零部件，实行混流生产 1 2 9 1 。要防止在某一段时间内集中领取同种零部件，以免造成日f 方工序的忙闲不均，以 及由此引发的生产混乱。 为此，丰田公司的总装线均以最小批量装配和输送制成品，以期实现“单件”生产 和输送的最高理想。其结果，总装线也会以最小批量从前工序领取必要的零部件。简言 之，生产的均衡化使得零部件被领取时的数量变化达到最小程度，即各后工序每天如 地以相近似的时间间隔领取数量相近的零部件。这样，各工序得以一定速度和一定数量 进行生产，这是实施看板管理的首要条件【2 8 】。事实上，在最终装配线没有实现均衡化生 产的情况下，看板管理也就没有存在的价值了。 2 4j i t 生产的车间作业管理 2 4 1 看板管理的理论基础 如何更有效地管理生产过程，j i t 给出了一个实施方案，即看板管理。看板管理是 j i t 的个重要组成部分，以致于人们一提到j i t 就会提到看板管理，看板控制方式只 是j i t 中比较通用的一个组织方式，在不同企业实施j i t 其方式有一定差别【3 0 】，同样使 用看板管理，也有很多不同的形式，本文将对以丰田模式的看板管理作以介绍。 看板实际上是生产过程中用来传递生产信息的工具，因为最初在丰田公司使用的是 一个塑料卡片，所以将其称为看扳，看板及其使用的规则，构成了看板控制系统。 实际上在应用看板管理有几个前提条件：一是设备的布置方式，与我们通常见到的 按工作中心分类放置不同，j i t 将能够独立完成一个零件生产全过程的一组设备构成一 个系列，形成一个u 字形的布置，这样该零件在这组设备流转一周就完成其加工，零 8 大连理工人学硕十学位论文 件的运送距离大大减少。二是生产的均衡化，即各后工序每天如一地以相近似的时间间 隔领取数量相近的零部件。三是快速调换夹具，生产零件间的切换迅速。 2 4 ，2 看板 看板，包括两种类型，传送看板和生产看板。传送看板用于指挥零件在前后两道工 序之间的移动，当放置零件的容器从上道工序的出口存放处运到下道工序f 勺入口存放处 时，传送看板就附在容器上。当下道工序丌始使用其入口存放处容器中的零件时，传送 看板就被取下，放在看板盒中。当下道工序需要补充零件时，传送看板就被送到上道工 序的出口存放处相应的容器上，同时将该容器上的生产看板取下，放在生产看板盒中。 可见，传送看板只是在上道工序的出口存放处与下道i i 一序的入门存放处之间往返运动 f ：3 】。 图2 2 典型的传送看板( 图片参考文献 3 2 ) f i g 2 2t y p i c a lw i t h d r a w a lk a n b a n 另外啼十看板是生产看扳，用于指挥1 ：作地的生产，它规定了所生产零件及其数 量。它只在工作地和它的出口存放处之间往返。当需方工作地转来的传送看板与供方工 作地出口存放处容器上的生产看板对上号时，生产看板就被取下，放入生产看板盒内。 该容器连同传送看板一起被送到需方工作地的入口存放处。工人按顺序从生产看板盒内 取走生产看板，并按看板的规定，从该工作地的入口存放处取出要加工的零件，加工完 规定的数量之后，将生产看板挂到容器上p “。 9 基于j i t 的大重减速机厂车间作业管理系统设计与实现 图2 3 典型的生产看扳 ( 图片参考文献1 3 2 1 ) f i g 2 3t y p i c a lp r o d u c t i o nk a n b a n 2 4 3 用看板组织生产的过程 以图2 4 为例简单说明看板生产的组织过程。假设只有3 个工作地，其中3 号工作 地为装配。对于装配工作地，可能有很多工作地向它提供零件，因而它的入口存放处会 有很多容器，存放各种零件。 一生产看板，生产看板移动路线 口传送看援 ，传送看援移动路线 1 # 工作地 2 # 工作地 八f _ 存放处 出口存放处 入口存放处 出口存放处 l 剑 传送吞扳盎 【到 生产看扳盒 口冒羽 。一 ， 。7 一 j 高遁 划 匣 传送看扳盒 生产看板盒 3 抖工作地 入f _ ：1 存放处 刨 传送看扳盒 图2 4 两种看板控制下的生产过程模型 f i g 2 4t w o k a n b a n c o n t r o l l e dj i ts y s t e ma sv i s u a l i z e di ns i m u l a t i o n 产品及部件的装配是按照装配计划进行的，当需要装配某台产品时，3 号工作地发 出传送看板，按传送看板规定的供方工作地及出口存放处号，找到存放所需零件的容 器。将容器上挂着的生产看板取下，放到2 号工作地的生产看扳盒中，并将传送看板挂 到3 号工作地的入口存放处相应的位置，供装配使用。2 号工作她的工人从生产看板盒 中取出一个生产看板，按生产看板的规定，到2 号工作地的入口存放处找到放置所需的 零件的容器，从中取出零件进行加工。同时将该容器上的传送看板放入2 号工作地的传 1 0 簿 大连理工人学硕士学位论文 送看板盒中。当生产的数量达到标准容器的要求，则将生产看板挂到该容器上，将容器 放到2 号工作地的出口存放处规定的位置。同样，将2 号工作地的传送看板送到1 _ 号工 作地的出口存放处，取走相应的零件。按同样方式，逐步向前推进，直到原材料或其它 外购件的供应地点旧。 2 4 4 看板管理的实质 看板只是车间作业管理采取的一种措施，其实质是为了解决生产过程中生产任务生 产进度等信息的传递，所以在实际使用中的看板形式不拘泥于硬塑料板，在丰m 公司对 于小零件采取上述看板方式，对于较大的零件采取指示灯的方式。在车间进行信息化改 进中，采剧软件方式形成电子看板，能够更简单便捷地完成生产数据的共享，为 ；f 0 生 产提供保证。本文就是将看板管理的思想应用在车间管理系统中，以电子看板的方式实 现了作业信息的传递。 2 5 e t 下生产模式的改变 通过看板管理和均衡化生产，企业生产既有单件生产的柔性也有批量生产的低成 本，看似合理，但稍加分析，不难发现，如果仅仅是看板管理和均衡生产，这种小批量 生产其弊端立刻会出现，由于批量小，运输成本增加，零件的准结工时成本增加，产品 质量不易保证等，为解决这些问题，j i t 生产必须对生产过程的其它方面进行改进。 2 5 1 减少零件加工中的准结时间 实现以“多品种、小批量”为特征的均衡化生产最关键和最困难的+ 点就是设备的 装夹凋整准备问题。通常情况下，在制定工艺工时都要有准结工时，而且对于较大的零 件其安装卸下所需的时间还比较长，所以人们会想到通过增大批量，或者使用成组技 术，减少每个零件的平均加工时间，可见减少装夹时间对降低成本很重要。 丰田公司发明并采用的设备快速装换调整的方法是s m e d 法，为了缩短装换调整 时间，操作人员必须在设备运行中完成所有的外作业，一旦设备停下来则应集中全力于 内作业。 2 5 2u 型设备群布局方式 设备的快速装换调整为满足后工序频繁领取零部件制品的生产要求和“多品种、小 批量”的均衡化生产提供了重要的基础。但是，这种频繁领取制品的方式必然增加运输 作业量和运输成本，特别是如果运输不便，将会影响j i t 的顺利进行。可见，生产工序 的合理设计和生产设备的合理布置是实现小批量频繁运输和单件生产单件传送的另一个 重要基础。 基于j i ，i 的大重减速机厂车间作业管理系统设计与实现 传统的生产车间设备布置方式是采用“机群式”布置方式即把功能相同的机器设 备集中布置在一起，如车床群、铣床群、磨床群、钻床群等。这种设备布置方式的最大 缺陷是，零件制品的流经路线长、流动速度慢、在制品量多、用人多，而且不便于小批 量运输。丰田公司改变了这利，传统的发备布置方式，采用了“u ”型单元式甸置方式， 即按零件的加工工艺要求，把功能不同的机器设备集中布置在起组成一个一个小的加 工单元1 2 w 。这种设备布置方式可以简化物流路线，加快物流速度，减少工序之间不必要 的在制品储量，减少运输成本。 2 5 3 处理好与外协厂供应商之间的关系 现代企孥业化分工越来越明确，儿乎没有哪个企业生产其产。品的全部零部件，大 部分机械加工企业都有与之合作的毛坯供应商、标准件供应商、外协厂家等许多企业， 组成一个企业集团，以最低的成本，完成产品的生产。要协调好众多厂家，也成为企业 组织管理的一个重要内容。 丰田公司在处理外协供应关系方面采取了许多措施，为降低库存，丰田公司只要求 外协厂和供应商提供自己当时需要的毛坯或者零件，所以减少每次送货的数量增加了送 货的频率，这样做就要求其供应商的位置不能离总厂太远口，如果供应商距离总厂太 远，运输成本太高，而且运输距离远，运输过程中更容易出现零件损伤，造成不必要的 浪费。更重要的就是无法实现适时生产，j i t 要求下的生产变化很大，所以供应商也要 能做到快速反应。这就要求供应商外协厂也要适应准时生产的方式，生产有很强的柔 性，即不仅总厂实现j i t ，各外协厂也要实施这种生产模式。 所以这种合作关系已经在总厂与外协厂之间形成一种相互依存的关系，为了更好地 合作，丰田公司对其外协厂保持长期稳定的合作关系，许多公司之间互相参殿的方式， 将利益绑在一起，为整体获得最大利益而努力。 2 54 全面质量管理 丰躅j 1 1 方式中对质量控制的观点与传统企业不同，丰田认为：“质量是生产出来 而非检验出来的，由生产中的质量管理来保证最终质量”p s lo 以确保零部件和制品的 质量为目的的全面质量管理，是j i t 方式的又一个重要的技术支撑。丰田公司将其质量 控制的方式称为人员的自觉化( j i d o k a 自徊化) ，这里的自恸化不是a u t o m a t i o n ( 自动化) 的意思，而是指以团队精神为基础的全体员工自觉化，任何员工在生产线上发现质量、 数量、品种上的问题，都有权立即停止生产线，并主动排除故障解决问题。 一1 2 大连理工大学硕士学位论文 2 6 订单式生产企业t 生产的实施 随着市场对产品多样化的需求，要求企业生产过程必须适应小批量多品种的生产模 式，为此许多企业都开始尝试使用j i t 方式来指导生产，但从上述介绍中不难看出，j i t 的实施是一个循序渐进的过程需要充分调动员工的积极性，不断地发现生产过程中的 浪费现象，逐步地消除这些浪费i 。 另外j n l 理论及其实施方法也并非完善，其自身也在逐步改进之中。在实施j i t 时，也要有足够的剐心，急功近利是不可取的，丰田公司经过二十几年的改进才形成这 一理论，而且丰田公司与国内企业在管理方面的起点也不相同，j i t 中的某些基础要求 是比较严格的，如果应用不当，不仅不会降低成本，反而会造成新的浪费。比如其极低 的中间库存要求，使得生产厂和外协厂中任何一个环节出现问题，都会全部停产，其后 果不堪设想【2 4 j 。 所以在实施中也不可以完全照搬丰田公司的做法，要想达到丰田公司的模式是有一 定条件，包括生产类型、企业管理基础等。本文将结合减速机厂情况，对实施j i t 的方 法作以分折，基于j i t 的理论，但不完全使用丰田公司j i t 的方法，只要能够解决工厂 实际问题，达到降低成本，保证交货期，有效地实现生产信息的传递就可虬说是对j 1 t 理论的种应用。另外，实施j i t 并不是要与m r p 理论完全对立，事实上没有哪个企 业是完全的j 1 1 1 模式，甚至丰田公司本身，丰田公司也要利用m p s ，进行全面的生产计 划安排，通过m r p 计算汇总生成b o m 数据m j 。对于订单式生产企业由于其生产的复 杂性及变化多样性，要有效地完成对车间生产进度的控制，需要使用一些车间调度算 法，通过计算得到零件的加工期，以此为基础对生产进行预测。 2 7 启发式车问调度算法理论基础 对于车间调度问题的研究已经有几十年的历史，因其在提高生产率降低生产成本方 面的重要作用，其研究越来越受到学者的关注。目前对于车间调度的研究方法很多【3 8 】， 如采用遽传算法0 9 , “、仿真调度算法f 4 1 ，钥、基于神经网络的优化方法【4 3 1 等等，这些算法 已经取得很好的研究成果，但在工厂实际中的应用还不多，目前主流的研究方法是基于 启发式算法的调度研究4 4 4 ”。 2 7 1 车间调度问题的描述 作业车问调度问题可以表述为：有n l 台不同的机器和n 个不同的工件，每个工件 包含一个由多道工序组成的工序集合，工件的工序顺序是预先给定的，每道工序用它所 要求的机器和固定的加工时间来表示。 1 3 基于j i t 的大重减速机r 一车间作业管理系统设计与实现 总的说来，车间调度就是列一个可用的加工机床集在时间上进行加工任务集分配， 以满足一个性能指标集。从数学规划的角度看，车间调度问题可表达为在等式或不等式 约束下，对目标函数的优化。典型的车间调度问题包括一个要完成的作业集，每个作业 由一个操作集所组成，各操作的加工需要占用机床或其它资源，并且必须按一些可行的 工艺次序进行加工；每台机床可加工工件的若干操作，并且在不问的机床上能加工的操 作集可以不同。调度的目标是将作业合理地安排到各机床，并合理安排作业的加工次序 和加工开始时间，使约束条件被满足，同时优化一些性能指标。 2 7 2 启发式调度算法的求解过程 已知：有1 个作业需要调度安排，每一作业i ( i - i ，2 ，1 ) 有j ，个操作( 即工序) ，有 k 个工作中心，每个工作中心有l k 台设备，设备用( k ，1 ) 来表示。每道工序计划 丌始时问为p s t ( i ，j ) 计划结束时间为p f t ( i ，j ) 未知：每道工序可行开始时间为f s t ( i ，j ，k ， ) 可行结束时问为f f t ( i ，j ，k ， 1 ) 求解：每道工序的调度开始时间s s t ( i ，j ) 结束时i h js f t ( i ，j ) 解析：设每个设备上的空隙开始时间t s s ( k ，1 ，m ) 结束时间t f s ( k ，l ，m ) s o ，初始化：为每个设备建立初始时间块，前提是它要足够大； s l ，确定p s t ( i ，j ) ，其确定的途径有以下两种： ( a ) 如果工序( i ，j ) 为某一作业的第一道工序，则p s t 。，”为作业的起始时间； ( b ) 如果工序( i ，j ) 不是某一作业的第1 道工序，则p s t “为上一道工序的结束 时间加上工序间的周转时间； s 2 ，在工序( i ，j ) 对应的工作中心上做一个对设备的遍历，来找到一个每一个设备 上能过安排该工序的最早的空时间块，然后计算每台设备上的可行的开始时间 f s t ( i ，j ，k ，1 ) 和可行的结束时间f f t ( i ，j ，k ，1 ) ； s 3 ，取该工作中心内所有设备中的可行开始时间最早的设备作为该工序加工设备，并 使s s t ( i ，j ) = f s t ( i ，j ，k ，1 ) ； s 4 ，对时间块进行匹配，并修改： s 乱l 如果s s t ( i ，j ) = t s s ( k ，l ，m ) 且s f t ( i ，j ) = t f s ( k ，l ，m ) 则删除该时 间块； s 4 1 1 如果该时间块为最后一个时间块，刚补充一个新的足够大的时间块； s 4 2 如果s s t ( i ，j ) = t s s ( k ，1 ，m ) 且s f t ( i ，j ) t s s ( k ，l ，m ) 且s f t ( i ，j ) t f s ( k ，l ，m ) 增加一个 空时间块使t s s ( k ，l ，m + i ) = s f t ( i ，j ) ，t f s ( k ，l ，m - 1 ) = t f s ( k ，1 ，m ) 并使t f s ( k ，l ，m ) = s s t ( i ，j ) ； s 5 ，重复s l 至s 4 直道将所有作业都安排完成。j 以上介绍的是用于静态调度的算法，即用来计算确定初始解的过程，初始解能够为 车间调度员进行作业调度起到辅助作用，减少调度员的工作量，但初始解不一定能够完 全满足用户要求，在计算过程中假定零件坯料都可以在预计加工前到达，但实际生产中 要完全做到这一点，会增加库存量，进货期提前，所以实际使用中还需要对上述结果进 行不断地调整，即作业的动态调度。由于动态调度需要人工交互，不易建立完整的数学 模型，下一章将对本文使用的动态调度算法进行介绍。 1 5 基于j i t 的大重减速机厂车间作业管理系统设计与实现