基于精益生产思想的厂房设施规划与布局研究

1、上海交通大学硕士学位论文基于精益生产思想的厂房设施规划与布局研究姓名:盛茜申请学位级别:硕士专业:工业工程指导教师:苗瑞20090501基于精益生产思想的厂房设施规划与布局研究摘要近年来,随着中国汽车工业的快速发展,汽车的零部件市场也在逐渐扩大。为了适应日益增大的市场需求,各大汽车零部件厂商都需要采取相应的应对措施。德尔福公司作为全球最大的汽车零部件供应商,同样面临如何在日益增大的市场需求压力下,迅速扩大自己的生产规模,提升产品竞争力的问题。新建现代化的厂房车间是制造企业扩大生产规模的一种简单且有效的方法。本文正是以德尔福新工厂为基础,将精益思想合理应用到建厂早期,说明该公司如何应用精益生产来

2、对新工厂进行设施规划与布局,确定最优布局方案,从而建成高效、现代的厂房车间。本文首先介绍了德尔福精益生产的基本理念,如何应用精益生产优化产品的工艺流程,提高产品的生产率。然后在德尔福新工厂项目中,应用精益生产的厂址优缺点比较法来确定在外高桥保税区新建工厂。在新厂房设施规划与布局阶段,详细介绍如何采用SLP和计算机辅助设施规划相结合的方法,协调车间各个工业系统,设计相关作业区域和生产流程。进一步应用精益思想确定评估标准,对各种规划布局方案进行衡量和评估,并最终选定最优布局方案。关键词:精益生产,设施规划与布局,SLPThe Research of Plant Design and layoutB

3、ased on Lean ProductionABSTRACTIn the recent years, as the development of Chinese automobile industry,the automobile components market has expanded very quickly. To meet thedemand of the market, every automobile company should take some corresponding measures. As the world biggest supplier in the au

4、tomobile component industry, Delphi also should take some measures to expand its production scales and improve its product competition. For the manufacturing companies, build a modern workshop is a very simple and effective method toexpand their production. This paper just based on the Delphis new w

5、orkshopand Lean Production to introduce how Delphi to apply Lean Productiontheory to design and layout its new plant and eventually select the bestscheme to build a high effective workshop.Firstly, this paper simply introduces the Delphi Lean Production Conceptand how to apply it to optimize the pro

6、duct process flow and improve productivity. Secondly, according to the Lean Production compare methods tochoose the WGQ FTZ new plant location in the Delphi new plant project. Inthe workshop layout stage, this paper particularly introduces how to apply SLP and CAD methods to coordinate the relations

7、 between every industrial system and design manufacturing areas. According to the evaluating results of the layout schemes, eventually select the best one of them for building new workshop.Keywords: Lean Production, Plant Design and Layout, SLP上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果

8、。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:盛茜日期:年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密,在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。(请在以上方框内

9、打“”学位论文作者签名:盛茜指导教师签名:苗瑞日期:年月日日期:年月日第一章绪论1.1研究意义全球化和市场化是当前世界经济发展呈现出来的两大趋势,经济发展、科技进步和信息革命,将世界带入前所未有的全球化和市场化时代。中国经济的持续增长带动了外资流动资金的引进。各行各业在华的投资规模随着中国市场的扩大而日益壮大,尤其是汽车零部件行业的发展。近几年来,国内整车行业销售形势良好,汽车零部件行业收入和净利润不断增长。欧美汽车市场已经饱和,各大整车公司已把目光投向经济实力不断增强的发展中国家,特别是入世后的中国已成为世界几大汽车零部件公司激烈竞争的市场。高附加值、高技术含量的零部件仍是跨国公司竞争的主要

10、目标。劳动密集型零部件的制造逐步向发展中国家转移。在汽车市场的预测中,汽车需求呈现明显持续增长,但是随着原材料涨价、消费税实施、法规进一步严格、价格竞争加剧、油价继续走高、贷款的控制、交通状况的变差都迫使市场价格的下跌。对汽车企业而言,真应当“努力去改”,改善、改进、改革、改变才是唯一出路。在汽车零部件行业的产业结构方面,由于整车制造商为降低成本,提高产品在全球市场的竞争力,对零部件供应越来越多的按照QSPT原则(质量、服务、价格、技术进行全球采购,不再局限于集团内部利益。而零部件企业也可借机将自己的产品向全球整车市场推广销售。全球性的采购已导致零部件企业从整车企业中愈来愈多独立出来。同时由于

11、零部件供应商为了降低自身的成本,以期获得更多的竞争优势,正逐步通过兼并重组以减少行业的企业数量,来扩大企业的规模经济效益,降低企业固定成本费用,从而适应整车生产成本下降的要求。在汽车产业链全球化愈加凸现的今天,越来越多的跨国公司将零部件行业中的劳动密集型(低产品附加值产业向低成本国家和地区大量转移。在汽车零部件行业的技术发展方面,为了适应日益多样化的市场需求,同时寻求规模经济效益与多样化、个性化的平衡点,汽车行业纷纷采用平台削减战略。平台战略的核心是通过提高零部件的通用化、中性化和标准化,尽可能实现零部件的共享,以实现更大规模的生产,从而推销不断增多的车型和不断缩短的产品生命周期,而导致高昂的

12、开发成本。另一方面,随着现今大规模生产方式的改变,为了适应整车厂开发新车型的需求,零部件行业则越来越多地注重于产品的电子化、智能化、环保性、产品轻量化、开发数字化、信息交换同步化等方面,从而提高了产品的附加值。所以汽车OEM厂商为适应市场需求,做了一些改善措施:在不同区域做市场调研,设计不同款式的汽车;将同一生产平台的厂家进行技术生产合并,技术整和,加强竞争力;减少目前已有产品的生产周期;加强好的售后服务。每年向供应商压价3%5%,这就迫使零部件供应商在面临原材料价格上涨的压力时再面临客户的价格压力;使零部件最大可能国产化,开发国内市场,从而降低原材料价格。但是随着世界经济的高速发展,市场需求

13、日益主体化、个性化和多样化,生产竞争也日益全球化。因此采用科学的管理方法对工厂进行设施规划及布局,努力降低成本,是企业在激烈的市场竞争中取胜的重要手段之一。在这种市场压力下,国内涌现出一些具有竞争力的汽车零部件生产厂家。全球最大的汽车零部件供应商德尔福在日益变化的市场需求压力下迅速扩张自己的生产规模并扩大产品种类,来增加自身的竞争力。德尔福公司在进入中国市场的这些年中,业务飞速发展,公司不断壮大,这些成功是与德尔福公司在华企业实施精益生产思想是分不开的。德尔福公司正通过全面实施精益生产管理思想来进行新厂房的设施规划与布局来扩大在中国市场的竞争。本文将主要研究和分析德尔福公司在中国的新厂房选址和

14、规划,并将精益生产思想贯串其中,找出最优方案。希望对我国企业在中国市场乃至国际市场上的竞争能有所启示。1.2精益思想理论研究现状1.2.1精益生产的提出及发展背景19世纪末法国巴黎Panhard-Levassor(P&L机床公司开始制造汽车,它采用的是一种典型手工生产方式的特点是个人以师傅带徒弟的方式,培养具有高超技术,组织分散产品设计和零件制造分散,使用通用机器实行单件生产。从19世纪中叶到20世纪中叶,由于E.Whitney提出“互换性”与大批量生产, OliveEvons将传送带引入生产系统,F.W.Taylor的“科学管理”,H.Ford开创的汽车装配自动流水生产线,使制造业开

15、始了第一次生产方式的转换,这种模式推动了工业化进程,为社会提供了大量的经济产品,促进了市场经济的高速发展,成为各国仿效的生产方式1。在50年代初,制造技术的发展突飞猛进,数控、机器人、可编程序控制器、自动物料搬运器、基于成组技术的柔性制造系统等先进制造技术和系统迅速发展,但是它们还是存在一些局限性,比如只是着眼于提高制造的效率,减少生产准备时间,但是却忽略了一个大问题,就是可能增加的库存而带来的成本的增加。1950年春天丰田公司丰田喜一郎到美国仔细参观了福特汽车公司底特律的Rouge工厂,对这个当时世界上最大最有效率的制造厂丰田喜一郎发现有改进之处,回到日本之后经过与生产管理专家大野耐一仔细研

16、究后,得出一条重要结论:大量生产方式不适于日本。它们根据自己企业的具体分析,根据日本市场具体情况,发明了精益生产方式。精益生产突破了批量小效率低成本高的逻辑,打破了大量生产提高质量则成本升高的惯例,使成本更低、质量更高、能生产的品种更多,是一种可以淘汰大量生产的新的生产方式2。精益生产是战后日本汽车工业遭到的“资源稀缺”和“多品种、少批量”的市场制约的产物,它是从丰田相佐诘开始,经丰田喜一郎及大野耐一等人的共同努力直到60 图1-1制造方式的演变历史Fig.1-1Theevolutionhistoryofmanufacturingmanner制造方式的演变过程从图1-1中可以看出,先是从手工制

17、作发展到大批量规模生产,再到精益六西格玛生产,整个发展的历程是在生产中一步步的改善和实践的检验总结得到的。精益生产(LeanProduction,简称LP是美国麻省理工学院数位国际汽车计划组织(IMVP的专家对日本“丰田JIT(JustInTime生产方式”的赞誉之称,精,即少而精,不投入多余的生产要素,只是在适当的时间生产必要数量的市场急需产品(或下道工序急需的产品;益,即所有经营活动都要有益有效,具有经济性。精益生产是一种通过消除所有环节上的浪费来缩短产品从生产到客户手中时间的生产理念,是丰田汽车公司在过去几十年的实践中逐步摸索完善起来的一套理论体系,其目标是降低生产成本,提高生产过程的协

18、调度,彻底杜绝企业中的一切浪费现象,从而提高生产效率,提高质量,降低成本,保证交货期,为企业带来较高的收益回报3。精益生产是当前工业界最佳的一种生产组织体系和方式。1.2.2 精益生产理论的发展现状精益生产的理论和方法是随着环境的变化而不断发展的,特别是在20世纪末,随着研究的深入和理论的广泛传播,越来越多的专家学者参与进来,出现了百花齐放的现象,各种新理论和方法层出不穷,如大规模制定(MassCustomization与精益生产的相结合、单元生产(CellProduction、JIT2、5S的新发展、TPM、产品开发流程(ProductionDevelopmentSystem,PDS的新发展

19、等。如日本的丰田公司已经从TPS发展成为了TMS(TOYOTAManagementSystem,如新的TMS更强调系统性。美国各大企业也将精益生产方式与本公司的实际相结合,创造出了适合本企业需要的精益管理体系,这些管理体系实质是精益生产的思想,并将其方法具体化,以指导公司内部各个工厂、子公司顺利地推行精益生产方式。例如:1999年美国联合技术公司(UTC的ACE管理(获取竞争性优势AchievingCompetitiveExcellence,精益六西格玛管理,波音的群策群力,通用汽车1998年的竞争制造系统(GMCompetitiveMFGSystem等。这些管理体系实质是应用精益生产的思想,

20、并将其方法具体化,以指导公司内部各个工厂、子公司顺利地推行精益生产方式。并将每一工具实施过程分解为一系列的图表,员工只需要按照图表的要求一步步实施下去就可,并且每一工具对应有一套标准以评价实施情况,也可用于母公司对子公司的评估。德国人在日本人成功实现精益生产的基础上将其拓展,提出了精益管理思想,并在制造业中广泛应用,取得良好的成效。我国也在20世纪90年代中期开始引入精益管理,主要在机械,汽车行业中应用。经过多年的探索和尝试,精益生产管理思想已经深入渗透企业经营管理的每一个角落,精益管理方法已经运用到企业运行的每一个环节。精益生产的核心有两点:零库存和快速应对市场的变化4精益生产是一种追求无库

21、存生产,或使库存达到极小的生产系统,为此而开发了包括“看板”在内的一系列具体方法,并逐渐形成了一套独具特色的生产经营体系。(2快速应对市场的变化为了快速应对市场的变化,精益生产者开发出了细胞生产、固定变动生产等生产布局及生产编程方法。近几年,精益生产思想在我国汽车行业得到了广泛的应用。并且随着应用的逐步深入,企业越来越重视精益管理的绩效是否达到企业的要求。1.3 设施规划与布局研究1.3.1 设施规划与布局的发展历程和研究现状设施规划发源于早期的制造业,是伴随着工业生产产生的,一直以来都是工业工程的重要分支。只有联系工业工程的发展史,才能明晰地把握工业设施规划的发展之路。设施规划理论的发展分为

22、几个阶段:1.二十世纪初至三十年代是学科的萌动初创期,以泰勒的科学管理方法和福特的流水线生产方法为标志。人们开始认识到工厂设计和物流管理在生产中的意义,但对工厂设计的研究还局限于“工作研究”。该时期的设施规划还主要凭经验和感觉。自泰勒时代开始,工厂逐步取代了小手工作坊,管理工程师就关心制造厂的设施规划问题,开始把“机”和“物”的管理提到一定的地位上来。在早期,工厂设计的活动主要有三项,即:操作法工程(MethodsEngineering,研究的重点是工作测定、动作研究等工人的活动;工厂布置(PlanLayout,就是机器设备、运输通道和场地的合理配置;物料搬运(MaterialHandling

23、,就是对从原料到制成产品的物料的控制5。2.二十世纪四十年代至六十年代是设施规划学科的快速发展时期。对工厂设计的研究由“工作研究”拓展至物料搬运方法(MaterialHanding与工厂布置(PlantLayout研究6。设施规划成为具有独立的学科方向和技术体系的学科。1961年美国的缪瑟提出了极具代表性的系统布置设计理论;随着计算机技术的发展,以MJ摩尔等为代表的一批设施规划与设计学者,研究应用计算机技术进行平面布置及其优化的问题,并产生了许多用高级语言写成的平面布置程序,如用于新建设施的CORELAP、ALDEP程序和用于改建布置的COFAD、CRAFT程序,形成了计算机辅助设施布置方法,

24、为生产系统的设施新建和重新布置提供强有力的支持和帮助,节省了大量人力财力。国内在80年代以后引进缪瑟理论,收效显著。3.七十年代后,计算机在生产管理中的应用标志着设施规划进入现代发展阶段。柔性制造系统在工厂大量出现,无人工厂开始出现,成组技术解决了多品种、小批量生产带来的问题。随后又提出了敏捷制造及清洁生产的概念。业务管理从理论上取得了长足进展。标准化服务比比皆是。设施规划的研究已开拓拓展至交通运物、港口、民航甚至文教、卫生等系统中。如何在设施规划中充分发挥人的积极性成为当前突出的问题设施规划理论及方法已渗透于城市规划、区域开发、建筑学、市政工程等领域。设施的布局设计己不是新问题,即使在原始的

25、小作坊里,工匠们也要根据工序流程和物件移动的需要来合理布置他们的工作间。随着生产复杂性和生产规模的日益增强和扩大,各种布局方案应运而生,如工程布局,功能布局,作业线布局等方案7-8。Muther8提出了系统布置方案SLP(SystematicLayoutPlanning。由于设备布局设计问题的复杂性及其实用性,从六十年代开始,有学者着手研究计算机辅助设计问题。随后产生了一系列计算机辅助布局设计和分析的商用软件包,如CORELAP,PLANET,SHAPE,CRAFT等,它们在布局设计建模、布局求解算法及系统交互式等方面做出了卓有成效的工作。Kusiak和Meller等人对制造设备布局问题进行了

26、全面的回顾并着重研究了柔性制造系统(FMS环境下的布局设计9-10。Badiru和Arif11开发了一个设备专家布局系统,并在其中采用模糊逻辑方法来实现关系代码,以反映未来生产设备需求的不精确性。Montreuil提出了基于人工智能、优化、仿真和CAD于一体的集成的布局方案,在此基础上,进一步对基于物流的布局问题提出了并行布置和网络布置的设计方法。Kouveliset.al.12曾指出,生产设备的位置是制造系统设计早期需要解决的最关键的问题之一。到目前为止,研究人员己经提出了数个解决制造系统布局问题的公式和规则,涌现了大量的方法和技术手段,可以将它们粗略地分为两个类别:最优化方法和近似优化方法

27、。Kusiak和Heragu13则对已有的设备布局问题进行了归纳,它们可以分为以下几类:二次分配问题模型QAP(quadraticassignmentproblem,二次布置占有模型QSP(quadraticsetcoveringproblem,线性整数规划模型,混合整数规划模型和图论模型14。从以往的研究成果来看,设施布局问题的求解大多是利用二次分配问题方法,QAP 方法已经在很多领域有了广泛的应用,包括城市规划、计算机控制面板布局以及配线布局等。QAP解决的是一个布局问题的特例,因为它假定所有的布局实体都是具有相互关系的等面积的实体,并且所有可能的放置点都是事先指定的。QAP将布局实体与可

28、能的放置点一一对应。将一个布局实体放置于某个特定位置的费用取决于其实体的位置。这就是二次分配问题命名的由来。它最早是由Koopmans和Beckman15提出来的。LiaoKusiak16和Heragu17等人运用了修改后的QAP解决不等面积实体的布局问题,具体的方法是将每个布局实体都规划若干个同样大小的块,这其实还是一个QAP,但它的“布局实体”增加了,从而实际可求解问题的规模减少了。Bozer 和Meller18指出,这是一种效率较低的方法,因为它增加了布局实体的形状约束。在1976年,Salmi和Gonzalez19己经证明了设施布局问题是一个NP完全问题。此后人们采用了许多启发式的手段

29、来获得问题的近似最优解,即近似优化方法,这些方法可以大致归纳为五个基本类别:构造法、改进法、图论法和模拟退火法、混合法等。上面所综述的这些方法及理论大多数是针对特定约束条件下二维平面布置问题特别是设备布局问题的研究提出及验证的。事实上,三维布局问题广泛存在于工业生产当中,特别是机械工业生产中。随着布局问题得到广泛研究,近年来,三维布局问题由于其复杂多样性和在实际工业中的广泛应用而得到了一些领域学者和研究人员的关注。Szykman和Cagan等20-21人将二维超大规模集成电路技术扩展到了三维空间内,在考虑了容器和其它布局物体约束的前提下,提出了一种适用于具有空间约束的布局物体和布局容器的布局问

30、题。这种方法在理论上是通用可行的。但他们的工作还只是局限在简单几何形状物体(例如矩形块和圆柱体的布局方面。TizianaCalamoneri22等提出了互联网的三维布局优化问题,指出互联网的三维布局的主要益处是节省材料(以体积来计算和缩短电缆长度。MikeSchafer23等提出了一种用于产生三维电子模块矩形体自动布局结果及线域估计的集成方法。LorisFaina介绍了一种三维布局问题的全局优化几何模型。邱英汉24用二叉树结构来表示三维实体布局问题。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表达三维矩形布局状态空间的方法。王金敏25提出了一种适合于三维实体布局的优化算法。TengHon

31、g-feitz26-27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。由于一维布局问题已经属于NP完全问题,所以求解三维布局问题就更加复杂。从商业上的应用来看,至今尚没有成熟的用于工业布局的商品化软件,在学术团体研究较多的都是一些规则物体的布局问题,要实现任意形状的三维布局问题,至今尚无成功的通用的布局方法。虽然已经有很多非线性技术应用到物体布局问题上,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(OperationResearch领域完成的。这些方法的缺点是因为它们一般都是启发式的方

32、法,只能应用在专门的一类问题之中,另一个限制是在运筹学中只能使用相对简单几何形状的物体28。但在工程实际中,由于解决问题的要求和目标的多样性,找出一种通用于所有问题的方法几乎是不可能的。1.3.2 设施规划与布局的概念设施是指一个企业所拥有的有形资产,主要由四部分组成:实体建筑、机器设备、物品物料、工作人员。作为工业生产系统中相对稳定的物质或实体要素,工业设施有单体设施与复合设施之分。在工厂设计与规划中,单体设施是指符合产品加工与制造要求的一台(套或一组设备(设备群、生产线、制造单元等以及单一的其它物质条件。复合设施是适应产品生产与经营的技术、经济和组织要求而组合成的若干个物质要素的集合体。该

33、集合体能相对独立地运作,并产生相应的技术经济效果,工厂、公司、工业区是典型的复合工业设施。研究对象系统确定设施的涵盖范围。规划是指如何将一个系统中的资产做最有效的分配、安排,使系统达到最佳的绩效表现。设施规划是一个涉及面很广的工作,是一种技术性、经济性、政策性、综合性很强的知识。设施规划是在企业经营策略的指导下,针对企业个体中的生产或服务系统的生产或转换活动,从投入到产出的全部过程中,将人员物料及所需的相关设备设施等,做最有效的组合与规划,并与其他相关设施协调,以期获得安全、效率与经济的操作,满足企业经营需求,同时更进一步针对企业长期的组织功能和发展产生更积极的影响和效益。各种文献对设施规划与

34、设计的定义的表述不尽一致,但都把它定性为对一个生产系统或服务系统进行全面的、系统的规划和安排。最近出版的全国高等教育自学考试工业工程教材设施规划与设计,根据上述特征,把设施规划与设计定义为:设施规划与设计是为新建、扩建或改建的生产系统或服务系统,综合考虑相关因素,进行分析、构思、规划、论证、设计,作出全面安排,使资源得到合理配置,使系统能够有效运行,以达到预期目标。设施规划相对于制造行业来说就是如何使制造设施最有效地支援生产活动。图1-2是设施规划的框架: 图1-2设施规划框架Fig.1-2Theframeworkoffacilitiesplanning从图1-2中可以看出设施规划的内容主要包

35、含下面几点:1.设施位置选择对设施进行地区、地点的选择;2.布置设计对建筑物、设备、运输通道、场地进行合理配置;3.搬运系统设计对物料搬运路线、方法、器具及储存场地做合理安排;4.设施系统设计对建筑结构进行设计,以满足功能、空间、经济等需要;对电力、照明、排水、通风等进行协调设计;对信息通信的传输系统进行全面设计。1.3.3设施位置选址问题的方法设施选址就是确定何处建厂或建立服务设施。它不仅关系到设施建设的投资和建设的速度,而且在很大程度上决定了所提供的产品和服务的成本,从而影响到企业的生产管理活动和经济效益。在设施规划中,首要解决的问题是设施位置选址,德国经济学家Weber是第一个研究制造设

36、施位置选址问题的学者,到了20世纪80和90年代,特别是随着经济全球化的发展,全球化范围的设施选址问题受到了人们的重视。全球化的一个重要特征是制造活动从集中式到分布式的转变,人们面对的不再是单一的工厂选址的问题,而是由不同的零部件厂、装配厂以及市场构成的制造网络选址的问题。在做设施选址决策时,必须针对企业的生产经营特点,如原材料、产品、销售渠道、运输工具等的总体了解,然后就其所处的客观环境,提出数个备选方案,逐个进行调查分析,权衡利弊,再决定取舍。国内外学者在设施选址研究方面已形成了多种方法,大致可分为定性研究法、定量研究法及定性与定量相结合的研究方法。1.设施选址问题的定性研究定性研究是以影

37、响设施选址合理性的因素分析为基础。如影响物流设施选址的因素很多,包括土地利用、环境保护、资源分布、产业布局、交通区位、公共设施、市场经营等各个方面的因素,通过综合地定性分析,建立设施选址的评价指标体系,并且常常采用层次分析法、模糊综合评判法对各个备选方案进行指标评价,最后寻求最优地址。可见,定性研究从比较全面的角度,将较多的因素考虑在内,对设施选址进行决策。通过将定性指标进行评判,可以有效地吸纳决策者的经验、偏好、意愿等来进行方案的评价。但由于定性方法在研究过程中主观性较强,大量的主观判断易造成评价偏差。2.设施选址问题的定量研究设施选址问题的定量研究主要是依据物流费用或物流成本最低的原则,建

38、立数学模型,通过模型求解获得最佳选址方案,根据考虑的影响费用因素的简易与复杂程度,形成多种类型的选址模型,但总体上可以概括为连续模型与离散模型两类。连续模型认为设施的地点可在平面上取任意点,较为典型的研究方法是重心法。重心法是一种简单的模拟方法。离散模型则认为设施的地点是有限的几个可行点中的最优地点。3.选址问题的定性与定量相结合的研究定性研究与定量研究具有明显的优势互补性,将两者相结合的研究也取得一定进展。1.3.4设施设计与布局对于制造企业来说,车间的设备和设置一旦确定下来,其影响基本就是永久性的,如果当生产运行才发现问题,再想改正就相当困难了。因此,为了寻求生产系统的最优运行结果,必须在

39、系统设计时优化其布置方法,将大大的节约公司的成本。从工业工程研究的角度,设施设计(工厂设计主要解决和研究平面布置、物料搬运及信息和通讯等方面的内容,但完整的设施规划尚包括建筑工程与公用工程(供电、给排水、热力、供汽等的设计。设施规划有其注重管理的工业工程底蕴,又具有工程特色。设施规划师供职于设施规划部门和企业管理部门。在设计单位中,设施规划师的职责相当于总体设计的工程师,负责明确业主的要求,并编制设计大纲,对项目的组成和各种技术要求作出规定。参与工厂工业生产设施的设计、修改及安装工作,进行运行效率分析、物流分析,生产过程改进和工艺布置。20世纪60年代以后,设施设计及布置概念越来越普遍地代替了

40、工厂布置(PlantLayout概念。主要由于第三产业持续迅猛的发展给设施规划提供了广泛的新的研究领城,生产的含义不再只是传统意义上的制造加工产品,也包括服务的生产。设施规划的研究领域不断拓宽,经济学家、运筹学专家、城市规划师、管理专家、建筑师从其自身专业领城出发均对设施规划产生了研究兴趣,设施布置中的工厂布置更具有普遍性意义。设施规划的核心部分是布置设计和搬运系统设计,工业工程师对这两方面也进行了许多研究,发展了很多方法和技术。设施规划的目标主要是:改善物料搬运、控制、内部管理;有效运用人力、设备、空间、能源;最少的设备投资;易于实施维护作业;提供员工安全的工作环境与工作满足。生产车间是制造

41、系统的基本组成部分,直接承担着企业的加工、装配任务,是将原材料转化为产品的部门。车间布置就是按照一定的原则,合理地确定车间内部各组成单位(工段、班组的工作地,设备之间的相互位置,从而使它们成为一个有机整体,实现车间的具体功能和任务。由于车间布置决定了以后车间的物流方向和速率,从而从结构上限定了车间的功能潜力,因此车间布置是构造一个有效车间系统最为重要的环节,相同车间地址、相同的人员、相同的设备和技术,物料在工艺过程中按顺序一直不断地向前流动直至完成,没有过多地迂回或倒流。仅是由于布置的方式不一样,生活系统的功能可以有天壤之别。高效率的车间布置作为提高企业生产效率和效益的重要手段之一,也是精益生

42、产思想中重要的部分。车间布局的实质就是对制造资源(包括人、机、料在空间上密切有机结合,时间上适当连接、减少物料搬运工作量,减少自制零件和外购件的损坏,节省费用。在布局设计的过程中考虑物流因素,不仅能降低其过程中的运输成本而且还能加快生产流程,最终达到提高生产能力和降低企业生产成本的目的。工厂布置的方法和技术,一直是工业工程领域不断探索的问题。自工业革命以来研究出了许多手工设计、数字分析和图解技术,60年代以来,又发展了计算机辅助工厂布置,在众多的布置方法中,以R缪瑟29-31提出的系统布置设计SLP(SystematicLayoutPlanning最为著名,应用十分普遍;这种方法不仅适用于工厂

43、和生产系统设计,还可以用于医院、学校,百货商店、办公楼等设施设计。表1-1是设施布置方法的发展历程及相对应的特点。从表1-1中可以看出布置方法从最简单的流程图等经验判断方法逐渐发展到用计算机辅助规划的阶段。更能精确地对设施进行规划,根据精益生产思想的要求,对设施规划进行优化。表1-1设施布置方法一览表Chart.1-1ThelistofwaysofFacilityLayout布置方法和技术二十世纪年代主要特点和使用条件流程图、样片排列等经验判断方法50年代直观、简便、易行关于设施间物料流动顺序和数量的各种数学分析方法。如属于最优化及其搜索算法的二次分派算法(QAP,1957及相应的计算机软件C

44、RAFT(1964和CORELAP(196750年代中期到60年代初、中期适用设施数目不太多的情况系统布置规划方法(SLP60年代至今该方法属于系统仿真技术,要求把影响布置的因素尽可能量化,在离散状态下组合寻优。适用于设施数目不超过15个的情况。其突出特点是具有方法论意义人-机交互式决策支持方法80年代至今按决策者意图靠计算机系统支持决策,能进行预测判断;借助于模糊集理论,采用图论方法等设计数据集成和设计模型集成的理想实验环境方法(综合决策环境方法90年代至今(1911年MCG-INES是对纯粹计算机程序支持的改进方法目前随着设施规划的发展,总趋势主要有两方面,一方面是继续发展Muther的系

45、统布置设计SLP;另一方面是构建更完整的布置模型,结合人工智能技术,提出更好的算法,开发通用的计算机辅助工厂布置软件。采用SLP法进行总平面布置的首要工作是原始资料收集,然后进行物流分析和非物流分析,经过综合分析得到作业单位相互关系表;然后,根据相互关系表中作业单位之间的相互关系密切程度,决定各作业单位的位置,绘制出作业单位位置相关图,形成作业单位面积相关图;通过作业单位面积相关图的修正和调整,得到数个可行的布置方案;然后采用加权因素对各方案进行评价择优,选出最佳的布置方案。1.4 研究内容随着国内汽车零部件行业的飞速发展,各个汽车零部件公司为了提高其产品竞争力,增加其市场份额,需要不断扩建新

46、的厂房来满足需求。本文正是以精益生产思想方法为基础,结合德尔福公司的实际状况,来指导德尔福公司新厂房的选址工作,并研究了厂房设施的规划与布局问题,最终确定了最佳方案。本文主要内容有:1.对精益生产思想理论进行深入的研究,并选取了适用与德尔福公司实际生产状况的精益生产思想方法;2.基于精益生产思想方法及德尔福公司的生产规模和发展战略,进行德尔福公司新厂房地址的筛选,并最终确定最优方案;3.以新厂房为基础,对厂房设施规划和布局进行研究,采用了SLP设施规划方法,得到最佳规划方案;上海交通大学工程硕士学位论文第二章精益生产思想应用研究第二章精益生产及其在德尔福的应用2.1精益生产理论精益生产方式的创

47、始人大野耐一认为:生产能力=有效产出+无效浪费。有效产出是企业生产和存在的原因和产出效率的根源;浪费就是消耗企业资源但没有创造附加价值的活动,无效的浪费是增加企业的成本并极大地消耗了公司的利润。浪费产生原因主要是由于企业中的各环节的提前、过剩生产和投入引起的32。精益生产既是一种以最大限度地减少企业生产所占用的资源和降低企业管理和运营成本为主要目标的生产方式,同时它又是一种理念,一种文化。实施精益生产就是决心追求完美的历程,也是追求卓越的过程,它是支撑个人与企业生命的一种精神力量,也是在永无止境的学习过程中获得自我满足的一种境界。其目标是精益求精,尽善尽美,永无止境的追求七个零的终极目标。2.

48、1.1 精益生产特点精益生产的特点是消除一切浪费,追求精益求精和不断改善。去掉生产环节中一切无用的东西,每个工人及其岗位的安排原则是必须增值,撤除一切不增值的岗位。精简是它的核心,精简产品开发设计、生产、管理中一切不产生附加值的工作,旨在以最优品质、最低成本和最高效率对市场需求作出最迅速的响应。精益生产方式综合了单件生产与大批量生产的优点,既避免了前者的高成本,又避免了后者的品种单一。精益生产的主要特点有:拉动式准时化生产,全面质量管理,团队工作方法和并行工程33。1.拉动式(pull准时化生产(JIT:在生产计划与库存管理方面,采用独特的准时化生产(JIT。首先是以最终用户的需求为生产起点。

49、强调物流平衡,要求上一道工序加工完的零件立即可以进入下一道工序,最终实现零库存,生产的触发器是用户的需求,这要求中间的过程反应时间要短,每个生产过程中都对质量、交货时间和生产设备负责。通过看板作为信息媒体,传递工序间需求,生产节拍可由人工干预、控制,保证生产中的物流平衡,对于每道工序来说,保证对后道工序供应的准时化,即在需要的时候供应。对于企业来说,各种产品的产量必须能够灵活地适应市场需求量的变化,否则的话,由于生产过剩会引起人员、设备、库存费用等一系列的浪费。而避免这些浪费的手段就是实施准时生产,只在市场需要的时候生产市场需要的产品。精益生产要求在生产过程中实行超市运作方式(拉动式生产体系:

50、(1后道工序向前道工序取得所需零部件/中间产品;(2在各个生产环节之间,组织小批量生产,进行小批量传送,最好实现单件生产与传输;(3根据用户需求确定生产输出速度,这需要良好的系统设计和协调,一般用最后一道的装配/包装工序拉动(调节与控制整个生产过程;(4根据系统的产出数量,控制各种资源设备、材料、零件、生产空间、操作工人和生产时间最小必需的数量的投入。2.全面质量管理与全员维护管理全面质量管理(TotalQualityManagement,TQM就是一个组织以质量为中心,以全员参与为基础,目的在于通过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径。全面质量管理是精益生产方式的又一

51、重要支柱。它是实现“无缺陷”目标的有效手段,也是提高企业总体效益和柔性的方法,是实现精益生产方式的重要保证。强调由过程质量管理来保证最终质量,质量是生产出来的,而不是检验出来的。对质量的检验与控制在每一道工序都进行,实行预先控制和在线控制,而不是最后的质量检测。重在培养每位员工的质量意识和责任,保证及时发现质量问题。质量保证的思想贯穿于精益生产始终。产品设计是质量保证的第一关,其次是生产过程。在生产过程中,质量保证的手段之一就是建立“动态小组”。所谓动态小组,就是在发现问题时,能迅速找出原因,并能彻底解决问题的职工组织。这种过程控制质量的方法比最终成品检验方法高明得多。全面质量管理注重顾客需要

52、,强调参与团队工作,并力争形成一种文化,以促进所有的员工设法、持续改进组织所提供产品/服务的质量、工作过程和顾客反应时间等。3.团队工作法(Teamwork员工在工作中不仅是执行上级的命令和预先写好的工作指导书,更重要的是积极地参与,起到决策与辅助决策的作用。在日常工作中,发现问题或者需要进行一个创新的时候,就组织一个团队进行工作。团队组织的原则并不完全按行政组织来划分,而主要根据业务关系或涉及到得工作内容来形成。团队成员一专多功,要求能够比较熟悉团队内其他工作人员的工作,保证工作协调顺利进行。团队工作的基本氛围是信任,是一种长期的监督控制为主,避免对每一步工作的稽核,提高工作效率。团队的组织

53、是变动的,针对不同的事物,建立不同的团队,通常一个人可能属于不同的团队。4.并行工程(ConcurrentEngineering利用系统整体的观点涉及产品或配置生产流程,通盘考虑各个环节和步骤,比如在产品的设计开发期间,将感念设计、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,这也需要团队合作和协调。依据适当的信息系统工具,反馈与协调整个项目的进行。利用现代计算机集成(CIM技术,在产品的研制与开发期间,使辅助项目过程并行。并行工程的目标为提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。并行工程的具体做法是:在产品开发初期,组织多种职能协同工作的项目组,使有关人

54、员从一开始就获得对新产品需求的要求和信息,积极研究涉及本部门的工作业务,并将所需要求提供给设计人员,使许多问题在开发早期就得到解决,从而保证了设计的质量,避免了大量的返工浪费.精益生产是在JIT生产方式、成组技术GT以及全面质量管理TQC的基础上逐步完善的,构造了一幅以LP为屋顶,以JIT、GT、TQC为三根支柱,以CE和小组化工作方式为基础的建筑画面34,图2-1是精益生产的体系构成。 图2-1精益生产的体系构成Fig.2-1Thesystemofleanproduction精益生产强调以社会需求为驱动,以人为中心,以简化为手段,以技术为支撑,以“尽善尽美”为目标。主张消除一切不产生附加价值

55、的活动和资源,从系统观点出发将企业中所有的功能合理地加一组合,以利用最少的资源、最低的成本向顾客提供高质量的产品服务,使企业获得最大利润和最佳应变能力。2.1.2 精益生产原则精益生产最终目标的实现程度主要取决于以下五个原则的执行程度。这些原则主要是:1.消除中断引起中断的原因很多,如质量低劣、设备故障,进度安排改变,送货延迟等。所有这些原因都应该尽可能地消除掉,只有这样才能减少系统的不确定性。2.保持系统的高柔性高柔性是指企业的生产组织形式灵活多变,能适应市场多样化的要求,及时组织多品种生产,以提高企业的竞争能力。为实现柔性和生产率的统一,精益生产必须在组织、劳动力、设备三方面表现出较高的柔

56、性。3.减少换产时间与生产提前期换产时间与生产提前期延长了整个生产过程,对产品价值又没有任何增值作用。另外,较长的换产时间与生产提前期还会对系统的柔性产生负面影响。因此,减少换产时间与生产提前期非常重要,应该不断进行改进。4.零库存一个充满库存的生产系统,会掩盖系统中存在的各种问题。日本人称库存是“万恶之源”,是生产系统设计不合理、生产过程不协调、生产操作不良的证明,并提出“向零库存进军”的口号。所以,“零库存”就成为精益生产追求的主要目标。5.消除浪费消除七大浪费现象能够解放资源,提高生产效率。2.1.3 精益生产思想及基本在提炼出精益生产理论后,精益生产理论的研究者们又在总结精益企业大量实

57、践经验的基础上,概括出“精益思想”的原则,为管理者们提供可靠的行动指南,用来克服大量生产方式多造成的天天混乱的生产局面,系统地推行精益生产方式。精益生产的基本就是精益思想,精益思想要求企业找到最佳方法提供给顾客需求的价值,明确识别业务中每一项产品的价值流,让顾客成为生产的拉动者,发挥员工的积极主动性,在生产管理中精益求精、尽善尽美。精益思想是与浪费针锋相对的,是精益的,因为它提供了以越来越少的投入较少的人力、较少的设备、较短的时间和较小的场地获取越来越多产出的方法,同时也越来越接近用户,提供他们确实要的东西。精益思想通过及时反馈把浪费转化为价值的努力,也提供了一种使工作做得比较令人满意的方法。价值、价值流、拉动流动、授权参与和尽善尽美是精益思想的五条基本原则35:1.发现客户心中价值传统的方式并不是从顾客角度去定义价值,实际上是需求企业的方便。他们在制定目标成本时不是考虑成本的本身,而是根据预定的市场价格减