新丰田生产方式(6.7章) 汽车厂计算机控制系统

1、新丰田生产方式 第六章 汽车厂的计算机控制系统,华国伟、张步青、潘学聪,第六章 汽车厂的计算机控制系统,内容提要 一、中央集中型控制系统和自律分散型控制系统 二、分层次的自律分散型控制系统,一、中央集中型控制系统和自律分散型控制系统,广义的汽车装配线由车体焊接工序、涂装工序、装配工序以及检验工序组成。这些工序的控制方式有中央集中型控制系统和自律分散型控制系统。 中央集中型控制系统的特点 计算机主机直接连接车体、涂装、最终装配等所有工序的终端机的“生产线直接方式”。 自律分散型控制系统的特点 整个工厂的管理由计算机主机集中进行，它集中地管理车体工序、涂装工序，以及最终装配工序等各工序的生产线计算

2、机，而各工序的生产线计算机则控制各工序内的终端群。即计算机主机进行多个子系统之间的协调控制，子系统的计算机自律地控制各子系统所形成的分层次控制系统。,一、中央集中型控制系统和 自律分散型控制系统,中央集中型控制系统的缺点 因为所有的终端处理都由一台计算机主机进行，故主机CPU的负荷非常大，即使新增一台终端机，也有必要对全部程序进行修正，有时还会出现不能再增设终端机的情况。 不容易扩大系统规模。即使以装配生产线的自动化为目的，想引进自动机械、机器人、微型计算机系统也会因与主机连接出现上述困难而不得不取消计划。即使引进这些新的终端机也会造成局部单独运行而形不成在全厂范围内达到协调的自动化。,一、中

3、央集中型控制系统和 自律分散型控制系统,自律分散型控制系统的优点 容易扩大装配线控制系统规模，超越了弹性地 应对“规格多样化”的FMS （Flexible Machining System）的概念，是能够进一 步适应新产品开发（产品更新换代）的具有弹 性的系统。,二、分层次的自律分散型控制系统,分层次的自律分散型控制系统也称为协调的自律分 散系统。即在各自保持多个子系统自律的同时，还 可以进行子系统相互之间协调控制的系统。 1.划分为三个层次的计算机系统 公司本部设置事务计算用的计算机主机，与各工厂的微型计算机用高速数字回路相连。 各工厂生产管理用的微型计算机与分别设置在车体工序、涂装工序以及

4、装配工序的工作站用光纤电缆相连。 各工序的工作站也称为生产线计算机，作为生产线的控制系统发挥作用。各工序中的生产线计算机通过设置在现场的可编程序控制器（PC）与现场的读卡机、打印机、机器人、指示灯牌等相连。,二、分层次的自律分散型控制系统,各工厂设置微型计算机的控制室称为ALC室（Assembly Line Control Room). 各工厂ALC室的微型计算机以天为单位接受公司本部计算机传递来的每天的汽车装配顺序计划以及有关各辆汽车规格的文件。 各工厂的微型计算机以天为单位向工厂内的各工序生产线计算机的文件中传送这个生产计划数据。 各工序的生产线计算机接受生产计划数据之后，不依靠ALC室的

5、计算机，而是自律地对各自的工序进行控制。,三、各工序的控制系统第三层次,1.车体工序的控制系统 通过车体工序的工作站，按照生产顺序计划一辆一辆地下达车体的开工指令，同时通过制卡机做出车体识别号码卡片。 在车体生产线的始端，有一台磁卡制卡机印制车辆卡片，该卡片表示着汽车的型式编号和作业指示，在车体生产线的始端挂于车体上，当车体进入生产线时，在各工序的始端，车辆卡片插入设置在工序中的读卡机，在把汽车的规格从生产线计算机的文件中检索出来作为作业指示输出到现场中心站的同时，在控制室里立即就从显示器上了解到该编号的车现在流到了哪个工序。,三、各工序的控制系统第三层次,车体生产线的计算机还可进行设备控制，

6、即控制焊接设备按照顺序计划从生产线旁边机械地选择当时必需的零部件，用机械手抓起送到生产线上。 车体生产线的计算机还可进行生产线上车体焊接设备的自动切换。,三、各工序的控制系统第三层次,2.涂装工序的控制系统 涂装工序也是通过与该工序生产线计算机相连的读卡机读取卡片上的信息，将对作业人员的作业指示输送到现场的打印机上。为检验车体通过，除磁卡外还使用IC卡形的无线装置ID卡来检验涂装各工序上车体的通过情况。,三、各工序的控制系统第三层次,ID卡介绍： ID卡也叫ID标签，能记忆比磁卡多得多的信息，在丰田除涂装线外，还在装配线等处使用。 ID卡的编号与车体的编号对应。涂装中ID卡连续发出信息，使人们

7、时刻了解该车已经完成了哪些阶段的涂装。 ID卡即使在涂装中被喷上漆也不会发生障碍，而且耐热。如果涂装结束，作业人员切断ID卡的开关，使它停止发出信息。对自动机和涂装机器人也通过ID卡按照规格进行控制。,三、各工序的控制系统第三层次,ID卡可进行两种顺序的控制 1.对设在中涂工序和上涂工序之间的存放线上车体搬入、搬出的控制。即将从中涂工序按不同顺序出来的车体，在这个存放场调换顺序，尽可能把同一颜色的车体连续送入上涂工序涂装橱棚的控制。这是为了把涂装颜色变化时产生的漆料浪费和变更作业时的损失减小到最小程度。,ID卡可进行两种顺序的控制 2. 对设在涂装工序最后的存放场中车体搬入、搬出的控制，考虑到

8、下一个工序最终装配工序的工时平衡，实时的调整调度，以便最合理的将车体投入装配线。 可是，因涂装进行的不合格的车体要淘汰出去，以及还有涂装两种色调的车体，所以涂装线上的顺序容易被打乱。因此，在进入装配线工序之前，在存放线上要有若干涂装完毕的车体库存，以便用其对涂装完毕的车体的顺序进行再次调整。 最后，在涂装完成品起吊的时点，要把最后确定的顺序信息输入并传送到ALC室， ALC室则向发动机和坐席工厂指示顺序计划。,三、各工序的控制系统第三层次,3.装配工序的控制系统 在装配、检验工序中，当车体一进入装配线，读卡机就识别了卡片，标签打印机就将作业指示书打印出来。现在的作业指示书是装配规格的图像信息。

9、 除通过打印机发出作业指示，还通过“多重电传回路”使用零部件货架上的指示灯进行指示。所谓“多重电传回路”是与该工序的工作站相连接的PC网，由一台主机和多台子机组成，用一根双绞线按连锁方式布线。通过该回路，安装在装配线零部件架上的指示灯点亮，指示作业人员选择零部件，指示自动机按种类和数量自动供应与车的规格相符的汽油、发动机油，在指示灯牌上表示车的规格。,四、工厂ALC室与公司本部,在工厂ALC室设置着该工厂的主计算机，它用厂内光纤网LAN同各工序的工作站相连接，还通过公司本部的LAN与生产管理部、主管室和生产技术部联网。 作用： 在ALC室可以随时从显示器上检索有关车体工序、涂装工序、装配工序和

10、成品车下线的生产实绩。 有时还将生产指示计划的变更传递给各工序的生产线计算机。 用间歇处理的形式传递、存储生产实绩。,五、丰田汽车公司的新ALC系统,丰田汽车公司的新ALC系统是由信息系统部门、生产技术部门的FA系统部（生产技术部门）、检验部门、设施部门，以及工厂组成综合项目组推行的。 丰田汽车公司的新ALC系统的特征 1. 及时提供对应工厂需求的生产信息； 2. 具有融通性、扩张性； 3. 通过ID标签实现了车与信息一体化、准时化，各工厂、各生产线、各工序形成了可以在必需的时候利用必需的信息，信息的交换也实现了“拉动方式”。,六、计算机集成制造系统,计算机集成制造系统(CIM)包括： 对加工

11、及装配的自动机下达指令的计算机辅助制造(CAM)； 进行生产计划信息指示的计算机辅助计划(CAP)； 在产品设计、工程设计、工序布局等方面应用计算机的计算机辅助设计(CAD),新丰田生产方式 第7章 缩短生产过程时间,第7章 缩短生产过程时间,内容提要： 一、缩短生产过程时间的必要性 二、狭义的生产过程时间的构成 三、狭义的生产过程时间缩短的方法 1. 通过“一个流”生产缩短加工时间 2. 通过小批量生产缩短加工时间 3. 缩短等待时间和搬运时间 四、更为广义的生产过程时间及其缩短的方法 五、FA 应该具有的方法,一、缩短生产过程时间的必要性 1.生产过程时间：从特定物品的生产指示开始到完成后

12、到货的时间间隔。 2.生产过程时间的三个要素是： 加工（一定批量产品的）时间； （各工序之间的）等待时间； （各工序之间的）搬运时间。 3.均衡生产：以与市场销售速度相一致的速度每天没有波动地生产多种多样规格的汽车。 4.均衡生产的目的： 1.）满足对各种汽车的实际需求，每天迅速地供应各种汽车； 2.）稳定工厂和零部件供货厂家每天的工作量。,一、缩短生产过程时间的必要性,5. 缩短生产过程时间的必要性 在均衡生产之下，为了每天同时生产各种规格的产品和各种零部件，必须迅速地制造各种物品； 由月份计划内部指示的生产量与由看板及顺序计划每天指示的数量之间有10%左右的差异，为防止这种差异产生过剩的库

13、存和过剩的劳动力，一接到订单就立即生产，在看板到来之前决不开始生产。 如：上午8时铸造的发动机机体，在当天就要进行组装， 下午5时成品车就从装配线下线。,一、缩短生产过程时间的必要性,6.缩短生产过程时间的优点 可以实现在极短的时间内把特定的汽车交给顾客的以接受订货为方向的生产； 对月份当中需求的变化能非常迅速的适应，这样销售部门有可能把保有的成品车库存控制到最低程度； 在将各工序之间生产周期的不平衡控制到最低限度的同时，由于缩小批量规模，在制品库存可以大幅度压缩； 即使进行产品的更新换代，也可在产生最小数量的“死藏”库存的情况下完成。,二、狭义的生产过程时间的构成,缩短三个要素在准时生产中是

14、必要的 狭义的生产过程时间的构成 加工前的等待时间； 作业转换时间； 加工时间； 加工后的搬运时间； 加工后的等待时间； 搬运时间。 见图7.1。,广义的加工时间 等待加工的时间 准备 加工时间 等待 搬运时间 时间 时间 生产过程时间 对该工序的订货 对下一工序的订货 图7.1生产过程时间 加工前的等待时间：放在生产线旁边应该加工的原材料等候接受加工的时间； 加工后的等待时间：加工结束生产出来的库存等候搬运到下一个工序的时间。,广义的等待时间：两种等待时间之和。 广义的加工时间：准备时间和加工时间之和。 此时产品的生产工程时间为： 加工时间； 等待时间； 搬运时间。 分别缩短构成生产过程的三

15、个要素对准时生产 来说是非常必要的。,二、通过“一个流”生产缩短加工时间-超越福特方式的“看不见的传送带”方式,（一）、全厂成为一体化的“一个流”生产方式 福特方式的特征：由传送带方式进行的流水装配线 。 即用一定的时间间隔将一辆成品车从最终装配线末端 送出生产线的方式运转。各作业场所的作业必须准确 地做到在同一时刻开始，在同一时刻结束。 在丰田公司，把这个“一个流”的生产的思路推广到机 械加工、焊接和冲压等工序。在没有实施“一个流”生产的 工序，那里的作业也是以小批量生产为宗旨的。 这样，丰田就实现了贯彻到最终装配线的全厂一体化的“一个 流”生产。,二、通过“一个流”生产缩短加工时间-超越福

16、特方式的“看不见的传送带”方式,丰田公司的生产理念是：立足于福特传送带方式的概 念，在循环时间内生产一辆成品车，同样将生产线上 各工序的一个单位产品送到下一个工序。这里的循环 时间，虽然也称为节拍时间、间隔时间或者换位时间 （流水作业中物品和物品之间的时间间隔），但它是 均一化的作业时间和搬运时间之和。在丰田公司，这 种流水作业被称为“一个流的生产和搬运”。,二、通过“一个流”生产缩短加工时间-超越福特方式的“看不见的传送带”方式,（二）、依靠多能工实现多工序操作 为了实现一个流生产的目标，丰田公司彻底改 变了作业现场的设备布局，依靠多能工使多工 序操作成为可能。通过重新调整设备布局，每 个作

17、业人员能够同时操作数种设备。,二、通过“一个流”生产缩短加工时间-超越福特方式的“看不见的传送带”方式,例如，在齿轮制造工序，每个作业员负责16台设备。与一个作业员 只操作一台设备的大多数一般的生产形式不同，在丰田式的作业方法 中，一个人要负责切断、研磨等种类不同的各种各样的作业。 作为多能工的一名作业员，先拿起前一个工序送来的齿轮，将它装入 到第一台设备上。同时，卸下这个设备已经加工完了的另一个齿轮 放入溜槽，送到第二台设备前。接着，在走向第二台设备的过程中， 按下第一台设备和第二台设备之间的开关，启动第一台设备。在第二 台设备处也进行同样的作业，再走向第三台设备。在移动的过程中， 这一次按

18、下第二台设备和第三台设备之间的开关，启动第二台设备。 如此进行作业，当16台设备的作业全部结束之后，再返回第一 台设备。全部作业准确地在所需要的循环时间内进行，这个工序的循 环时间一般为5分钟。也就是说，用5分钟时间生产一个齿轮成品。,二、通过“一个流”生产缩短加工时间-超越福特方式的“看不见的传送带”方式,如果用这种方式，各种设备上的在制品库存就只有一 个，一个流生产和搬运的目标就在各设备之间实现 了。库存水平被压缩到了最小限度，生产过程时间也 缩短了。得益于生产过程时间的缩短，丰田公司理所 当然的能够迅速应对需求的变化和顾客的订货。 在丰田公司，在均衡生产的必要的各项条件下，全部 的工序原

19、则上相对于最终装配线上产出一个单位产品 只制造、搬运一个零部件。而且，各工序原则上在设 备之间或者工序之间，只保持一个库存。总而言之， 如果从理想的角度，所有的制造现场必须排除所有的 批量生产和批量搬运。,三、通过小批量生产缩短加工时间,（一）、与缩短作业转换时间成比例的缩小批量规模 在铸造、锻造、冲压等进行批量生产（也叫间歇式生产） 的部门，为了缩短产品的加工时间，必须缩小批量规模。 如果缩小批量规模，产品的生产时间就会缩短。 如：产品A一个单位的加工时间是1分钟，若批量规模是 3000各单位，加工时间就是50小时，若批量规模缩小到 300，即当初批量规模的十分之一，他的加工时间就缩短 到5

20、小时。,三、通过小批量生产缩短加工时间,但是，如果必须生产3000个单位的产品，以300个 单位为批量规模，就必须反复生产10次，当然，在 更换批量的过程中，也可以插入其他产品的生产。 在更换批量时如作业转换时间不变，由于小批量生产 导致更换批量的次数增加，总的作业转换时间就会增 加，因此，在缩小批量规模时，必须同时缩短作业转 换时间。,三、通过小批量生产缩短加工时间,在上面的例子中，假设作业转换时间是1小时，一个 单位产品的加工时间是1分钟。 若生产批量是3000个单位， 总生产时间=作业转换时间+总加工时间=1小时+1 分钟*3000=51小时 若作业转换时间是原来的十分之一-6分钟，生产

21、批 量也是原来的十分之一-300个单位， 总生产时间=（6分钟+ 1分钟*300）*10=51小时 如果作业转换时间缩短到当初的N分之一，批量规模就 可以在该工序负荷不变的情况下缩小到当初的N分之一。,三、通过小批量生产缩短加工时间,（二）、小批量生产的优点在多品种生产时产生 现在假设有A、B、C三种产品，每种产品一个单位的加工时间都是1分钟，更换批量时的作业转换时间都是1小时，每种产品的批量规模也是3000个单位产品，生产3种产品共需51小时*3=153小时的总时间。 若把三者产品的批量规模都缩小到十分之一，作业转换时间也缩小到十分之一。则只需15小时18分钟。由于缩小作业转换时间和批量规模

22、可不使生产率下降而缩短生产过程时间，所以在多品种生产时才显示小批量生产的优点。,三、通过小批量生产缩短加工时间,（三）、缩小批量规模管理表 横轴表示一个批量能供几个班次使用。作为一个管理基 准，满足3个以上使用量的的批量规模为过大，纵轴基准 为1000.要把A、B品移到左下角作为管理目标。,四、缩短等待时间和搬运时间,（一）、在各工序同步化的必要性 所谓等待时间是：各工序的在制品在开始加工和组装前的待机时间。结束了生产的物品等到下工序领取的待机时间。这里并不包括搬运时间。 等待时间中有：因为前工序的工作迟延，后工序等待的情况对应和因为后工序的工作延迟，前工序等待的情况对应。后者特别在使用看板的

23、等的“拉动方式”之下容易产生。 所有这些都是因为在各工序之间没有实现同步生产而产生的现象。,四、缩短等待时间和搬运时间,（一）、在各工序同步化的必要性 如果前工序的批量规模大的话，在“押入式”之下后工序有时就不得不出现等待的现象（因为前工序的批量规模过大，后工序必须等前工序生产完毕才去领取零部件就不得不等待前工序加工完毕）。 而这时，在“拉动式”生产之下，反过来，前工序的生产就反复开开停停，常常出现不均衡的隔三跳四的现象。所以，为了缩短等待时间，最好首先实现生产线的同步化。也就是说，各工序中的生产数量和时间必须相同。,四、缩短等待时间和搬运时间,（二）、在各工序同步化中应该如何做 作业和作业顺

24、序标准化； 即使装配线各工序的循环时间和节拍时间是相同的。但是由于各个操作人员技术和能力的微小差别，也会出现某些差异。为了最大限度的减少这些差别，作业和作业顺序（作业组合）的标准化是非常重要的。现场监督人员或者工长必须培训作业人员使其牢牢掌握标准作业顺序。,四、缩短等待时间和搬运时间,（二）、在各工序同步化中应该如何做 应用“互助运动”，弥补一部分工序中迟延的作业； 将两个作业人员之间或两个工序之间的结合部分，设计得便于作业人员互相帮忙；在这个地方，恰似田径运动中传递接力棒的接力区一样。例如，某一零部件在某条生产线上由一组作业人员完成的时候，这个零部件像接力棒一样从一名作业人员传给下一名作业人

25、员。这种以相互帮助制度为基础的共同作业，也培养了人们团结协作的精神。,四、缩短等待时间和搬运时间,（二）、在各工序同步化中应该如何做 应用充满作业方式 生产线的同步化最深刻的问题是各工序中使 用的设备与设备之间存在着制造能力的差别。 使用充满作业方式可以解决该问题。,四、缩短等待时间和搬运时间,（三）、缩短批量生产结束后的等待 为缩短因前工序批量大而产生的等待时间，在品种少的情况下，仅仅缩小搬运的批量规模就可以了。这种做法，虽然产品的生产批量大也没有关系，但是产品必须以最小数量送到后工序。比如生产批量是600个单位产品，如果完成了一个单位产品，就立即把它送到后工序。,四、缩短等待时间和搬运时间

26、,（三）、缩短批量生产结束后的等待 如果批量生产和批量搬运应用在n个工序，总加工时间就是nT，（T：在各个工序的加工时间）。如果各工序采用一个单位一个单位的搬运方式，并且分别保有一个单位各自前工序加工完毕的产品库存的话，总加工时间仅为T，缩短到了原来的1/n，但搬运次数相应增加了，又必须把搬运时间缩短到最小限度。,四、缩短等待时间和搬运时间,（四）、改善搬运作业的两个步骤 、设备布局的改善 各种设备不是按照设备的种类而是必须顺应生 产的流程而设置。如果产品有许多种类，应该把各种产品通用的或类似的工序归集在一起布置。 、搬运手段的改善 将各个工序连接起来，使用传送带、溜槽、叉车等迅速的搬运工具。

27、,五、更为广义的生产过程时间及其缩短的方法,缩短处理各项业务的时间是准时生产的理想 准时生产方式的目的是：使生产能够灵活地应对市场上品种和需求量的变化。这里的灵活是指缩短广义的生产过程时间。 广义的生产过程时间指产品制造过程中所必需的一切业务（包括需求分析、产品计划、设计、各项生产准备、加工、装配、产品的运送等所有内容）所用时间的总和。它包括了从市场预测开始，通过产品设计，一直到制造，并将产品送到顾客手里的整个过程。,五、更为广义的生产过程时间及其缩短的方法,与生产直接相关的业务体系,五、更为广义的生产过程时间及其缩短的方法,生产准备是关于准备生产设备、搬运机械、储存装置（自动仓库）等的体系；制造系统是主要以物品的流动制造为课题的生产管理系统。 由于把生产系统的全部业务纳入视野，就有可能及时地把顾客所需要的多种规格的好产品，在质量、功能、价格方面都能得到满足的产品提供出来。例如，在开发新产品时，迅速的抓住市场需求，将其迅速地与产品开发结合起来是必要的。,六、FA 应具有的方法,为实现缩短各项业务时间的理想的工厂自动化的五种方法 （1）重复设置可以进行小批量生产的小型设备。 大批量生产常常在工序间造成较大的库存。 为