第八章 生产模式的演变及发展趋势

能实现提高劳动生产率和最大限度地满 足顾客需求的双重目标的最佳生产模式 是什么？即人类社会制造生产模式开始 经历的第三次大转换：由大批量生产模 式向追求速度、应变能力的敏捷顾客化 批量生产模式转变。
表2 三种生产模式特点比较
作坊式生产模式 大批量生产模式 敏捷顾客化批量生 产模式 知识经济（上世纪 90年代以来） 中小批量
时代 批量
技艺经济（上世纪 20年代以前） 单件
规模经济（上世纪 20—90年代以来） 大批量
单价
质量 交货时间 柔性 技术
高
不稳定 长 高 手工技能
低
好 较长 低 大规模流水线
低
极好 短 高 自动化、信息化、 智能化
敏捷顾客化批量生产模式产生的基础： （1）大规模生产时代出现的先进生产 方式 （2）先进技术 （3）先进管理 （4）环境变化
2.5 虚拟制造（Virtual Manufacturing）

虚拟制造是以计算机仿真、智能推理和预测为 基础，对制造信息进行动态操作，虚拟出“制 造过程”及其“产品”，甚至还能虚拟出该产 品的“消费”或“损耗”过程。这一技术以真 实的制造信息驱动虚拟的制造设备，“加工” 出虚拟的、却贴近现实的产品，并通过先进的 传感技术和声像技术，构成先进的人机界面， 将一个“看得见，摸得着”的虚拟“产品”呈 现于人的感官、提供给虚拟的“消费”过程， 或提交虚拟的“实验与分析”。
分析引擎
虚拟设备
任务管理
模 型 数 据 库
仿真管理
虚 拟 现 实 接 口
图 虚拟生产线框架结构
3 先进管理


3.1 并行工程(Concurrent Engineering，CE)
是相对于传统的“顺序工程”而言的，其基本思想是 尽可能用并行的方式代替顺序的方式，来优化工作流 程，达到缩短生产周期的目的。它要求在产品设计的 时候，就充分考虑到包括工艺、制造、装配、检验、 维护、可靠性、成本、质量控制等产品生产周期内的 所有因素，甚至还要考虑产品销售、维修、报废和回 收等方面的要求。所以，在研究开发过程中，成立以 产品为导向的，包括市场部、财务部、设计部、工艺 部、采购部、制造部、销售部等跨部门的项目小共同 进行设计，以便一次性地取得最优设计方案。

(3)按产品的装配过程和零件的工艺路线确定
每个计划周期对生产单位的生产能力需要量。 (4)动态跟踪计划的实施，根据实际生产进度和 主生产计划的变化，调整、更新物料需求计划。
主生产计划MPS
物料单BOM
物料需求计划MRP
950
780 690 600 550 490
12292
19293 40402 78611 182809 260720
1915
1916
440
360
355276
577036
特点
低成本、定制化、效率高、个性化
大规模定制
组织高度集成、信息共享、柔性高、技术复杂
敏捷制造
自动化、有柔性、精简生产过程、以人为中心 精益生产
第 • 八章 生产模式的演变及发展 趋势
李存金教授主讲
本章要点
1 生产模式的演变过程 2 先进生产技术 3 先进生产管理 4 敏捷生产 5 大规模定制生产 实践行 考察一些企业的生产现场

1 生产模式的演变过程

制造工业所经历的工匠式生产模式向作坊式生产模式 的转变，是人类生产模式第一次转变。 本世纪20年代，福特发明了世界上第一条流水生产线， 福特建立的汽车装配流水线具有划时代的意义，它标 志着作坊式的单件生产模式演变成以高效的自动化专 用设备和流水线生产为特征的大规模生产方式，这是 人类生产模式第二次转变。

英国60年代提出。按成本效益原则，以自动化技术为基础，以“及时” 的方式适应产品品种变化的加工制造系统。它以计算机控制，由若干半 独立的工作站和一个物料传输系统组成，以可组合的加工模块化和分布 式制造单元为基础的，通过柔性化的加工、运输和仓储，高效率地制造 多品种小批量的产品,并能在同一时间用于不同的生产任务。这种分布 式、单元化自主管理的制造系统，每个单元都有一定的决策自主权，有 自己的指挥系统进行计划调度和物料管理，形成局部闭环调节回路，可 适应生产品种变换频繁的要求，使设备和整个生产线具有相当的灵活性。 它是一种以信息为主与批量无关的可重构的先进制造系统，实现了加工 系统从“刚性化”向高度“柔性化”过渡。FMS主要体现了制造系统的 柔性观点。 生产柔性的分类：技术路线柔性、产品柔性、产量柔性、计划柔性、设 备柔性、劳动柔性、设计柔性、操作柔性等。发展为柔性管理的思想。
（3）一个流动生产方式(SPS，Singleunit Production System)

日本70年代提出，是以JIT为原理，针对汽车生 产提出的，是JIT模式中的一种形式。在生产过 程中，通过指令流由后道工序对前道工序的拉 动，通过不断的改善，“拉紧”生产链上的每 一条物流链，按节拍一个一个地产出，整个生 产线行同一台设备、实现劳动集成同步化均衡 作业。其目的在于缩短交货周期，最大限度满 足用户需要，降低库存和在制品，消除浪费， 进而降低成本，提高企业竞争力。拉式流的物 流和信息流如图1所示。
柔性自动化
高度自动化、效率高、成本低、有灵活性
大批量生产
低成本、效率高、分工细、柔性低、管理复杂
手工制造 1800 1915
手工操作、成本高、效率低、经验管理、技术低 1960 1970 1980 1990 2000 时间
图1 生产方式的发展历程及其特点
大规模生产模式下的几种典型生产方式

（1）准时生产制(JIT，Just In Time)日本丰田 汽车公司60年代提出。采用看板系统和倒流水 拉动方式的追求零库存的生产管理模式，保证 成品在销售时能准时生产出来并发送、组件能 准时送入总装、部件能准时进入组装、零件准 时进入部装、原材料准时转为零件。旨在消除 超过生产所绝对必要最少量的设备、材料、零 件和工作时间部分。它以不断地追求最优的生 产系统设计和最佳的操作方法，以零缺陷为目 标改善产品质量，以零库存为目标降低产品成 本，通过减少准备时间、队列长度和批量缩短 提前期。



⑥数据交换标准(DES) 标准化是企业进入先进生产模式的基础，为此，必须发 展数据交换标准。如产品数据交换标准STEP ，超文本 数据交换标准SGML及采用EDI规范。其中最重要的 STEP作为一个国际标准，为产品全生命周期各阶段的产 品信息建模与交换提供了基础，使企业之间通过网络共 享产品数据成为可能。 ⑦产品数据管理(PDM)技术 PDM是一种从数据库基础上发展起来的信息集成技术， 用于管理与产品相关的所有信息和过程，使产品在其全 生命周期内保持一致、最新、共享及安全，确保在正确 的时间将正确的信息以正确的方式传递给正确的人，它 主要体现了信息集成。PDM在企业的信息集成过程起到 一个集成框架的作用。各种应用程序诸如CAD/ CAPP/ CAM/ CAE、EDA、OA、MRP等,都通过各种方式，如 应用接口、开发(封装)等，直接作为一个个“对象”被 集成进来，使得分布在企业各个地方、各个应用中使用 的所有产品数据得以高度集成、协调、共享。
物料需求计划，源于60年代美国，它是以计算机为基 础的生产与库存控制系统，又称“按时间分配的物料 需求计划”，其特点是以物料清单BOM （Bill of Material）为依据，以计划功能为核心，其主要作用是 决定何时（When）、哪个对象(Who)需要何种材料 (What)、数量多少(How many)，以支持生产作业调度 与缺货的物料需求问题。MRP具体的计划与管理功能 如下: (1)向生产供应部门提出准确和完整的物料明细表， 以及它们需要的时间。 (2)充分利用库存来控制物料进货量和进货时间，确 保按期交货而又尽可能地降低库存。
配套目标
消除中断，使 减少换产和交 消除浪费，提 系统就有柔性 货时间 高资源利用率
产品设计 1标准部件 2模块 3设计质量
过程控制 1小批量 2质量改进 3生产柔性
人员组织要 素 1交叉培训 2不断改进 3领导能力
制造排程、 排序与控制 1排程与排序 2看板系统 3设计质量
基本部
图 JIT的目标及基本构成

绿色制造则要求企业在设计、材料、工 艺，制造等过程充分考虑环境保护和可 持续发展。
2.4 计算机辅助技术（CAX）
①CAD技术（计算机辅助设计）：应用计算机技术进 行几何形体建模，参数化设计和绘图等。 ②CAM技术（计算机辅助制造）：将设计好的零件形 成相应的加工方法和程序代码，并模拟制造过程。 ③CAPP技术（计算机辅助工艺规划编程）：对零部件 进行辅助工艺编程。它能辅助设计人员编出一套加工 过程方法，并形成一系列加工规范、详细步骤和加工 量参数。 ④CAE技术（计算机辅助工程）：包括对产品和工艺 设计方案进行模拟、仿真、分析和优化。 ⑤数控技术(NC)与计算机控制(CNC)：以计算机为控 制装置，与数控机床结合实现加工制造自动化。
我们需要精益生产吗？
全球 制造业
存 在 较 大 差 距
生产效率 生产周期 质量水平 信息化水平
产品技 术创新
生产效率 生产周期
制造技
术创新
质量水平 信息化水平
国内 制造业
中国制造业的制造水平与全球水平有很大差距
（2）柔性制造系统(FMS，Flexible Manufacture System)

环 境 变 化 系 统 集 成 与 整 合 思想 方法 技术 管理模式 运作机制 组织 信息 控制
敏捷客户化批量生产模 式
智能制造系统（ IMS） 精益生产(LP)
大规模定制 敏捷制造(AM) 虚拟生产(网络化生 产) 计算集成制造系统（ CIMS）

图3 敏捷顾客化批量生产模式产生的基础
2 先进技术
古代工匠

古代作坊

近代欧洲作坊
1921年迪尔伯恩工厂生产线 上的Fordson拖拉机，1919年 福特家族成立了福特汽车公 司，1921年从该款拖拉机的 表 福特的T型轿车 生产开始使用了流水线生产。 年份 零售价（美元）
1908 850
T型产品销售 量 5986
1909
1910 1911 1912 1913 1914


准时生产制（柔 性 生 产 系 统 （ JIT） FMS） 并行工程(CE) 物 料 需 求 计 划 (MRPⅠ) 供 应 链 管 理制 造 资 源 规 划 (SCR) (MRPⅡ) 流程再造（BRP 企业资源计划(ERP) ） 成组技术（GT） 快 速 原 型 制 造 (RPM) 绿色制造(GM) 最优生产技术(OPT) 虚拟制造(VM) 计算机辅助技术（ CAX）
2.2 最优生产技术(OPT，Optimized Production Technology)

以色列70年代提出。吸收MRP和JIT的长 处，以相应的管理原理和软件系统为支 柱。以增加产销率、减少库存和运行为 目标的优化生产管理技术。
2.3 绿色制造(GM Green Manufacturing) （清洁生产）

Байду номын сангаас
并行工程的特点是: ①在产品设计及相关过程 上，由传统的串行方法变为并行方法； ②在工 作方式上，由传统的个人或部门的工作变为多 学科人员组成的协同工作(Team Work)，③在 企业的组织管理上，由传统的面向功能的递阶 组织结构变为面向产品的扁平化网络结构。
3.2 物料需求计划 (MRP,Material Requirment Planning)

JIT的要素构成：JIT不仅是一种生产控制方法， 还是一种管理的哲理。其基本目标是实现“准 时生产”，即“需要的物品，在需要的时候， 只按需要的量生产和提供”，其追求的是“零 库存”。其主要构成包括:基于看板的生产控制， 全面质量管理，全体雇员参与决策，供应商的 协作关系。
最终目标
平衡、连续流动


2.1成组技术（GT）
是20世纪50年代中期首先由前苏联的米特洛范 诺夫针对中小批量生产根据零件相似性原理以 成组工艺的形式提出的。其要点是根据零件在 设计或工艺上的相似性原理通过编码技术把零 件分为不同的零件族进行设计、加工和管理， 以在多品种小批量生产中减少零件设计及其生 产计划、生产管理、零件加工等的工作量，获 得大批量生产的效果。