(本科）第14章 其它先进生产方式.ppt

课程主讲人：第14章 其它先进生产方式生产与运作管理生产与运作管理Production & Operations Management华中科技大学管理学院The School of Management，HUST陈荣秋 马士华Rongqiu Chen and Shihua Ma华中科大管理学院陈荣秋马士华2第14章 其它先进生产方式14.1 最优生产技术和约束理论14.2 绿色制造14.3 现代集成制造华中科大管理学院陈荣秋马士华314.1 最优生产技术和约束理论14.1.1 OPT的目标14.1.2 OPT的基本思想和九条原则14.1.3 DBR系统14.1.4 约束理论华中科大管理学院陈荣秋马士华414.1.1 OPT的目标OPT的倡导者认为，任何制造企业的真正目标只有一个，即在现在和将来都能赚钱。按照OPT的观点，在生产系统中，作业指标也有三个：产销率（Throughput，简称T）库存（Inventory，简称I）运行费（Operating Expenses,简称OE）华中科大管理学院陈荣秋马士华5 降低库存能够缩短制造周期。 缩短制造周期 缩短顾客的订货提前期 提高对顾客的响应，争取较高的价格 市场占有率的增加 未来产销量的增加。华中科大管理学院陈荣秋马士华6n14.1.2 OPT的基本思想和9条原则 瓶颈（Bottleneck）n按OPT的定义，所谓瓶颈（或瓶颈资源），指的是实际生产能力小于或等于生产负荷的资源，这一类资源限制了整个生产系统的产出速度。其余的资源则为非瓶颈资源。n要判别是否瓶颈，应从资源的实际生产能力与它的生产负荷（或对其的需求量）来考察。这里说的需求量不一定是市场的需要量，而是企业为了完成其产品计划而对该资源的需求量。华中科大管理学院陈荣秋马士华7 任何企业只应该存在着少数的瓶颈资源，一般小于5个。瓶颈资源与非瓶颈资源存在着四种基本的关系。如图所示：瓶颈非瓶颈瓶颈瓶颈瓶颈非瓶颈非瓶颈非瓶颈装配中心市场（a）(b)（d）（c）瓶颈资源与非瓶颈资源瓶颈资源与非瓶颈资源华中科大管理学院陈荣秋马士华8关键资源网络和非关键资源网络华中科大管理学院陈荣秋马士华914.1.2 OPT的基本思想和9条原则（续）（1）平衡物流，而不平衡能力。（2）非瓶颈资源的利用程度不是由它们自己的潜力决定的，而是由系统的约束决定的。（3）资源的利用（Utilization）和活力(Activation)不是同义词。（4）瓶颈上损失一小时则是整个系统的一个小时的损失。（5）非瓶颈获得的一个小时是毫无意义的。华中科大管理学院陈荣秋马士华1014.1.2 OPT的基本思想和9条原则（续）（6）瓶颈控制了库存和产销率。（7）转运批量可以不等于(在许多时候应该不等于)加工批量。（8）加工批量应是可变的，而不是固定的。（9）排作业计划时应同时兼顾所有的约束，提前期是作业计划的结果，而不是预定值。华中科大管理学院陈荣秋马士华1114.1.3 DBR 系统DBR系统，即鼓点（Drum）、缓冲器（Buffer）和绳索（Rope）系统。“鼓点”： “鼓点”是一个企业应用OPT的开端，即识别一个企业“瓶颈”所在。“瓶颈”控制着企业同步生产的节奏，相当于“鼓点”。“缓冲器”：“时间缓冲”和“库存缓冲”n“时间缓冲”是将所需的物料比计划提前一段时间提交，以防随机波动，以瓶颈资源上的加工时间作为计量单位。n“库存缓冲”：保险在制品，其位置、数量的确定 原则同“时间缓冲”。华中科大管理学院陈荣秋马士华12装 配装 配装 配装 配装 配装 配装 配：加工工序 ：原材料 ：关键工序 ：时间缓冲 -：绳索 华中科大管理学院陈荣秋马士华13n14.1.3 DBR 系统（续）“绳索”： “绳索”的作用是使库存最小。 “绳索”控制着企业物料的进入（包括“瓶颈”的上游工序与“非瓶颈”的装配），其实质和“看板”思想相同，即由后道工序根据需要向前道工序领取必要的零件进行加工，而前道工序只能对已取用的部分进行补充，实行的是一种受控生产。华中科大管理学院陈荣秋马士华1414.1.3 DBR 系统（续） DBR的计划与控制步骤识别瓶颈。基于瓶颈的约束，建立产品出产计划（Master Schedule）。“缓冲器”的管理与控制。控制进入非瓶颈的物料，平衡企业的物流：根据OPT的原理，瓶颈上的加工批量是最大的，而瓶颈上游工序则是小批量多批次的。考虑在制品库存费用、成品库存费用、加工费用和各种人工费用。华中科大管理学院陈荣秋马士华1514.1.3 DBR 系统（续） DBR的计划与控制步骤 “绳索”n如果说“鼓点”的目标是使产出率最大，那么，“绳索”的作用则是使库存最小。 瓶颈决定着生产线的产出节奏，在其上游的工序实行牵引式的生产，等于用一根看不见的“绳索”把瓶颈与这些工序串联起来。所以，“绳索”起的是传递作用，以驱动系统的所有部分按“鼓点”进行生产。在DBR的实施中，“绳索”是由一个涉及原材料投料到车间的详细的作业计划来实现的。华中科大管理学院陈荣秋马士华1614.1.4 约束理论（Theory of Constraints, TOC）TOC是从整体思维问题，但又不是笼统地研究整体，而是从制约整体的约束入手，通过解决约束的问题，来解决整体的问题，这是正确的思路和方法。应用TOC需遵循的13条原则，进行两项基本工作： 聚焦五步骤及其在运作中的应用； 思维流程及其在项目管理和人的行为方面的应用。华中科大管理学院陈荣秋马士华1714.1.4 约束理论（续）13条原则13条原则：n（1）在解决问题和管理变化中，系统思维比分析思维更重要。n（2）随着系统环境的变化，一个最佳的系统方案会逐渐失效，因而需要持续改进来更新和维护方案的有效性。n（3）系统的局部最优并不等于整体最优。也就是说，系统的每一部分处于最优状态，但系统作为整体并不是最优的；如果系统整体是最优的，系统至少有一个部分不是最优的。n（4）系统像一根链。每个系统都有一个最弱的环节，它就是约束，最终限制整个系统的成功。华中科大管理学院陈荣秋马士华1814.1.4 约束理论（续） 13条原则n（5）加强链的每一个环节来改善整条链的强度，不如加强它最弱的环节。n（6）要想知道变什么，必须要对系统有一个彻底的了解，如系统的现实状况，它的目标和规模，以及两者之间差别的趋势。n（7）一个系统中的不良效果（undesirable effects, UDEs）主要由少数几个核心问题造成。n（8）核心问题从来不是表面化的。它们主要通过一系列的UDEs来显示，这些UDEs相互作用，形成一个网络。n（9）排除单个的UDE，提供了一个虚假的安全感觉，而忽视了潜在的核心问题。这样的方案极可能是短命的，而针对核心问题的方案会同时排除所有的UDEs。华中科大管理学院陈荣秋马士华1914.1.4 约束理论（续） 13条原则n（10）隐藏的冲突使核心问题长期存在。针对核心问题的解决方法需要挑战隐藏在冲突中的假定，至少使其中的一个假定失效。n（11）系统的约束可能是有形的或者是无形的。有形的如设备能力不足、原材料短缺、资金缺乏等。无形的如落后的管理思想、不合理的规章制度等。有形的约束相对容易识别，排除也较简单。而无形的约束的识别和排除是困难的，但它们比排除一个有形约束会导致对系统更大的改进。n（12）思维惯性是持续改进的最大敌人。解决方案通常有自己的一些假定，这可能阻碍进一步的变化。n（13）思想和想法不是解决方案。华中科大管理学院陈荣秋马士华2014.1.4 约束理论（续）思维流程任何持续改善必然会遇到的三个问题：n（1）要改进什么？(What to change？)n（2）要改进成什么样？(What to change to？)n（3）怎样使改进得以实现？(How to cause the change？) 华中科大管理学院陈荣秋马士华2114.1.4 约束理论（续）聚焦5步骤（1）找出（Identify）系统中的约束；（2）确定如何充分利用（Exploit）约束资源的办法；（3）使所有过程服从于第2步所作出的决定；（4）提升（Elevate）所确定的约束，即设法把第一步中找出的瓶颈转移到别处，使它不再是企业的瓶颈；（5）重返第（1）步，发现新的约束，持续改善。华中科大管理学院陈荣秋马士华2214.2 绿色制造14.2.1 绿色制造的实质n环境问题和资源问题是当前和今后人类社会面临的主要问题。n可持续发展是既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展。n绿色制造是可持续发展的重要组成部分，又称环境意识制造(Environmentally Conscious Manufacturing)、面向环境的制造(Manufacturing For Environment)，它是一个综合考虑环境影响和和资源利用效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、发运、使用到报废处理的整个产品生命周期中的废弃资源和有害排放物最少，资源的利用率最高。n1996年，美国制造工程师学会(SME)发表了关于绿色制造的蓝皮书Green Manufacturing，提出绿色制造的概念，并对其内涵和作用等问题进行了较系统介绍。n2015年5月5日，中共中央、国务院印发关于加快推进生态文明建设的意见。意见提出了2020年的生态文明建设目标。值得注意的是，环保“十三五”规划将从单一目标即总量控制目标、减排目标，变成双目标即环境质量改善和污染物总量控制，内容将涉及绿色经济、土壤环境保护、生态环境保护等诸多方面。 华中科大管理学院陈荣秋马士华23国外不少国家的政府部门已推出了以保护环境为主题的“绿色计划”。在一些发达国家，除政府采取一系列环境保护措施外，广大消费者也热衷于购买环境无害的产品，凡标有“绿色标志”图形的产品得到了顾客的青睐。顾客消费观念的变化促进了绿色制造的发展。如德国水溶油漆自1981年开始被授于环境标志以来，其贸易额已增加20。多个发达国家都对产品实施环境标志，促进了这些国家“绿色产品”的发展，在国际市场竞争中取得更多的份额，绿色产品将成为世界商品市场的主导产品。为什么要实施绿色制造制造业的实质是人类利用自然界的资源制造出大量自然界原来没有的物品，这些物品极大地满足了人们生活和生产的需要。制造业也打破了大自然原有的平衡，导致制造资源枯竭、自然环境污染和破坏。在向自然界索取更多的资源的同时，使自然资源日益枯竭。现在，人们已经没有新鲜空气可供呼吸，没有清洁水可供饮用，没有安全食品可供食用。在这样的环境下，疾病增多，癌症呈快速上升趋势，医院人满为患。人们发展生产是为了使自己的生活更好，但环境破坏导致人们连基本的生活条件都难以为继。华中科大管理学院陈荣秋马士华2514.2.2 为什么要实施绿色制造造成环境污染的根本原因是大规模工业化破坏了大自然原有的循环，而没有建立新的循环。上帝创造了完美的大自然，提供了供动植物和人类生存的特殊环境地球，形成了适宜人们生活的气候条件。在这种大环境下，自然界形成了多种循环，使得地球上各种运动和活动得以持续地进行。植物和动物之间也构成完美的循环。当人们把森林砍伐了、草原破坏了、耕地减少了，就没有足够的食物供人类和动物食用，就不能提供足够的氧气供人类和动物呼吸。华中科大管理学院陈荣秋马士华26为什么要实施绿色制造（续）只要不破坏循环，就没有废物，地球就不会被污染了。把地球的自然环境破坏了，人们是无处可逃的。华中科大管理学院陈荣秋马士华2714.2.3 如何实现绿色制造1. 在产品生产和使用过程中不断降低资源消耗。2. 要在产品制造、使用和报废处理过程中实现循环，使在加工过程以及产品使用过程和报废过程中产生的各种废弃物都得到重新利用。华中科大管理学院陈荣秋马士华2814.2.3 如何实现绿色制造降低资源消耗n要求产品精细(Lean)：一是在产品制造过程中资源消耗少，二是在产品使用过程中能有消耗少，三是产品质量好、使用寿命长。n精细生产这样的生产模式将大大减少制造资源的消耗，如果通过精细生产使制造产品的资源减少“一半”，那么自然资源的使用期，能源消耗时间将延长一倍！n通过纳米技术、3D打印技术、干式加工技术、净成型技术等，降低产品加工过程的材料和能源消耗，减少环境污染。14.2.3 如何实现绿色制造要创造产品制造、使用和报废处理各阶段的循环，使产品制造、使用和报废处理过程所产生的“三废”得到回收和利用，使所消耗的资源得到补充。14.2.3 如何实现绿色制造需要研究新的物理处理和化学反应技术，使生产各个环节产生的一切有害的、废弃物质都变成可用物质，就不会有废物产生。如果能够在地球环境下实现核聚变，不仅能够得到更大的能量，而且不污染环境。核聚变反应所需的原料氘广泛地存在于海水中，一旦解决利用核聚变能的技术难题，世界能源问题也就解决了。绿色制造流程14.2.3 如何实现绿色制造绿色制造涉及产品整个生命周期的所有问题，包括绿色设计、工艺规划、材料选择、产品包装和回收处理等方面。绿色设计是指在产品及其生命周期全过程中，充分考虑对资源和环境的影响。n资源重复利用设计(Design for Reuse)n产品可拆卸设计(Design for Disassembly)n产品再制造设计(Design for Remanufacturing)14.2.3 如何实现绿色制造绿色工艺规划就是尽量研究和采用物料和能源消耗少、废弃物少、噪声低、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。在金属切削加工过程中，研发新型刀具材料，新型加工过程，要做到少切削和无切削，推行切削中节水技术，减少加工余量，实现切削液回收利用。14.2.3 如何实现绿色制造绿色材料即生产过程中能耗低、噪音小、无毒性的材料和材料制品。优先选用可再生材料，尽量选用回收材料和低能耗、少污染材料。选用的材料应该易于再利用、回收、再制造或者易于降解，减少不可再生资源和短缺资源的使用量。14.2.3 如何实现绿色制造绿色包装是指采用对环境和人体无污染，可回收重用或可再生的包装材料及其制品的包装。世界主要工业发达国家要求按“3R1D”nReduce 减量化nReuse 回收重用nRecycle 循环再生nDegradable 可降解14.2.4 绿色制造的集成特性绿色制造制造领域资源领域环境领域14.2.4 绿色制造的集成特性绿色制造的功能目标应是多方面的,功能目标模型简称TQCSER模型：nT表示时间，Q表示质量，C表示成本，S表示服务，E表示环境，R表示资源。nT、Q、C、S、E、R是相互关联的，它们构成了一个绿色制造功能目标的有机体系。14.2.4 绿色制造的集成特性绿色制造的综合效益n实施绿色制造，最大限度地提高资源利用率，减少资源消耗，可直接降低成本；n减少或消除环境污染，可减少或避免因环境问题引起的罚款；n实行绿色制造将改善和美化员工的工作环境，有助于提高员工的积极性和工作效率；n绿色制造将使企业具有更好的社会形象，为企业增添了无形资产。14.3 现代集成制造系统（CIMS）CIMS的产生n20世纪以后，随着泰勒倡导的科学管理运动的发展，出席爱你了诸如订货点法、经济生产批量法、物料需求计划方法等优化生产与运作管理的方法。n20世纪7080年代，企业一方面寻求如准时生产制、最优生产技术等更好的生产与运作管理方法，另一方面积极探索新的制造技术和生产组织方法，如计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，简称CIMS）n1974年，美国的约瑟夫.哈林顿（Joseph Harrington）博士在Computer Integrated Manufacturing一书中首次突出计算机集成制造的概念。华中科大管理学院陈荣秋马士华40CIMS的定义CIM是信息技术和生产技术的综合应用CIM是生产组织的一种哲理、思想和方法。当一个企业按CIM哲理组织整个企业的生产经营活动时，就构成了计算机集成制造系统（CIMS）。在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，在新的管理模式和生产工艺的指导下，把以往企业中相互孤立的工程设计、生产制造、经营理念等全部生产、经营活动所需的各种孤立的、局部的子系统，借助数据库和数字通信网络有机地集成起来，构成一个覆盖整个企业的综合系统，这就是CIMS。华中科大管理学院陈荣秋马士华41CIMS的功能结构华中科大管理学院陈荣秋马士华42CIMS的技术结构华中科大管理学院陈荣秋马士华43CIMS集成的内涵系统运行环境的集成信息的集成应用功能的集成技术的集成人和组织的集成华中科大管理学院陈荣秋马士华44CIMS的集成华中科大管理学院陈荣秋马士华45实施CIMS给企业带来的效益在工厂设计自动化方面，采用现代化工程设计手段，如CAD/CAPP/CAM，可提高产品的研制能力，缩短设计周期，加速产品更新换代速度。在加工制造上，FMS、FMC、DNC的应用，可提高柔性与质量，提高设备利用率，缩短产品制造周期，增强生产能力。在经营管理上，使企业的经营决策与生产管理科学化。华中科大管理学院陈荣秋马士华46谢谢！华中科大管理学院陈荣秋马士华47