先进制造论文 敏捷制造Word文件下载.docx
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1986年,麻省理工学院的工业生产率委员会在美国国家科学基金会和美国产业界的支持下,深入研究了美国经济衰退的原因。
研究表明其中的重要原因之一是美国政府认为未来经济的关键是服务业,而把制造业视为夕阳产业不予重视。
研究的结论是:
“一个国家要生活的好,就必须生产的好。
”研究报告提出了遏制美国经济衰退的对策,即通过有建设强大竞争力的国内制造业来夺回美国的优势,从而促使美国经济的复苏。
1987年美国国防部在提交给国会的一份报告中指出:
美国要想重整经济,必须大力发展制造业,恢复美国在制造业的领先地位,为此必须拟定一个发展制造业技术的长期规划,提出一种新的制造管理系统。
1988年,美国国会要求美国国防部拟定一份发展制造技术的长期规划,国防部则委托里海大学(Lehighuniversity)的Iacocca研究所担负次任。
亚科卡研究所邀请了美国国防部、工业界和学术界的专家,建立了以三十家大公司为核心,有一百多个公司参与的联合研究组,对美国工业界近期的多篇优秀报告进行了分析,于1991年完成了,《21世纪制造业发展战略报告》,并在该报告中提出了一种新的制造管理系统,即敏捷制造(agilemanufacturing)。
敏捷制造一提出就受到了广泛的重视和研究。
1993年,美国国家自然科学基金会联合国防部在纽约、伊利诺伊、德克萨斯等州建立了敏捷制造国家研究中心,分别研究电子工业、机床工业和航天国防工业中的敏捷制造问题。
随着研究的深入名美国一些大公司应用敏捷制造哲理取得了显著的成效。
日本和原欧共体也开展了与敏捷制造有关的研究计划。
我国“863”计划从1993年就开始了对敏捷制造进行跟踪研究,并结合我国企业状况,开展了大量的调查研究。
国家自然科学基金委员会(NSFC)自1995年起,每年都会有资助敏捷制造方面的研究项目。
目前,敏捷制造已经在电脑制造、汽车与航空业等领域里有一定的实践基础,理论体系也已粗具雏形。
(2)基本概念
所谓敏捷制造是指制造业采用现代通信手段,通过快速配置各种资源(包括技术、管理和人),以有效、协调的方式响应用户的需求,实现制造的敏捷性。
其核心是企业在不断变化、不可预测的经营环境中的快速重构能力,具体表现为多个企业的核心制造能力构成的动态组织。
当然,单个企业也能进行敏捷制造。
敏捷制造系统思想的出发点是基于对多元化和个性化市场发展趋势的分析,认为制造系统应尽可能具有高的柔性和快速反应能力,从而在变幻莫测、竞争激烈的市场中具有高的竞争力。
因此,敏捷制造是制造系统为了实现快速反应和灵活多变的目标而采取的饿一种新的制造模式。
敏捷是企业在竞争中取得成功的核心能力。
首先表现为企业面对变幻莫测的市场需求能迅速做出判断和反应;
其次表现为企业具有有效、迅速的整合各方面资源并进行生产的条件和能力。
(3)基本原理
必须采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构,以分布式结构连接各企业,构成虚拟制造环境。
以竞争合作为原则,在虚拟制造环境中动态选择、择优录用成员,组成面向任务的虚拟企业,进行快速生产。
下面通过从市场/用户、企业能力和合作伙伴三个方面来理解敏捷制造的内涵,如图所示:
图:
敏捷制造的内涵示意图
1)敏捷制造的出发点是快速响应市场/用户的需求
由于市场/用户需求日益多样化和个性化,企业要想要想在全球化市场中竞争取胜,就需要能够快速响应市场/用户的需求,这就是敏捷制造思想的出发点。
为了对市场/用户需求做出快速响应,企业必须首先考虑:
①市场/用户是谁
②市场/用户需求是什么?
③企业对市场做出的快速响应是否值得?
对于这些问题的明确回答依赖于信息技术和企业信息网。
在明确以上问题的基础上企业才能对市场/用户的需求做出快速响应,迅速设计和制造低成本、高质量的产品,满足市场/用户的需求。
2)敏捷制造要求不断提高企业能力
为了对市场/用户的需求做出快速响应,企业必须不断提高能力。
企业能力是企业在市场中生存的综合能力表现,对企业能力的衡量要综合考虑企业对市场/用户的响应速度以及企业产品的质量和成本,为了提高企业能力,企业必须采用先进制造系统技术,并依靠信息技术建设企业信息网,在此基础上企业还要实现技术、管理和人员的全面集成。
3)敏捷制造强调采用动态组织
为了能够以最少的投资、最快的反应速度对市场/用户的需求做出响应,敏捷制造要求改变过去以职能部门为基础的静态组织,采用灵活多变的动态组织。
动态组织是为了以最少的投资、最快的反应速度对市场/用户的需求做出响应,有两个或两个以上的成员组成的一种有时限的相互依赖、信任和合作的组织、成员可以是来自企业内部的某些部门,也可以是企业外部的公司,这些成员为了共同的利益组织在一起,每个成员只做自己擅长的工作,一旦成品或者项目任务完成组织即自行解体,各成员可立即转入其他产品或项目。
动态组织发展的最高阶段是虚拟组织或者虚拟企业,这是一种对市场/用户需求做出快速反应的企业组织形式,它是有两个或两个以上的而且也成员组成的在有限的时间和范围内进行合作的而相互依赖和相互信任的组织。
(4)基本特点
1、从产品开发到产品生产周期的全过程满足要求
敏捷制造采用柔性化、模块化的产品设计方法和可重组的工艺设备,使产品的功能和性能可根据用户的具体需要进行改变,并借助仿真技术可让用户很方便地参与设计,从而很快地生产出满足用户需要的产品。
它对产品质量的概念是,保证在整个产品生产周期内达到用户满意;
企业的质量跟踪将持续到产品报废,甚至直到产品的更新换代。
2、采用多变的动态组织结构
21世纪衡量竞争优势的准则在于企业对市场反应的速度和满足用户的能力。
而要提高这种速度和能力,必须以最快的速度把企业内部的优势和企业外部不同公司的优势集中在一起,组成为灵活的经营实体,即虚拟公司。
所谓虚拟公司,是一种利用信息技术打破时空阻隔的新型企业组织形式。
它一般是某个企业为完成一定任务项目而与供货商、销售商、设计单位或设计师,甚至与用户所组成的企业联合体。
选择这些合作伙伴的依据是他们的专长、竞争能力和商誉。
这样,虚拟公司能把与任务项目有关的各领域的精华力量集中起来,形成单个公司所无法比拟的绝对优势。
当既定任务一旦完成,公司即行解体。
当出现新的市场机会时,再重新组建新的虚拟公司。
虚拟公司这种动态组织结构,大大缩短了产品上市时间,加速产品的改进发展,使产品质量不断提高,也能大大降低公司开支,增加收益。
虚拟公司已被认为是企业重新建造自己生产经营过程的一个步骤,预计10年到20年以后,虚拟公司的数目会急剧增加。
3、战略着眼点在于长期获取经济效益
传统的大批量生产企业,其竞争优势在于规模生产,即依靠大量生产同一产品,减少每个产品所分摊的制造费用和人工费用,来降低产品的成本。
敏捷制造是采用先进制造技术和具有高度柔性的设备进行生产,这些具有高柔性、可重组的设备可用于多种产品,不需要像大批量生产那样要求在短期内回收专用设备及工本等费用。
而且变换容易,可在一段较长的时间内获取经济效益,所以它可以使生产成本与批量无关,做到完全按订单生产,充分把握市场中的每一个获利时机,使企业长期获取经济效益。
4、建立新型的标准基础结构,实现技术、管理和人的集成
敏捷制造企业需要充分利用分布在各地的各种资源,要把这些资源集中在一起,以及把企业中的生产技术、管理和人集成到一个相互协调的系统中。
为此,必须建立新的标准结构来支持这一集成。
这些标准结构包括大范围的通讯基础结构、信息交换标准等的硬件和软件。
二、敏捷制造技术应用
(1)个性化生产。
大规模生产强调的是接近和了解消费者,而敏捷制造突出的是为顾客创造价值,按订单组织生产,以合适的价格生产顾客的订制产品或顾客个性化产品。
这种方式取代了单一品种的生产模式,满足顾客多样化和个性化的需求。
可以说是手工生产和大批量生产的完美结合,既继承手工生产满足不同顾客需求的优点,又保留大批量生产的速度。
(2)柔性生产。
大批量生产方式效率高,但比较刚性。
这种生产方式要求产品部件化、部件标准化、加工工序规范化,应用泰勒的管理思想,把工人固定在以一定节奏运转的生产线旁,从事几项简单的、极易熟练的加工工序。
而现在生产潮流由大批量生产转向小批量多品种的方式,因此,刚性生产模式也要改成敏捷化生产模式,即通过可重组的、模块化的加工单元,实现快速生产新产品及各种各样的变型产品,达到生产的柔性化。
(3)建立虚拟企业。
由于消费者对产品需求出现复杂性、多元性和紧迫性,单独的企业往往不可能快速经济地承担开发制造和销售的全过程。
敏捷制造型企业不强调全能,而强调企业间的动态合作;
不要求企业“大而全”,而要求企业能“精而深”,拥有某个方面的核心竞争力。
任何企业的核心竞争力只能是聚集在供应价值链的一两个环节上,这就需要利用现代网络技术,针对市场机遇,将在不同链节上具有核心竞争力的企业,依据资源、技术、人员最优配置原则,快速整合为虚拟企业,敏捷地开发制造产品。
(4)仿真制造。
它综合运用了并行工程、仿真、建模、虚拟现实技术,利用三维可视交互环境,对产品的设计和制造全过程进行仿真试验。
从计算机上完成成品的全方位设计制造、试验运行、评估改动等动态模拟,从而在产品真实制造之前,实现对产品的性能、成本、工艺性和可制造性各方面进行综合评价。
这一过程通过信息网络并行开展,利用数字形成模拟产品,且有用户、供应商和制造人员的共同参与和修改,极大降低了产品的制造风险和市场经营风险,保证了产品开发制造的敏捷性。
三、实例分析
美国汽车公司(USM)敏捷响应用户需求的案例
基于敏捷响应用户需求这一出发点,美国汽车公司承诺:
①每辆USM汽车都是按照用户要求制造的;
②每辆USM汽车从订货起三天内交货;
③在USM汽车的整个寿命期内,有责任使用户满意,而且这种车可以重新改装,使用寿命长。
USM需要不断的成立产品设计小组来完成销售部门、工程部门或生产现场提出的项目任务,产品设计小组的成员包括生产线上的工人、工程师、销售人员以及供应商的的代表。
在USM,产品也可以由用户根据自己的需要直接设计。
潜在的用户可以通过家庭计算机或销售点的计算机,利用USM提供的图形软件来设计自己的汽车,这种软件能够产生用户自己构思的汽车的逼真图像和售价,并且能估算出这种汽车在规定的使用条件下的运行费用,如果用户希望订货,这种用户自己设计的汽车的结构可以送入USM网络,传送到最近的销售点,在那里用户可以用不同寻常的模拟装置对所设计的车进行非常接近实际的实验,还可以进一步调整车的功能,考虑车的外观和舒适性,指导用户满意为止,此时就可以办理订货的一切手续。
产品设计一旦批准,就能立即投入生产,因为USM的产品设计与制造加工设计是同时进行的,而且生产机器与设计数据库集成在一起的,设计的结果能够立即转换为现实生产所需要的信息。
USM的生产线非常短,因为汽车被设计成模块化部件组合,这样使得许多零部件具有相同的可制造性,从而增加了零部件的生产批量以及可进行成组装配的单元。
USM装配所需要的零部件来自内部的加工和组装中心,或者来自厂外的供应商。
这些供应商距USM很近,他们得生产和供货清单与USM的生产排序数据库由计算机连接在一起。
在USM,决策权力是分散的,这使得管理层次很少,即管理体系是扁平的。
在这样的管理体系下,管理部门的主要任务是监督与协调工厂的活动,如根据每个产品设计小组的的情况分配资源,以及与基础结构有关的事,如与供应商签订合同、设备维护、制定劳动力训练与教育计划以及建筑物保养等。
基于以上所述的敏捷制造管理系统,USM在接到用户订单的三个工作日内就能交货,而且用户购车后还能根据自己的需要很容易的进行改造,因为USM的汽车是模块化部件的组合。
这样,与进口车和按大量生产模式生产的美国国内车相比,USM的车具有决定性的竞争优势。
根据以上对USM的描述,USM所表现出来的敏捷制造企业特性主要有:
①按用户意愿设计汽车;
②按订单生产,三天内交货;
③具有柔性制造和装配生产线;
④汽车采用模块化设计,便于维修和重新改造,从而在汽车整个寿命期内为用户提供良好的服务;
⑤具备柔性重构的能力。
四、技术发展趋势
实施敏捷制造的过程是制造业在现有基础上不断提高的平滑转变过程,而对敏捷制造的研究刚刚兴起,完整的理论体系尚未形成,其实施方法、手段和途径仍有待进一步探索。
因此,美国等国政府对敏捷制造的开发与应用给予了高度重视,资助许多研究单位开发实现敏捷制造的参考模型和支持工具,并鼓励在不同行业进行示范应用,以期在边研究边应用的过程中积累经验,完善敏捷制造工具产品,为更多的行业、企业应用打下基础。
因此,可以从以下两方面去认识敏捷制造的发展趋势:
(1)开发实现敏捷制造的参考模型和支持工具
①建立并完善敏捷化工程模型。
为了帮助企业认识敏捷制造哲理,给准备实施敏捷化工程的企业一个参考,敏捷化工程模型正逐步受到重视。
例如,美国敏捷化协会开展了“最佳敏捷实践参考基础”研究,提出了一个敏捷化工程的初始模型,涉及到电子、汽车、飞机(军用)、化工、计算机和国防等各个领域。
这一模型包含了一个实施敏捷化工程的结构框架,其中每项活动都有一些简单的实例和文献索引,其目的在于指出那些尚未引起工业界足够重视而又对企业竞争能力有重要意义的问题。
由于美国工业界已基本具备了解决这些问题的条件,因此参考这一模型来实施敏捷制造,使美国有望在不久的将来出现更多敏捷制造的成功实例,并进一步扩大敏捷化框架的内涵。
②进一步加强经营决策工具和实验性实施设计策略开发工作。
在参考敏捷化工程模型的基础上,还将进一步加强经营决策工具和实验性实施设计策略的开发工作,以便能包含更丰富的信息和形成更成熟的标准。
探索企业敏捷因素的评价准则和分析技术将受到广泛重视。
③进一步开发支持实施敏捷制造的各种技术和工具。
例如,美国ARPA和NSF支持的敏捷制造项目安排了使能技术的开发和演示。
敏捷制造使能技术(EnablingTechnology)是指支持敏捷制造实施的必要技术和工具,包括决策支持系统、集成产品设计工具、先进的建模与仿真技术、集成制造计划和控制系统以及敏捷车间控制系统、先进的智能闭环加工能力、制造和企业系统集成工具等。
德克萨斯大学自动化和机器人研究所正在研究面向对象的过程建模。
(2)在典型行业的应用示范
①敏捷制造示范项目大多有待探索和改进。
由于现有的大批量生产模式与变批量、多品种生产模式之间存在很大差距,现有的生产过程又不具备足够的柔性等各种限制因素的存在,敏捷制造示范项目仍有待探索和改进。
企业一方面需要充分利用现有的制造能力和技术经验,有效地改进生产过程配置;
另一方面需要建立企业信息网,完善各种数据库系统,同时开发先进的并行基础结构,提供协同工作中人员、工具和产品实现环境的三维集成,以促进企业集成的实现,这样才能尽快地完成从当前生产方式向敏捷生产方式的转变。
②深入研究敏捷的概念、内涵以及实践,更好地应用于中小企业。
由于敏捷制造具有资源、技术等集成优势,美国敏捷化协会的专家认为,受资源限制的中小企业将成为应用敏捷制造的重要力量。
今后敏捷的概念、内涵以及实践都将得到更深入的研究和进一步发展,以便更好地应用于中小企业。
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