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精益制造理论知识
精益制造理论知识
1.精益制造的发展历史
1.1.早期发展阶段
精益制造的早期发展,可以追溯到18世纪。
这一阶段的重要人物是惠特尼(EliWhitney),他是互换技术的创始人。
当时惠特尼因发明了轧棉机而功成名就,但现在来看,这和他提出的互换技术概念相比,是极其次要的。
惠特尼在1799年第一次提出互换技术,当时他和美国军方签订了一项供货合同,生产毛瑟枪10,000枝,每枝单价在当时低得不可思义,仅为13.4美金。
在其他供应商望而却步的时候,他成功了,靠的是他在制造技术上的革新-互换技术,这为惠特尼大大降低了制造成本。
在随后得100年中,制造商关注的重心始终是一些单项的制造技术。
在这一阶段中,工程制图、现代化的机器开始逐步推广开来,具有标志性的技术是以英国工程师贝西墨(Bessemer)命名的贝西墨酸性转炉炼钢技术。
而对于生产过程中,工件从一个离散流程流转到下一个离散流程等一些物流的问题,多个生产流程在工厂中如何合理安排的问题,每个员工工作量的问题,在那时并没有什么人关心。
直到1890年,弗雷德里克﹒泰勒(FrederickW.Taylor,1856-1915,美国)的出现才改变了这种状况。
泰勒是第一个关注员工个人工作状态和方法的人,这体现在他首先提出的时间研究和标准化作业。
基于30多年的生产现场劳动和管理经验,指出工人和管理者都凭经验来工作是很不科学的,应该对工人的工作进行研究,将高效率的、先进的工作方法变成标准,并通过培训使工人能够按照标准工作方式去劳动。
而管理者的责任就是专门进行工作研究,通过制定工作条例、标准、定额和计划等使科学的工作方式文字化、制度化。
吉尔布雷斯夫妇(FrankGilbreth,1868-1924,LilianGilbreth,1878-1972,美国)在许多行业进行了广泛细致的动作研究,提出了各种工作作业的标准方法。
泰勒科学管理思想和方法的推广应用,带来了企业高效率、低成本、高工资、高利润的新局面,使物质生产在上世纪末本世纪初获得了很大的发展,并使美国的经济实力超过英国。
现代科学技术和生产力的发展还没有对泰勒的科学管理方法提出挑战。
在当时,泰勒是一个有争议的人物,他的观点引起了各方面不同的反应,尤其是工会,认为他在帮助资本家榨取工人的血汗。
从今天的角度来看,泰勒的成就是伟大的,开创了制造业科学管理的先河。
当然他的理论中缺少了对人的行为科学方面的考虑。
1.2.阶段2:
大批量流水线生产阶段
美国企业家亨利﹒福特(HenryFord,1863-1947)等人将泰勒的单工序工作研究方法推广应用到多工序工作研究,提出使整个产品(汽车)的生产工序标准化、连续化的设想,并通过作业专门化、零部件规格化、工器具专用化、工厂专业化,于1913建成了世界上第一条流水生产线。
流水生产方法大大提高了生产的专业化水平,使产品能够以非常低的成本大批量生产出来。
流水生产技术目前仍然是制造业生产的基础,是向我们提供丰富的日常用品的技术保证。
但是,随着市场需求朝多样化、个性化的发展,过去的大批量流水生产受到前所未有的挑战。
现在我们不得不说,只有满足以下几个条件时才能使用流水生产技术:
产品需求量很大,市场需求旺盛并且持续较长时间;产品设计定型,结构和工艺比较先进;有可靠的物资供应;工艺可以合并和分解成相对均衡的工序。
福特的这一创造性管理方法,不仅给全球制造业带来一场革命,同时也影响了当时的第二次世界大战格局,盟军的战略物资能够源源不断的得到补给,和后方采用福特的流水线生产方式密不可分。
在通用汽车,斯隆(AlfredP.Sloan)在吸收了福特汽车大批量流水线生产的基础上,考虑到大企业的管理特点和市场对于品种变化的要求,在生产中采用了更多的实用方法,在市场策略中更加灵活。
最终在廿世纪30年代中期,超越福特成为汽车行业的第一,并一直维持到今天。
1.3.阶段3:
后大批量生产模式
曾和泰勒一起工作过的亨利﹒甘特(HenryL.Gantt,1861-1919,美国)很早就提出了编制工作计划和进度的线条图(1913),将一项工作(计划目标)分解成能够理解和执行的、时间上有相互关系的关键事件或项目,使人们能够有效地控制各分项工作的进展情况。
F﹒W﹒哈利斯(F.W.Harris,美国)将经济批量控制方法应用到企业的库存管理(1917),沃尔特﹒休哈特等(WalterShewhart,美国)等将抽样检验和统计方法应用到产品质量控制(1931)。
这些方法今天仍然在企业中使用。
二战以后,运筹学技术如关键线路法CPM、计划评审技术PERT、线性规划、排队论等获得了较大发展,被应用到企业的作业分工、生产进度计划、工艺和生产路线选择、生产作业组织以及成本与数量控制等领域。
在计算机帮助下运筹学技术的推广应用大大提高了人们管理大型工程项目、设备制造项目、大批量生产项目的水平。
20世纪50年代,产品更新换代频繁,市场变化加速,大批量生产方式逐渐向多品种小批量生产方式转化,风险决策、成组技术应用而起。
在赫伯特西蒙(HerbertA.Simon,)等人的推动下,决策技术摆脱了过去单纯建立预测和决策模型的发展方向(1958),提出了决策树、优选法等能够容易掌握和应用的决策技术。
成组技术首先由前苏联人米特洛凡诺夫提出(1959),60年代在德国人和英国人的实证研究中发展成熟,并被广泛应用到美国和日本的企业,使流水生产技术获得了新的生机,出现了多对象流水生产技术、可变流水生产技术等。
在这一阶段,其中有两个人物对制造业的发展,特别是在质量管理方面作出了突出贡献,这就是今天被企业家所推崇的戴明博士和朱兰博士。
戴明博士(WilliamEdwardsDeming),1900年生于美国爱荷华州(SiouxCity,IA)。
戴明博士的贡献可分为几个阶段:
第一个阶段─对美国初期SPC推行的贡献
戴明博士在美国政府服务期间,为了国势人口调查而开发新的抽样法,并证明统计方法不但可应用于工业而商业方面亦有用。
到了第二世界大战期间,他建议军事有关单位的技术者及检验人员等都必须接受统计的质量管理方法,并实际给予教育训练。
另外在GE公司开班讲授统计质量管理并与其它专家联合起来在美国各地继续开课计共训练了包括政府机构在内有三万一千多人,可说对美国SPC的基础及推广有莫大的贡献(当时戴明博士已将统计的质量管理应用到工业以外的住宅、营养、农业、水产、员工的雇用方面,其涉及面极为广泛)。
统计过程控制(SPC)是一种借助数理统计方法的过程控制工具。
它对生产过程进行分析评价,根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆,并采取措施消除其影响,使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态,以达到控制质量的目的。
当过程仅受随机因素影响时,过程处于统计控制状态(简称受控状态);当过程中存在系统因素的影响时,过程处于统计失控状态(简称失控状态)。
由于过程波动具有统计规律性,当过程受控时,过程特性一般服从稳定的随机分布;而失控时,过程分布将发生改变。
SPC正是利用过程波动的统计规律性对过程进行分析控制的。
因而,它强调过程在受控和有能力的状态下运行,从而使产品和服务稳定地满足顾客的要求。
第二阶段─对日本的质量管理贡献
戴明博士从1950年到日本指导质量管理后就一直继续长达近四十年,且前二三十年几乎每年都去,可以说日本的质量管理是由戴明博士带动起来都不为过。
戴明博士在日本虽然也教统计方法,但他很快就发觉光教统计质量管理可能会犯了以前美国企业界所犯的错误,因此他修正计划而改向企业的经营着灌输品质经营的理念及重要性,而使日本的早期的经营者几乎都见过戴明博士而受教于他,并实践戴明博士的品质经营理念,奠定了日本TQC或CWQC的基础。
戴明博士早期辅导日本企业的质量管理时曾经预言,日本在五年内其产品必将雄霸世界市场,而果然不出其所料,其预言被证明正确,且提早来到,难怪日本企业界对戴明博士怀有最崇高的敬佩而称其为日本质量管理之父了。
第三阶段─对美国及全世界推行TQM的贡献
由于戴明博士对日本指导质量管理的成功,让美国人惊醒原来日本工商经营成功的背后竟然有一位美国人居功最大,故开始对戴明博士另眼看待。
而于1980年6月24日美国广播公司(NBC)在电视播放举世闻名的『日本能为甚能我们不能』(IfJapanCan,WhyCan'tWe?
),使戴明博士一夜成名。
从此以后由于美国企业家重新研究戴明的质量管理经营理念,加上戴明博士继续在美国及各国积极举行讲授他的品质经营经典为期四天的14个管理原则(Deming's14Points)与及实际为美国各大公司如福特或AT&T公司提供品质经营的顾问工作而收到了实质上的效果。
事实上戴明博士的品质14点管理原则就是美国在1980年代开始盛行迄今的TQM的基础,所有全面品质经营所包涵的重点,几乎都可以在戴明博士的14点里面找到类似或相同的诠释。
目前在美国及英国都已成立有DemingInstitute,其所宣称的基本精神也都是TQM的精神。
也就是说戴明博士对TQM的影响是直接的。
由以上可知戴明博士不但具有学问上的成就,对世界各国品质经营的推动更有功不可没的伟大贡献,也称得上质量管理的一代宗师了。
朱兰博士(JosephH.Juran),是世界著名的质量管理专家,生于1904年。
他所倡导的质量管理理念和方法始终影响着世界以及世界质量管理的发展。
他的『质量计划、质量控制和质量改进』被称为『朱兰三部曲』。
他最早把帕累特原理引入质量管理。
《管理突破》(ManagementBreakthrough)及《质量计划》(QualityPlanning)二书是他的经典之著。
由朱兰博士主编的《质量控制手册》(QualityControlHandbook)被称为当今世界质量控制科学的名著。
为奠定全面质量(TQM)的理论基础和基本方法做出了卓越的贡献。
『80/20原则』是朱兰博士的又一个重要理论。
朱兰博土尖锐地提出了质量责任的权重比例问题。
他依据大量的实际调查和统计分析认为,在所发生的质量问题中,追究其原因,只有20%来自基层操作人员,而恰恰有80%的质量问题是由于领导责任所引起的。
在国际标准IS09001中,与领导职责相关的要素所占的重要地位,在客观上证实了朱兰博土的“80/20原则”所反映的普遍规律。
现在,『80/20原则』不仅在质量管理方面有广泛应用,在管理学、市场学等诸多领域都得到了普遍的认可。
1.4.阶段4:
丰田生产模式
丰田生产模式,顾名思义来源于日本丰田汽车公司的以高质量、低成本、快速响应和消除浪费为特征的生产组织方式,简称TPS(ToyotaProductionSystem)。
TPS包括2个重要的支柱:
准时制(Just-in-Time)和自働化(Jidoka),TPS强调持续改进并保持改进的成果。
TPS是由丰田的生产主管大野耐一(TaiichiOhno)在二战后所创立,在20世纪50年代到60年代,TPS在丰田汽车得到了充分的发展,并在70年代向丰田的供应商进行推广。
同时,随着1984年丰田与通用在美国加州的合资企业(NUMMI)的落户,这一生产模式开始了日本之外的最重要的第一步扩展。
准时制(JIT)和自働化(Jidoka)其实在二战前已有了一定的雏形。
丰田自动织布机工厂的社长是在日本被称为『发明王』的丰田佐吉(SakichiToyoda),他也同时是自动织布机的发明人。
为了解决织布过程中的断线问题,他发明了Jidoka机制,一旦断线便让织布机自动停下来,而不会产生大量的废品。
他的第一个儿子,丰田喜一郎(KiichiroToyota),在1921年自东京帝大毕业后,也到父亲的纺织工厂内帮忙,同年也至欧美各国参观学习。
由于丰田喜一郎在校是学习机械工程的,所以同時也参观了一些汽车工厂。
在当时,日本国內虽然也有自制汽车,但品质不能与欧美进口的车辆相比。
1930年10月,丰田佐吉去世,但是他留下了丰田的承诺:
1.客户满意
2.品质
3.持续改善
4.减少浪费
1931年,丰田佐吉的接任者,也就是他儿子丰田喜一郎,决定把发展汽车工业当作终身的工作。
接着在1933年,丰田自动织布机工厂內成立了一个研究室及一个汽车部门,並于1935年完成A1型小客车及G1型货车的试验生产,更在1936年生产出AA乘用车,开始供给日本国內的汽车市场。
最终这一原理应用到了丰田汽车生产的每条生产线,每台加工设备上。
同时丰田在总经理大野耐一的领导下,准时制的方法应用到控制过量生产的过程中,并逐步完善形成其特有的生产方式,最终形成了完整的丰田生产方式。
随着1990年美国麻省理工学院的数位国际汽车计划组织(IMVP)的专家在对丰田汽车进行了考察和研究后出版了『改变世界的机器』一书,丰田生产方式真正为全球制造业所了解,也是人们第一次了解到丰田生产方式比传统的生产方式更有效,从此有了一个专门的名词『精益制造』。
图2.5-1丰田生产模式的组成
1.5.阶段5:
精益供应链生产模式
何谓精益供应链?
在介绍精益供应链之前,我们以汽车行业为例,先来看一下一个典型的汽车行业企业的业务运作流程,如图2.6-1所示。
图2.6-1汽车行业企业的业务运作流程
同时,前面讲到汽车行业企业按其产品在整个汽车工业供应链中的所处地位不同,分为整车厂、系统供应商、二三线供应商等,如图2.6-2所示。
如果我们把这两幅图结合起来看,就可以清楚地看到,整个汽车行业供应链中不同层次的企业,在企业内部业务运作的基础上,企业于企业之间亦有相应的业务运作关系,主要体现在物流、资金流运作上。
也就是说供应链中各层次企业之间的业务运作具体体现在物流和资金流过程中,如图2.6-3所示。
如果汽车工业企业的内部制造环节采用精益制造的体系,同时其后勤系统,包括采购,分销体系中的发运交付能够配合精益制造体系的要求采用准时制交付体系,产品设计环节采用了联合设计同步开发的手段,那么这就成为我们今天所讲的精益供应链,参见图2.6-4。
由此可见精益供应链由这样几个要素构成:
(1)精益制造体系
(2)精益制造体系下的准时制物流包括采购和交付
(3)精益制造体系下的产品联合设计
2.精益制造理论知识
精益制造包含了及时响应(Just-in-Time,JIT)、约束理论(TheoryofConstraints,TOC)、精益生产及敏捷制造的概念,同时也与以减少错误为目的的六标准差(SixSigma)互相补足。
精益制造主要专注在客户的增值项目上、减少生产的废弃物以及提倡不断改进生产过程的方法。
精益制造的另一个好处是员工也可以一起参与其中。
由于员工可以在生产过程中提出意见,以改善制造的过程,这亦有助提高员工的积极性及生产效率。
精益技术供应商需要支持下列五项精益的主要元素,其中包括约束理论。
该五项主要元素为:
价值--将价值带给用户
提高价值--将有增值及没有增值的项目分开
流动--将有价值的在生产中不断流动运作
拉紧--只有顾客需要的物料及生产项目才可流动(即以需求为本)
完美--从不断改进而来
3.精益制造的起源
丰田公司在探索新的生产模式的过程中发现,小批量生产比大批量生产成本更低,而造成这种现象的原因有两个:
第一,小批量生产不需要大批[1]量生产那样大量的库存、设备和人员;第二,在装配前,只有少量的零件被生产,发现错误可以立即更正。
根据后一个原因,丰田得出结论,应该将产品的库存时间控制在两小时以内,这就是准时生产(jit)和零库存的雏形。
事实上后来jit生产还推广到与合作伙伴之间的合作,确定了这种模式下制造企业与合作伙伴之间亲密的依赖关系。
为了实现随时发现并纠正错误,必须有由高度熟练和具有高度责任感的工人组成的工作小组。
在流水线生产模式中,组装线上的工人只是重复一些简单的动作,而不对产品的质量负责,产品质量由专门的检验部门在产品整体装配完毕后进行检查。
但事实上组装线上的工人最了解第一线的情况,如果在组装线上就将生产中出现的错误进行纠正,那就不会出现因错误积累而导致大量拆卸返修的现象。
所以丰田公司按生产将工人分组,每个小组随时纠正本组生产过程中出现的错误,并且定期集体讨论,提出改进工艺流程的建议,这就是成组技术和质量控制的早期形式。
当然在刚刚实施随时纠正错误的做法时,组装线老是停下来,但当所有的工作小组掌握了经常出现的差错,并对发现差错原因有了一定经验之后,差错的数量大为减少。
因为每个工作小组的工人对他们的生产负责,所以他们有权决定如何提高生产力水平,并自己实施改进措施,也就是说工人有进行决策的权力。
而在授权给生产小组方面,除了给予他们改进生产的权利,还赋予工作组长强大的行政权力,组长可以根据小组成员的表现晋升工作出色的成员。
这种管理方式改变了企业的生产文化,为日后精益制造模式的发展打下了基础。
4.精益制造方法
4.1、细胞生产方式:
与传统的大批量生产方式比较,细胞生产方式有两个特点,一个是规模小(生产线短,操作人员少),另一个是标准化之后的小生产细胞可以简单复制。
由于这两个特点,细胞生产方式能够实现
(1)简单应对产量的变化,通过复制一个或以上的细胞就能够满足细胞生产能力整数倍的生产需求;
(2)减少场地占用,细胞是可以简单复制的(细胞生产线可以在一天内搭建完成),因此不需要的时候可以简单拆除,节省场地;(3)每一个细胞的作业人数少,降低了平衡工位间作业时间的难度,工位间作业时间差异小,生产效率高;(4)通过合理组合员工,即由能力相当的员工组合成细胞,可以发挥员工最高的作业能力水平。
如果能够根据每一个细胞的产能给予相应的奖励,还有利于促成细胞间的良性竞争。
细胞生产线的形式是多样的,有O形,也有U形,有餐台形,也有推车形等等。
4.2、一人生产方式:
我们看到过这样的情形,某产品的装配时间总共不足10分钟,但是它还是被安排在一条数十米长的流水线上,而装配工作则由线上的数十人来完成,每个人的作业时间不过10、20秒。
针对这样一些作业时间相对较短、产量不大的产品,如果能够打破常规(流水线生产),改由每一个员工单独完成整个产品装配任务的话,我们将获得意想不到的效果。
同时,由于工作绩效(品质、效率、成本)与员工个人直接相关,一人生产方式除了具有细胞生产的优点之外,还能够大大地提高员工的品质意识、成本意识和竞争意识,促进员工成长。
4.3、一个流生产方式:
一个流生产方式是这样实现的,即取消机器间的台车,并通过合理的工序安排和机器间滑板的设置让产品在机器间单个流动起来。
它的好处是,
(1)极大地减少了中间产品库存,减少资金和场地的占用;
(2)消除机器间的无谓搬运,减少对搬运工具的依赖;(3)当产品发生品质问题时,可以及时将信息反馈到前部,避免造成大量中间产品的报废。
一个流生产方式不仅适用于机械加工,也适用于产品装配的过程。
4.4、柔性设备的利用:
一种叫做柔性管的产品(有塑胶的也有金属的)开始受到青睐。
从前,许多企业都会外购标准流水线用作生产,现在却逐步被自己拼装的简易柔性生产线取代。
比较而言,柔性生产线首先可降低设备投资70-90%以上,其次,设备安装不需要专业人员,一般员工即可快速地在一个周末完成安装,第三,不需要时可以随时拆除,提高场地利用效率。
4.5、台车生产方式:
我们经常看到一个产品在制造过程中,从一条线上转移到另一条线上,转移工具就是台车。
着眼于搬动及转移过程中的损耗,有人提出了台车生产线,即在台车上完成所有的装配任务。
4.6、固定线和变动线方式:
根据某产品产量的变动情况,设置两类生产线,一类是满足某一相对固定最的固定生产线,另一类是用来满足变动部分的变动生产线。
通常,传统的生产设备被用作固定线,而柔性设备或细胞生产方式等被用作变动生产线。
为了彻底降低成本,在日本变动线往往招用劳务公司派遣的零时工(Part-Time)来应对,不需要时可以随时退回。
精益制造总的趋势是,生产线越来越短,越来越简,设备投资越来越少;中间库存越来越少,场地利用率越来越高,成本越来越低;生产周期越来越短,交货速度越来越快;各类损耗越来越少,效率越来越高。
可见,实现柔性制造可以大大地降低生产成本,强化企业的竞争力。
既然柔性制造是一种全新的和高境界的制造理念,因此它值得我们以持续改善的精神去思考去创造。
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