生产系统学课件(-38张).ppt

1、生产系统学章独立制造岛章独立制造岛第一节第一节 独立制造岛概述独立制造岛概述n企业现状分析表明：技术并不是唯一的决定性因素，生产组织结构的改革、人员素质的提高是企业从新技术中获得更大潜在效益的重要源泉。n因而，必须把企业的改制、改组和改造结合起来，重新考虑生产系统的结构、组织和功能的再划分，使生产系统具有更大的柔性和开放性，以增强企业的市场竞争能力。一、问题的提出一、问题的提出2第一节第一节 独立制造岛概述独立制造岛概述n在本世纪初，福特提出了流水生产线的构思。n二次世界大战之后，丰田英二与大野耐一在日本的丰田汽车公司首创了“精益生产”的概念。n80年代以来，在工业化国家中，作为迈向工厂自动化

2、的第一步，柔性制造系统已获得了实际应用。3第一节第一节 独立制造岛概述独立制造岛概述将加工若干相似零件族的制造设备组合在合一起，在关键工序上采用数控机床优化劳动组合，将有一定素质的工人集合为一个小组，发挥集体智慧和协作的能力。在计算机软件支持下，由这个小组独立自主地使用一定的设备去组织生产图 6-1 独立制造岛的技术构思4第一节第一节 独立制造岛概述独立制造岛概述二、独立制造岛的基本概念二、独立制造岛的基本概念n独立制造岛是以成组技术为基础，数控机床为核心，数控机床与普通机床并存，强调信息流的自动化，以软取胜和以人为中心的生产方式。5第一节第一节 独立制造岛概述独立制造岛概述二、独立制造岛的基

3、本概念二、独立制造岛的基本概念n它要求组织、人员和技术三者的有机集成，面向车间，权力下放，综合治理，并以获取经济效益为主要目标。可以认为，它是一种适合中国国情的、面向21世纪的综合技术。n它的基本构思是，首先按照成组技术的原理，将零件划分为不同零件族，再把一组适合加工若干族零件的机床集中在一起，形成加工过程相对封闭的单元。然后，由若干熟练工人组成的小组在计算机的软件支持下，相对独立自主地去组织生产。6第二节第二节 独立单元综合制造和管理系统独立单元综合制造和管理系统n“独立”的概念指的是，在多层次的总体生产结构中，对一个有限的生产实施区域独立制造岛，给予一定的决策和实施自主权。n岛里工作的人，

4、在其职能范围内，对生产准备和生产指挥行使必要的决策权，并且负责对决策的结果进行实施和监控，形成了相对独立的、区域自治的生产单元。n独立制造岛建成后，把技术准备、生产指挥和制造过程三者有机地连成一体。再由若干个独立制造岛构成独立单元综合制造和管理系统，形成以独立制造岛为基础的新型企业，如图6-2所示。n采取这种可裂化的、网络分布式和自主管理的生产体系是一种明显的世界潮流和发展趋势之一。7第二节第二节 独立单元综合制造和管理系统独立单元综合制造和管理系统粗略的主生产计划生产指挥协调系统干扰、负荷报告任务完成期限相对独立自主的、分布的生产体系独立制造岛 1独立制造岛 3独立制造岛 4独立制造岛 2企

5、业资源计划图 6-2 独立单元综合制造和管理系统8第二节第二节 独立单元综合制造和管理系统独立单元综合制造和管理系统n主生产计划和控制系统制定全厂性的粗略生产计划，给出每个独立制造岛的加工任务块（一组加工任务）和最终交货期限，并粗略地进行生产能力的平衡。n各独立制造岛自行制订详细的作业计划，并相互协调和独立自主地进行生产调度和生产控制，如图6-3所示。9第二节第二节 独立单元综合制造和管理系统独立单元综合制造和管理系统主生产计划总装配岛部件装配岛1 12 22 21 11 12 22 23223 32 22 23 32 22 22 22 2加工任务块机床1机床2机床3机床4加工时间运输、等待时

6、间计划余地 2号独立制造岛 的作业计划加工任务块加工任务块加工任务块10第三节第三节 闭环的生产调节和控制闭环的生产调节和控制n若把整个企业看作为一个多级的、串联和并联的复杂调节回路，独立制造岛则是企业整体结构中的一个局部闭环调节回路。生产大纲生产目标制造目标主生产计划生产指挥系统工况数据反馈MAHOINDEXTRAUB方法学过程模型调节技术目标技术 2号独立制造岛生产监控加工任务11第三节第三节 闭环的生产调节和控制闭环的生产调节和控制MAHOMAHOINDEXINDEXTRAUBTRAUB组织或技术上的干扰组织或技术上的干扰任务投放任务投放工况工况/机器数据采集机器数据采集计划仿真计划仿真

7、:MAHOMAHOINDEXINDEXTRAUBTRAUB统计分析后反馈至统计分析后反馈至 主生产计划系统主生产计划系统作业排序作业排序生产监控生产监控制造大纲制造大纲目标目标范围范围预定策略预定策略预定目标预定目标仿真反馈仿真反馈实际实际反馈反馈计划计划反馈反馈实际状态实际状态设定值设定值实际数据实际数据设定值设定值实际实际状态状态设定值设定值生产指挥系统的功能和调节过程生产指挥系统的功能和调节过程12第三节第三节 闭环的生产调节和控制闭环的生产调节和控制n传统的制造企业的结构是厂部车间工段班组形式，是一种开环的、纵向和横向严格分工的生产组织结构。n这种结构信息传递环节多，速度慢，调节迟缓，

8、在日常生产中发生的许多问题，往往需要开会研究，层层请示，不能及时得到处理，造成人力、时间和物资的浪费，使企业生产效率降低，缺乏市场竞争能力。13第三节第三节 闭环的生产调节和控制闭环的生产调节和控制n采用独立单元综合制造和管理系统后，企业的主生产计划以制造大纲（月生产计划）的形式对独立制造岛下达加工任务。独立制造岛的生产指挥系统按此进行初步作业排序，然后按照排序的结果进行作业计划仿真。仿真系统对此排序作出评价，并反馈给作业排序模块，这是第一轮闭环调节。n当按照仿真结果修改后的作业计划投放任务后，必然会遇到组织或技术上的干扰，如停工待料、机床故障等，打破了预定的计划。工况和机器数据采集系统将采集

9、到的实际数据分别提供给生产监控和任务投放模块，生产监控和任务投放模块根据实际生产情况调整制造策略和投放速度及顺序，进行实时生产调度，这是第二轮的闭环调节过程。n生产监控模块将每周生产工况进行统计分析后，反馈给主生产计划系统，为制定下个月的生产大纲提供实际数据，这是第三轮的闭环调节过程。14第四节第四节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构（1）以成组技术为基础（2）数控机床与普通机床并存（3）以软件取胜（4）综合治理、权力下放一、独立制造岛的主要特征一、独立制造岛的主要特征15第四节第四节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构（1）以成组技术为基础n建立

10、独立制造岛的基本出发点，就是以成组技术为基础，根据对零件谱的分析，把零件划分为不同的零件族，确定典型的工艺过程和典型特征表面的加工方法。简言之，独立制造岛就是一种面向对象的、把形状和尺寸以及工艺相似的零件族组合在一起进行生产的制造系统。16第四节第四节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构（2）数控机床与普通机床并存n建数控机床是一种高效率和高柔性的自动化机床。但限于资金和技术力量，我国在近年内还只能有计划、有步骤地推广数控机床。目前，全国数控机床拥有量约占机床总拥有量的3-5%。与国外还有很大的差距。即使在工业发达的美国、德国和日本，数控机床也仅约为机床总拥有量的20%至

11、30%。所以在相当长的一段时间内，数控机床和普通机床共存是必然的。17第四节第四节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构（3）以软件取胜n开发计算机软件，投资少，见效快，可以充分发挥我国智力资源的优势，借助软件来弥补高价格硬件不足。因为计算机的应用，使制造和管理的信息传递加快，资源得以共享，从而使生产和技术部门的工作效率和管理水平得到明显的提高。实践证明，独立制造岛中开发的计算机集成的系统，大大缩短了技术准备和生产的周期，并提高了各种技术文件编制的质量。18第四节第四节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构（4）综合治理、权力下放n工厂厂部对独立制造岛仅

12、是下达生产指令（生产任务、数量、完成日期），独立制造岛以“承包合同”方式去执行。他们自行编制作业计划、工艺规程和数控程序，分配和安排生产任务，进行生产调度和操作机床，打破了科室和车间的界限。由于大部分权力下放，由制造岛独立自主地去组织生产和管理，发挥人的积极因素，起到减少环节、加速信息流和物料流的作用，达到综合治理的目的。19第四节第四节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构工艺路线卡123工 艺 编 制数 控 编 程作 业 计 划生 产 调 度质 量 控 制故 障 诊 断维 护 保 养3 3号号独独立立制制造造岛岛分布式的组织先进的技术高素质人员2号独立制造岛1号独立制造

13、岛20第四节第四节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构（1）工艺编制（2）数控编程（3）计划调度（4）物料管理（5）质量控制二、独立制造岛的功能二、独立制造岛的功能21第四节第四节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛 生产控制层面的功能生产控制层面的功能 编制工艺规程和数控程序 编制作业计划 短期负荷能力平衡 确定任务投放顺序 生产调度和控制纵纵 向向 独独 立立 制造过程层面内的功能制造过程层面内的功能 毛坯的准备 工夹具和在制品的管理 机床操作 质量控制 设备保养横横 向向 独独 立立 图 6-7 不同层面内的功能及其传递22第四节第四

14、节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构三、系统结构三、系统结构工艺规程编制生产准备生产指挥独立制造岛公共数据库数控自动编程作业计划编制工夹量具管理在制品管理实时生产调度局域网络数控系统工况数据采集刀具数据管理质量控制系统DNC数控机床普通机床刀具预调仪检 验 站工艺数据工件数据工况数据资源数据23第四节第四节 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构生 产 调 度质 量 控 制 生 产 指 挥 系 统 生 产 指 挥 系 统作 业 计 划夹 具 管 理工 件 管 理刀 具 管 理工况/机器数据采集系统 LAN智能终端独立制造岛的生产指挥系统24第四节第四节

15、 独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛的特征、功能和结构独立制造岛之间的两级协调生产指挥系统生产指挥系统短期任务协调 信息交换和数据通讯加工任务交 货 期干扰报告能力平衡加工任务交 货 期干扰报告能力平衡主 生 产 计 划 和 控 制主 生 产 计 划 和 控 制中 长 期 任 务 协 调25第五节第五节 不同柔性制造技术方案的比较不同柔性制造技术方案的比较各种柔性制造技术方案的比较功 能硬硬 件件 功功 能能软软 件件 功功 能能柔性制造技术方案自动加工自动换刀多种工艺方法自动工件输送自动刀具输送工况数据采集数控程序管理实时生产调度作业计划编制工艺过程设计系统FMSllllmmllmm系统

16、FMClllmmmmmmm系统AMImmlmmlllll单台FMCllllmmmmmm单台MClllm单台CNClm 注：FMS-柔性制造系统；FMC-柔性制造单元；AMI-独立制造岛；MC-加工中心；CNC-数控机床；l 具有 m 可能具有26第五节第五节 不同柔性制造技术方案的比较不同柔性制造技术方案的比较不同柔性制造方案的适用范围影 响 因 素独立制造独立制造岛岛柔性制造单元柔性制造单元柔性制造系统柔性制造系统零件形状复杂JJC零件形状简单JKL工序数目较多KLC工序数目较少JCK加工时间较长JCJ加工时间较短CKK工艺方法复杂KLJ工艺方法简单JJK加工费用较高JJC加工费用较低CJJ

17、加工批量较大KJJ加工批量较小CCJ任务变化经常CCJ任务变化不多LJJ任务经常重复CCC任务不大重复CLL零件相似性高CCC零件相似性低JKL负荷波动较大CLK负荷波动较小JCC人员素质较高CLK人员素质较低LLL材料切削性能好CKL材料切削性能差CCCC-最好，J-较好；K-尚可；L-不适宜27第六节第六节 生产组织的变革生产组织的变革一、新的生产组织模式技 术技 术人员素质 生产组织人员素质 生产组织ABCD1234A B C D1 2 3 4监督者组织者每个工人独立完成一种任务一个小组共同完成一组任务强调小组内部协调每个工人尽可能是多面手。强调工人服从领导每个工人只熟悉一种技能。传统的

18、生产组织模式传统的生产组织模式 新的集成概念和生产组织模式新的集成概念和生产组织模式28第六节第六节 生产组织的变革生产组织的变革n最大的分工和简单的工作；n最少的智能工作内容；n众多的从属关系。泰勒管理原则具有尽可能分工的特点：n高素质的工作人员从事熟练技术工作；n较多的智能工作内容；n管理层次减少，基层自主性加强。以“人”为中心的生产组织原则将遵循“尽可能适应人的心理需要”的观点：29第六节第六节 生产组织的变革生产组织的变革一、新的生产组织模式技 术技 术人员素质 生产组织人员素质 生产组织ABCD1234A B C D1 2 3 4监督者组织者每个工人独立完成一种任务一个小组共同完成一

19、组任务强调小组内部协调每个工人尽可能是多面手。强调工人服从领导每个工人只熟悉一种技能。传统的生产组织模式传统的生产组织模式 新的集成概念和生产组织模式新的集成概念和生产组织模式30第六节第六节 生产组织的变革生产组织的变革二、“社会技术”系统n建立相对独立的生产组织单位，把一组任务（任务块）交给一个相对独立的生产组织单元，在以模块方式相互连接的网络中整个建立生产过程的组织；n制造过程与生产组织统一，生产组织单元对产品的数量和质量全面负责；n生产单元中，各工序间的内部关系平等。这是互相理解和支持的决定性条件；n波动和干扰自动调节，这就意味着波动和干扰能够一开始出现就被调节平衡，因而也就不再以失控

20、的形式从一个生产组织单元转移到另一个单元中去；n单元负责人和所有成员之间的合作特别重要，他必须确保相对独立的生产组织单元的自我调节与外界联系，它不是监督者，而主要是组织者。31第六节第六节 生产组织的变革生产组织的变革三、工作设计和劳动制度n现代“社会技术”系统的设计原理还提出了正确的工作设计的问题。它强调在劳动中促进人类个性的发展，并通过外界的和内在的因素来激发工作人员劳动效率。外界因素外界因素：工资需求工作条件组织管理工作压力内在因素内在因素：社会责任感合作的要求学习可能性独立自主性工作效能工作效能外界激励内在激励图6-12 工作效能与内外激励的关系32第六节第六节 生产组织的变革生产组织

21、的变革n新、旧工作设计原则的主要区别是，从以技术为中心过渡到以人为中心。比较项目比较项目传统的工作设计传统的工作设计现代的工作设计现代的工作设计人的因素*以技术为中心*以人为中心工作内容*少而简单*尽可能分工*没有决策内容*责任较小*一专多能*工作轮换*有决策内容*责任较大培训内容*单一的生产技能*综合的生产技术*生产组织管理*社会学基本知识工作制度*八小时工作制*有限弹性工作制人机工程*人附属于设备*设备从属于人劳动安全*以防护为主*消除危险源工作设计原则的变化工作设计原则的变化33第六节第六节 生产组织的变革生产组织的变革四、新的生产组织结构 厂部生产指令 车间主任车间技术组计划组 调度组

22、 生产计划科 设计科 工艺科工具室传统车间的班组组织形式普通加工设备人工计划人工调度厂部生产指令独立制造岛以成组技术为基础小组工作方式计算机网络支持相对封闭独立自主数控与普通机床并存技术科工厂网络和数据库独立制造岛与传统车间组织形式的比较传统车间独立制造岛34第七节第七节 独立制造岛的信息流独立制造岛的信息流一、独立制造岛的信息流n计算机辅助工艺设计系统：零件描述、工艺生成、数控编程和夹具设计；n数控程序管理系统：包括程序管理和DNC功能模块；n计算机辅助作业计划及调度系统：包括计划输入、负荷平衡、作业排序、作业计划编制、作业调度、工票处理、工况统计及打印输出等模块；n物料管理系统：包括工件、

23、工夹量具的数据输入、检索、修改和输出模块；n质量控制系统：对工件的检验结果进行统计分析，提供质量反馈信息。独立制造岛的五个子系统各子系统之间以及系统内部通过数据接口进行信息交换，以达到集成的目的，为此软件系统设有公共数据库（零件信息、工艺信息、资源信息和工况信息库）供各子系统共同使用。35第七节第七节 独立制造岛的信息流独立制造岛的信息流独立制造岛的信息流零件描述零零件件数数据据*零件图号*材 料*几何特征*尺寸公差 工工艺艺数数据据*工艺路线*机床选择*刀具选择*工艺参数*工时定额*数控程序零件图纸技术科数控程序NC机床夹具图纸外协工艺规程工作地工艺生成数控编程夹具设计打印输出技术准备阶段生

24、产指挥阶段零零件件数数据据*零件图号*材 料工工艺艺数数据据*工艺路线*机床选择*刀具选择*工时定额*数控程序资资源源数数据据*机 床*刀 具*夹 具*人 员*厂历班次工工况况数数据据*加工任务*作业分配*加工进度*外协情况*毛坯需求*完工情况*工况统计加工任务计划输入厂 部厂 部厂 部厂 部负荷计算负荷平衡表作业排序作业计划计划仿真工作地工作地工作地毛坯需求、外协计划任务分配、工厂清单打印输出加工工票工况处理生产调度质量控制统计分析在制品、废品工时、完工件机床负荷统计任务投放开始公公共共数数据据库库 程程序序模模块块 36总结总结n近年来，很多制造领域的新思想、新概念都与独立制造岛不谋而合，

25、在很多基本观点上日益趋近。n应该指出的是，独立制造岛并不是准柔性制造系统，更不是权宜之计，它是在更高层次上，从社会发展的角度，来探索如何使一个制造系统适应新技术的发展和信息时代的特点。n根据在有关企业中建立独立制造岛的经验，为了能够取得更大的经济效益，都应该正确处理好以下四个关系：信息流的自动化应优先于物料流的自动化，避免设备投资过大；生产组织和工作设计的变革应优先于技术改造，向“管理”要效益；人员素质的提高应优先于设备引进，才有可能充分发挥设备的效能；单项技术的工业成熟应用要先于系统的集成，实现集成非一日之功，应该从点到面，由底层向上进行。37思考题思考题 独立制造岛的基本概念是什么？独立制造岛有哪些主要特征？泰勒管理原则和以“人”为中心的生产组织原则的区别是什么？38