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浅谈敏捷制造技术

时间: 2019-11-25点击:333

1.引言

  制造业是一个国家国民经济的支柱。20世纪80年代以来,随着全球交通、通信技术的飞速发展,制造业竞争日趋激烈,新产品、新技术的出现和交替速度越来越快,用户在追求高质量的同时必然要求产生品种多、交货期短、价格合理、售后服务好、无环境污染。如何敏捷地利用高科技知识和技术快速开发新产品、重组资源组织生产、满足用户“个性化产品”的需要,就成为企业能否赢得竞争、不断发展的关键。在这样的背景下,20世纪90年代初 ,美国通用汽车公司(GM)和李海大学(Lehigh University)的艾柯卡(lacocca)研究所共同提出了一种全新的生产管理模式——敏捷制造,它综合了JIT、MRPII、及LP等先进的生产管理模式的优点,能系统全面的地满足高效、低成木、高质量、多品种、迅速及时、动态适应、极高柔性等现在看来难以由一个统一生产系统来实现的生产管理目标要求,因而敏捷制造将成为21世纪的生产和管理战略。

  2.敏捷制造的定义及内涵

  (1)敏捷制造的定义

  敏捷制造的基本定义为:以柔性生产技术和动态联盟结构为特点,以高素质、协同良好的工作人员为核心,实施企业间的网络集成,形成快速响应市场的社会化制造体系。

  (2)敏捷制造的内涵

  敏捷制造利用人工智能和信息技术,以先进的柔性制造技术为基础,通过企业内、外的多功能项目组,组建虚拟公司。这一多变的动态组织结构可以把全球范围内的各种资源,包括人的资源集成在一起,实现技术、管理和人的集成,和人的集成,从而能在整个产品的生命周期中最大限度满足用户需求,提高企业的竞争能力。敏捷制造的目标是快速响应市场的变化,在尽可能短的时间内向市场提供适销对路的环保型产品,换取长期的经济效益。为了适应变化的市场和取得竞争优势,企业不能仅仅依靠自身的有限资源,而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类企业,构成虚拟制造环境;在虚拟制造环境内动态选择成员,组成面向任务的虚拟公司,从而合理利用各企业的资源和技术进行快速生产。当出现某种机遇,若干核心的组织者联合迅速的参与者形成一个新型企业,市场消失后能迅速解散,参加新的重组。这样优化组织的企业以最快的速度从企业内部某些部门和企业外部不同公司中选出设计、制造该产品的优势部分,企业接受的新任务不再受人力、物力等资源的限制,企业之间的优势互补和动态联盟能大大节省资源,能以最低的材料和能源消耗,开发市场所需的绿色产品;同时获得市场信息的企业不必顾虑企业自身的业务能力,而可以借助于联盟以最快的速度满足市场需求;另外,在这种竞争-合作的前提下,怎样选择合作伙伴、采取何种合作方式、合作伙伴是否愿意共享数据和信急等问题都经过企业慎重考虑;同时在产品设计、选择加工手段和原料时,重视环境保护项目和约束;报废的产品和剩余的废料在企业重组的过程中提高了重新利用率。因此,敏捷制造是工程技术、管理技术等综合技术支持下的企业及企业间的动态集成,是计算机集成制造系统CIMS发展的延续。

  3.敏捷制造技术的特点

  (1)与其他先进制造模式的对比

  与其他先进制造模式(如准时生产、精益生产等)相比较,敏捷制造的主要特征为:

  ·以满足敏捷性用户需求,获得利润为目标。

  ·以竞争能力和信誉为依据,选择组成动态联盟的合作伙伴。敏捷制造系统促使企业采用较小规模的模块化生产设施,促使企业间的合作。每一个企业都将对新的生产能力作出部分贡献。在动态联盟中,竞争和合作是相辅相成的。

  ·基于合作间的相互信任、分工协作、共同目标来有力地增强整体实力。

  ·信息技术有力地支持敏捷制造,基于开放式计算机网络的信息集成框架是敏捷制造的重要内容。根据客户需要和社会经济效益组成了未来企业组织的最高形式——虚拟企业。参与虚拟企业的各个企业的组成和体系结构具有前所未有的柔性。

  ·把知识、技艺、信息投人最底层生产线。

  (2)与传统的大批量生产方式相比

  与传统的大批量生产方式相比,敏捷制造的主要特征为:

  ·全新的企业合作关系—虚拟企业或动态联盟。

  ·高度柔性的、模块化的、可伸缩的生产制造系统。这种柔性生产系统虽然规模不大,但生产成本与批量无关,在同一系统内可生产出的产品种类却是无限的。

  ·为订单而设计,为订单而制造的生产方式。

  ·大范围的通信基础结构。在信息交换及通信联系方面,在敏捷制造中具有一个能将正确的信息、在正确的时间送给正确的人的“准时信息系统”,作为灵活的管理系统的基础,通过信息高速公路与国际互联网络将全球范围内的企业相联通。

  ·柔性化、模块化的产品设计方法。

  ·“高质量”的产品。敏捷制造的质量观念已变成使整个产品生命周期内的用户满意,企业将把产品质量持续跟踪到产品报废为止。

  ·具有高素质的劳动者。在敏捷制造中,解决问题靠的是人,不是单纯的技术,敏捷制造系统的能力将不受限于设备,而只受限于劳动者的想象力、创造力及技能。

  ·基于信任的雇佣关系。雇主与雇员之间建立了一种新型的“社会合同”的关系,大家都能意识到为了长远利益而和睦相处。每个员工都具有一定的敏捷性,都愿意并善于与别人合作。

  ·基于任务的组织与管理。敏捷制造企业的基层单位是“多学科群体”的项目组,是以任务为中心的一种动态组合。敏捷制造强调权力分散,把职权下放到项目组,提倡一种“基于统观全局”的管理模式。要求各个项目组都能了解全局的远景,胸怀企业全局,明确工作的目标和任务的时间要求,而完成任务的中间过程则完全可以自主。为此,企业能够最大限度地调动、发挥人的作用,并使员工的素质及创新能力不断提高。

·对社会的正效应。敏捷制造不但关心企业本身的效益,而且非常关心社会间题,例如,环境污染,能源浪费及失业等。敏捷制造要全面消除企业生产给社会造成的负面影响,企业必须完全服务于社会。

  4.敏捷制造的关键技术

  在敏捷制造系统中,人、组织和技术是三个最基木的要素。敏捷制造模式的构筑和实施需要多种技术支持,制造模式要和先进技术相匹配才能充分发挥其优势。因此要解决关键问题首先要有关键技术作为基础,敏捷制造中主要有如下关键技术:

  (1)并行工程(CE)技术

  强调工作流程的并行进行,并非常见的串行反馈循环工作方式;强调团队工作精神,要求与工作项目有关的各方面专家共同协调,解决问题,求得各方面都满意的最佳方案。产品的设计过程、生产准备过程甚至加工过程可以同步进行,不仅可缩短新产品的开发周期,还可以及早发现并修改设计方案存在的问题,从而有效降低成本,提高产品质量。

  (2)虚拟制造(VM)技术

  基木思想是将制造企业的一切活动,如设计过程、加工过程、装配过程、生产管理、企业管理等建立与现实系统完全相同的计算机模型,然后利用该模型模拟运行整个企业的一切活动并进行参数的调整,在求得最佳运行参数后再进行实际制造活动,以确保整个运行都在最佳状态。与快速原型制造技术RPM相比较,虚拟制造对提高产品质量,降低产品成本,缩短设计制造周期,改进设计运行状态都起着十分重要的作用。

  (3)网络技术

  实现敏捷制造,企业需要有通信连通性,按照企业网——全国网——全球网的步骤实施企业的网络技术。利用企业网实现企业内部工作小组之间的交流和并行工作,利用全国网、全球网共享资源,实现异地设计和异地制造,及时地、最优地建立动态联。基于网络的企业资源计划管理系统和商品供应链系统也为敏捷制造的实施提供必需的信息。

  (4)模块化技术

  主要有组织机构的模块化、工艺系统的模块化、产品的模块化。组织机构的模块化通过多功能小组来实现。根据市场的需求的不同,企业能够动态的重构其组织结构,用多功能小组动态的、快速的重新组织设计队伍、生产队伍和管理机构,从而实现组织机构的敏捷化。工艺系统的模块化是利用模块化部件构造企业的工艺装备,可以根据生产需求的变化重新使用这些模块化部件,将生产系统升级或重新配置加工机器。预先对产品进行模块化设计,用户就可以根据自己的喜好提出诸如色彩、造型和功能等方面的要求,而制造企业可以选用合适的模块迅速地组装产品并交付用户。

  (5)系统集成技术

  信息及其交换的标准化和开放式体系结构是实现系统整体集成的关键。敏捷制造的系统集成所要面对的是连续变化的动态系统,在系统集成运行的条件下,保证系统各部分功能的独立性,旨在不影响系统其它部分运行的情况下,独立进行系统的改进和升级。

  (6)动态联盟

  它是面向产品经营过程的一种动态组织结构和企业群体集成方式。作为实现敏捷制造的重要组织手段,其实质是综合社会各方而的优势,实现企业间的动态集成。它使企业新产品开发能力大大提高,能充分发挥出企业不同部门的最佳水平,减少资源的浪费。

  (7)产品数据管PDM技术

  各种商业信急、制造信急、研究信息等要有相应的合适的数据库系统进行管理,使企业管理更完善、更符合全球化的发展和竞争机制。PDM是一种从数据库基础上发展起来的信息集成技术,能管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程。从广义上讲,它可以覆盖整个企业从产品的市场需求、研究与开发、产品设计、工程制造、销售、服务与维护等各个领域、全生命周期中的产品信息。

  5.敏捷制造发展趋势

  (1)开发并完善敏捷制造参考模型

  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。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,而又对企业的竞争能力有重要意义的问题。

  (2)进一步开发支持实施敏捷制造的各种技术和工具

  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开发工作,以便能包含更丰富的信急和形成史成熟的标准。美国的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。

  (3)敏捷制造实际应用的探索

  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的差距,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于探索和改进。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,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。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的发展,以便更好地应用于中小企业。

  6.结语

  敏捷制造是制造领域全新的技术和方法,从它的发展与应用情况来看,它是工业企业适应经济全球化、先进制造技术及其相关技术发展的必然产物,已有非常深厚的实践基础和基本雏形。敏捷制造的基本思想和方法可以应用于绝大多数类型的行业和企业,并以制造加工业最为典型。其实施和推进将与已有的并行工程、虚拟制造、甚至CIMS技术逐步融为一体,因而,其可行性是显而易见的。可以预见,随着敏捷制造的研究和实践的不断深人,其应用前景十分广阔。

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