21 世纪我国企业先进生产模式及其先进制造技术
摘要: 通过对时间、质量和成本三要素的分析,得出了21 世纪我国企业先进生产模式是敏捷制造,指出必须以CIMS 为基础,通过信息集成、过程集成和企业集成使企业敏捷性不断加强,并阐述了数据交换标准、产品数据管理、并行工程、虚拟制造和柔性制造系统是实现敏捷企业的先进制造技术。1 引言
随着经济全球化和我国加入WTO ,21 世纪的企业面临着一个更加激烈的全球市场竞争,竞争压力主要来自4 个方面: (1) 供货全球化方面的压力; (2) 顾客要求产品个性化和提供更加优质的服务带来的压力; (3) 社会环保意识的增强使企业在绿色制造方面必须更多投入; (4) 技术进步带来的产品生命周期中开发时间的加长和上市时间的缩短,如图1 所示。
为了迎接这种竞争,企业的生产方式必须改变, 21 世纪的制造业将面临Mass Customerization(大规模定制生产) 的生产方式,也就是要求企业以批量生产的时间和成本去生产出具有个性化(客户化) 的产品。图2 显示了企业生产方式的演变过程。
图1 产品开发周期和产品平均生命周期的关系 Fig. 1 The relation of product development cycle and cwerage life
1. 产品平均周期PL 2. 平均开发时间PΣ 图2 生产方式的演变历程 Fig. 2 Developing progress of product way 1. 单件生产、作坊制造 2.大批量生产机械化制造 3.多品种小批量、柔性制造(FMS) 4. 敏捷制造 2 21 世纪市场竞争的三要素 21 世纪市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。面对激烈的全球市场竞争,体现企业竞争能力的是具有全新概念的时间、质量和成本。
(1) 时间 主要指新产品上市的时间要快,新产品占领市场的时间要长。
(2) 质量 面向21 世纪的具有竞争力的质量概念是指产品全生命周期的质量,它包括2 个方面的内容:产品的设计制造质量和产品售后服务质量。企业要特别重视减少在产品开发阶段造成的差错, 从一开始就要重视质量问题。
(3) 成本 面向21 世纪具有竞争力的成本指产品生命周期内的全成本概念,即市场决定产品的价格,而价格决定于顾客愿意付出多少。这里成本包含产品设计制造成本、用户购买产品以后的运行成本、维护成本以及报废后的处理成本。产品成本的 75 %是由概念设计和分析设计阶段决定的,要一切从用户立场出发去考虑产品的成本问题。
3 21 世纪我国企业先进生产模式为了使企业在竞争中赢得胜利,核心是一切以满足顾客需求为出发点,在竞争中找准市场,为此必须寻找一条途径来实现缩短产品的上市时间、改进产品的质量、降低产品的成本(见图3) ,而这种途径的实现办法就是实现企业的敏捷化。敏捷化是指企业适应环境变化的自身调整能力, 因此,21 世纪的我国企业应该是敏捷化的企业,21 世纪我国企业的生产模式将是敏捷制造的生产模式。敏捷化企业是指能够迅速实现自我调整以适应不断变化的竞争环境的企业,它具有2 个重要的内部特征,即先进的企业文化及职业教育体系和高效的计算机信息支撑体系,其显著的外部特点是实现可插拔。敏捷制造的生产模式最基本的特征是多个敏捷化企业为响应市场出现的新机遇而组成一个虚拟组织(VE) , 相互合作,共担风险,共享利益,其内涵是分布式网络化制 造或全球化制造。
图3 时间、质量和成本耦合体
Fig. 3 The coupling body of time quality and cost
4 相关的先进制造技术
要实施企业的敏捷化,应以CIMS 为基础,通过企业建模和异构信息集成(网络、数据库、CAD接口) 实现信息集成(如实施PDM) ; 通过开发过程重构、组织结构重构、人员重构和企业文化重构(如实施并行工程CE) 以实现过程集成;通过虚拟制造(VM) 、柔性制造(FMS) 以实现企业的高度集成和柔性化 (见图4) 。其相关先进制造技术:
图4 敏捷制造与其他先进制造技术的关系 Fig. 4 The relation between agile manufacturing and other advanced manufacturing technology (1) 数据交换标准(DES) 标准化是制造企业进入敏捷制造下动态联盟的基础,要实现企业敏捷化,必须发展数据交换标准。如产品数据交换标准STEP , 超文本数据交换标准 SGML 及采用EDI 规范,其中最重要的STEP 作为一个国际标准,为产品全生命周期各阶段的产品信息建模与交换提供了基础。STEP 定义的信息模型定义了不同的应用程序如何使用信息,将STEP定义的产品数据用数据库进行管理,使敏捷企业之间、敏捷企业各工作小组之间通过网络共享产品数据成为可能。
(2) 产品数据管理(PDM) 技术 PDM是一种从数据库基础上发展起来的信息集成技术,用于管理与产品相关的所有信息和过程, 使产品在其全生命周期内保持一致、最新、共享及安全,确保在正确的时间将正确的信息以正确的方式传递给正确的人,它主要体现了信息集成。PDM 在企业的信息集成过程起到一个集成框架的作用。各种应用程序诸如CAD/ CAPP/ CAM/ CAE、EDA、OA、 MRP 等,都通过各种方式,如应用接口、开发(封装) 等,直接作为一个个“对象”被集成进来,使得分布在企业各个地方、各个应用中使用的所有产品数据得以高度集成、协调、共享,所有产品研发过程得以高度优化或重组。
(3) 并行工程(CE) 技术并行工程是指集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程及其支持过程) 的一种系统化工作模式。这种模式力图使开发者从产品全生命周期出发,在产品设计阶段就尽可能同时考虑产品生命周期的所有影响, 全面考虑市场要求、产品开发、产品使用和服务、产品维修和报废的全过程。在信息集成的基础上,通过生命周期的“小循环”方式来避免传统串行设计“大循环”的弊端,从而缩短产品的开发周期,提高了设计的一次成功率。并行工程的实施主要体现了过程集成。
并行工程的特点是: ①在产品设计及相关过程上,由传统的串行方法变为并行方法; ②在工作方式上,由传统的个人或部门的工作变为多学科人员组成的协同工作(Team Work) ; ③在企业的组织管理上,由传统的面向功能的递阶组织结构变为面向产品的扁平化网络结构。
实施并行工程所需的基础技术:产品设计开发过程的重构与建模,把原来的串行工作模式变成并行作业过程;组成支持并行作业的多学科协同工作小组, 以及计算机网络支持下的电子协作平台 ―CSCW(Computer Supported Cooperative Work) 和 PDM,它可以提供一个支持异地协同工作(如设计/ 制造) 的平台(环境) ,进而支持异地的互操作;并行工程的工具: 基于CAX(CAD、CAPP、CAM、CAE) 的面向装配的设计(DFA) 和面向制造的设计(DFM) 等。
(4) 虚拟制造(VM) 技术
在Lawrence Associate 的Virtual Manufacturing Vser Workshop 报告中,VM被定义为:它是一个集成的、综合的、可运行的制造环境,用来提高各个层次的决策和控制。VM可以看作是CAD/ CAM/ CAE集成化发展的最高层次,它是一种仿真与评估技术。它强调在实际投入原材料于产品实现过程前,完成产品设计与制造过程的相关分析,以保证制造实施的可行性;是主要基于产品模型、仿真分析技术、可视化技术以及虚拟现实技术的,在计算机内完成包括加工、装配等制造活动的制造技术。它是以计算机支持的仿真技术为前提,对设计、制造等生产过程进行统一建模,在产品设计阶段,实时地、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响,从而更有效、更经济地、柔性地组织生产,以达到产品的开发周期和成本的最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最高化。
(5) 柔性制造系统(FMS)
FMS 是指通过开发多用途、可组合的加工模块, 并使用计算机技术将物流和信息流有机地结合起来,从而实现加工系统从“刚性化”向高度“柔性化” 过渡。即通过柔性化的加工、运输和仓储,高效率地制造多品种小批量的产品,并能在同一时间用于不同的生产任务。FMS 主要体现了制造系统的柔性观点。
标准化是企业进入敏捷企业的前提;PDM 代表的信息集成为整个制造系统提供了一致的、完备的数据源,是实现过程集成和虚拟制造的先决条件; CE 是在信息集成基础上实现过程重构、集成和优化;VM为PDM和CE 提供了检验与评估的手段,是正确实施真实制造活动的保证,是缩短生产周期,体现敏捷性的重要环节;FMS 使敏捷企业硬件设备的集成变得更加容易,使企业的制造能力大大提高,是柔性观点的重要体现;信息集成和过程集成的结合使各成员企业间的企业集成最终成为可能。
5 结语
当前,世界各国的企业正从资源经济向知识经济过渡。信息技术与制造技术的融合,将成为企业技术创新的主导。作为发展中的我国企业,一方面,要努力跟踪高新技术的前沿;另一方面,要从系统的观点出发,用精良的思考方法,从众多的创新技术中去抽取适合我国国情的制造方法和生产模式。从以技术为中心的创新转变为以人为中心并以人的智力为基础的创新, 协调和优化技术、组织和人三者的关系,是我国企业发展的关键所在。
页:
[1]