第一篇：DIPS系統：豐田白領如何流水線作業

DIPS系統：豐田白領如何流水線作業 正如泰羅自己所言，科學管理是一種理念，那么，這種理念在知識型企業也必有適合自己的新方法、新面貌。豐田針對白領管理的DIPS系統，就是一套讓科學管理在辦公室生根的方法體系。

DIPS系統：豐田白領如何“流水線”作業？

誰說泰羅制過時了？

泰羅制的功績之一，是最大程度彌合了員工里“能人”和“凡人”的差別，通過標準化、流水線生產，奇跡般地出現了整體大于個體之和的效果！

目前，豐田TPS(精益)生產體系可以算是世界上首屈一指的泰羅制應用。基于生產體系帶來的管理優勢，豐田在即便陷入虧損之時，仍有底氣與美國同行拉開差距(相關報道，參見本期“管理全球行”)。

然而，古典泰羅制是針對工業企業流水線生產而提出的。在現在知識型企業占主導的時期，泰羅制科學管理體系遭遇到了最大挑戰，在知識型員工占主導的企業里，泰羅的思想已經被人拋棄甚至淡忘。

然而，泰羅制所強調的分工、標準化、流水線生產，在知識型企業里果真沒有用武之地嗎？

同樣是豐田，在針對生產線管理的精益生產之外，正并行一套針對白領的管理體系——DIPS系統。這是日本LCA株式會社專為豐田開發，用以提升辦公室效率的管理體系。其精神與泰羅制的科學管理如出一轍，但管理目標直指白領“工人”。

為了深入了解這套系統，《中外管理》專訪了在日本首屈一指的管理咨詢師久保裕滋先生。他擔任日本LCA株式會社總裁多年，目前任Global Brains Japan株式會社法定代表總經理，與子公司北京如水慧管理咨詢公司，在中國共同推廣DIPS系統。

正如泰羅自己所言，科學管理是一種理念，那么，這種理念在知識型企業也必有適合自己的新方法、新體系。豐田針對白領管理的DIPS系統，到底如何操作？

變“散兵”為“整體”

久保先生對《中外管理》特別強調：“白領的生產方式與工業生產不同的地方，在于白領生產過程很難通過肉眼看到，很難視覺化。”

如果白領對自己的工作進行分解，排出優先順序——即設計出最合理的流程，同時通過合適的形式視覺化，那么在“看得到”的前提下，就可以像提高工廠效率的泰羅制一樣，實現白領階層由“散兵”作戰變為“整體”作戰。

這就是DIPS系統的核心思想。

“DIPS系統用一句話簡單來講，就是如何實現細致化管理。它不僅增強員工和領導個人的自我管理能力，而且著眼于提高組織能力。”久保先生如是說。

與中國企業管理層交流中，久保先生注意到一個管理常見病：“雖然領導把目標設定了，但是部下不知道怎么做，有計劃沒有結果的現象在中國企業十分普遍。”

而DIPS，就是一套白領員工針對大目標給自己分解小目標，而且通過可視化操作，讓企業所有人的月、周、日工作計劃更好地銜接，從而創造更好管理環境的系統方法。

另外，久保先生強調：“聽起來，DIPS系統所推崇的標準化管理，與白領的創造性工作似乎有矛盾。但DIPS方法并不妨礙創造性的工作，只是讓知識型工作者提高效率。而且，要知道從事創造性工作的白領，其實大多數時間是被電話、郵件、會議、準備工作等等雜務所包圍，如何增加創造性工作的時間，也正是DIPS所長。”

讓辦公室效能提升六倍！

那么DIPS系統是怎樣提高白領工作效率的？

LCA曾成立了一個10人組成、幫助客戶進行市場調查的部門。本來部門內每人每月處

理20件業務就頗不輕松，但是一年后，這個部門業務已經激增到10倍，每人每月需要處理200件業務！部門領導于是面對這樣的兩難困境：是采取人海戰術，把員工增加到100人？還是通過改變工作方式，提高效率？

結果，部門領導挖來了個負責提高效率的經理。經理從接到任務開始，就和部下一起奮斗。之后一年里，部門只增加了五人，而每月的“產能”卻終于突破了2000件！每人每月勞動效率提升了六倍多！周末加班反而減少。

這在勞動成本激增、白領薪酬占總成本比重很高的今天，對廣大企業是極具誘惑力的！那么，這樣大幅度的效率提高，有什么魔法在里面嗎？

DIPS系統首先改善的是這個部門的“工作接受方法”。

首先，接受工作時，要多問幾句，弄清對方的目的。一個想調查“卡拉OK市場未來走勢”的客戶，可能目的就是想做卡拉OK方面的投資，這樣就不必費盡周折地調查卡拉OK包房價格體系、裝修、銷售方式等情況了。而且同樣的項目，可能是因為客戶有一個1000平方米的空置商業房，這樣需要做的就應是“800至1000平方米場所利用”的調查報告。如此，將省去大量因為目的不清而造成的工作時間浪費。

其次，“工作接受方法”也包括與客戶反復溝通，爭取到方便自己提高效率的最佳期限。最后，也是最為重要的，接受工作的同時，要馬上進行“業務分解”，并把分解后的事項，排到工作日程表里。可以說，同樣拜托給人事情，他是馬上就點頭同意，還是查一查自己工作日程表才同意，兩個方式往往意味著工作接受水平的本質差別！

前述調查部門的員工就是首先從“工作接受方法”上，提高了工作效率。

“接受工作”的同時，還要進行關鍵的“業務分解”，根據DIPS系統，對一件業務進行分解有六個視角，即“HENIRO”。從以下六個角度進行分解之后，就可以把分解后要依次做的事情，填入工作表。

● H: 聽取(hear)，是否需要聽取別人的意見

● E：調查(examine)，是否需要做調查、研究工作

● N：交涉(negotiate)，是否有需要事先與他人交涉的事項

● I：告知(inform)，是否有需要事先對他人告知的事項

● R：拜托(request)，是否有需要事先請求他人做的事項

● O：操作(operate)，有哪些需要自己操作的事項

“業務分解”與泰羅制對藍領工人進行流程分解的思路如出一轍，不僅便于白領個人的工作開展，而且是對企業整體項目進行“流水化生產”的關鍵一步！

DIPS“總動員”

中國社會雖然普遍強調集體主義，但久保先生認為：中國企業對結果看得非常重，只要結果好了怎么做都可以，反而出現了個人主義比較強的傾向。

而DIPS系統通過筆記本、計劃表等各種各樣的工具，實現企業對過程的控制，通過對工作細節標準化和視覺化的處理，提高白領之間的配合程度。

除此之外，DIPS系統還包括填寫工作日程表(也可以理解成工作的“流程”)的“5P定理”，以及安排工作時間的“最多2小時法則”、“30分鐘保衛戰”等技術。

對于DIPS在中國的推廣，久保先生提出了一個值得所有致力于白領工作標準化企業注意的問題，就是：“很多領導認為DIPS系統不錯，于是安排員工去實施——可問題是，他自己并沒有首先做到。”而恰恰是需要領導首先理解、實踐DIPS系統，才能與下屬一起“總動員”，自上而下地實現知識型企業的標準化管理。

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第二篇：豐田生產系統

豐田生產體系（TPS）

1）簡介

豐田式生產管理(Toyota Management)，又稱豐田生產體系（Toyota Production System，TPS），其萌芽出自豐田佐吉和豐田喜一郎,最終集大成于豐田副社長大野耐一,是豐田公司的一種獨具特色的現代化生產方式。隨著時代的發展，形成了包括經營理念、生產組織、物流控制、質量管理、成本控制、庫存管理、現場管理和現場改善等在內的較為完整的生產管理技術與方法體系。

豐田式生產管理哲理的理論框架包含“一個目標”、“兩大支柱”和“一大基礎”。

“一個目標”是低成本、高效率、高質量地進行生產，最大限度地使顧客滿意。

“兩大支柱”是準時化與人員自覺化。

準時化(JIT-Just in time)生產。即以市場為龍頭在合適的時間、生產合適的數量和高質量的產品，JIT需要以拉動生產為基礎，以平準化(Leveling System)為條件。所謂拉動生產是以看板管理為手段，采用“取料制”即后道工序根據“市場”需要進行生產，對本工序在制品短缺的量從前道工序取相同的在制品量，從而形成全過程的拉動控制系統，絕不多生產一件產品。平準化是指工件的被拉動到生產系統之前要進行人為的按照加工時間、數量、品種進行合理的搭配和排序，使拉動到生產系統中的工件流具有加工工時上的平穩性，保證均衡生產，同時在品種和數量上實現混流加式運動，起到對市場多品種、小批量需要的快速反應和滿足功能。

人員自主化是人員與機械設備的有機配合行為。生產線上產生質量、數量、品種上的問題機械設備自動停機，并有指示顯示，而任何人發現故障問題都有權立即停止生產線，主動排除故障，解決問題。同時將質量管理溶入生產過程，變為每一個員工的自主行為，將一切工作變為有效勞動。

“一大基礎”是指改善(Improvement)。改善是豐田式生產管理的基礎。這里的改善是指這樣的含義： ①從局部到整體永遠存在著改進與提高的余地。在工作、操作方法、質量、生產結構和管理方式上要不斷地改進與提高。

②消除一切浪費。豐田式生產管理哲理認為不能提高附加價值的一切工作(包括生產過剩、庫存、等待、搬運、加工中的某些活動，多余的動作，不良品的返工等)都浪費。這些浪費必須經過全員努力不斷消除。

③連續改善(Continuous Improvement)是當今國際上流行的管理思想。它是指以消除浪費和改進提高的思想為依托，對生產與管理中的問題，采用由易到難的原則，不斷地改善、鞏固，改善、提高的方法，經過不懈的努力，以求長期的積累，獲得顯著效果。

2）特點

（1）采取準時制的管理，以保證戴明質量控制原理的落實和消除一切過程浪費（損耗）。

（2）進行多品種混流生產。（3）把工人培養成多面手。

（4）采取小組工作組織與并行工程方式。（5）要求供應商實施準時供應，極大地壓縮庫存。

（6）利用kanban指令系統實現“信息流相對于物料流逆向運動”的拉式生產管理方式。這種準時/JIT管理的基本特征是：

（7）實現準時生產。執行在必要的時間（不遲也不早）、生產必要的品種與數量（不多也不少）之生產計劃管理產品的生產，其生產管理的指令系統就是Kanban系統。

（8）實施拉式生產方式。按照訂單或顧客的需求，利用kanban指令系統使生產指令信息從生產線的最終工序（或作業）逆著物流流動的方向向前一道工序傳遞。

（9）連續優化生產流程，通過培養多面手員工由生產作業者完成質量檢測，保證及時發現質量缺陷，不斷改進流程與作業，消除生產過程中一切不能附加價值的活動。

（10）實現公示管理。

（11）按照顧客價值對供應商進行管理，以“零庫存”為奮斗目標實現準時供貨，努力降低公司的庫存。

（12）實施人與技術結合的自治管理，發揮小組的集體作用。

3）應用范圍

豐田生產系統拓展后實用管理范圍很廣：船舶制造業，汽車及其零件的制造等，工業管理，環境保護，酒店管理等，跨各大行業。但由于針對性較強，制造業用得最多，尤其是汽車行業。

4）發展現狀

“豐田生產系統”在中國“水土不服”。

“豐田生產系統”是一種“窮人管理學”，是在貧瘠、惡劣環境中長出的管理之花。這正是它長盛不衰、生機勃勃的原因所在。這種管理方法的前提在于企業將自身定位為“窮人”，企業管理者要成為“做無米（或少米）之炊”的“巧媳婦”。它通過“與人相關”的“活”的“隱性知識”的管理方法、思路（通稱為“軟性因素”），來提高效率，提升整體而非局部成本競爭優勢。

我國的企業（尤其是民營企業）大都成長于改革開放的特殊時期市場機會爆發性涌現，企業盈利及擴張呈短期突變狀態；土地、勞動供給充分、獲取較易；生產要素價格低廉，可以從中獲得非均衡價格帶來的利益；“資本”相對于“勞動”處于強勢地位（我國少數企業兼并外國企業，常常掉入所謂的“工會陷阱”）；當有成本壓力時，可以采取“外部式”的解決方法——減少人手，壓低工資，擠壓上下游甚至犧牲品質。也就是說，企業的“米”較多，且來的快；或還能從別人身上擠出“米”來，企業管理者也就缺了“窮人”的感覺和做“巧媳婦”的動力。這或許是我國企業學習“豐田生產方式”的最大障礙。換言之，對一些中國企業來說，可能還未到向管理要效益的階段。從長遠看，隨著外部環境的變化——生產要素價格上升、人民幣升值加快，“窮人管理學”有可能逐漸進入中國企業，并在異鄉的土壤中“創造性地轉化”。

從文化傳統看，日本是個資源匱乏的小國，國民的節約意識極強。而我國一直有泱泱大國、地大物博的歷史文化理念。加上權力文化的影響，鋪張、講排場、追求宏大氣派，是中國人國民性中的組成部分。某些企業管理者可能個人在其人生的某個階段有過刻骨銘心的貧困經歷，但運作起企業來，一旦擁有了一定的資源、具備了一定的條件，不僅沒有“窮人管理學”的意味，反而頗具“富人管理學”的色彩：對資源往往不夠珍惜；有時資源投放在不產生效益的地方；有的企業囤積了大量的土地資源，盡管土地便宜，但若超過需要或利用率較低，成本則會比擁有同樣土地價格條件的競爭對手更高（當然，以“制造”為名，“圈地”以圖他用，是另外一個范疇的問題）。

5）發展趨勢

隨著資源的減少，這種“窮人”的管理方式將會得到很好的利用，再有，通過豐田生產系統演化而來的管理方式越來越多，各大行業都將能夠從中吸取合適自己的方法技巧。

第三篇：分裝流水線結構設計和作業研究

分裝流水線結構設計和作業研究

案例介紹

一家以生產通信整機設備為主要業務的企業。近年來，為了適應快速發展的市場需求，十分重視新產品的開發，生產迅猛發展，生產的程控交換機及配套設備銷往全國各地，市場需求量不斷加大。但是，目前該公司的生產車間只具備年產10萬門左右的生產能力，而且由于生產技術落后，生產設備和工藝裝備陳舊，再加上以經驗管理為主的落后管理手段，嚴重影響了生產效率的提高。其中，裝配過程的勞動量占整機勞動量的80%，裝配環節是關系到該企業產量和生產效率能否提高的關鍵環節。因此，要想提高市場占有率，就必須對裝配工藝進行技術改造，提高商品的有機構成，并采用新工藝和新技術來實現擴大再生產，提高生產專業化和自動化程度，提高產品質量和勞動生產率，以適應現代生產經營管理的要求。裝配過程實施流水線作業后，生產效率可提高2～3倍，使裝配過程由經驗管理向科學管理邁進了一大步。

案例目的1、掌握流水線生產的特征、優點、形式和組織生產條件。

2、掌握流水線生產主要參數的計算方法和實際意義。

3、體會實際組織流水線的流程和思路。

案例問題

1、分析流水線的優缺點及改善處理建議。

2、結合案例背景，談談流水線的結構設計方案。

3、結合案例，進行流水線作業的具體分析。

4、結合案例，對該流水線的生產效益進行評價和分析。

案例分析

1、流水線的優缺點比較分析和改善處理

（1）流水線生產的優點表現在：根據裝配規程制定的流水線作業產量易于與計劃一致；可以控制線體流動節奏，提高裝配速度，縮短生產周期；各工序沒有閑滯現象。在制品減少。貨架和資產運轉率提高；制造路線簡單，生產工藝規程明確，易于管理；作業中搬運量的比例減少，生產效率提高；有利于保證產品質量；能充分發揮生產能力；能最大限度減少計數次數；能提高有關部門的管理水平。

（2）流水線生產的缺點有：若某工序發生故障，將導致后面的所有工序停工；因工序間的工作量不平衡而產生較大的平衡損耗；若作業中不穩定因素多，則流水工藝編制困難；計劃與實施方面缺乏彈性，作業編制水平愈高，增強設備和人能力的彈性就愈低。

可以通過以下措施減少流水線生產帶來的問題：定期檢修線體；設置備員；設計線體時應考慮盡量減小作業者動作幅度范圍，以減輕疲勞；工藝編制人員經常深入車間，及時調整和平衡工序間的工作量；在擬定生產綱領時，盡可能考慮長遠發展規劃，設備的潛能要適應生產發展的需要。

2、流水作業是按產品加工工藝的先后順序排列工作，使加工對象依照一定的速度和順序連續不斷地被加工，或由從事加工的作業人員按規定的加工順序和加工速度，在固定的加工對象上連續加工的一種先進的生產組織形式。根據該公司產品和流水作業的特點，裝配流水線總的方案設計。要實現生產過程流水作業，除產品品種少、數量多等前提條件外，生產場地、先進的工藝裝備和得以組成流水線的線體是不可缺少的條件。因此，能否成功地設計線體結構，直接關系到流水作業的效率和作業者潛能的發揮，能否最大限度地降低疲勞度，是生產效率能否提高的關鍵部分。

在分析了該公司實際生產狀況的基礎上，明確了所設計的流水線應具備以下工藝： ①根據分盤裝配的特性，在流程安排時采用區域工序流水設置，正面為元件，反面為焊點。因此需要一種專用夾具，該夾具能沿Z 軸和X 軸自由翻轉，并可在水平30°和50°處停止。②線體必須具備插接和焊接功能（即適應于波峰焊接前的人工插接）。③運行方式具有連續和脈動功能。④運行和停止時間可調。⑤具備排污功能。⑥具有風冷設施。⑦具有工藝圖紙貼板。⑧座椅能自由升降和360°旋轉。⑨具有防塵罩板、照明設施、料斗和工具柜。⑩配設半自動送錫焊輪。lv采用鏈傳動拖動工裝小車，環形傳動。總體設計時，根據流水作業的特點和流水線的工藝要求，在比較了幾種設計方案之后，決定采用環形帶夾具小車無裝置工作臺自動驅動流水線方案。該方案可解決常用的皮帶輸送流水線慣性移位、環形手推車配工作臺流水線手臂易疲勞的缺點，不僅適于動作均衡的脈動作業，也適于動作不均衡的連續作業。且夾具小車即是工作臺，避免了大幅度的手臂運動，大大減輕了手臂的疲勞程度。該方案具有明顯的優勢，克服了其他流水線方案的缺點。

根據實際生產情況，該流水線線體設計參數要求如下：

①線體總尺寸，長×寬×高為19m×1.3m×2 m。②工位設置34 個（根據生產綱領確定）。③工作臺尺寸，長×寬×高為1m×0.65m×0.75m。④高度調節范圍為±0.05 m。⑤運行速度為1～15m/s。⑥節拍時間為0.01～30s。⑦傳動方式為脈動、連續。根據工藝要求和設計參數的具體結構設計。該結構設計的主要特點為龍骨包邊形式，即支架

18、支架拉桿

22、機頭柜21和機尾柜2組成整個線體骨架；在支架上安裝面板

16、裝飾板15和底板24形成流水線主體結構；由頂棚撐桿4拉桿10和頂棚6組成線體頂棚結構，這種結構形式穩定性好，振動小，且外形美觀，制造簡單，安裝方便。設置有升降螺桿19和地腳20，可以自由

調整線體高度。流水線中采用了夾具小車，為了裝卸方便且能沿Z軸和X軸旋轉，裝持夾具與旋轉軸完成X方向旋轉，撐板以上部分通過軸承、碰珠與小車實現Z軸旋轉。為了使夾具能在純插件線上專用，在支撐上設有限位釘，以便需要時在水平30°或45°傾斜固定。流水線設計中的傳動系統，主要由電磁調速電機、電機鏈條和導軌等組成。如果用鏈傳動系，則鏈條太長，在工作時易在自重作用下下垂而無法正常工作，因此在傳送鏈設計中采用導軌導向，這樣鏈傳動才平衡可靠。

3、該公司流水線作業具體分析

線體工藝流程編制中的分盤加工工序分析（指用戶盤而言）要完成一塊完整的分盤，其工作包括元件準備，印制板準備，裝、焊元件和分測、終檢四部分。因此，根據工作的性質，把整個分盤的工藝總流程分為三部分，由三個班組完成。考慮到目前該企業的生產批量和各環節的牽制，在編制流水作業工序時，應遵循下列原則：

（1）產品的各道工序周期作業時間大致相等。

（2）各道工序在周期作業時間內所在的工作場地一致。

（3）各工位按工序配置相應工裝，并固定完成一定動作。加工對象按單向路線順次移動，作業人員固定，不作整體移動。

（4）各道工序按一定節拍進行生產，即按一定的時間間隔投入和產出產品。根據上述原則，按照定量定性規律，由焊點的數量作定量分析，由焊接裝配的難易程度作定性分析，按各工序周期均等原則，分設18 道工序。經實際運行后的實測曲線。計算流水作業工序編制效率：μ=Σti/（tp×N）=（Σti/N）/tp= ti/tp。式中，tp為節拍時間，N為總編制人員數，ti為工序的平均作業時間。可知，若要完成所有動作，節拍時間應定為7min，這樣平衡所耗費的時間是相當驚人的，其編制效率為：μ=60.837×18×100%=48.3%。而通常各企業允許的最低編制效率為75%，低于該值的流水線被認為是不經濟的，可見，按18人排工序是不適合的。若提高編制效率，以表1進行平衡（每日按7h工作計算）。

表1工序平衡表 調整工位/ 節拍時間總編制人

工位 /min 數/人

4.67 3.83 3.53 3.50 19 20 21 22 日產分盤量/盤 90 110 119 120 人均分盤量/盤 4.7 5.5 5.7 5.45 編制 效率/% 72.4 79.4 82 79

由表1可以看出，對于工位時間長的，采用加人平衡的方法對提高流水線編制效率有一定效果；但不是絕對的，當增至一定人數時其編制效率反而下降。例如，當人員增至21人時效率可達82%，雖已突破75%，但人均分盤量并不可觀，其主要原因是，各工位時間檔次高低相差過大，造成平衡損耗增大。為此，除對18個工位加人之外，同時對內部各工序重

新調整：工序2，3，4，5，14，15適當減少工作量；工序7，9，10，11，12，13適當增加上述轉移的工作量。經過人員工作量平衡后的各工序時間。其編制效率為μ=50.423×19×100%=88.5%，可見，經過人員、工作量平衡后，編制效率增大，設置19個工位比18個工位明顯占優勢。隨著人員的增加，總產量盡管可以提高，但人均日產量和編制效率均下降。因此，采用19個工位是合理且經濟的工藝編制。

4、從經濟角度來看，該流水線生產實際作業時間為t實=3min，則節拍時間t節=t實+ t裕=3.5min（這里t裕取0.5min），年產分盤量若按全年300d、每天7h計算，在僅開19個工位的情況下為7×60×300/3.5=36000塊用戶盤，相當于每年可生產500門程控交換機48387臺（每臺500臺程控交換機分盤372塊），而該企業原年生產能力在開一班且不加班的情況下僅為1萬門程控交換機，具體比較如表2所示。

表2流水作業和批量作業的對比

作業形式

原批量作業

現流水作業 作業 人數 24 36 年產分盤日工作 量/塊 時間/h 7440 36000 8 7 年人均 盤量/塊 310 1000準備班17人 備注

通過綜合比較可以發現，開通流水線作業后，人均每年可多焊分盤1000-310=690塊，整個線體在開19工位的情況下，每年可多生產分盤690×36=24 840塊。若按目前廠外協價每塊加工費3元計算，每年僅此一項就可為廠里節資近7.5萬元；若流水線34工位全部開滿，僅開一班制，每年可為廠節資近15萬元。

本文有提供

第四篇：系統結構-流水線工作分析報告

《計算機系統結構課內實驗》

實驗報告

一、實驗目的及要求

1、加深對計算機流水線基本概念的理解；

2、理解MIPS結構如何用5段流水線來實現，理解各段的功能和基本 操作；

3、加深對數據沖突、結構沖突的理解，理解這兩類沖突對CPU性能的影響。

4、進一步理解解決數據沖突的方法，掌握如何 應用定向技術來減少數據沖突引起的停頓。加深對計算機流水線基本概念的理解；

二、實驗環境

采用指令級和流水線操作級模擬器WinDLX；

三、實驗內容

1、用WinDLX模擬器進行結構相關的分析

①生成匯編程序structure_d.s。用WinDLX模擬器運行該程序。②通過模擬，找出存在結構相關的指令對，以及導致結構相關的部件。③記錄由結構相關引起的暫停時鐘周期數，計算暫停時鐘周期數占總執行周期數的百分比。

2、用WinDLX模擬器進行數據相關分析

①添加data.s程序。

②通過Configuration菜單中的選項，設定在不采用定向技術的情況下，用WinDLX模擬器運行程序data_d.s。記錄數據相關引起的暫停時鐘周期數以及程序執行的總時鐘周期數，計算暫停時鐘周期數占總執行周期數的百分比。

③在采用定向技術的情況下，用WinDLX模擬器再次運行程序data_d.s。記錄數據相關引起的暫停時鐘周期數以及程序執行的總時鐘周期數，計算暫停時鐘周期數占總執行周期數的百分比。

3、用WinDLX模擬器分析指令調度

①生成schedule-before.s及schedule-after.s程序。

②通過Configuration菜單中的選項，將除法單元數設置為3，將

加法﹑乘法﹑除法的延遲設置為3個時鐘周期。③用WinDLX模擬器運行調度前的程序schedule-before.s。記錄

程序執行過程中各種相關發生的次數以及程序執行的總時鐘周 期數。

④用WinDLX模擬器運行調度后的程序schedule-after.s，記錄程序執行過程中各種相關發生的次數以及程序執行的總時鐘周期數。

4、綜合改進

在WinDLX上運行如下代碼序列包含各種類型的沖突： ① 在沒有任何其他定向（或旁路）硬件的支持下，假設采用排空流水線的策略處理分支指令，那么執行上述代碼需要多少個時鐘周期？

②假設該流水線有正常的定向路徑，且采用預測分支失敗的策略處理分支指令，那么執行上述代碼需要多少個時鐘周期？ ③假設該流水線有正常的定向路徑和一個單周期延遲分支，請對該循環中的指令進行調度，但是不能增加指令的條數。計算執行上述代碼所需要的時鐘周期數。

四、實驗步驟

1、用WinDLX模擬器進行結構相關的分析

①用WinDLX打開structure_d.s程序，單步執行，查看

Clock Cycle Diagram窗口；

②指令“ADDI

R2, R2, #8 ”和指令“LD

F0, 0(R2)”

R2, R2, #8”、“ADDI

R3，發生結構沖突；指令ADDI

R3, #8” 和“SUBI R5, R5, #1”這三條指令和“ADDD

F4, F0, F2”存在結構相關。

由圖3可知，程序總共執行了117個時鐘周期，所以暫停時鐘數占總執行周期的百分比為：20/117 = 17.09 %。

2、用WinDLX模擬器分析數據相關

①用WinDLX打開data_d.s程序，配置Configuration菜單中的選項，設定不采用定向技術。Statistics窗口內容如下：

在不采用定向技術的情況下，data_d.s程序總過執行了202個時鐘周期，其中由數據相關引起的暫停周期為104個，占總執行周期的51.48%。

②設定采用定向技術。記錄數據相關引起的暫停時鐘周期數以及程序執行的總時鐘周期數，Statistics窗口內容如下：

采用定向技術之后，data_d.s程序總過執行了128個時鐘周期，其中由數據相關引起的暫停周期為30個，占總執行周期的23.44%。

3、用WinDLX模擬器分析指令調度

①用WinDLX模擬器運行調度前的程序schedule-before.s，通過Configuration菜單中的選項，將除法單元數設置為3，將加法﹑乘法﹑除法的延遲設置為3個時鐘周期。記錄程序執行過程中各種相關發生的次數以及程序執行的總時鐘周期數。Statistics窗口內容如下：

程序執行的總時鐘周期數為31，總暫停周期數為16，其中寫后讀相關（RAW）暫停周期為9個，Trap 暫停周期為7個。②用WinDLX模擬器運行調度前的程序schedule_later.s。記錄程序執行過程中各種相關發生的次數以及程序執行的總時鐘周期數。Statistics窗口內容如下：

schedule_after.s 程序執行的總時鐘周期數為25，總暫停周期數為9，其中寫后讀相關（RAW）暫停周期為3個，Trap 暫停周期為6個。

4、綜合改進

①生成final_before.s：配置Configuration菜單中的選項，設定不采用定向技術。程序在一個循環周期內的流水線時空圖如下所示：

由圖中分支指令后的trap指令的執行可以看出，WinDLX對分支指令采用的是預測分支失敗的方法，即在分支指令取指后的下一個周期取下一條指令。當分支指令跳轉成功時，流水線就把在分支指令之后取出的所有指令轉化為空操作，并按分支目標地址重新取指令執行。可以看出，執行一個循環需要-15-（-30）=15個周期。在一個循環周期內，指令序列的流水線時空圖如下所示：

S代表R-Stall。與WinDLX中運行出的流水線時空圖不同之處在于，這里采用的是排空流水線處理分支指令，即在第15時鐘周期，當流水線在ID段檢測到分支指令“BNEZ R4, LOOP”后，就暫停執行其后的所有指令，直到分支指令到達MEM段，確定是否分支成功并計算出新的PC值為止。這里，因為分支成功，所以重新取指令“LW R1, 0(R2)”執行。由圖9可以看出，執行完一個循環需要的時鐘周期數為：18-1 =17.由于R3 =R2 + 396，因此共有396/4 = 99個循環。故執行完整個程序所需要的時鐘周期數為 17×98 + 18 = 1684。

②運行final_before.s，配置設定采用定向技術。程序在一個循環周期內的流水線時空圖如下所示：

由上述可知WinDLX對分支指令采用的是預測分支失敗的方法。且由圖10可以看出，在采用定向的條件下，執行一個循環需要-2-（-11）= 9個周期。

在一個循環周期內，指令序列的流水線時空圖如下所示：

與WinDLX中運行出的流水線時空圖不同之處在于，這里分支指令后沒有“TRAP #0”指令。因而在采用預測分支失敗的策略處理分支指令的情況下，流水線中繼續流水的是“LW R1, 0(R2)”指令。分支成功后重新取指令“LW R1, 0(R2)”執行。

由圖可知，執行完一個循環需要的時鐘周期數為：11-1 =10。

執行完整個程序所需要的時鐘周期數為 10×98 + 11 = 991。③對該循環中的指令進行調度，采用的調度方法為：將獨立執行的指令“ADDIR2, R2, #4”前移至“LW R1, 0(R2)”后；將分支指令前的一條指令“SW 0(R2), R1”修改為“SW-4(R2), R1”，后移至分支指令“BNEZ R4, LOOP”后作為延遲槽中的指令.將調度后的程序保存為final_after.s，設定為采用定向技術，運行該程序。在一個循環周期內，該指令序列的流水線時空圖如下所示：

由上圖可以看出，在采用預測分支失敗的策略處理分支指令時，分支指令“BNEZ R4, LOOP”跳轉成功后，停止了其后繼指令“SW-4(R2), R1”的執行，直接轉向分支目標指令“LW R1, 0(R2)”處執行。在這種情況下，執行一個循環需要-3-（-10）=7個時鐘周期。

在一個循環周期內，指令序列的流水線時空圖如下所示：

與WinDLX中運行出的流水線時空圖不同之處在于，這里是采用單周期延遲分支 的方法處理分支指令的，延遲槽中的指令為“SW-4(R2), R1”。雖然分支能夠成功，但

是仍然要把延遲槽指令順利執行完。

可知，執行完一個循環需要的時鐘周期數為：7-1 =6。

執行完整個程序所需要的時鐘周期數為 6×98 + 11 = 598。

五、實驗結果

1、由上述記錄可知，通過定向技術，減少了數據相關所引起的暫停周期的數量，縮短了程序的執行周期，整個性能是原來的1.58倍。

2、經調度之后，程序執行的總時鐘周期數從31減到了25，同時各種類型的暫停周期數也相應了減少了。通過編譯器重新組織代碼順序來實現“指令調度”，消除了一部分的暫停周期，使流水線性能得到了提高。

六、總結

解決結構相關通常需要采用流水線功能單元的方法或資源重復的方法。流水線功能單元的方法引入的暫停影響了流水線的性能，對流水線機器而言，如果要在每個時鐘周期內，能夠支持取指令操作和對數據的存儲訪問操作同時進行，而又不發生結構相關，那么存儲總線的帶寬必須要加倍。所以在解決該問題時要在性能和開銷兩方面進行權衡。

通過本次實驗，我對WinDLX的流水線運行分析，包括流水線單步執行、每個流水段功能、流水線建立與排空、定向技術等內容有了很好的掌握。

七、附錄（源程序清單）

1.structrue_d.s

LHI

R2,(A>>16)&0xFFFF

ADDUI

R2, R2, A&0xFFFF

LHI

R3,(B>>16)&0xFFFF

ADDUI

R3, R3, B&0xFFFF

ADDU

R4, R0, R3

loop:

LD

F0, 0(R2)

LD

F4, 0(R3)

ADDD

F0, F0, F4

ADDD

F2, F0, F2;<-A stall is found(an example of how to answer your questions)

ADDI

R2, R2, #8

ADDI

R3, R3, #8

SUB

R5, R4, R2

BNEZ

R5, loop

TRAP

#0

;;Exit <-this is a comment！

A:

.double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

B:

.double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

2.data_d.s

LHI

R2,(A>>16)& 0xFFFF

ADDUI R2, R2, A & 0xFFFF

LHI

R3,(B>>16)&0xFFFF

ADDUI R3, R3, B&0xFFFF

loop:

LW

R1, 0(R2)

ADD

R1, R1, R3

SW

0(R2), R1

LW

R5, 0(R1)

ADDI

R5, R5, #10

ADDI

R2, R2, #4

SUB

R4, R3, R2

BNEZ

R4, loop

TRAP

#0

A:.word 0, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36

B:.word 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0

3.schedule_before.s.data.global

ONE ONE:

.word 1.text.global main main: lf

f1,ONE

cvti2f f7,f1

;nop;

divf f1,f8,f7;move Y=(f8)into f1 divf f2,f9,f7;move Z=(f9)into f2 addf f3,f1,f2 divf f10,f3,f7;move f3 into X=(f10)divf f4,f11,f7;move B=(f11)into f4 divf f5,f12,f7;move C=(f12)into f5 multf f6,f4,f5 divf f13,f6,f7;move f6 into A=(f13)Finish:

trap 0 4.schedule_later.s.data

ONE:

main:

.global ONE.word 1.text.global main lf cvti2f nop divf divf divf divf addf f1,ONE;turn divf into a move f7,f1;by storing in f7 1 in

;floating-point format f1,f8,f7;move Y=(f8)into f1 f2,f9,f7;move Z=(f9)into f2 f4,f11,f7;move B=(f11)into f4 f5,f12,f7;move C=(f12)into f5 f3,f1,f2

Finish:

multf divf divf

trap f6,f4,f5 f10,f3,f7;move f3 into X=(f10)f13,f6,f7;move f6 into A=(f13)0 5.final_before.s

6.final_after.s

第五篇：柔性的豐田生產系統機制研究

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柔性的豐田生產系統機制研究

柔性的豐田生產系統機制研究

從系統論角度出發分析了豐田生產系統的輸入、輸出、要素及要素之間的聯系，并以動物為對照探討了豐田生產系統的柔性機制，指出了現代中國制造業企業生產系統存在的問題并對此進行了展望，以期能夠引起當今中國制造業改革的思考。

柔性 豐田生產系統 系統論

一、背景介紹豐田生產方式是在石油危機爆發之后才開始逐漸引起社會關注的。二戰后，日本的汽車工業普遍受到“多品種少批量”這個市場狀況制約，豐田生產系統在這種環境下應運而生，是在吸收了福特生產方式精華的同時，結合了自己本國及世界大環境的背景發展起來的，其能夠在經濟低速增長的形勢下具有很強的抗蕭條能力確實值得我們的思考。而從系統論的角度來分析豐田生產系統會使我們更加清晰的看到豐田體系內部運行的機理，也會給我們提供一個豐田生產系統有別于其他生產系統的新視角。

二、系統論一般系統論創始人貝塔朗菲定義：“系統是相互聯系相互作用的諸元素的綜合體”。而系統的一般定義是：系統由相互聯系、相互作用的若干要素構成的具有特定結構和功能的有機整體。在這個定義中包括了系統、要素、結構、功能四個概念，表明了要素與要素、要素與系統、系統與環境三方面的關系。系統論的核心思想是系統的整體觀念。任何系統都是一個有機的整體，它不是各個部分的機械組合或簡單相加，系統的整體功能是各要素在孤立狀態下所沒有的性質。

三、豐田生產系統的整體分析系統論著重于研究系統的輸入、輸出、要素及要素之間的關系。在此基礎上細致的研究豐田生產系統就會得出，豐田生產系統的輸入為：實施者的意愿和能力、對TPS的正確認識、對TPS的適當應用及合適的客觀環境。輸出為：生產效率的提高、生產成本的降低以及從而導致的利潤的增加。要素（或子系統）為：看板、準時化、自?化、均衡化、標準化、少人化、流水線、現

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場主義、質量管理、團隊協作、需求導向、信息系統、目視化管理、五個為什么、重視人的作用等。而要素與要素之間的關系是“改善”，因為改善活動貫穿于豐田生產方式的始終，正是由于改善的存在使得豐田生產系統內部各個要素在發揮各自效應的同時，能夠相互促進、相互融合，進而更好為豐田生產系統服務，使其的整體功能大于部分之和，即產生“1+1>2”的現象。系統論中的關系主要表現為要素與要素、要素與系統、系統與環境三方面的關系，而在豐田生產系統中我們著重研究的是其內部要素與要素之間的關系。例如，徹底的消除浪費降低成本是豐田生產系統的出發點，也是其最終的目標。而要實現這個結果就需要一個柔性的生產系統使能夠快速準確的適應環境的變化，滿足顧客的需求從而最大程度的降低浪費，于是準時化就用運而生。而看板作為支撐準時化實現的一個工具能夠更加促進準時化的完成。看板本身也需要一定的實施條件，比如均衡化和作業的標準化。眾所周知，準時化和自動化構成了豐田生產系統的兩大支柱，而帶有“イ”的“自?化”要求豐田生產系統要重視現場并注重人的作用。而全面質量管理、少人化、流水線等都是在以改善為大背景條件下相互作用，共同為促進豐田生產系統整體功能的實現發揮著自身不可或缺的作用的。

四、豐田生產系統的柔性機制

（一）自律神經――看板所具有的獨立的微調機能在動物體內有著與意識無關而發揮作用的自律神經，這種神經即使沒有大腦的指令也能無意識地進行調整，比如望梅止渴行為的產生。企業也應具有這樣的自律神經。大野耐一在創建豐田生產方式時，就在尋求一種使豐田企業具有一定自律神經的方法。為降低在制品庫存，創立了“準時化”思想，即只在必要時間生產必要數量的必要產品，利用看板拉動式生產，只向最后一道工序下達生產指令，這樣使生產現場的庫存自動調節到最低水平，極好地解決了在制品庫存問題。

（二）反射神經――員工對生產現場發生狀況的快速調整企業還必須具備反射神經，即信息不用一一傳到大腦，在反射神經中樞就可以折回來，在一瞬間就能應付所出現的情況，例如動物所具有的縮手反射。企業越大越要把反射神經設置好，對于計劃的微小變動，要做到無須大腦發令也能采取相應的行動。豐田企業通過運用

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“目視化管理”，并高效利用“準時化”和“自動化”這兩根支柱，能更好地鍛煉這種反射神經。“看板”、“多技能員工”、“團隊互助精神”、按需求量制定的“生產節拍”，都在一定范圍內自動地進行生產的微量調節。

（三）脊背的柔韌性――根據市場需求對生產計劃的及時調整計劃就如同人體的脊骨，越是結實的脊骨就能越好的彎曲，而這種彈性是非常重要的。生產計劃不僅指為滿足客戶要求的三要素“交期、品質、成本”而計劃，還指使企業獲得適當利益，而對生產的三要素“材料、人員、機器設備”的確切準備、分配及使用的計劃。豐田是從兩個方面（每月的適應、每日的適應）來適應市場需求多樣化的。通過每月和每日的適應使得準時生產僅能按銷售的數量生產，從而迅速的適應市場需求的變化。

五、中國制造業企業生產系統存在的問題及展望要想在激烈的市場競爭中獲勝，企業這一“動物系統”必須繼續大力強化、完善自身的生產機制，TPS曾使豐田企業在80年代以其快速靈活的反應、低成本、多品種占領全球市場，但其成功的應用還需很高的企業管理條件，企業這一“動物系統”的完善仍存在許多問題。在我國企業生產系統缺乏競爭力是一個很重要的問題，這其中除了由于系統機器設備相對落后，人員素質相對偏低等客觀因素外，主觀因素的作用也不可低估。有關生產系統和生產管理的問題一直被視為技術或管理戰術問題，而沒有被置于戰略的地位。在企業轉軌變型過程中，生產系統被放在從屬地位，企業只是想消除生產環節中的矛盾，而不寄希望于通過生產系統為競爭創造有利條件，致使生產系統難以發揮其應有的效用。如此的生產系統是難以適應當前復雜多變的競爭環境的，因此，對生產系統進行研究，并建立適合我國企業的生產系統評價體系已成為當務之急。

參考文獻：

[1]大野耐一.Toyota Production System豐田生產方式.中國鐵道出版社，2006.[2]顧培亮.系統分析與協調.天津大學出版社，1998.25-26.[3]

[美]杰弗里?萊克著.李芳齡譯.豐田汽車案例――精益制造的14

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項管理原則.中國財政經濟出版社，2004.[4]Monden Y.Toyota Production System，Industrial Engineering and Management press，1983.------------最新【精品】范文