产品设计与流程选择制造业

产品设计与流程选择制造业第1页/共123页ProductDesignandProcessSelection

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第五章

制造业的产品设计与流程选择第2页/共123页3管理主题在激烈竞争的环境下，大多数的企业都面临着产品生命周期越来越短的压力。为了能够在同行业中保持竞争力并能够占有市场份额。管理者们必须集中资源，不断地开发出新产品，快速而有效地导入市场。第3页/共123页4从高尔夫运动鞋等时尚品到电脑等高新技术产品，通常新产品都占企业销售额的大部分份额，因此，无法成功地使新产品打入市场最终会使企业失去市场份额。失去获利能力。第4页/共123页5§5.1新产品开发过程随着产品的生命周期越来越短，企业要想获得成功必须：(1)不断地推出新产品概念；(2)把这些新产品概念转化为顾客需要的可靠的功能设计；(3)保证这些功能设计的可生产性；(4)选择与顾客需求相匹配的流程。第5页/共123页6一、新产品串行开发模式

新产品开发（Newproductdevelopment，NPD）流程需要涉及多个职能部门的参与，营销部门、研发部门和运营部门都起着至关重要的作用。同时、财务、会计和信息系统部门等也对NPD流程起着重要的支持作用。第6页/共123页7图5.1

NPD流程中涉及的主要商业职能客户市场营销前期研究产品设计流程规划生产客户市场销售需求客户促销响应新产品产品规范生产订单产品技术概念概念营销与销售产品开发制造订单第7页/共123页8二、新产品并行开发模式为了缩短NPD流程的完成周期，现在都实行并行工作方式，如图5.2所示。图5.2

NPD的并行开发模式营销与销售产品开发客户市场制造第8页/共123页9这种实现各职能部门协调工作的开发模式被称为并行工程(Concurrentengineering，CE)，也称为并行设计(Concurrentdesign)或同步工程(Simultaneousengineering)。团队可以为CE计划提供了最基本的综合机制，它有三种常见的形式：计划管理团队、技术团队和若干个“设计——建造”团队。第9页/共123页10三、产品开发绩效的评价产品开发绩效的评价指标有如下几个方面：推出新产品的速度和频率、实际开发过程的效率、实际引入市场产品的质量（如表5.1所示）。综合起来说，时间、质量和生产率确定了开发水平，且与其他活动——销售、制造、广告、客户服务——共同决定了项目的市场影响和获利性。第10页/共123页11表5.1开发项目绩效评价绩效指标评价标准对竞争力的影响引入市场的时间引入新产品的频率；从最初概念到引入市场的时间；项目开发数量和完成数量；新产品的销售份额对顾客和竞争对手的响应；设计质量—贴近市场；项目频率—模型寿命开发效率每个项目的技术时间；每个项目的原材料和工具成本；实际与计划对比项目数量—产品系列新颖性与宽度；项目频率—开发的经济性质量结构—使用可靠性；设计—性能与顾客满意；产量—工厂与行业商誉—顾客忠诚度；对顾客的相对吸引力—市场份额；获利性—连续服务成本第11页/共123页12§5.2新产品的设计一、面向顾客的产品设计1、产品创意NPD流程开始于产品创意，新产品创意的来源有多种渠道。一种主要来源被称为市场拉动型；另一个主要来源被称为

技术推动型。第12页/共123页132、概念产品开发现在的企业已意识到有必要在NPD各方面都把顾客考虑进去，如设计、制造、产品和服务的交付，而过去并非如此。3、质量功能展开质量功能展开(Qualityfunctiondeployment，QFD)是一种将顾客需求转化为产品设计标准的相当规范、准确的方法。这种方法运用跨职能部门的团队方式来实行。第13页/共123页14顾客心声通常是指听取顾客对产品特性的反馈信息。顾客需求属性是指通过市场调查，找到顾客对产品的需求与偏好并加以分类。如汽车制造业欲改进车门的设计，通过顾客调查和访问，发现各类重要的有关车门的顾客需求属性是“汽车在坡道上也能打开门”和“从外面关门很方便”。第14页/共123页15顾客的需求信息可用特定的矩阵形式表示出来，此矩阵被称为质量屋(Houseofquality)矩阵（如图5.3所示）。通过构造—个质量屋矩阵，交叉职能的

QFD团队能够利用顾客反馈信息来进行工程、营销和设计的决策。质量屋矩阵使得团队把顾客需求属性信息转化为具体运营或技术设计的目标。第15页/共123页16

关车门所需能量门密封阻力水平路面刹车力开门所需能量声音传播窗户水阻力73325易关

停在坡道仍易关不漏雨无路面噪声权重1069623能量减至7.5ft/1b维持现在水平力降至顾客需求对顾客重要程度技术特征竞争性评价X=自己A(B)=竞争者A(B)(5分最优)保持打开状态*×不相关91b维持现在水平维持现在水平目标价值技术评价(5分制)12345能量减至7.5ft/1b54321×××××重要度

强=9中等=3小=1相关性强相关相关强不相关图5.3

汽车门改进的完整的质量屋矩阵×××××ABABABAB××××××BABABABABABA第16页/共123页17构造质量屋的第一步是列出顾客对产品的要求，并按照重要性将这些要求排序；第二步是请顾客将本公司的产品与竞争者的产品进行比较，最后确定开发产品的一系列与顾客的要求直接相关的技术特征。对这些特征的评价应该是符合或不符合顾客对产品的要求。第17页/共123页18二、面向可制造与可装配性设计把一个功能性的产品设计转化为可制造的产品，产品设计师们必须考虑许多方面。他们可以选择不同的方法和不同的材料。面向可制造与可装配性设计(DFMA)还要求把不可拆分的零部件数降到最低。第18页/共123页19最终设计阶段要拿出产品的全套工作图纸和说明书。在这一阶段，产品基本定型，紧接着就要开始进行工艺设计与流程选择。最终设计阶段还要拿出产品详细设计说明书。产品详细设计说明书是与产品生产相关决策的基础，如物料的采购，设备的选择、员工的分配以及生产设施的规模及其布置。第19页/共123页20流程选择则是指选择何种生产工序的战略决策。一、流程类型1、项目型(Projectprocess)项目型通常是指单件产品的生产组织过程，如电影的制作或摩天大楼的建造。项目型的优势是以其强大的柔性能充分满足顾客定制化的需求。§5.3流程选择第20页/共123页21项目型通常运用互联网解决问题的方式进行分析。项目型的可变成本相对而言非常高；反过来说，固定成本可以忽略甚至不存在。项目型需要技能熟练的员工，因为他们必须在最少的引导和监督下独立工作。此外，针对不同的定制化工作员工需要接受专门的培训。第21页/共123页222、离散加工型(Intermittentprocess)离散加工型还可以进一步细分为工艺专业化生产与批量生产。工艺专业化生产是指多品种小批量产品的生产组织过程。一幅画的限量仿制、音乐会的组织等都是工艺专业化生产方式的好例子。批量生产是指重复生产同一品种产品，通常批量比较大，其实质上是标准的工艺专业化生产。第22页/共123页233、流水线(Line-flowprocess)流水线也可以进一步细分为两种：装配线生产方式与流程式生产。装配线生产方式是指按照一定速率，零部件按装配顺序从一个工作地到另一个工作地进行装配生产。如录像机等电子产品、汽车、厨房用品等等。流程式生产是按照预先确定的步骤连续进行产品的生产。石油精炼与化工企业正是采用了流程式生产。第23页/共123页24二、产品——流程矩阵产品产出流程组织方式与产品结构性质之间的匹配关系通常用海斯(Hayes)和惠尔莱特(Wheelwright)提出的产品——流程矩阵(Product-processmatrix，PPM)来表示，如图5.4所示。第24页/共123页25图5.4

产品——流程矩阵电影制片厂商业印刷厂快餐店自动装配线I化生产批量生产装配线生产流程式生产产品结构；产品生命周期阶段低标准化；单件定制多品种；小批量主要产品品种少；中等批量高标准化；商品化产品；大批量高机会成本（高可变成本）高现金支付成本（高固定成本）IIIIIIIV石化企业项目型II工艺专业IIIIVV

流程类型（流程结构；周期）流程生命柔性高单件成本高柔性低单件成本低第25页/共123页26矩阵中的横坐标表示产品结构与产品生命周期。随着产品生命周期的演变，市场需求特性渐趋同一化，产品的产出量增加而产品结构(水平方向)变窄。纵坐标表示流程结构与流程生命周期。随着流程生命周期的发展，生产运营流程的规模效应与学习效应逐渐凸现，自动化程度很高的专用设备与标准物流(垂直方向)变得经济可行。第26页/共123页27由矩阵的右上角演变到左下角往往是企业匹配策略的“雷区”。处于右上角的企业对市场的变化反应很慢。因此，如果企业又想在需要高产量、低成本的行业中竞争，而运用的却是高可变成本、定制化的项目型组织方式，那么一定会使企业损失市场的机会成本相当高（因为在项目型组织方式下的高价会让顾客流失而另谋他所）。第27页/共123页28处于左下角的企业能够生产出比实际需求还要多的产品。然而企业的现金支付成本很高（因为固定成本过高，这与流程式生产需要投入大型的资本密集型设备密切相关）。如果把产品——流程矩阵拆分开来，如图5.5所示，就比较容易理解其逻辑原理。第28页/共123页29图5.5

产品与流程的生命周期产品销售量流程变化频率(工艺路线、技术、加工设备、工具等)产品变化频率(设计、材料、特征等)项目型加工型流水线产品生命周期离散创意期导入期流程类型成长期成熟期衰退期产品变化流程变化时间时间时间(a)(b)(c)第29页/共123页30图5.5(a)显示的是传统的产品生命周期曲线，从产品创意（产品概念的产生）期到产品衰退期。图5.5(b)显示的是产品生命周期的不同阶段的产品变化频率。从逻辑上说，大多数产品的变化产生于正式投产开始前的那段产品生命初期，也就是说项目型比较适合这一阶段。第30页/共123页31在正式投产初期，产出流程变化频繁，因为这一阶段需做出许多有关生产布局、设备和工具等方面的调整改进。进入成熟期后，即开始全面生产时，产品产出流程及产量都能保持稳定。但到了衰退期又要进行一些改动，主要是为了适应产量的减少而采用不同的设施设备。图5.5(c)所表示的是产出流程变化频率。第31页/共123页32三、盈亏平衡分析选择流程或设备的标准方法是盈亏平衡分析。一张盈亏平衡图实际上表示了基于不同生产或销售数量的收益与损失。流程与设备的选择当然要依赖于预测的需求量。当流程或设备占用了大量初始投资和固定成本，并且可变成本与生产产品数量比率合理时，采用这种方法最为适宜。第32页/共123页33例5.1

盈亏平衡分析假定一个制造商获得某一机加工零部件，有三种方案可以选择：以每件200美元的价格购买(包括材料)；在数控半自动车床上加工，每件75美元(包括材料)；在加工中心加工，每件15美元(包括材料)。若采用购买方式，固定资产损耗可以忽略不计；半自动车床价值8万美元；加工中心的成本为20万美元。第33页/共123页34每项选择的总成本为：购买成本＝200美元×需求量；数控车床加工成本＝80000美元＋75美元×需求量；加工中心加工成本=200000美元＋15美元×需求量。解：图5.6列示了每个工艺的盈亏平衡点。第34页/共123页35图5.6

替代流程盈亏平衡图5001000150020002500100200300

成本(千美元)产品数量300美元/件的收益的价格购入以200美元/件以15美元/件的成本在加工中心制造以75美元/件的成本在半自动机床上制造第35页/共123页36盈亏平衡点A的计算：

80000美元＋75美元×需求量＝200000美元＋15美元×需求量；需求量(点A)＝120000美元÷60美元/件＝2000件。盈亏平衡点B的计算：

200美元/件×需求量＝80000美元＋75美元/件×需求量；需求量(点B)＝80000美元÷125美元/件

＝640件。第36页/共123页37考虑收入因素，假定每件产品卖300美元，收益(或损失)是收入与替代流程成本间的差值。例如1000件时，最大收益是收入30

万美元(点C)和数控车床成本16万美元(点

D)间的差值。在这种需求量下，半自动化车床是收益最大的备选方案。按成本最小化或收益最大化原则选择，最优方案都是图线的最低部分：从原点至B，到A，再到图5.6的右侧的这条折线。第37页/共123页38§5.4制造流程设计一、常用的设计工具制造流程的设计是重点考虑原材料、零部件和半成品在工厂中移动的特定流程。流程计划中最常用的生产管理工具有装配图、装配程序图、加工路线单、装配流程图。第38页/共123页39装配图是一种简单的组成产品各个部分的零部件分解示意图；装配程序图利用装配图提供的信息确定装配零部件的方法和装配顺序，它也经常用于确定总的物流模式；加工路线单是用来详细描述某一零部件的作业和流程路线，传递加工零部件所需的设备、工具和完成作业的有关信息。第39页/共123页40装配流程图说明了当产品经过生产设备时所发生的变化。回顾第三章所讲过的流程图；分析生产运作的焦点应该是确认各种生产活动的最小化与最优化。例如，把运输和储存作为流程的一部分。通常而言，运输与延迟的次数和在制品存储越少，则流程越好。第40页/共123页41二、制造流程分析回顾第三章，我们引入一个工序通常包括：(1)一系列任务；(2)联接任务的物流和信息流；(3)物料、信息的存储。(1)任务：工序中的每项活动在一定程度上完成输入向期望输出的转换。第41页/共123页42(2)流：工序中的流由物流与信息流构成。

物流指产品从一项任务到下一项任务的转换。信息流帮助确定在前项工作中做了多少转换，和当前任务究竟还剩下什么需要完成。(3)存储：当既无任务正在执行，又无零部件转移时，零部件必须存储。等待下一任务处理的存储物品常称为在制品。第42页/共123页43流程分析包括调整生产能力和均衡流程中的不同环节，用现有资源实现产出最大化或成本最小化。第43页/共123页44例5.2制造流程分析假设一家公司为几家大型汽车厂提供部件。这种部件由15名工人在生产线上进行生产，他们每班工作8小时，生产线的速率为每小时150件。以团体计件制支付工人工资，每件合格的零部件报酬是30美分。工人均分报酬。管理者若认为有必要，要再雇佣15名工人，增加第二个班次。第44页/共123页45用于最后装配的零件有两个来源，铸造部制造一种非常关键的零件，其余由外部供应商提供。有11台机器能铸造部件内的零件，但根据过去的经验，必须假定任何既定时间内都有一台机器在进行维修。第45页/共123页46每台机器需要一名全职操作工进行操作，每小时可生产25个零件，每名操作工加工每件合格品的报酬为20美分。加班则增加50%的工资，即加工每个合格品的工资为30美分。铸造工人数不固定，目前仅有6名工人从事这项工作。另外4名可从公司内部挑选。铸造每个零件的原材料成本是10美分。第46页/共123页47经过财务部的详细分析，制造每个零件的电力成本为2美分。从外部供应商购买每个零件的成本是每件30美分。整个生产场地租金为每周100美元。管理人员、维修人员和办事员工资为每周

1000美元。财务部确定设备折旧费为每周50美元。第47页/共123页48解：(1)确定整个流程的生产能力(每周生产零部件数量)，并确定所有流程能力是否均衡。铸造工序生产能力：仅有6名工人从事铸造工作，每名工人都是一台机器的专职操作员。故目前11台机器中只有6台在运转。第48页/共123页49铸造生产能力＝6台机器×25件/小时·台×8小时/天×5天/周＝6000件/周装配工序生产能力：

装配生产能力＝150件/小时×8小时/天×5天/周＝6000件/周因为两项任务的生产能力都是6000件/周，所以它们是均衡的。第49页/共123页50(2)如果铸造工序用10台机器而不是6台，最终装配任务不变，整个流程的生产能力是多少？10台机器的铸造能力：

铸造能力＝10台机器×25件/台·小时×8小时/天×5天/周＝10000件/周第50页/共123页51既然最终装配任务没有变化，装配流程生产能力仍然保持在6000件/周，这样，即使铸造工序的生产能力是10000件/周，整个流程生产能力仍仅是6000件/周。因为在长期运行的过程中，整体生产能力不可能超过速度最慢的工序的作业能力。第51页/共123页52(3)如果公司在装配任务中启动第二个8小时的班次，新的生产能力多少？

装配任务的第二个班次：

装配能力＝150件/小时×16小时/天×5天/周＝12000件/周第52页/共123页53这样，即使装配能力是12000件/周，整个流程生产能力也仍然是10000件/周。因此，我们可以看出，流程能力并不是固定不变的，它取决于要素的可用性和

作业的顺序。事实上，它还取决于这里未提到的其他一些因素。第53页/共123页54(4)确定每件产出品的成本：(i)当周产量为6000时，确定每件产出品的成本(见表5.2)；

(ii)当周产量10000件时，确定每件产出品的成本(见表5.3)。第54页/共123页55表5.2周产量为6000时的单件成本项目计算成本(美元)铸造原材料0.10美元/件×6000＝600外购零件0.30美元/件×6000＝1800电0.02美元/件×6000＝120铸造工人0.20美元/件×6000＝1200装配工人0.30美元/件×6000＝1800租金100美元/周100管理费1000美元/周1000折旧50美元/周50总成本6670单位成本＝每周总成本/每周生产件数

＝6670/6000＝1.11美元/件第55页/共123页56表5.3周产量为10000时的单件成本项目计算成本(美元)铸造原材料0.10美元/件×10000＝1000外购零件0.30美元/件×10000＝3000电0.02美元/件×10000＝200铸造工人0.20美元/件×10000＝2000装配工人0.30美元/件×10000＝3000租金100美元/周100管理费1000美元/周1000折旧50美元/周50总成本10350单位成本＝每周总成本/每周生产件数

＝10350/10000＝1.04美元/件第56页/共123页57从上面分析可以看出，固定成本分摊在更多数目的零部件上降低了单件产品的成本。这种流程分析计算在本书讨论的许多生产决策中都会用到。第57页/共123页58结束语将产品由设计转移至顾客是管理。生产产品是一门科学；设计令顾客满意的产品是一门艺术；第58页/共123页59THANKS!第59页/共123页第六章

设施布置FacilityLayout第60页/共123页61在工厂内以何种方式来安排各部门的布置受到工作流形式的限制。它有三种基本类型：和一种混合类型：流程原则布置；产品原则布置；定位布置。成组技术（或单元布置）。第61页/共123页62§6.1流程原则布置流程原则布置（也称为车间布置或功能布置）是一种将相似的设备或功能集中放在一起的方式，以使其相对位置达到最优。在许多设施规划中，最优布置经常意味着将彼此之间物流量较大的部门相邻布置。第62页/共123页63例6.1某家小批量玩具生产厂有八个部门及车间：

收发部门、塑模和冲压车间、铸造车间、缝纫车间、小型玩具装配线车间、大型玩具装配线车间、喷漆车间及机械装配线车间。我们可以对其设施进行规划，以使车间之间的物料搬运费用最少。第63页/共123页64解：首先我们先进行一些简化的假设：假设所有的车间有同样大的空间(如40英尺×40英尺)，这座建筑物有80英尺宽，

160英尺长(为了于与车间尺寸相一致)。假设所有物料都被装进一个标准尺寸的木箱里，然后用叉车每次运输一箱物料（这样构成了一个“单位货物”）。第64页/共123页65假设在相邻的车间单位货物的运输成本为1美元，每隔一个车间就增加1美元。我们可以获得车间之间的物流量以及物料是怎样进行搬运的。从其他生产相似产品的企业的档案中获得有关物流特征的信息；如果这是一条新的产品线，应从日常的物流单据中得出，或者根据技术人员如工艺工程师或工业工程师的估计得到。第65页/共123页6617550030200202501007590809008812599180205025018018737410371234567812345678第一年运作所需的运输量列在表6.1中。表6.1车间之间的流动表车间之间的流动（移动次数）车间活动76854321收发部塑模和冲压铸造缝纫小型玩具装配线大型玩具装配线喷漆机械装配线第66页/共123页67第一年运作可提供的工厂空间在图6.1中

列出。注意在本例中，对角线之间允许移动，所以车间2和车间3，车间3和车间6可以认为是相邻的。图6.1

建筑面积和车间1357246880160装货处第67页/共123页68有了这些信息后，我们可以以图6.1作为初

始的布置方案，然后对其进行改进。第一步，将每两个部门间的运输量与基本运费相乘，得出这种布置方式的成本。计算结果列于表6.2中：车间1和车间2之间的年物流成本是175美元(1美元×175次搬运)；车间1和车间7之间的成本是60美元(3

美元×20次搬运)；对角线上的车间2和车间

7之间的成本是240美元(3美元×80次搬运)。第68页/共123页69表6.2

成本矩阵——第一个方案总成本：3474美元17550060400607501001501802402701788125198360205050018018737410371234567812345678美元第69页/共123页70第二步，就是要研究如何改变车间的布置以降低成本。在成本矩阵的基础上，将车间1和车间6布置得更近一些，似乎能减少它们之间的高额搬运成本。然而这将会改变其他几个车间的布置，并因此影响它们之间的运输成本和第二方案（将车间1和车间6布置得更近一些）的总成本。第70页/共123页71图6.2列出的是车间6和它的一个邻近车间重新布置后的情况（选择车间4进行调整是带有主观性的）。图6.2

修改后的车间布置图1357264880160装货处第71页/共123页72表6.3

成本矩阵——第二个方案总成本：3736美元-200(美元)+10(美元)-25(美元)+374+103(美元)+262(美元)表6.3中列出的是重新布置后的成本矩阵。17550060(200)60750(200)150(90)24027017881251983602050(25)0180187(748)(206)71234567812345678美元第72页/共123页73第二方案的总成本比初始方案的总成本高

262美元。显然，车间6和7之间的距离增大一倍是导致成本增加的主要原因。这就表明了一个事实，即使对于一个很小的问题，也几乎不可能通过简单的观察就得出正确的，“重新布置”。实际上对一个有八个车间需要布置的工厂来说。有8!(即40320)种可能的布置。第73页/共123页74除此之外，仍需考虑其他问题。假如我们根据物料搬动成本确实得到一个好的布置方案(如图6.3所示，总成本为3244美元）。图6.3

一种可行的布置方案5816324780160装货处第74页/共123页75首先我们会注意到：把收发部门(1)布置在工厂的中心是不能接受的；缝纫车间(4)与喷漆车间(7)相邻，将会增大绒布、线头和碎布颗粒飘到已漆好物品上的危险；第75页/共123页76小型玩具装配线(5)和大型玩具装配线(6)布置在厂房的两头，这样会增加装配工来回走动的时间（一天当中他们可能要在不同的时间到不同的车间工作）。也会增加主管人员的时间（可能同时要监控两个车间）。

总之，除了物料搬运成本之外的因素也需

要在设施布置时加以考虑。第76页/共123页77一、计算机辅助设施布置技术——CRAFT

自20世纪70年代以来，在流程布置的设计中，应用最广泛的就是计算机辅助设施布置技术（ComputerizedRelativeAllocationofFacilitiesTechnique，CRAFT）。CRAFT方法遵从我们在例6.1中提出的基本思想，但是在操作上却有明显不同。第77页/共123页78CRAFT方法的基本思想。首先，需要有一个物流矩阵和一个距离矩阵作为最初的输入；另外，还要知道单位距离运输成本，如移动每英尺10美元。从这些输入和最初布置方案开始，CRAFT

方法试图用布置方案的总物流成本来衡量方案的优劣，并不断地进行改进。第78页/共123页79车间之间的物流成本＝物流量×车间中心间的直线距离×单位距离运输成本。CRAFT方法是以迭代的方式不断交换两个车间的位置来改进布置，直到所得布置方案的物流成本不能再降低为止。也就是说，CRAFT方法要求不断计算两个车间位置交换后对总成本的影响，如果成本降低，则确定下来，这就是迭代的方法。第79页/共123页80二、系统布置设计对于某些类型的设施问题，车间之间的流量实际上是不可能得到的，有时不易提示的定性因素对布置决策起了决定性作用。这时可以采用久负盛名的经典方法——系统布置设计(Systematiclayoutplanning,SLP)。第80页/共123页81这种方法要建立一个相关图用来表示各个部门彼此之间的密切程度。活动相关图类似于解释车间之间的物流图。活动相关图要用试算法进行调整，直到得到满意的方案为止。表6.4和图6.4通过用一个五部门平面布置问题演示此方法在布置一层百货商店时的应用。第81页/共123页82表6.4(a)相关表(根据表(b)和(c)可得)1.信贷部I6U－E4U－1002.玩具部U－I1A1,64003.果酒部

U－X13004.照相机部X11005.糖果部1002345面积(平方英尺)字母：关系密切程度数字：关系密切程度的原因第82页/共123页83代号原因*1顾客类型2管理的便利程度3共用人员4必要的关系5共用地方6心里因素代号密切程度线*权重A绝对必要16E特别重要8I重要4O普通2U不重要0X不予考虑-80*

其他原因也可以*仅供本例使用表6.4(b)表6.4(c)第83页/共123页84132545AIIUEU23142145320ft.50ft.图6.4(a)

初始相关图(由表TN5.4(a)和(c)得)图6.4(b)

由相关图得到的初始布置(忽略空间和楼房限制)图6.4(c)

用面积和建筑规模调整得出得最后布置图6.4对百货大楼得某层进行得系统布置设计第84页/共123页85产品原则布置（也称装配线布置）是一种根据产品制造步骤来安排设备或工作过程的方式。实际上，每种产品的加工路径都是直线型的。鞋、化工设备和汽车清洗剂的生产都是按照产品原则布置的。§6.2产品原则布置

第85页/共123页86产品原则布置与流程原则布置之间最基本的区别就是工作流程的路线不同。流程原则布置中的物流路线是高度变化的，因为用于既定任务的物料在其生产周期中要多次送往同一加工车间。产品原则布置中，设备或车间服务于专门的产品线，采用相同的设备能避免物料迂回，实现物料的直线运动。只有当给定产品或零件的批量远大于所生产的产品或零件的种类时，采用产品原则布置才有意义。第86页/共123页87一、装配线装配线是一种特殊的产品原则布置形式。一般地说，“装配线”一词指的是由一些物料搬运设备连接起来的连续生产线。通常假定装配线的节拍一定，并且所有工作站的加工时间基本相等。第87页/共123页88不同类型装配线的差异主要体现在：物料

搬运设备（输送带或传送器、天车），生

产线平面布置的类型（U型、直线型、分支型），节拍控制形式（机动、人动），

装配品种（单一产品或多种产品），工作

站的特性（工人可以坐、站、跟着装配线走或随装配线一起移动等），装配线的长

度（几个或许多个工人）等方面。第88页/共123页89二、装配线平衡装配线平衡问题虽然主要是一个时间问题，但它也是一个与设施规划相牵连的问题。当为了平衡装配线而调整工作站的多少和工人的数量时，就出现了设施规划问题。最常用的装配线是以相同的时间间隔顺次经过各个工作站的移动输送生产线。这种时间间隔称为工作站周期（即相邻两产品通过装配线尾端的间隔时间）。第89页/共123页90在每一工作站中，需要完成的操作由许多操作单元组成，这些操作元被称为任务、要素或基本工作单元。这些任务可以用动作——时间分析来进行描述。

一般来说，这些动作都是由生产线上不能再被分解的动作组成，如再分解，就会产生多余动作。一个工作站要完成的工作总量与分配到该项工作站的基本工作单元总数是一致的。第90页/共123页91装配线平衡问题就是将所有基本工作单元分派到各个工作站，使每个工作站在工作站周期内都处于繁忙状态，从而使每个工作站的未工作时间（闲置时间）最少。这个问题被产品设计和工艺技术中所规定的各基本工作单元的关系弄得复杂了，各基本工作单元的这种关系称为作业先后关系，它决定了装配过程中操作的先后次序。第91页/共123页92装配线平衡的步骤依次如下：(1)使用一个流程图表示作业先后关系。流程图由圆圈和箭头组成：圆圈代表单个作业，箭头表示作业操作顺序。(2)求出生产所要求的工作站周期（C），所用公式为：第92页/共123页93(3)

求出满足工作站周期要求的最少工作站

理论值（结果要用不少于原值的最小整数来表示）：(4)选用将所有作业分配到各工作站的第一规则（按后续作业数量的多少来安排作业），若该规则遇到问题，则采用第二

规则（按作业时间最长规则安排作业）。第93页/共123页94(5)向第一个工作站分配作业，一次一项，逐项增加，直至作业完成所需时间等于工作站周期，或者由于时间或操作次序的限制而使其他作业不能再增加为止。重复该过程，向工作站2分配作业，然后是工作站3，直至所有作业分配完毕。第94页/共123页95(6)由下面的公式评价装配线平衡之后的效率：(7)如果结果不如人意，用其他决策准则重新对装配线进行平衡。第95页/共123页96例6.2

装配线平衡问题J型玩具马车在一个传送带上组装，每天需生产500辆。每天的生产时间为420分钟，在表6.5中，列出了玩马车的组装步骤及其时间。请根据工作站周期和作业次序的限制，求工作站数量最少时的平衡方式。第96页/共123页97表6.5J型玩具马车的装配步骤及其时间作业时间(秒)描述必须提前的作业A45安装后轴支架，拧紧四个螺母—B11插入后轴AC9拧紧后轴支架螺栓BD50安装前轴，用手拧紧四个螺母—E15拧紧前轴螺栓DF12安装1#后车轮，拧紧轮轴盖CG12安装2#后车轮，拧紧轮轴盖CH12安装1#前车轮，拧紧轮轴盖EL12安装2#前车轮，拧紧轮轴盖EJ8安装前轴上的车把手，拧紧螺螺栓和螺钉F,G,H,IK9上紧全部螺栓和螺钉195第97页/共123页98解：(1)画出流程图。图6.5列出了表6.5中的次序关系（箭头长度无实际意义）。图6.5

J型玩具马车的流程图第98页/共123页99(2)计算工作站周期。我们必须把时间单位换算为秒，因为作业时间是以秒表示的。(3)工作站数量的理论要求最小值（实际数量可能会大一些）：第99页/共123页100(4)选择作业分配规则。对于特定的问题有些规则会优于其他规则。一般来说，首先安排有许多后续作业或者持续时间很长的作业，因为它们会限制装配线平衡的实现。在这种情况下，我们使用第一规则，即按后续作业数量的多少来安排作业：第100页/共123页101作业后续作业数量A6B或D5C或E4F,G,H或I2J1K0表6.6每个作业的后续作业数量(5)给工作站安排作业，依此类推，

直至所有作业安排完毕。表6.7列出了实际的安排。第101页/共123页102表6.7根据后续作业最多规则来平衡装配线作业作业时间(秒)剩余时间(秒)可安排的紧后作业紧后作业最多的作业时间最长的作业工作站1A455.4空闲无工作站2D500.4空闲无工作站3工作站4

工作站5K941.4空闲无B 11 39.4 C,E C,E EE 15 24.4 C,H,I C C 9 15.4 F,G,H,IF,G,H,IF,G,H,I 12 3.4空闲

无

G 12 38.4 H,I H,I H,I 12 26.4 I I 12 14.4 JJ 8 6.4空闲

无

(1)

若最长时间相等，任选其一作业第102页/共123页103(6)计算效率：(7)评价装配线平衡方案。装配线平衡之后的效率为77%，这意味着装配线不平衡或闲置时间达23%。从表6.7中我们可以看到，有57秒的闲置时间，最轻松的工作站是工作站5。第103页/共123页104能不能得到一个更好的平衡方案呢？答案是肯定的。若先用第二规则，即按作业时间最长规则安排作业，来平衡装配线，就会得到一个更好的平衡方案，它将给出一个可行的四个工作站的平衡。第104页/共123页105三、柔性和U形生产线布置装配线平衡经常会导致各工作站操作时间不等。图6.6列出的柔性生产布置是解决该问题的一个办法。在玩具公司布置的例子中，底部共享工序U形生产线可以帮助解决不平衡问题。第105页/共123页106不好：操作者被分开，没有机会进行交流

（一般美国工厂采用的配件流水线）。好：操作者可交换，或增减操作人员，经过训练的工人几乎可自动平衡不同的生产速度。图6.6(a)柔性装配线布置第106页/共123页107不好：操作者被围起来，没有机会与第三个操作着一起工作，以增加产量。好：操作者可互相帮助，可与第三个人一起工作，以提高产量。图6.6(b)柔性装配线布置第107页/共123页108好：U型生产线的一个特点就是操作者容易进入，这里5个操作者可减为4人。图6.6(c)柔性装配线布置不好：直线型很难平衡。第108页/共123页109四、混合型装配线平衡

实施准时化生产的制造商（如丰田汽车公司）经常采用混合型装配线进行生产。其目的就是要满足顾客对产品多样化的需求，并避免出现很高的库存。混合型装配线平衡要解决产品的生产排序问题，从而使同一生产线在指定的时间内（日或周）生产不同型号的产品，即实现多种产品循环生产。第109页/共123页110例6.3

混合型装配线平衡假设玩具公司有一条为J型和K型的小车支架打孔的生产线。不同类型的小车所需的钻孔时间不同。最后的组装线要求有相同数量的J型和K型小车支架。我们想要找到装配线的周期，使得生产线生产相同数量的J型和K型小车支架。当然，我们可以先生产J型小车支架，然后再生产相同数量的K型车支架，然而，这会导致不必要的