第3章-生产系统的设计课件

运营管理许淑君博士副教授研究领域：运营管理、供应链管理讲授课程：运营管理、供应链管理、国际物流管理单位：上海财经大学国际工商管理学院运营管理系

E-mail：第3章--生产系统的设计学习要求了解生产系统的构成要素及设计原则；掌握厂址选择的影响因素及相关方法；学会生产单元的设计方法，能够分析企业生产单元的设计；了解企业产品设计和工艺选择的流程，学会运用制造设计。2023/7/202第3章--生产系统的设计第三章生产系统的设计3第一讲生产系统的设计原则第二讲厂址选择第三讲设施布置第四讲产品设计和工艺选择2023/7/203第3章--生产系统的设计第一讲生产系统的设计原则生产系统的构成：生产系统是生产产品的制造企业的一种组织体，它具有销售、设计、加工、交换等综合功能，并有对其提供服务的研究开发功能。

生产系统的结构形式决定了企业生产系统功能的实现。生产系统的结构是系统构成要素及其相互关系的表现形式。生产系统的构成要素颇多，按性质和作用来划分，分为结构化要素和非结构化要素。2023/7/204第3章--生产系统的设计第一讲生产系统的设计原则生产系统的设计原则：连续性：产品在生产过程中始终处于运动状态，尽量不发生不必要的停顿和等待时间。连续性包括时间上的连续性和空间上的连续性。比例性：产品加工时的各阶段、各工序之间在生产能力上保持适当的比例关系节奏性：是指产品从开始被加工到最后完工的各工艺阶段，通过合理计划使生产过程保持有节奏地均衡进行平行性：是指产品在生产各工艺阶段、各工序实行平行交叉作业适应性：是指产品的生产过程能够适应市场的变化，及时调整生产方式或生产能力来不断满足社会的需求。经济性：是指在生产过程中追求企业经济效益最大化为目的，利用最少的生产费用并占用最少的资金来进行产品的加工。2023/7/205第3章--生产系统的设计第一讲生产系统的设计原则现代生产系统的新形式：自动化生产市场导向化生产创新型生产多样化生产国际化生产只有了解了现代生产系统的新形式，才能建立起适应市场需求和竞争环境的生产系统2023/7/206第3章--生产系统的设计第三章生产系统的设计7第一讲生产系统的设计原则第二讲厂址选择第三讲设施布置第四讲产品设计和工艺选择2023/7/207第3章--生产系统的设计厂址选择的意义Location！Location！Location！这是谁的名言？厂址选择影响生产系统的方方面面试举一例说明请思考：在网络环境下，location还重要吗？呈现出何种趋势？2023/7/208第3章--生产系统的设计第二讲厂址选择影响厂址选择的因素分析：接近顾客所在地劳动力状况能源供应自然条件与基础设施土地和建筑成本环境因素还有吗？2023/7/209第3章--生产系统的设计2023/7/2010第二讲厂址选择10上海财经大学国际工商管理学院厂址选择的方法1、加权评分法采用加权评分的方法可以客观的将在几种因素上各有长短的地点区分。在使用加权评分法进行决策时，所考虑的影响因素的数量不宜过多，这样不至于使权数过于分散，有利于突出主要影响因素在方案评价中的作用。确定每个影响因素的分数列出相关因素规定统一度量标准确定影响因素的权数确定候选方案的等级选择得分最高的方案第3章--生产系统的设计2023/7/2011第二讲厂址选择11上海财经大学国际工商管理学院2、重心法重心法是一种布置单个设施的方法，这种方法要考虑现有设施之间的距离和要运输的货物量。它经常用于中间仓库的选择。在最简单的情况下，这种方法假设运入和运出成本是相等的，它并未考虑在不满载的情况下增加的特殊运输费用。重心法首先要在坐标系中标出各个地点的位置，目的在于确定各点的相对距离。坐标系可以随便建立。重心法使用的公式为

式中，CX——中心的x坐标；

CY——中心的y坐标；

Dix——第i个地点的x坐标；

Diy——第i个地点的y坐标；

Qi——运到第i个地点或从第i个地点运出的货物量。第3章--生产系统的设计2023/7/2012第二讲厂址选择12上海财经大学国际工商管理学院3、本量利分析法本量利分析法通过分析在不同地点设厂的产量与成本和利润的关系进行经济分析，从而找出利润最大的设厂地点。本量利分析法有利于对可供选择的地点在经济上进行对比，它的分析过程包括以下步骤：1、确定每一备选地址的固定成本和可变成本。2、在同一张图表上绘出各地点的总成本线。3、确定在某一预定的产量水平上，哪一地点的成本最少或哪一地点的利润最高。每一地点的总成本TC公式：

式中：FC——固定成本；

VC——单位的可变成本；

Q——产出产品的数量或体积。

第3章--生产系统的设计2023/7/2013第二讲厂址选择13上海财经大学国际工商管理学院4、线性规划法线性规划是一种使用广泛的物流战略计划工具。线性规划在考虑特定约束条件下，从可选范围中找出最佳方法。对于物流问题，最为广泛使用的线性规划形式是网络优化。运输法的数学模型如下。目标函数为约束条件为式中，m——工厂数；

n——销售点数；

ai——工厂i的生产能力，i=1,2,…,m;bj——销售点j的需求，j=1,2,…,n;cij——在工厂i生产的单位产品运到销售点j的生产运输费用；

xij——从工厂i运到销售点j的产品数量。第3章--生产系统的设计第三章生产系统的设计14第一讲生产系统的设计原则第二讲厂址选择第三讲设施布置第四讲产品设计和工艺选择2023/7/2014第3章--生产系统的设计2023/7/2015第三讲设施布置15上海财经大学国际工商管理学院制造型企业设施布置1、工艺原则布置：工艺原则布置（processlayout）也称为车间布置或功能布置，将相同类型或功能相同的设备集中放在一起工作。如此，将待加工产品根据预先设定好的工艺流程顺序进行转移。工艺原则布置适合产品品种多、单件小批量的离散型制造企业。铣床钻床磨床车床切齿热处理装配ABBBBBAAAAAA工艺流程B工艺流程第3章--生产系统的设计2023/7/2016第三讲设施布置16上海财经大学国际工商管理学院制造型企业设施布置2、产品原则布置（productlayout）：又称对象原则布置，是一种根据完成产品的加工过程来布置设备或工作流程的方式。产品原则布置适用于市场需求量大、重复性生产和标准化的产品，这样更具有成本有效性。流水线生产方式多采用产品原则布置。

磨床热处理钻床车床车床切齿热处理钻床铣床装配AABB第3章--生产系统的设计2023/7/2017第三讲设施布置17上海财经大学国际工商管理学院产品原则布置的形式：装配线（assembly-line）是一种特殊的产品原则布置形式。它是指按照完成产品的生产流程顺序来安排生产资源。装配线平衡（assembly-linebalancing），就是根据装配线节拍的要求，采取各种技术的或组织的措施来调整各个工作站的单件作业时间，使它们大致相等，最理想的状况是等于节拍。组织装配线平衡的基本方法：将整个工作任务细分为许多小的作业元素将有关的作业元素组合成大工序（将基本作业元素打包成可控制的作业包）分配给某个工作站使这些大工序的单件作业时间相等或接近等于节拍。第3章--生产系统的设计2023/7/2018第三讲设施布置18上海财经大学国际工商管理学院装配线平衡的步骤如下：1）为生产活动建立流程图；2）计算产品在每个工作站停留的时间，即生产节拍：

3）求出满足节拍的工作站的理论最小数量：

4）选用作业分配规则。确定给每个工作站分配工作的主要规则5）给工作站分配作业。向第一个工作站分配作业，一次一项，逐项增加，直至该工作站的作业完成所需时间等于或接近节拍，或由于操作次序的限制，不能再安排其他任务。重复该过程，直至所有的作业分配完成。6）作业分配的效率评价：

7）如果效率不能满足要求，则用其他的决策标准再次进行平衡。第3章--生产系统的设计2023/7/2019第三讲设施布置19上海财经大学国际工商管理学院装配线平衡实例3-1：一家玩具公司要在一个传送带上组装M型玩具车，每天需要生产500辆。M型玩具车的组装步骤及其作业时间如下。请根据节拍和作业次序的限制，找出装配线平衡的方案。作业时间（s秒）描述紧前作业A45安装后轴支架，拧紧4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4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#后车轮，拧紧轮轴盖EI12安装2#后车轮，拧紧轮轴盖EJ8安装前轴上的车把手，拧紧螺栓和螺钉F,G,H,IK9上紧全部螺栓和螺钉J195第3章--生产系统的设计2023/7/2020第三讲设施布置20上海财经大学国际工商管理学院解：1）画出流程图，图中列出了表中的次序关系（箭头长度无实际意义）

2）计算节拍

3）满足节拍的工作站的理论最小数量ABCFGJDKIHE45s11s9s12s12s50s15s8s9s第3章--生产系统的设计2023/7/2021第三讲设施布置21上海财经大学国际工商管理学院解：4）作业分配。先分配后续作业数最多的作业，再分配作业时间较长的作业。第一规则，按后续作业数量的多少来安排作业，见下表。在第一规则遇到问题时，采用第二规则。第二规则，按作业时间最长规则安排作业。作业后续作业数量后续作业A6B,C,F,G,J,KB或D5C,F,G,J,K（对于B）C或E4H,I,J,K（对于E）F,G,H或J2J,KJ1KK0—第3章--生产系统的设计2023/7/2022第三讲设施布置22上海财经大学国际工商管理学院解：5）给工作站分配作业。下表列出了使装配线平衡的结果，并用图表示出来。作业作业时间（s秒）剩余时间（s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3B1139.4C,EC,EEE1524.4C,H,ICC915.4F,G,H,IF,G,H,IF,G,H,IF123.4空闲无工作站4G1238.4H,IH,IH,IH1226.4II1214.4JJ86.4空闲无工作站5K941.4空闲无第3章--生产系统的设计2023/7/2023第三讲设施布置23上海财经大学国际工商管理学院解：5）给工作站分配作业。下表列出了使装配线平衡的结果，并用图表示出来。ABCFGJDKIHE12s12s12s8s9s12s45s11sSS9s50s15sWS1WS2WS4WS5第3章--生产系统的设计2023/7/2024第三讲设施布置24上海财经大学国际工商管理学院解：（6）作业分配的效率评价：

效率为77意味着整个装配线闲置时间为23，从表3-3看出，闲置时间为57秒，最空闲的工作站是工作站5。第3章--生产系统的设计2023/7/2025第三讲设施布置25上海财经大学国际工商管理学院制造型企业设施布置3、定位布置（fixed-positionlayout）将产品或作业对象固定不动，设备和使用的原材料按加工顺序以及移动的困难程度环绕其做同心圆的布置。这种布置形式适用于产品（或作业对象）难以移动、加工件数少、工序时间长的情况。其优点：加工对象的移动较少，节省运输费用，工作程序易于设计和调整。其缺点：不适应大批量生产，作业的程序化和标准化程度较低。

第3章--生产系统的设计2023/7/2026第三讲设施布置26上海财经大学国际工商管理学院制造型企业设施布置4、成组技术布置（grouptechnology）：根据待加工零件的结构形状、尺寸和工艺特征进行系统分类，将相似零件组成零件组，对一组零件找出集中加工的科学形式，从而扩大加工批量，减少调整、装配时间，降低制造成本，使多品种小批生产可以节约成本，甚至达到和大量生产相近的经济效果。成组技术是成组加工和成组工艺的进一步发展，是一种有效地组织多品种中小批生产的方法。成组技术布置广泛应用于金属加工、计算机芯片制造领域。

第3章--生产系统的设计2023/7/2027第三讲设施布置27上海财经大学国际工商管理学院制造型企业设施布置5、四种方法比较：

特征产品原则布置工艺原则布置定位布置成组技术布置需求量高低中等程度很低设备利用高低中等程度中等程度自动化潜力高中等程度高中等程度准备/更换需求高中等程度中等程度高柔性低高中等程度中等程度设备种类高度专业化一般目的中等专业化中等专业化第3章--生产系统的设计2023/7/2028第三讲设施布置28上海财经大学国际工商管理学院服务型企业设施布置1、过程原则布置：过程原则布置适用于顾客需求差异化较大、顾客化程度较高的服务型企业。如医院里的急求病房，放射科、血液化验科、药房分别位于医院的特定区域，需要这些服务的病人必须分别走到提供相应服务的区域。

第3章--生产系统的设计2023/7/2029第三讲设施布置29上海财经大学国际工商管理学院服务型企业设施布置2、对象原则布置：能够很好地说明按照服务对象原则布置方式的例子是自助餐流水线：各种食品（如热菜、冷菜、甜品、饮料等）按照特定的顺序放在不同的餐台上，顾客在沿自助餐流水线走动时，可以按照自己的喜好到相应的餐台上选取食品。对象原则布置在金融企业、邮政企业、机场服务、快餐业等有着广泛应用，实现流水线作业，可以大大提高服务质量和服务效率等。第3章--生产系统的设计2023/7/2030第三讲设施布置30上海财经大学国际工商管理学院服务型企业设施布置3、定位布置：

服务型企业采用定位布置的例子有：1）汽车维修部（所有的流程如刹车维修、加油等汽车都固定在一个位置进行）；2）医院的手术室（做手术的病人无法移动，需要固定在手术台上，医生、护士以及手术用的设施及器材围绕着病人布置）；3）中式餐馆，顾客需要的所有不同的菜都按照桌位送到顾客面前（有时甚至需要在顾客面前的桌子上准备）。第3章--生产系统的设计第三章生产系统的设计31第一讲生产系统的设计原则第二讲厂址选择第三讲设施布置第四讲产品设计和工艺选择2023/7/2031第3章--生产系统的设计2023/7/2032第四讲产品设计和工艺选择32上海财经大学国际工商管理学院一、产品设计步骤1、确定产品设计流程2、编制设计任务书3、进行技术设计4、工作图设计第3章--生产系统的设计2023/7/2033第四讲产品设计和工艺选择33上海财经大学国际工商管理学院二、产品设计要求1、系列化2、标准化3、通用化第3章--生产系统的设计2023/7/2034第四讲产品设计和工艺选择34上海财经大学国际工商管理学院三、产品设计方法1、稳健设计2、模块设计3、计算机辅助设计4、环保设计第3章--生产系统的设计2023/7/2035第四讲产品设计和工艺选择35上海财经大学国际工商管理学院四、工艺的选择（一）工艺类型1、转化工艺2、制造工艺3、装配工艺（二）工艺流程结构1、工艺专业化生产2、批量生产3、装配线生产4、连续流程生产第3章--生产系统的设计2023/7/2036第四讲产品设计和工艺选择36上海财经大学国际工商管理学院四、工艺的选择（三）产品—工艺矩阵海斯（RobertH.Hayes）和惠尔莱特（StevenC.Wheelwright）在1979年提出了产品—工艺矩阵用以对产品和生产工艺结构进行具体分析。产品结构产品生命周期阶段啤酒生产汽车、电脑装配机器工具厂飞机制造厂电子产品制造快餐店连续流程装配线生产批量生产工艺专业化生产高产量—高标准，商品产品主要产品较少，高产量多品种、小批量低产量-低标准，常为单件生产工艺结构柔性、单位成本高低（不可行）无（不可行）无工艺生命周期第3章--生产系统的设计2023/7/2037第四讲产品设计和工艺选择37上海财经大学国际工商管理学院五、产品设计与制造工艺的结合1、制造设计的基本原则基本思想：从制造角度出发进行产品设计。基本原则：提高生产效率，保证生产效果。基本原则的具体表现：使产品零部件数量尽量少；进行模块化设计；尽量使一种零件有多重用途；尽量使用标准件；尽量使操作简单化；使零件具有可替代性；尽量使装配流程简单化；使用可重复、易懂的工艺流程第3章--生产系统的设计2023/7/2038第四讲产品设计和工艺选择38上海财经大学国际工商管理学院五、产品设计与制造工艺的结合2、装配设计（designforassembly，DFA）：DFA是制造设计的一个重要工具DFA可以用来减少产品装配所需要零部件的数量和决定装配顺序。DFA提供了一种根据装配方法和所需装配时间来分类的通用零部件