生产计划与控制 课件 Unit 1-绪论-生产与生产系统

生产计划与控制Production

Planning

and

Control能够解决工业工程领域复杂工程问题基础知识学习专业知识建构？

能力提升生产计划与控制（大三下）运筹学（大三上）工厂实习（大三暑假）专业课程设计（大四上）课程如何支撑专业培养目标？本课程在工业工程专业课程体系中的定位课程导入？他们是谁？在做什么？课程导入19031908：12小时28分钟1913：90分钟20年：1500万课程导入1）福特建立了世界上第一条汽车流水线，对今天汽车工业的发展有哪些深远影响？2）丰田汽车公司的丰田生产系统TPS，对现代汽车生产有哪些作用？3）我国汽车工业发展的主要成就有哪些？提升国产汽车制造技术有哪些建议？4）汽车生产过程与“生产计划与控制”这门课的知识有哪些关联？5）目前，我国新能源汽车世界保有量第一，同时也掌握了新能源汽车产业中的关键材料、电机、电池等核心技术和关键零部件，结合制造强国发展战略，你认为这些核心技术与关键零部件对产业发展有哪些重要意义？课程导入未来职业选择？

1.假如你是某制造企业（如汽车）的制造部部长，面对销售部门承接的大量订单，你该如何使工厂高速运转，包括工人的任务安排、设备的优化利用，以按时、保质生产出满足需要的产品？ 2.假如你将成为国内某知名汽车企业的一名“工业工程师”，现在的你，在当前激烈的市场竞争环境下，该如何理解汽车行业的生产模式；以及如何学习运用先进汽车企业的生产运作方式，如丰田模式，以促进企业快速发展？6？课程导入“生产计划与控制”在企业中的地位7市场企业战略运作策略营销策略财务策略运作管理人力People工厂Plants部件Parts工艺Processes计划与控制系统Planning&controlsystem生产系统原料和顾客输入产品和服务输出课程导入生产运作的核心－计划体系8计划生产？仓库采购销售原料仓库产品库存信息调度设备库存信息需求信息供应信息课程导入课程的关键词生产——什么是生产？－制造、服务？计划——如何规划、设计生产系统，如何安排生产？控制——如何管理、调度生产任务，如何监控生产？10通过本门课程学习，应能够：

了解并掌握制造生产计划与控制的地位、作用和方法，掌握生产系统规划、生产计划执行、过程监控的基本原理和方法，了解典型的先进制造模式，以培养学生的应用技能、实践技能以及分析问题和解决问题的能力。课程导入课程考核方式案例研讨：课堂教学问题导向：选题指导项目驱动：科教融合基本目标达成创新能力养成方法创新梯度评价内容重构基于ILOS的学生成绩梯度评价基本目标达成：占总成绩的60%，针对学生基础知识的掌握情况，以及综合运用专业知识开展实验、讨论等情况。创新能力养成：占总成绩的40%，学生完成研究课题模块的情况综合评价，突出研究型课程教学过程评价、学生能力的形成性评价。平时成绩+课后作业+综合实验：包括平时考勤、课堂讨论、课后作业及两次综合实验；占基本目标达成成绩的50%，占总成绩的30%。期末考试（闭卷）：占基本目标达成成绩的50%，占总成绩的30%。选题报告：占创新能力养成成绩的20%，占总成绩的8%。总结报告：占创新能力养成成绩的30%，占总成绩的12%。结课答辩：占创新能力养成成绩的50%，占总成绩的20%。Unit1：生产与生产系统1.1生产与生产系统的基本概念1.2生产/生产系统的类型及特点1.3生产过程组织方式1.4智能生产系统Unit

1：生产与生产系统1.能够清晰定义生产、系统、生产系统等相关术语2.能够清晰辨别生产系统的结构、主要类型及其特点3.能够简要分析生产系统开发的主要影响因素学习目标与知识要点Unit1：生产与生产系统1.1生产与生产系统的基本概念1.2生产/生产系统的类型及特点1.3生产过程组织方式1.4智能生产系统1.生产系统151.1生产与生产系统的基本概念由人、设备、技术、物料、能源、信息构成，执行生产和运作的一系列活动，以实现产品生产和服务输出为目标的集成系统制造（manufacturing）和生产（production）的区别manufacturingassuperiorproduction1.1生产与生产系统的基本概念2.生产

将生产要素（投入物）转换为有形（产品）和无形（服务）的生产财富，由此而增加附加价值（价值增值过程），并产生效用的功能（或过程）。16转换过程投入物产出物效用1.1生产与生产系统的基本概念人力系统技术系统信息系统管理和目标系统转换过程低价值体/初始态高价值体/目标态反馈主动环境执行系统被动环境M，E，IM

-

Material，材料E

-

Energy，能源I

–

Information，信息转换系统转换过程18运用“5M1E”达成“Q、C、D”的活动－－生产1.1生产与生产系统的基本概念运用材料(Material)、机械设备(Machine)、人(Man)、结合作业方法(Method)，使用相关检测手段(Measurement)，在适宜的环境(Environment)下，达成产品的品质(Quality)、成本(Cost)、交期(Delivery)要求。生产的本质1.1生产与生产系统的基本概念转换过程投入物产出物效用生产对象劳动力生产手段生产方法（生产技术、管理技术）主要材料辅助材料直接生产手段（生产设备等）间接生产手段（厂房、场地、道路等）生产要素（低价值体）有形财富（产品）无形产品（服务）生产财富（高价值体）多阶段加工过程生产率＝产出/投入生产过程实物、价值要素、总体1.1生产与生产系统的基本概念五种典型的“转换过程”转换过程描述分离一种物质作为多种物质的来源，炼油过程，原油生产出汽油和其他化工品装配几个零件/部件组装到一起形成一个产品，大多数的机械生产都属于这种过程减材通过去除材料改变物料形态，车削、铣削等机械加工成型通过重新塑形来改变物品的形状，例如把钢锭轧制成钢型材。质量处理不改变形状情况下进行的质量控制，如表面处理3.生产系统的一般形式211.1生产与生产系统的基本概念1.1生产与生产系统的基本概念4.生产运作：产品生产计划与控制，运行与服务1.1生产与生产系统的基本概念组件厂部装厂从客户获取订单商业库存管理订单项目组合管理客户或匿名发出订单交付日期确认和更新生产调度控制运输及储存计划最终产品交付经销商供应链管理交付经销商交付顾客汽车总装厂验证和纠正措施每周交付计划准时制交货运输到仓储中心和经销商处12534每周或每天频率的信息检查流程(批处理系统)信息流(实时系统)物流0工艺要点4.生产运作：产品生产计划与控制，运行与服务生产计划控制241.1生产与生产系统的基本概念目标：高效、低耗、灵活、准时地生产合格的产品和（或）提供满意的服务5.生产系统构成251.1生产与生产系统的基本概念智能化生产设备及系统的自动化没有人工直接参与或较少的人工间接干预下，将原材料加工成零件或将零件组装成产品，在加工过程中实现管理过程和工艺过程自动化。管理过程：包括产品的优化设计、程序的编制及工艺的生成、设备的组织及协调、材料的计划与分配、环境的监控等。工艺过程：包括工件的装卸、储存和输送；刀具的装配、调整、输送和更换；工件的切削加工、排屑、清洗和测量；切屑的输送、切削液的净化处理；零组件的装配定位、拧紧等操作。261.1生产与生产系统的基本概念生产系统的计算机化——计算机集成制造系统（CIMS）本质是对生产支持系统的自动化，是通过运用计算机手段减少在产品设计、生产计划与控制、企业营销活动及设施布局等方面的工人数量并降低产品生产成本、提高生产效率计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS），即通过运用计算机技术，实现对企业所有生产与运作相关的业务活动的有机集成，包括产品设计、生产计划与控制、经营管理等所有业务活动及其信息的集成处理。计算机辅助设计(Computer-aidedDesign，CAD)计算机辅助工艺规划（Computer-aidedProcessPlanning，CAPP）计算机辅助制造（Computer-aidedManufacturing，CAM）271.1生产与生产系统的基本概念起源于计算机辅助制造（ComputerAidedManufacture，CAM）技术。根据CAD模型自动生成零件加工的数控代码，对加工过程进行动态模拟，同时完成加工时的干涉检查。数字化制造是指对制造过程进行数字化描述，在数字空间中完成产品的制造过程定义，是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果，也是制造企业制造系统不断实现数字化的必然。制造系统数字化——数字化制造1.1生产与生产系统的基本概念产品研发工艺设计制造执行数字化设计数字化工艺数字化制造CAD技术CAE技术数字样机技术……CAPP技术NC编程技术……CAM技术加工仿真技术MES系统……企业网络通信系统数字化管理ERP系统PDM系统PLM系统……数字化资源标准规范数据库2D、3D图形库……先进加工工艺高速切割超精密加工增材制造……广义数字化制造数字化管理1.1生产与生产系统的基本概念制造系统数字化——数字化制造Unit1：生产与生产系统1.1生产与生产系统的基本概念1.2生产/生产系统的类型及特点1.3生产过程组织方式1.4智能生产系统1.2生产/生产系统的类型及特点1.从生产与运作的角度可以将生产分两大类型31制造性生产：通过物理和（或）化学作用将有形输入转化为有形输出的过程服务性生产：又称非制造性生产，其基本特征是提供劳务，而不是制造有形产品特

性制造性生产服务性生产输出品的形态产品/服务的储藏生产/运作设施规模生产/运作场地数生产资源的密集度生产和消费与顾客的接触频度受顾客的影响度顾客要求反应时间质量/效率的测量有形的产品可库存大规模少资本密集分开进行少低长容易无形的服务无法储藏小规模多劳动密集同时进行多高短难1.2生产/生产系统的类型及特点2.对生产类型的其他分类方法32过程与结构的视角设备布局的视角生产类型产品形成技术视角存货与订单视角批量与规模视角连续型生产离散型生产调制型装配型分解型混合型产品导向型工艺导向型存货生产订货生产大规模定制个性化生产成批生产单件生产大量生产1.2生产/生产系统的类型及特点设备布局的视角工艺专业化(Process-OrientedSpecialization)按工艺特征建立生产单位集中了相同类型的设备和相同工种的工人，对不同种类的工件进行相同工艺方式的加工对象专业化(Product-Oriented

Specialization)按加工对象建立生产单位集中了为加工某种产品(零件)所需的全套设备、工艺装备和各有关工种的工人，对同种或相似的产品(零件)进行该产品(零件)的全部(或大部分)工艺加工工艺专业化原则对象专业化原则优点①产品的工艺路线有一定弹性，能较好地适应产品品种的变化；②同类设备集中，不易造成生产中断，提高了设备利用率；③同种工人集中，有利于技术交流和提高技术水平；④工艺和设备管理较方便。①缩短产品运输距离，节省运输费用，减少仓库面积的占用；②便于使用专用高效设备和工艺装备；③减少停放、等候时间，减少了在制品，流动资金占用少；④生产单位之间的生产联系简化，便于管理。缺点①运输路线较长，往返、交叉运输增多，运输费用增加；②产品在加工过程中停放、等待的时间增多，延长了生产周期，增加了在制品，多占用了流动资金；③各生产单位之间的协作关系复杂，生产管理工作难度增大。①很难适应产品品种的变化；②易造成生产过程中断；③工艺和设备管理较复杂。物料零件/组件

半成品

产成品顾客制造企业按库存生产（MTS）按订单装配（ATO）按订单生产（MTO）按订单设计（ETO）高低高产品个性化程度生产效率备货订货分离点备货性生产订货性生产1.2生产/生产系统的类型及特点预测预测预测存货与订单的视角1.2生产/生产系统的类型及特点生产类型大量生产成批生产单件生产大规模定制个性化生产产品品种少、稳定较多、较稳定多少、较稳定很多单品种产量大较多单件或少量大少生产重复度重复生产定期轮番基本不重复少量按批重复基本不重复工作地专业化程度高较高低高低工人技术水平专业操作专业操作较多多面手专业操作多面手效率高中低高低生产周期短中长短长生产柔性差较差强较差强更换品种难一般易较难易生产系统分类：手工生产系统、机械制造系统、自动化制造系统手工生产系统（ManualWorkSystems）：没有动力系统辅助的情况下，依靠工人完成生产的全过程。机械制造系统（Worker-MachineSystems）：工人通过操作带有动力的设备，如机床或其他生产设备，实现产品的加工、装配的过程。这是当前最为常见的一种生产系统。自动化制造系统（AutomatedManufacturingSystems）：生产过程不需要工人直接参与的生产系统，一般通过控制系统执行事先编制好的程序完成加工、装配的全过程。361.2生产/生产系统的类型及特点自动化制造系统（1）刚性自动化

“刚性”的含义是指生产系统只能生产某种或生产工艺相近的某类产品，表现为生产产品的单一性。刚性自动化系统包括组合机床、专用机床、刚性自动化生产线等。371.2生产/生产系统的类型及特点自动化制造系统（2）可编程自动化

“可编程”是指生产设备及系统能够根据不同的产品配置需求，通过程序设定加工的工艺过程，具备生产多种不同产品/零件的能力。比较常见的可编程自动化系统包括数控加工中心、工业机器人等。381.2生产/生产系统的类型及特点自动化制造系统（3）柔性自动化

“柔性”是指生产组织形式和生产产品及工艺的多样性和可变性，可具体表现为机床的柔性、产品的柔性、加工的柔性、批量的柔性等。柔性制造包括柔性制造单元、柔性制造系统、柔性装配线等。391.2生产/生产系统的类型及特点Unit1：生产与生产系统1.1生产与生产系统的基本概念1.2生产/生产系统的类型及特点1.3生产过程组织方式1.4智能生产系统1.3生产过程组织方式生产过程的空间组织是指在一定的空间内，合理地设置企业内部各基本生产单位，如车间、工段、班组等，使生产活动能高效地顺利进行工艺导向、产品导向生产过程的时间组织是研究产品生产过程各环节在时间上的衔接和结合的方式顺序移动、平行移动、平行顺序移动411.3生产过程组织方式42定义：顺序移动方式的特点是产品（零件）在各道工序之间是整批移动的，即一批产品在前道工序加工完毕后，才转送到后道工序进行加工。

特点：

◆零件在工序间按批量运送；◆顺序移动模式下，零件搬运次数少，设备连续加工，设备利用率高，但加工周期长；

加工周期的确定：公式法AND图形法1.顺序移动方式

时间0M4M1M2M3工序1.3生产过程组织方式43定义：平行移动方式，是指每个零件在上一道工序的加工结束以后，立即转入下一道工序进行加工。特点：◆当前工序时间＞后工序时间，则设备停歇；反之，零件等待；◆平行移动模式下，加工周期短，但零件搬运频繁，设备间歇性加工，不便利用。加工周期的确定：公式法AND图形法2.平行移动方式

0时间M4M1M2M3工序1.3生产过程组织方式44定义：平行顺序移动方式，是指一批零件在一道工序上尚未全部加工完毕，就将已加工好的一部分零件转入下道工序加工，以恰好能使下道工序连续地全部加工完该批零件为条件。特点：平行顺序移动模式将前两者的优点结合起来，既要求每道工序的设备连续加工，又要求各道工序尽可能平行地加工。当ti<ti+1

时，按平行移动模式移动；当ti≧ti+1

时，以i工序最后一个零件的完工时间为基准，往前推移(n-1)•ti+1

作为零件在(i+1)工序的开始加工时间。加工周期的确定：公式法AND图形法3.平行顺序移动方式时间工序0M4M1M2M31.3生产过程组织方式45例题：某企业生产产品的批量n=4件，经过4道工序加工，其单件工时为t1=10分，t2=5分，t3=20分，t4=10分。试求该批产品的生产周期？1.3生产过程组织方式46例题：某企业生产产品的批量n=4件，经过4道工序加工，其单件工时为t1=10分，t2=5分，t3=20分，t4=10分。试求该批产品的生产周期？1.3生产过程组织方式47例题：某企业生产产品的批量n=4件，经过4道工序加工，其单件工时为t1=10分，t2=5分，t3=20分，t4=10分。试求该批产品的生产周期？1.3生产过程组织方式48例题：某企业生产产品的批量n=4件，经过4道工序加工，其单件工时为t1=10分，t2=5分，t3=20分，t4=10分。试求该批产品的生产周期？1.3生产过程组织方式三种方式的对比1.3生产过程组织方式移动模式顺序移动平行移动平行顺序移动优缺点管理简单设备不停歇可充分负荷加工周期长周期最短设备有停歇，利用率低运输频繁，管理复杂两者结合扬长避短组织管理复杂选择策略小而轻单件小批加工时间短调整时间长工艺专业化大且重大量大批加工时间长调整时间短对象专业化小而轻大量大批加工时间长调整时间短对象专业化501.3生产过程组织方式移动模式顺序移动平行移动平行顺序移动工艺周期长短中运输次数少多中设备利用好差好组织管理简单中复杂511.3生产过程组织方式选择移动方式应考虑的因素生产类型：单件小批生产宜采用顺序移动方式；大量大批生产，特别是组织流水生产时，宜采用平行移动方式或平行顺序移动方式产品生产任务的缓急程度：对于一些紧急任务，应尽量采用平行移动方式和平行顺序移动方式，以便争取时间，满足需要企业内部生产单位的专业化程度：工艺专业化的生产单位一般宜采用顺序移动方式，对象专业化的生产单位宜采用平行移动方式和平行顺序移动方式工序劳动量的大小和零件的重量：工序劳动量不大，重量较轻的零件，采用顺序移动方式，有利于减少搬运次数，节约运输力量；工序劳动量缴较大，很重的零件，为减少资金占用和节省生产面积，可采用平行移动方式和平行顺序移动方式改变加工对象时，调整设备所需的劳动量：如果调整设备所需的劳动量很大，宜采用顺序移动方式；如果调整设备所需的时间很少，可以考虑采用平行移动方式52Unit1：生产与生产系统1.1生产与生产系统的基本概念1.2生产/生产系统的类型及特点1.3生产过程组织方式1.4智能生产系统1.4智能生产系统1.4智能生产系统2013年，Siemens推动德国推出“工业4.0”概念与框架2015年，《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》2019年，《德国工业4.0愿景2030》，工业4.0成功实施至关重要的三个领域：数字主权、互操作性和可持续性。以“创新”为核心，充分发挥已有装备制造领先优势，从标准、软件、硬件及人才等方面，长期占据制造业领先地位。1.4智能生产系统工业4.0：CPS（Cyber-PhysicalSystems）智能工厂——重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现智能生产——主要涉及整个企业生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用1.4智能生产系统工业4.0：CPS（Cyber-PhysicalSystems）

动态感知实时分析智能决策精准执行数据知识人机共同构成决策主体——智能制造系统中人与“机器”共同构成决策主体，在信息物理系统中实施交互，实现人与机器协同运行。1.4智能生产系统智能生产单元定义与构成智能生产单元是将操作人员、机器人和辅助设备等进行模块化、集成化、一体化的聚合，通过人与机器人的协调合作，充分发挥机器人的效率及人类的智能，使其具备多品种少批量产品的柔性生产输出能力。1.4智能生产系统智能生产单元定义与构成数字孪生体物理实体监控系统1.4智能生产系统智能生产单元定义与构成3.3智能生产单元设计智能生产单元定义与构成冲压车间冲压车间按照世界一流标准进行设计建设。并按照目前世界最先进的汽车生产工艺进行了平面布局的规划设计。1.4智能生产系统——汽车智能工厂冲压车间设备按照先进规划标准进行配置，冲压线采用济南二机床公司的5400吨数控压力机和瑞士GUDEL公司的自动化机械手系统，济南二机床公司具有80多年的机床制造历史，目前是奔驰、大众、通用和福特等汽车厂的主要冲压设备供应商。该冲压线压力机的刚性高于1/8000，冲压精度达0.2mm。同时，整线还采用先进的数控伺服拉伸技术和同步控制技术，从而保证冲压件的高品质和稳定性。1.4智能生产系统——汽车智能工厂冲压车间车身车间柔性焊接机器人车身车间采用德国KUKA机器人，一期193台机器人，后期达到300台；其中包括焊接机器人、涂胶机器人、搬运机器人、弧焊机器人等。大量机器人的使用，有效的提高了工作效率，降低人工成本及单车成本，同时机器人焊接涂胶，极大的提高了焊接及涂胶的稳定性，车身的强度及密闭性得到保证。1.4智能生产系统——汽车智能工厂车身涂胶采用自动涂胶视觉监控系统，通过主机及现场显示屏，可实施监控涂胶是否断胶、涂胶量、涂胶位置，对涂胶质量进行监控，确保车身的密闭性。涂胶摄像头涂胶监控显示车身车间1.4智能生产系统——汽车智能工厂底涂机器人外板喷涂机器人车身底部焊缝胶及防石击胶喷涂、车身内外表面油漆均采用机器人自动喷涂系统，既可有效提高材料利用率，减少污