机械系统管理ppt3.ppt

1、第三章 生产系统设计,本章讨论生产系统设计的基本概念和基本方法。,产品设计 工艺设计 能力设计 空间设计,第一节 产品设计,产品设计 产品的经济生命期 产品选择 产品开发,第三章 生产系统设计,产 品 设 计,产品设计是为贯彻产品战略确定系统生产对象的具体决策，包括产品选择和产品开发。,生产企业必须为社会提供性能优良的产品，产品优劣决定企业的生存与发展。,不同的产品要求不同结构和特征的生产系统，因此产品设计是生产系统设计的首要任务。,社会对产品的需求就是市场，市场不断变化和发展。产品必须与市场相适应，也要相应地变化和发展。如果产品是市场紧缺的或者有特色并且质量上乘，那么产品就好销。,产品的发展

2、规律,一个产品很难以老面孔长久地占领市场，几十年不变。就同人一样，从幼年到衰老，有个发展过程，经历多个时期：导入期、成长期、成熟期、饱和期、衰退期。,销售量,收益,导入期：销量低、收益低,成长期：销量增长、收益增长,成熟期：销量增长、收益见顶,饱和期：销量见顶、收益下降,衰退期：销量下降、收益下降,销量曲线呈驼峰状，峰值位于饱和期； 收益曲线呈驼峰状，峰值位于成熟期。,成熟期的标志是出现收益峰值； 饱和期的标志是出现销量峰值。,销量峰值的出现迟于收益峰值；当销售量快速增长趋于峰值时，售后服务量急剧增大提高了成本，还可能因为市场竞争激烈引起降价，因此受益逐渐下降。 收益趋于零时销量仍有不小的量，

3、因此不能单纯根据销售量来决定是否继续生产。,产品的销售和收益规律表明产品有一个经济生命期，其长短取决于产品质量、企业信誉和市场的需求程度。但产品前期工作费用将分摊入成本，所以产品生命期不能太短。另外要考虑产品退出市场后的维修配件供应。,产品的经济生命期,产 品 选 择 企业生产活动的起点,市场饱和、需求疲软、利润微薄 需求旺盛、仍有盈利 尚在成长阶段,分级加权法 波士顿矩阵法 收入利润分析法,需要根据产品的发展规律、市场需求、技术发展和企业自身的能力做出合理选择，确定各类产品清单、实施措施和时间表。,老产品,分 级 加 权 法,首先确定产品选择因素， 根据各因素的重要程度给定权值， 由专家对各

4、产品的每个因素进行评价打分， 计算各产品的加权评分和， 最后根据各产品的加权评分和决定产品取舍 。,波 士 顿 矩 阵,发展 维持 收缩 放弃,美国GE公司投资决策表,收入利润分析法,收入排序落后于利润排序，应增加其销售量。,利润排序落后于收入排序，应降低成本或提高售价。,利润排序和收入排序均落后，如产品处于衰退期应考虑停产放弃。,分别以产品的收入排序和利润排序为横坐标和纵坐标绘制收入利润分析图。,一个新产品的优势常常不会维持很久，据统计98 的产品进入市场后两年内失去原有的地位。,为适应市场的变化和发展，保持企业持续的市场活力，应该做到改进一代，研制一代，预研一代。,产 品 开 发,在市场中

5、最有活力的是新产品。领先一步抢占市场，就能在一定时期内取得较好的收益，并且在市场中树立独特形象，使企业获得意外的成功。,进行市场调查，根据用户需求设计产品。 将技术成果同市场相结合，创造新的产品来引导和激发用户新的需求。,开发动力,市场拉动 技术推动,产品开发过程,超前研究,产品设计,市场 营销,需求,调查研究,技术准备,产品开发通常是一个曲折的复杂过程。产品的技术指标之间、技术参数之间、产品的空间结构常常相互制约，需要逐步调整才能取得理想的组合。产品制造过程中暴露的问题，常常需要通过修改设计才能解决。,生产的样机是否达到预期效果，通常由专家和用户通过一定的程序进行评价，必要时重新进入设计程序

6、进行改进。,第二节 工艺设计,工艺设计 自制外购决策 工艺技术选择 生产流程选择 机械制造工艺计划,第三章 生产系统设计,工 艺 设 计,工艺设计是贯彻生产组织战略所作的较长时期内关于自制外购、工艺技术、生产流程等重大问题的具体决策。,机械产品生产通常是很复杂的过程（多工种、多工序、多材料、多设备工装）。在完成产品设计工作后必须制定周密的工艺计划才能顺利进行生产制造。 通过多种工艺方案比较，选择最佳的工艺路线和工艺参数，才能实现低成本、高生产率和高效益的工艺目标。,工艺设计不仅影响生产能力和生产成本，还对生产过程的空间组织和时间组织产生重大影响。,自制外购决策,现代企业大量使用由专业化企业提供

7、的标准件和通用件。,企业的自制外购决策主要取决于企业能力、质量与可靠性、成本等因素。,例如标准型材、标准紧固件和通用动力设备。 也有的企业甚至采用零部件全部外购的策略，只从事装配作业。,自制外购决策,自制可使企业的剩余生产能力得到充分利用，有利于对全部生产过程的自主控制，有利于保守技术秘密和商业秘密，但通常使生产系统复杂化。,外购可简化生产系统，缩短生产周期，但不可避免地增大了合作风险。专业化生产通常有利于提高零部件的产品质量和降低成本。,因此生产能力有富余时，对附加值高的、自制成本较低或含有核心技术的零部件，产品的最终加工或装配等，一般采用自制策略。,工艺技术选择,工艺技术选择主要指对产品的

8、加工方法和生产技术不同方案的选择，包括选择技术应用对象、技术地位和技术水平。,可选择增加品种，降低成本，提高质量，缩短生产周期，增加生产系统柔性或以上若干技术对象的组合。,技术 对象 技术 地位 技术 水平,可选择技术领先或技术跟随。,选择“适用技术”，即符合产品生产需要，适合企业经济、技术与人文社会环境，能最有效地发挥生产系统的作用。,技术水平高有可能提高企业的竞争力，但常常伴随着巨额投资。,工艺成本组成, 同产量 N 成正比, 如毛坯材料费、操作工工资、机床电费和修理费、通用机床折旧和刀具使用费,可变费用 V 不变费用 C,可变费用 V 不变费用 C,同产量 N 无关，如调整费、专用机床及

9、工夹具的修理费和折旧费、车间经费 工序的全年成本 S V N C,通常工艺方案不同其成本也不同，可按最小费用标准确定最佳工艺方案。例如某工艺可有两个方案，,方案一： S1 V1 N C1 方案二： S2 V2 N C2,当工艺成本相等时有 S V1 N C1 V2 N C2,解得临界产量 N (C2C1)/(V1V2),工序的工艺成本随工序的实际产量 N 增大而提高。按最小费用标准得到 当 N N时,S2 V2 N C2,S1 V1 N C1,应选方案一 (V大C小),当 N N时,应选方案二 (V小C大),工艺方案比较,生产流程选择,生产流程选择主要取决于产品性质、品种数量、生产规模和工艺方

10、法。,大批量生产的有效形式是流水生产。 中小批量生产的有效方法是成组技术（GT）。 对市场适应能力更强的是柔性制造系统（FMS）。,品种多批量小常采用通用设备，进行间歇式作业； 品种少批量大可采用专用设备，进行连续生产。,流 水 生 产,流水生产的基本特征是把生产过程划分为在时间上相等或成倍比的若干工序，并分别固定于按工艺过程顺序排列的各工作地。,流水线上相邻两工件的时间间隔称为节拍（分/件）。,连续流水线：完全满足节拍要求，生产对象连续地从一个工序转向下一工序，不停留地进行顺序作业。 间断流水线：节拍要求不能得到完全满足，生产对象在部分工序间不能连续移动而存在停歇。,工作地时间应该是生产节拍

11、的整数倍，可以通过工序的分解和合并、调整设备的生产能力、改变加工参数、减少辅助时间等方法来满足节拍要求。,流 水 生 产,流水生产的基本特征是把生产过程划分为在时间上相等或成倍比的若干工序，并分别固定于按工艺过程顺序排列的各工作地。,在流水线上生产对象按一定的“节拍”或速度在工作地之间单向移动，运输路线短，能充分保证生产过程的连续性、平行性、比例性和节奏性，有利于提高劳动生产率和降低生产成本。工作地专业化程度高，大量使用专用工具和专用设备，有利于提高产品质量。,流水线上相邻两工件的时间间隔称为节拍（分/件）。,成组技术,成组技术的基本特征是根据产品零件的结构形状和工艺特征的相似性分类分组，按组

12、类的工艺过程进行生产组织。,例如常常分为轴、盘、齿轮、箱体等类。,面对多样化、个性化、新颖化的市场需求，现代生产具有向多品种、中小批量发展的趋势。据报道，世界上中小批量生产机电产品的产品数，20世纪60年代只占50%左右，80年代上升到85%，产值达75%。,采用成组技术，放大了生产批量，增加了采用先进高效设备的机会，在相当程度上减轻了中小批量生产的不利因素。,柔性制造系统,柔性制造系统（FMS）是由计算机控制的，由若干数控机床（NC）、加工中心（MC）和自动储运系统组成的自动化制造系统。,柔性制造系统具有更强的市场适应能力，可以在很短时间内实现不同产品品种的生产转换，从而满足中小批量高效生产

13、的要求。,机械制造工艺计划,产品工艺性分析 拟定工艺方案 编制工艺规程 工艺装备的准备 工艺方案评价,产品工艺性分析,使用标准件、通用件和借用件的比例称为产品结构标准化程度，用标准化系数表示。,产品工艺性分析是从工艺角度分析所设计产品的合理性和可加工性。,包括产品结构、选材、技术要求和技术参数、同现有工艺能力的衔接，以及零部件的标准化、系列化、通用化。,电动机 (kW)：0.55、0.75、1.1、1.5、2.2、3、4、5.5、7.5、11、15 ,UPVC塑料管外径：12、16、20、25、32、40、50 ,螺栓规格：5、6、8、10、12、(14)、16、(18) 、20 螺栓长度：6

14、、8、10、12、16、20、25、30、35、,产品工艺性分析,使用标准件、通用件和借用件的比例称为产品结构标准化程度，用标准化系数表示。,产品工艺性分析是从工艺角度分析所设计产品的合理性和可加工性。,标准化系数大的产品工艺成熟，通用性、互换性好；有利于简化技术工作，加快生产准备；有利于降低成本，提高产品质量；便于组织生产和维修。,工艺方案是规定产品制造过程中的生产方式、加工技术和工装配备等重大工艺原则的文件，是工艺工作的总纲。,拟定工艺方案,包括生产批量、生产周期、工艺路线和工艺原则、工艺流程和车间分配、相应的组织技术措施等。 通常收益较高、费用较低的方案是首选方案。,工艺规程是规定生产中

15、合理加工方法的技术文件，是组织生产和工人进行生产操作的重要依据。,编制工艺规程,工艺规程的形式 工艺过程卡 工艺卡 工序卡 操作规程,确定加工设备和装夹方式 选择毛坯 选择定位基准和加工方法 安排加工顺序 确定工序余量和切削用量 确定检验工具和检验方法 确定工时定额,机加工工艺规程的内容,工艺装备是工具、夹具、量具、刀具、模具和辅助工具的总称，分为通用工装和专用工装两种。,工艺装备的准备,通用工装可用于不同产品零部件的加工，通常由专业化的工装制造厂生产。 专用工装是根据具体产品的特殊需要配备的，由生产企业自行设计和制造，是企业工艺准备的重点。,据估计，在成批和大量生产中专用工装的设计和制造工作

16、量约占工艺准备总量的50%80%，其费用占产品成本的10%15%。,合理配备工艺装备，对质量、效率和成本影响很大。,工艺方案评价即工艺方案的经济效果分析。同加工方法有关。,工艺方案评价,最少时间标准（最高生产率） 最小费用标准 （最大利润） 最大利润率标准,要求单件生产时间最小，当生产任务很多或市场急需时采用。包括搬运、等待、准备、加工和检验时间。,最少时间标准（最高生产率） 最小费用标准 （最大利润） 最大利润率标准,要求单件生产成本最低，当生产任务不急而设备负荷不足时采用。包括搬运、准备、加工、刀具和检验费,要求单位时间的生产收益最高，是综合时间要求和费用要求的标准。利润率(收益总生产费用

17、) / 总生产时间,最佳工艺路线,在机械零件的加工过程中，坯件通常按一定顺序经过若干加工工序，构成工艺路线。,枚举法 网络图,计算所有可能工艺路线的工程时间，取其中的最小值对应的工艺路线为最佳工艺路线。,枚举法 网络图, 用图直观的表示全部工序关系，确定最短路线。,工程时间为工艺路线上的全部工序工时tij之和。 按最小时间标准，工程时间最短的工艺路线是最佳工艺路线。,网 络 图,表示工序的开始或结束，称为节点 表示工序,最短路线法求最佳工艺路线,1取 TE1 0,2从左向右依次计算各节点最小时间 TEj min TEitij ,0,6,4,TE5 min TE2t25 , TE3t35 , m

18、in 62 , 43 =7,7,9,9,最短路线法求最佳工艺路线,3工程时间为TE9，满足TE9tij的工艺路线是最佳工艺路线。,11,12,8,44 94 74 94,122 83,93 93,65 45,1取 TE1 0,2从左向右依次计算各节点最小时间 TEj min TEitij ,第三节 能力设计,能力设计 生产能力的度量 能力设计步骤,第三章 生产系统设计,能 力 设 计,能力设计是为贯彻企业能力战略所作的较长时期内关于生产能力和核心能力的具体策略和方针。,企业的能力决定了未来满足市场需求的水平以及能力的利用程度，直接影响系统成本和投资收益水平，在很大程度上决定了企业的竞争力 。

19、企业能力分为设计能力、查定能力、计划能力和最佳能力。,能力设计的主要目标是解决需要何种能力、多大能力，以及何时配备这些能力等问题。,运行后经查定重新确定的实际能力,生产能力的度量,在不同行业、不同组织有所不同，即使在同一行业或同一组织中也可能不同。,例如年产汽车的数量、炼油厂年处理原油的吨数、发电厂的年发电量或装机容量等。,生产能力的度量,实际利用能力和最佳能力的比值百分数称为能力利用率。,实际未利用的富余能力称为能力缓冲。,能力缓冲1能力利用率,服务业 30%左右,能力设计步骤,预测 分析 制定方案 评价决策,预测了解未来的能力需求。,能力需求预测,主要影响因素：市场需求、技术的发展、竞争对

20、手的策略、政府经济政策等。 要对各种影响因素进行充分估计，并将这些因素转换成可与能力直接进行对比的度量形式，形成对未来能力需求的科学预测。,预测了解未来的能力需求。,能力分析,生产系统中通常能力不足的环节称为瓶颈环节 。 根据“水桶原理”，企业的能力是由少数瓶颈环节的能力决定的。 为此首先应找出瓶颈环节，对其采取措施扩大能力。原有的瓶颈环节扩大能力后将发生瓶颈转移，需要关注新的瓶颈。,分析将未来能力需求同现有能力作对比分析。,预测了解未来的能力需求。,制定能力方案,首先应对瓶颈环节采取措施扩大其能力，例如增加投资、改进生产组织结构等，形成不同的具体方案。 由于市场需求和企业自身都在发展变化，瓶

21、颈转移可能会有不同的结果，也将产生不同的应对方案。 根据不同的先决条件产生多个能力规划方案，有助于对企业能力做出全面的、科学的安排，为企业提供最有利的发展机会。,分析将未来能力需求同现有能力作对比分析。,方案使未来的能力需求同实际能力大体平衡的措施。,预测了解未来的能力需求。,能力综合评价,定量分析方法主要从财务角度，考虑投资收益和回收情况。比如采用净现值法、投资回收期法、投资报酬率法等技术经济评价方法。 有些难以量化的因素可采用定性方法，比如同企业的能力战略、竞争策略、技术发展是否有矛盾，同国家的产业政策和环保法规是否有冲突等。,分析将未来能力需求同现有能力作对比分析。,方案使未来的能力需求

22、同实际能力大体平衡的措施。,评价用定量和定性方法做综合评价，选择最佳方案。,第四节 空间设计,空间设计 设施选址 设施布局,第三章 生产系统设计,空 间 设 计,空间设计是生产系统及其物质要素的空间定位和分配。,目标：在外部争取有利于当前和长远发展的良好环境，在内部保证生产系统的有效性、经济型和安全性。,内容：将生产过程中的厂房、设备、物资、人员所需要的空间位置作适当的选择和分配。,系统在外部空间中的定位称为选址。 系统各物质要素在内部空间的定位和分配称为布局。,设 施 选 址,设施选址是生产系统在外部空间中的定位，确定生产系统的地理位置。对今后的设施建设和生产效果影响巨大，是关系到企业生存发

23、展的百年大计。,选址不止是新建企业面临的问题，现有企业在改建、扩建、搬迁、兼并时也必须进行选址决策 。 影响选址的因素有自然资源、经济、政治、社会等方面。,一旦选址失误，或者注定失败，或者长期承受麻烦。,设施选址的影响因素,自然资源因素： 如物产资源、土地资源、水资源、气候条件等；,政治因素： 如政局稳定、治安状况、政策法规、税收负担等； 社会因素： 如社区条件、风俗文化、科技环境、生态环境、公众态度等。,经济因素：如原材料和能源供应、市场容量、人力资源、基础设施、交通运输、资金通融条件等；,通常先寻找少量可供选择的方案，用评估的方法选择比较满意的选址方案。,模糊评价法,模糊评价法是常用的一种

24、定量评估分析工具。,有A、B、C三个选址方案， 已预设6个评价项目及相应权值， 由100位专家对三个方案根据6个预设项目分项按优、良、中、差评定等级， 已知三个方案各分项评级的专家人数(表3-4)， 需要确定最终选址方案。,基本思路,模糊评价法,权值向量 W 0.1，0.2，0.2，0.15，0.2，0.15,得综合评价向量 BA W RA 0.43，0.37，0.16，0.04,模糊评价法,权值向量 W 0.1，0.2，0.2，0.15，0.2，0.15,得综合评价向量 BA W RA 0.43，0.37，0.16，0.04,BB W RB 0.27，0.26，0.31，0.16 BC W

25、RC0.01，0.07，0.30，0.62,确定最终选址方案为A址方案。,综合评价矩阵,设 施 布 局,设施布局是生产系统各物质要素在内部空间的定位和分配， 确定具体位置。主要包括厂区布置和车间布置。,工艺流程主要依赖于工艺技术和工艺设施，因此设施布局的类型常同工艺流程相一致，按工艺、产品对象或混合等原则布置。,按功能划分区域，便于管理协调； 满足工艺过程要求，流程简捷，物流顺畅，避免迂回和往复运输； 结构紧凑，面积利用率高，运输路线短； 严格保证安全生产，加强环境保护工作； 为企业的长远发展留有余地。,一般布局原则,常用方法：模型模板法、计算机设施定位法、相关图法、从至表法。,关 系 密 切

26、 程 度,作业相关图法,作业相关图法是按生产系统各组成部分的相互关联程度越密切越靠近的原则进行布置的方法。,绝对必要 A 特别重要 E 重要 I 普通 O 一般 U 不考虑 X,absolute especial important ordinary usual,6 5 4 3 2 1,绘制相关图或编制相关表，计算各组成部分的评分和。 将积分最高的组成部分居中布置，然后在周围按密切相关程度或积分大小逐一布置。 根据各部分的实际面积和使用要求作相应调整。,表示各组成部分的密切相关程度的图称为相关图。,作业相关图法,已知某厂有八个车间及各车间之间的密切程度。,1.接发运处 2.成品库 3.工具车间

27、 4.机修车间 5.生产车间 6.半成品库 7.餐厅 8.办公室,24,26,26,3,1,2,积分排序,表明部门2、5的密切相关程度,A：1-2、3-4 O：1-3、1-4、2-3、2-4,27,33,19,15,28,生产车间积分最高，应处于中心位置；办公室积分其次，应处于次中心位置； A： 1-2、3-4 ，应靠近； 除生产车间外，办公室和其他5个部门密切相关程度为I类，应处于次中心位置。,5 生产车间,1 接收 和收发,6 中间 零件库,2 成品库,3 工具车间,4 修理车间,8 办公室,7 餐厅,处于中心位置,次中心位置,作业相关图法,从至表法,从至表法是对生产系统内生产对象在各生产单元之间的运送量进行分析，按总运送工作量最小的原则进行布置的方法。,表示生产对象在各生产单元之