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1、1,第五章 生产过程的组织,生产过程的基本概念流水生产的基本概念单一对象流水生产线的组织设计多品种流水生产线的组织设计成组技术原理和柔性制造系统,2,工艺过程、工序检验和运输过程等待停歇过程自然过程,第一节 生产过程的基本概念,3,一、制造业的生产过程,4,一、制造业的生产过程,从接受订单到产品交货所持续的时间长度称为交货提前期，这也是一个重要的竞争力参数。生产过程所持续的时间是交货提前期的主要组成部分，占到60%以上。缩短交货期的主要工作应该放在生产过程上，此外，部门之间的工作衔接得好一些也是必须的。,5,广义生产过程基本生产过程生产技术准备过程：产品设计、工艺设计、定额制定、设备布置 ；辅
2、助生产过程：供电供气、工具模具制造、设备维修；生产服务过程：物资供应、运输服务、检验试验、仓库保管等。,二、生产过程,6,狭义生产过程基本生产过程 机械制造工艺过程，一般可划分为毛坯制造、零件加工和产品装配三个阶段。 每个阶段又可划分为若干工序。工序是在一个工作地上工人利用一次装卡所完成的加工作业。工序是工艺阶段最基本的组成单位。,二、生产过程,7,二、生产过程,生产过程的时间组成缩短生产过程的时间长度是生产管理的一项重要工作，通过对生产过程的时间组成分析，可以发现改进的方向。,8,9,三、组织生产过程的基本要求,连续性平行性比例性均衡性（节奏性）准时性,10,四、生产过程在制品移动方式,生产
3、过程时间组织的目标：减少时间损失，缩短生产周期，提高生产效率，降低在制品占用量，提高生产效益。在制品经过生产过程可采用不同的转移方式，而不同移动方式在不同生产条件下的效果是不同的。,11,1. 顺序移动方式一批制品在上道工序全部完工后，整批地转运到下道工序接着加工。顺序移动方式下的加工周期计算,12,例：一批制品，批量为4件，须经四道工序加工，各工序时间分别为：t1=10, t2=5, t3=15, t4=10。试计算顺序移动方式的加工周期。,13,14,顺序移动方式的优缺点及适用条件：优点：运输次数少、设备加工过程连续；缺点：零件等待时间长(n-1)ti、生产过程在制品占用多，加工周期长。适
4、用条件：批量不大，单件加工时间较短、生产单位按工艺专业化组成-距离较远的情况下。,15,2. 平行移动方式一批制品的每一件在上道工序完工后，立即运往下道工序接着加工(逐件转移)。,16,17,优点：加工周期短，在制品占用量少；缺点：运输次数多，当前后工序时间不相等时，存在设备 中断和制品等待的情况。,18,3. 平行-顺序移动方式,19,20,五、生产类型与基本生产过程的形式,（一）生产方法与基本生产过程按生产方法划分有四种生产类型：合成型、分解型、调制型和提取型，每种类型都有自己的基本生产过程形式。,21,五、生产类型与基本生产过程的形式,（二）合成型生产类型的两种基本生产过程组织方式大量生
5、产：采用高效专用设备，按对象专业化原则，采用流水生产线的生产组织方式。单件小批量生产：选用通用设备，采用工艺专业化原则机群式布置。成批生产类型：介于以上两者之间，多品种周期性地轮番生产的特点。在生产组织方式上，成批生产更接近于小批生产，采用工艺专业化原则机群式布置。,22,第二节 流水生产线的组织,流水生产方式起源于美国的福特汽车装配线。由于采用流水生产，使汽车的装配时间从12小时28分减少为2小时28分，汽车成本由2800多美元，降为800多美元，从而使汽车成为大众化交通工具。流水生产就是劳动对象按照预定的工艺顺序、统一的速度，连续不断地通过各个工作地，完成相应加工内容的一种生产组织形式。,
6、23,一、流水生产的基本原理,劳动分工原理 泰勒的科学管理理论：“作业标准化” 加工技术：工作母机的制造精度已经能够保证零件的互换性,24,工作地专业化程度高；工艺过程是封闭的，工作地按工艺顺序排列，劳动对象在工序间做单向移动； 各工序的比例性程度高；生产按规定节拍进行；劳动对象如同流水般从一道工序流向下一道工序，消除或者最大限度地减少了劳动对象的等待加工时间和设备加工的间断时间。,二、流水生产的特征,25,1.按生产过程对象移动与否 固定式流水线 移动式流水线2.按流水线上加工对象的品种数 单一品种流水线 多品种流水线3.按生产过程的对象转换方式 可变流水线 混合流水线,三、流水生产线的分类
7、,26,4.按流程连续程度 连续式流水线 间断式流水线5.按流水线节拍性质 强制节拍 自由节拍 粗略节拍6.按流水线机械化程度 手工式流水线 机械化流水线 自动式流水线,27,四、组织流水生产的必要条件产品结构和工艺先进而稳定；产品需求稳定，产量和劳动量足够大；制品加工的各工序能细分或合并，各工序的时间定额应与流水生产线节拍相等或成倍数关系，即工序同期化。,28,第三节 单一对象流水生产线的组织设计,流水生产线的设计，包括技术设计和组织设计两方面。前者是指工艺路线、工艺规程的制定，专用设备、专用工具夹具的设计，运输传送装置的设计等，属于流水线的“硬件”设计；后者的主要内容有：流水线节拍的确定，
8、设备需要量和负荷系数的计算，工序同期化工作，工人配备，制品传送方式的设计，流水生产线的平面布置，流水生产线的工作制度和标准计划图表的编制等，这些属于流水线的“软件”设计。,29,一、流水线组织设计的准备工作,进行产品和零件的分类改进产品和零件的结构审查和修改工艺规程收集整理设计工作所需要的资料,30,二、单一对象流水线组织设计1.确定流水线的节拍(r） 节拍是指流水线上连续出产相邻两件同种制品的时间间隔。节拍是决定流水线硬件和软件设计的重要参数，同决定了流水线的生产速度和生产能力。用如下公式计算：,31,2.确定各工序设备数和负荷率Si= i 工序需要的设备数(或工作地数) 流水线所需最小工作
9、地数,32,当Si 不为整数时 ，必须进行取整。 Sei = Si ， =取整号，取大于和接近于Si 的整数。当实取设备数不等于计算的设备数时，还须计算工序的设备负荷率。,33,设工序数为 m,则流水线总的负荷率：设备负荷率，决定了流水线运行过程的连续程度，当k大于0.75时，可组织连续流水线，而当k小于0.75时，应重新进行工序同期化，若经过同期化， k仍然小于0.75，一般组织间断流水线。,34,3.工序同期化 工序同期化就是通过技术组织措施按照工序的先后顺序来调整流水线各工序的组合时间，使其与节拍相等或与节拍成整数倍。工序同期化是流水生产组织设计的重要一环，同期化程度的高低，决定了流水线
10、的负荷率和连续程度。,35,设备加工为主的同期化措施1）对影响同期化的关键工序，可通过设备和工装的改进、加工工艺的改造等手段和措施加予实现。2）加大切削用量、减少加工工时.3）改进工作地布置和操作方法，减少辅助时间。4）提高工人的操作水平和熟练程度。,36,手工操作为主的工序同期化措施1）重新分解和组合工序2）合理调配工人3）采用高效工具,37,组合工序原则：1）组合工序（工作地）的工时不大于节拍；2）组合工序符合工序先后顺序原则；选优的规则是：组成的流水线工序数要少。处理这个问题常用的方法是分支定界法。,38,工序同期化的方法一：分支定界法例：某产品的生产节拍为10分钟，其装配工作可分为11
11、个工序，各工序的时间定额和顺序如下图示：,39,步骤： 1）列出所有可能作为第i工作地的组合方案； 2）求出各编组方案后剩余时间可能组成的最少工作地数；,Ski = 第i工序组合、第k编组方案的最少工作地数,40,T = 工序时间总和；ti = 第i工序时间； =取整号；3）当工序编组方案有多个时，取min Ski 方案为分支节点；4）当min Ski有多个时，取组合工序时间最大的方案，作为分枝节点；5）从剩余工序中找出可作为下道工序组合的所有编组方案，并计算最小可能工作地数：6）以上过程重复进行, 直到所有工序被组合。,41,7）从最后一个节点向前回溯，寻求且可能工序数更小的未分支的节点，进
12、行分支。直至找到所有节点的可能最小工作地数均等于或大于现有最小工作地数。对上例进行工步重组如下：第一组合工序方案1：1、2、5；S111(46-9)/10=5；方案2 ：1、2、6；S211(46-10)/10=5；,42,最小工作地数相同，选组合工时最大的方案，(1、2、6)为第一组合工序，从该方案进行节点分枝，列出第二组合工序的所有方案：第二组合工序方案1：3、5；S122(46-10-6)/10=5方案2：4、5；S222(46-10-8)/10=5方案3：5、7；S322(46-10-7)/10=5,43,最小可能工作地数相等，取组合工序工时最大方案：4、5；以其为分枝节点，进入第三工
13、序组合。第三组合工序：方案1：3、8；S133(46-10-8-8)/10=5;方案2：7； S233(46-10-8-6)/10=6;取方案1：3、8分枝,44,第四组合工序： 7方案1：7： S144(46-10-8-8-6)/10=6;方案2：10：S244(46-10-8-8-5)/10=6;第五组合工序： 9、10S155(46-10-8-8-6-10)/10=6第六组合工序：11至此全部工序组合完，得到6个工作地。,45,第七步：回溯。寻找未被分枝、可能工作地数小于6的节点进行分枝；当满足条件的分枝有多个时，取组合时间最大的节点：按上述条件，取节点： 进行分枝：最后得到最小可能工作
14、地数为5个。若取节点： 进行分枝，其余组合不变，虽然也可以得到最小可能工作地数为5个，但是违背了工序组合的先后顺序，故不可取。,5、7,7、11,46,47,周期循环时间C为0.14分钟,最少工作站数3个,工序同期化的方法二： 先后次序矩阵法,48,0.05,0.05,0.03,0.05,0.04,0.04,0.04,0.06,0.01,49,先后次序矩阵,50,位置权值矩阵,51,使用位置加权的9元素解法,52,4.流水线所需配备的工人数 手工操作流水线，i 工序上所需的工人数： Pi =Sei Wi g 其中：Wi =i工序单台设备上需同时工作的人数； g = 流水线每天工作班数； 整条流
15、水线所需人数：P= Pi,53,设备加工为主的流水线：,b = 流水线后备工人的百分比； fi = i 工序工人的看管定额；,54,5.确定运输方式和装置强制节拍：由机械化传送带实现节拍；自由节拍：连续式运输带、滚道、滑道、平板运输车，容许工序间储存一定的在制品；粗略节拍：重力滑道、吊车、手推车、平板车。传送带运输速度V= L0 /r L0为传送带分区单位长度。 L是传送带长度，Li是第i道工序的工作地长度，Lg是后备长度。,55,6.流水线平面布置,7.流水线标准工作指示图表 规定工作起止时间及统一休息时间；,56,第四节 多品种流水生产线的组织设计,一、可变流水线(一) 计算节拍（1）代表
16、产品法 在所生产的产品中，选择一种产量大、劳动量大、结构和工艺较有代表性的产品为代表产品。以其为代表来计算各产品的节拍。,57,例：某可变流水线上生产A、B、C三种产品，其计划月产量分别为2000、1875、1857件，每种产品在流水线上各工序单件作业时间分别为40、32、28分，流水线两班制工作，每月有效工作时间为24000分，试确定可变流水线上各种产品的生产节拍。(设A为代表产品),58,1）以代表产品表示的产量： Q=QA+QBB +QCC =2000+187532/40 +185728/40 =4800(件) i = ti / t代表,59,2）求代表产品的节拍 rA=24000/48
17、00=5(分/件)3）求其它产品的节拍 rB = rAB=5(32/40) =4 (分/件) rc = rAB=5(28/40) =3.5 (分/件),60,2）分配各产品占用有效工作时间,3）计算各产品节拍,（2）加工劳动量比重法 1）求各产品劳动量比重：,61,仍用上例计算各产品劳动量比重,62,计算各产品节拍,63,(二) 确定工序设备数及设备负荷率,64,（三）设备负荷系数计算第i道工序的设备负荷系数计算公式：,整个流水线的设备负荷系数为KSe为流水线上的设备总数。j代表产品，共X种产品。,65,二、混合流水线(一) 计算混合流水线平均节拍,例：某混合流水线上生产A、B、C三种产品，计
18、划其产量分别为3000，2000，1000件，计划起作业时间为12000分钟，其平均节拍为：R=12000/(3000+2000+1000)=2(分/件),66,(二) 计算流水线最小可能工作地数：计算流水线在计划期内的总劳动量：,计算流水线可能的最小工作地数：,67,(三) 绘制综合工艺路线图包含所有产品工艺路线的综合工艺路线。,A产品工艺路线图,68,B产品工艺路线图,69,产品综合工艺顺序图,70,（四）混合流水线的平衡(工序同期化) 单一对象流水线按节拍进行工步组合，而混合流水线要按每一工序在计划期承担的劳动量和计划期有效工作时间进行平衡。 组合工序的原则：符合工艺顺序；组合工序年工作
19、量不大于年有效工作时间；,71,（五）确定各产品投产顺序混合流水线上产品的投产顺序称为“连锁”，当连锁按周期性反复时，每一周期的连锁称为“循环流程”。A.生产比倒数法例：某混合流水线上生产A、B 、C三种产品，计划产量分别为：3000，2000，1000，用生产比倒数法求投产顺序。计算生产比xi及其倒数mixa : xb : xc=3000:2000:1000=3:2:1一个循环流程内的产量=xi=3+2+1=6,72,步骤：取生产比倒数值最小者先投产，对被选产品进行标识；更新生产比倒数值：被选产品生产比倒数值加上其原生产比倒数值，其余产品生产比倒数值不变；按更新的生产比倒数值选最小者先投产；
20、当最小生产比倒数值有多个，取识别记号较晚出现的产品先投产,但如果出现连续投入同一品种时，应排除这个品种，再按此规则排序。,73,ma= 1/3 ； mb= 1/2 ； mc= 1确定循环流程内的投产顺序,74,B.生产平准化生产两种产品，且产量相同。ABABAB生产两种以上产品，且产量相同。ABCABC多品种生产，且产量不同。如六个单位A和四个单位B，要进行基本逻辑分析。总产量10,75,生产平准化,逻辑分析规则：第一轮选取比值大的先投产；第二轮将原比值乘以2，并从新的比值中减去已被选取的次数与总产量的乘积，从更新比例中选取比值大的先投产；第三轮将原比值乘以3，并从新的比值中减去已被选取的次数
21、与总产量的乘积，从更新比例中选取比值大的先投产；以此类推。,76,77,第五节 成组技术原理和柔性制造系统,据美国的统计，批量小于50件的机械产品，成本比大批量生产的同样产品要高10-30倍。而社会发展的趋势是品种大量增加，同一品种的需求量减少，为了吸收大批量生产的优点，在成批小量生产中发展出成组技术和柔性制造系统。,78,一、成组技术的基本原理,成组技术的基本原理就是识别和利用事物的相似性。 据统计分析，机械产品中相似件占70%75%，为成组技术的应用提供了可能性。,79,一、成组技术的基本原理,利用分类编码系统、相似件图库和CAD软件进行成组设计，不但可以节省大量的设计工作量，还可以提高设
22、计的继承性和产品的“三化”程度。成组工艺设计制定工时定额、材料定额、定额成本按成组技术原理建立的生产组织，如成组生产单元，使生产系统具有很高的柔性。核心部分是分类编码系统，开创性的工作是由奥匹兹做出的，称之为Optiz分类法则。,80,二、成组生产单元,81,三、柔性制造系统,柔性制造系统（简称FMS），20世纪70年代初出现，是由自动化物料传送系统联结起来的、由计算机控制运行的、以数控机床（NC）和加工中心（MC）为基础的自动化制造系统，适用于多品种成批生产。 一个FMS由三部分组成：加工系统、物料储运系统和计算机控制系统。,82,1. 加工系统根据不同的加工对象，FMS通常配备镗铣加工中心
23、、车削加工中心、各种NC机床。 2. 物料储运系统它的功能是物料的存取、运送和装卸。 3. 计算机控制系统FMS的中枢控制中心，由它指挥FMS的一切活动。它与DNC计算机群控系统的关系是：当工件已夹装完毕，一切准备就绪，FMS的控制系统就把对该设备的控制权交给DNC群控系统。DNC系统执行加工任务，加工完毕后又把指挥权交还给FMS控制系统，由它把加工好的工件运往下一工位。,83,84,采用人机结合的控制方式更好，计算机控制正常情况下的运行，非正常情况下由系统管理员负责处理。 提高生产系统的柔性，有硬方法和软方法。硬方法是建立FMS，它结合了自动生产线生产率高和NC数据机床柔性高的优点，适用于多品种生产。 提供柔性的软方法是推行成组技术。 “软硬兼施”，对提高生产系统的柔性效果最好。采用GT，可以使FMS的利用率提高到80以上。,
