产品设计与流程选择-制造业.ppt

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1、生产与运作管理Production and Operations Management,主讲教师：石 凤波 Tel:020-84114619E-mail:,中山大学管理学院 研究生课程班,2,课程内容及安排,第一部分 绪 论第二部分 业务流程分析及工作设计 第三部分 产品设计与流程选择制造业第四部分 产品设计与流程选择服务业第五部分 质量管理第六部分 库存管理第七部分 供应链管理第八部分 项目管理考 试,Product Design and Process Selection-Manufacturing,第五章制造业的产品设计与流程选择,4,管 理 主 题,在激烈竞争的环境下，大多数的企 业都

2、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。,5,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。,6,5.1 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。,7,一、新产品串行开发模式 新产品开发（N

3、ew product development，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。,8,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,9,二、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

4、造,10,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(Concurrent engineering，CE)，也称为并行设计(Concurrent design)或同步工程(Simultaneous engineering)。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。,11,三、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

5、决定了 项目的市场影响和获利性。,12,表5.1 开发项目绩效评价,13,5.2 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。,14,2、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(Quality function deployment，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。,15,顾客心声通常是

6、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”。,16,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(House of quality)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。,17,关车门所需能量,门密封 阻力,水平路面 刹车力,

7、开门所需能量,声音传播 窗户,水阻力,7,3,3,2,5,易关,停在坡道仍,易关,不漏雨,无路面噪声,权重,10,6,9,6,2,3,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),1 2 3 4 5,能量减至,7.5ft/1b,5,4,3,2,1,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,AB,AB,A,B,A,B,BA,BA,BA,BA,

8、B,A,B,A,18,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。,19,二、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。,20,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

9、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。,21,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(Project process)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,22,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

10、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。,23,2、离散加工型(Intermittent process)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。,24,3、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

11、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。,25,二、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-process matrix，PPM)来 表示，如图5.4所示。,26,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

12、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）,I II III IV,石化企业,项目型,II,工艺专业,III,IV,V,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,27,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。,28,由矩阵的右上角演变到左下角往往是企 业匹配策略的“雷

13、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）。,29,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。,30,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

14、(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),31,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。,32,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

15、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。,33,三、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。,34,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

16、)；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。,35,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。,36,图5.6 替代流程盈亏平衡图,500,1000,1500,2000,2500,100,200,300,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

17、床上制造,37,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。,38,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

18、，到A，再到图5.6的右侧的这条折线。,39,5.4 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。,40,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。,41,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

19、 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。,42,二、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。,43,(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

20、下一 任务处理的存储物品常称为在制品。,44,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。,45,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。,46,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

21、有一台机器在进行 维修。,47,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。,48,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。,49,解：(1)确定整个流程的生产能力(每周生产零

22、 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。,50,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。,51,(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,52,既然最终装配任务没有变化

23、，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。,53,(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,54,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。,55,(

24、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)。,56,表5.2 周产量为6000时的单件成本,单位成本每周总成本/每周生产件数 6670/60001.11美元/件,57,表5.3 周产量为10000时的单件成本,单位成本每周总成本/每周生产件数 10350/100001.04美元/件,58,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。,59,结 束 语,将产品由设计转移至顾客是管理。,生产产品

25、是一门科学；,设计令顾客满意的产品是一门艺术；,60,THANKS!,第六章设 施 布 置,Facility Layout,62,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）。,63,6.1 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。,64,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

26、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。,65,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”）。,66,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

27、；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。,67,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,7,6,8,5,4,3,2,1,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,68,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,80,160,装货处,69,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

28、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)。,70,表6.2 成本矩阵第一个方案,总成本：3474美元,美元,71,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

29、1和车间6布置得更 近一些）的总成本。,72,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,80,160,装货处,73,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。,美元,74,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

30、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。,75,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,80,160,装货处,76,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；,77,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）。

31、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。,78,一、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（Computerized Relative Allocation of Facilities Technique，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。,79,CRAFT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

32、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。,80,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。,81,二、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(Sys

33、tematic layout planning,SLP)。,82,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。,83,表6.4(a)相关表(根据表(b)和(c)可得),字母：关系密切程度数字：关系密切程度的原因,84,*其他原因也可以,*仅供本例使用,表6.4(b),表6.4(c),85,1,3,2,5,4,5,A,I,I,U,E,U,2,3,1,4,2,1,4,5,3,20ft.,50ft.

34、,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,86,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,87,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

35、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。,88,一、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。,89,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

36、、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。,90,二、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）。,91,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，

37、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。,92,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。,93,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

38、为：,94,(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）。,95,(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。,96,(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。,97

39、,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。,98,表6.5 J型玩具马车的装配步骤及其时间,99,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,100,(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）：,101,(4)选择作业分配规则。对于特定的问题有 些

40、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：,102,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。,103,表6.7 根据后续作业最多规则来平衡装配线,B11 39.4 C,E C,E E,E15 24.4 C,H,I C,C 9 15.4 F,G,H,I F,G,H,I F,G,H,I,123.4空闲 无,G12 38.4 H,I H,I H,I,12 26.4 I,I12 14

41、.4 J,J 8 6.4空闲 无,(1)若最长时间相等，任选其一作业,104,(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。,105,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。,106,三、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

42、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。,107,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,108,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,109,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。,110,四、混合型装

43、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。,111,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

44、，这会导致不必要的库存。,112,如果我们想要减少在制品的数量，可以建 立一条混合型装配线来生产这两种支架，这既可以大大减少在制品的数量，又可满 足使J型和K型支架数量相等的要求。加工时间：J型车6分钟/个；K型车4分钟/个。一天的工作时间为480分钟(860分钟)。,113,解：因为要生产相等数量的J型和K型小车支 架，即J=K，所以，由 6J+4K=480 可知 每天要生产48个J型支架和48个K型支架，或每小时生产6个J型支架和6个K型支架。,114,表6.8为J型和K型的一种平衡方案。表6.8 平衡的混合产品生产次序(每天重复8次)该生产线以最小周期12分钟、每小时生产 两种支架各6个

45、来实现平衡。,115,表6.9为J型和K型的另一种平衡方案。表6.9 平衡的混合产品生产次序(每天重复16次)该生产线以最小周期10分钟、每30分钟生 产3个J型支架和3个K型支架来实现平衡。,116,混合型平衡的简单性（在生产计划稳定的条 件下）可以参见门田安弘(Yasuhiro Mondon)对丰田汽车公司经营的描述：丰田的总装线是混合型产品线。每天的生产 数量都是用月生产计划表中的各型号的汽车 总量除以工作天数得出的平均数。为了与每天的生产计划相适应，每天要根据 不同的产品组合计算相应的生产周期。为了 保证按周期生产，各种产品要按照规定的次 序进行生产。,117,6.3 成组技术(单元式

46、)布置,成组技术(单元式)布置是将不同的机器组 成加工中心(或工作单元)来对形状和工艺 要求相似的产品或零件进行加工。成组技术布置现在被广泛应用于金属加工、计算机芯片制造和装配作业。成组技术布置和流程原则布置的相似之处 在于加工中心用来完成特定的工艺过程，加工中心生产的产品种类有限。,118,一、成组技术布置的步骤流程原则布置转换为成组技术布置可通 过以下三个步骤来实现：(1)将零件进行分类。建立并维护计算机化 的零件分类与编码系统。尽管许多公司 都已开发了简便程序来对零件进行分组，但这种系统的支出仍然很大。,119,(2)识别零件组的物流类型。以零件组的物 流类型作为流程布置和再布置的基础。

47、(3)将机器的流程分组，组成工作单元。有 些零件由于与其他零件联系不明显而不 能分组；有些专用设备由于在各加工单 元中的普遍使用而不能具体分到某一单 元中去。这些无法分组的零件和设备都 放到“公用单元”中。,120,二、虚拟成组单元当设备不易搬运时，许多公司都在流程原 则布置中使用固定机器。例如，对于两个 月的生产运行期来说，一个虚拟成组技术(GT)单元可能是由钻床区的钻床1，铣床 区的铣床3和机器组装区的组装区1组成的。为了产生一个近似的GT流，对某一零件组 的所有加工都在指定机器上进行。,121,6.4 定位布置,定位布置是将产品(由于体积或重量庞大)停留在一个地方，生产设备移到要加工的 产品处而不是产品移到设备处。造船厂、建筑工地和电影外景制片场都是这种布置 方式的实例。与流程原则布置和产品原则布置相比，定 位布置的特点是具有相对较少的产品数量。,122,在许多制造业中，都将两种或两种以上 布置类型结合起来使用。在每个区域可以使用不同类型的布置方 式，比如，在制造阶段采用流程原则布 置，在局部装配阶段使用成组技术布置，在最后的总装阶段采用产品原则布置。,123,Thanks!,