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1、第五章 数字化制造管理,Digital Manufacturing Management,2023/10/14,2,第五章 数字化制造管理,本章主要介绍了如下方面内容：概述 制造计划管理 生产调度 制造执行控制,内容简介,现代化企业管理是企业成功的关键，而生产管理是企业管理的重要组成部分。生产管理根据企业经营决策所确定的一定时期内的经营战略与计划任务，组织生产活动，调动各种资源和技术手段，并保证实施。具体来说，生产管理就是对企业日常生产活动的计划、组织、准备与控制。在市场经济条件下，企业要在激烈的竞争中求得生存和发展，必须加强生产计划与管理。因为决定企业竞争力的主要因素是产品质量、成本和交货期
2、的及时性，而这些都是由生产计划与管理工作来保证的。,2023/10/14,3,第一节 概 述,一、生产管理的基本概念,生产过程 指围绕完成产品生产的一系列有组织的生产活动的运行过程。,生产过程图,2023/10/14,4,生产类型 按生产的连续程度分为:连续型生产和离散型生产。,间歇型,流水型,连续型生产,离散型生产,2023/10/14,5,离散型生产又可分为:大批量生产 在较长时间内重复进行一种或少数几种类似产品的生产,通常以大批量流水线方式进行，如螺钉、螺母、小轿车。生产特点是效率高，工人、设备及工艺专业化，产品质量容易保证，成本低。要编制经过仔细安排及优化的标准生产计划，并要对整个生产
3、过程进行实时监控，依据订单变化做主生产计划的调整。单件小批量生产 订货数量不多但零件品种多，如船舶、大型电机、桥梁。生产特点是加工过程长，效率低，要求工人是多面手。在生产对象复杂多变的情况下，一般宜按工艺专业化原则，采用机群式布置的生产组织形式。,2023/10/14,6,生产作业计划的编制不宜集中，一般采取多级编制自上而下逐级细化的方法，在生产的指挥和监控上要使基层能够根据生产的实际运行情况有较大的灵活处置之权，以提高生产管理系统的适应能力。另外，由于零部件品种繁多，不宜同等对待，在生产过程中应该把重点放在关键零部件的计划与控制上。多品种中小批量生产 介于大批量生产和单件小批量生产方式之间，
4、如电机。生产特点是应用成组技术，缩短交互作业时间。严格管理制度，减少库存。大批量定制生产 将大批量生产和定制生产融合在一起，以大批量的效益进行定制生产。成本、质量、交货期与大批量生产一致。特点是生产的产品真正是客户所需要的，生产能够适应市场的快速变化，生产成本低、周期短、质量能够持续改善。,2023/10/14,7,3.生产管理的基本内容 生产管理是企业对所有和生产产品或提供服务有关活动的管理，对生产过程所涉及的活动进行计划、组织与控制。,2023/10/14,8,二、数字化生产管理系统,数字化生产管理：围绕生产计划与生产控制等过程，针对生产任务和目标，运用数字化定量表达、存储、处理和控制方法
5、，及时准确地采集、存储、更新和有效地组织管理与生产有关的产品信息、计划信息、资源信息、生产活动状态信息等，并进行及时的信息处理、统计分析和反馈，为优化生产过程与经营决策提供快捷、准确的数据和参考方案。数字化生产管理能满足现代生产管理的小批量多品种、生产提前期短和产品质量高的要求。,1、数字化生产管理的特点,实时性精确性集成性自反馈性决策支持,2023/10/14,9,2、数字化生产管理系统的内容,计算机硬件服务器、客户机、网络设备以及加工控制设备等软件基础性软件（操作系统、数据库软件等）面向生产过程管理的功能性软件（CAPP、计划管理、资源管理、库存管理、质量控制等）实现功能性软件集成的软件框
6、架（MRP,ERP和MES等）,数字化生产管理系统是利用计算机软件技术、网络技术和数据库技术将先进的生产管理理念和管理过程进行固化，形成标准、通用、自动进行生产管理的软件系统。数字化生产管理是计算机软件、硬件与生产管理理念、生产管理过程的融合与集成。,2023/10/14,10,1、20世纪40年代库存控制订货点法,2、20世纪60年代基本MRP,3、20世纪70年代闭环MRP（考虑了能力）,4、20世纪80年代发展起来MRP II（考虑资金）,5、20世纪90年代出现ERP,6、21世纪出现MRP II/ERP和MES集成,三、数字化生产管理的发展历程,2023/10/14,11,库存控制定
7、货点法,订货点=单位时区的物料消耗量*定货提前期+安全库存量,2023/10/14,12,库存控制定货点利用的条件,1、物料的消耗相对稳定；,2、物料的供应比较稳定；,3、物料的需求是独立的；,4、物料的价格不是太高。,2023/10/14,13,MRP的产生-Material Requirements Planning,定货点的不足：不能反映物料的实际需求 造成盲目提高定货点 增加库存量 占用大量资金 成本升高,企业管理者认为：库存量应该与物料清单有关 应该实现需要的时候提供需要的数量,2023/10/14,14,MRP逻辑流程图,物料需求计划,主生产计划,产品结构信息,物品库存信息,物料采
8、购计划,安排加工计划,2023/10/14,15,闭环MRP产生的背景,基本MRP没有考虑能力对计划的影响,造成生产计划和采购计划的不可行,必须对企业的能力进行校核和执行控制,必须考虑能力约束，必须提出能力需求计划,2023/10/14,16,闭环MRP逻辑流程图,2023/10/14,17,MRP II 的产生Manufacturing Resource Planning,闭环MRP考虑了物流信息，但没有考虑资金流,从物料投入到产品产出均伴随着资金流,造成采购计划制定后，由于资金短缺无法实施,必须以生产计划为主线，对物流、信息流和资金流进行统一的计划和控制,必须通过对资金和成本的运作的掌握，
9、生产计划更可行和可靠,2023/10/14,18,MRP-系统的基本功能结构,2023/10/14,19,MRP II 面临的挑战,、企业竞争的范围不断扩大，必须将分销、质量、人力、服务纳入其中,、企业的规模不断扩大：多集团、多工厂,、动态联盟,MRP II无法解决上述问题！,2023/10/14,20,ERP的基本思想Enterprise Resource Planning,ERP它利用信息技术和先进的管理思想，对整个供应链信息进行集成管理，为企业提供决策、计划、控制和经营业绩评估的全方位和系统化的平台。,ERP不仅是软件，更是一种管理理念！,2023/10/14,21,ERP系统结构图,2
10、023/10/14,22,ERP的五个基本功能,生产规划系统物料管理系统财务会计系统销售、分销系统企业情报系统,四个扩展模块,SCM（供应链管理）CRM(客户关系管理)SFA（销售自动化）EC(电子商务),2023/10/14,23,MRP/ERP和MES集成阶段（MES：Manufacturing Execution System)MRP/ERP制定的计划只能到生产部级，是零部件级别的生产计划；MES将制定的计划细分到车间级别，制定的是零件的工序级别的计划，即零件每个工序采用的生产设备、作业人员、开始和完成时间的计划。,2023/10/14,24,各发展阶段的联系与区别：,2023/10/1
11、4,25,第二节 制造计划管理,制造计划又称生产计划，是为制造企业、制造车间或制造单元等制造活动的执行机构制定在未来的一段时间（称为“计划期”）内所应完成的任务和达到的目标。制造计划按照不同层次可以分为：1.企业战略规划 2.生产经营计划 3.执行作业计划,一、制造计划,2023/10/14,26,制造计划的总体框图,2023/10/14,27,二、数字化制造计划系统,APS计划系统,MRP计划系统,JIT计划系统,TOC计划系统,数字化制造计划系统,2023/10/14,28,（1）MRP的计划原理：MRP计划是以零部件为对象的生产进度计划。通常，它是根据主生产计划、库存信息和产品结构中的零
12、件层次关系，来编制零件的生产进度。MRP计划系统最为关键的文件形式就是物料清单BOM，以此来描述零件在产品中的层次关系和数量。,MRP计划系统自动生成BOM表，BOM反映产品零部件的层次关系、数量、投入提前期、制造性质、物料分类等。,1.MRP(Material Requirement Planning)计划系统,2023/10/14,29,MRP信息流程,生产什么？生产多少？,需要什么？,有什么？,每一项加工件：生产日期和完工日期需求数量,每一项采购件：订货日期和到货日期需求数量,根据主生产计划编制零部件生产计划和物料采购计划,2023/10/14,30,生产提前期例子产品结构,圆珠笔,笔芯
13、,笔帽,笔筒,笔芯头,笔芯杆,笔油墨,MRP在编制零部件生产进度时是以产品的交货期为基准，朝着工艺过程的逆向，按照生产投入提前期的长度，采用倒排序法编制。,2023/10/14,31,生产提前期的计算,笔油墨的生产提前期为：5h+3h+8h=16h笔芯杆、笔芯头的生产提前期为：5h+3h+6h=14h笔芯的生产提前期为：5h+3h=8h笔帽、笔筒的生产提前期为：5h+8h=13h圆珠笔装配的提前期为：5h,2023/10/14,32,对上例的分析,产品的累计提前期为：5h+3h+8h=16h,产品各层次需求时间不同，应该在需要的时候，提供需要的数量,最长的一条加工路线决定了产品的加工周期,20
14、23/10/14,33,（2）MRP计划编制步骤和方法,2023/10/14,34,（3）滚动计划编制及意义,滚动计划（Rolling Plan）是一种动态编制计划的计划方法。滚动计划一般把计划分为三个时区，执行区、准备区和展望区。离当前最近的为执行区，稍远的与执行区衔接的为准备区，最远的为展望区。,每经过一个执行期编制一次计划，每个计划的长度仍为8个星期。保证了计划的实时更新和整体性。,2023/10/14,35,2.JIT(Just In Time)计划系统（丰田生产系统）系统的核心思想是在需要的时候才去生产所需要的品种和数量，不要多生产，也不要提前生产。,2023/10/14,36,.T
15、OC(Theory Of Constraint)计划系统,TOC计划系统进行编制计划的步骤如下：(1)搜索系统中存在的瓶颈工序；(2)以产出量为判断标准，运用运筹学等方法优化瓶颈工序的资源利用效率，围绕瓶颈资源制订生产计划；(3)根据瓶颈工序的计划，编制其他各工序的计划；(4)提高瓶颈工序的能力；(5)如果瓶颈工序不再制约总的产出，就回到步骤(1)，否则转到步骤(2)。,约束理论(TOC)的指导思想实质上是寻求系统的关键约束点，集中精力优先解决主要矛盾。TOC计划系统，首先确定瓶颈工序和瓶颈资源，编制产品关键件生产计划，在确认关键件的生产进度的前提下，再编制非关键件的生产计划。,2023/10
16、/14,37,考虑企业内部和外部资源约束，进行从工厂到车间作业与工序一级的生产计划与调度。高级计划排产的应用方法可以根据车间目标建立一个资源能力与生产设备能力模型，并通过选择高级算法模拟计划规则，以及根据生产的工艺路径、订单、能力等复杂情况自动调配资源，生成一个优化的、符合实际的详细生产计划，达到优化计划排程的目标。,APS(Advanced Planning System)高级计划排产系统,2023/10/14,38,第三节 生产调度,生产调度（Production Scheduling）是在生产计划的基础上确定生产任务（如工件）进入车间的顺序以及车间运行中各种制造资源的实时动态调度，一般将
17、生产调度又分解为生产任务（如工件加工）的静态顺序、动态顺序和系统资源实时动态调度三个子问题。,一、生产任务的静态排序 生产任务的静态排序（Off-Line Sequencing）是指根据零件生产作业计划规定的生产进度，进一步具体地确定每个工件在每台设备上的加工顺序和生产进度，同时也确定了每台设备（工作地）、每个工作人员、每个工作班次的生产任务。,2023/10/14,39,（1）约翰逊法 约翰逊法适用的条件是N个工件经过有限台设备加工，所有工件在有限设备上加工的次序相同。约翰逊法的目标是要求得到全组零件生产周期最短的生产进度表。约翰逊法的步骤如下：（）列出零件组的工序矩阵。（）在工序矩阵中选出
18、加工时间最短的工序。如果该工序属于第工序，则将该工序所属工件排在前面。反之，最小工序是第工序，则将该工序所属的工件排在后面。若最小工序有多个，可任选其中一个。（）将已排序的工件从工序矩阵中消去。继续按照（）、（）、（）排序，直到所有工件的投产顺序制订完毕。,生产任务排序方法,2023/10/14,40,例：有个工件在台设备上加工，加工顺序相同，先在设备上加工，再在设备上加工，工时列于下表，用约翰逊法排序并计算该批工件的生产流程时间。,2023/10/14,41,约翰逊法排序结果：,某工序结束的流程时间=某工序的开始时间+某工序的加工时间一个工序的开始时间取决于两个因素：（1）该工序前一道工序的
19、结束时间（2）该工序所用设备上前一个工件的加工结束时间该工序的开始时间取决于上述两数中的大值。,2023/10/14,42,（2）关键工序法 关键工序法进行排序的工作步骤如下：（）按工序汇总各零件的加工工作量，定义加工工作量最大的工序为关键工序。（）比较各零件首尾两道工序的大小，并把全部零件分成三组，“首尾”分在第一组，“首尾”分在第二组；“首尾”分在第三组。（）各组分别对组内零件进行排序。第一组：每一零件分别将关键工序前的各工序相加，根据相加后的数值按递增序列排队；第三组：每一零件分别将关键工序之后的工序相加，根据相加后的数值按递减序列排队；第二组：当第一组的零件数少于第三组时，本组零件按第
20、一组的规则排列；当第三组的零件数少于第一组时，本组零件按第三组的规则排列。（）全部零件的排序按第一组排在最前，第二组排在中间，第三组排在第二组的后面。,2023/10/14,43,例：设有零件A,B,C,D,E,F,其工艺过程及工时定额见表,按关键工序法排序.,2023/10/14,44,2023/10/14,45,2023/10/14,46,（3）优先规则法 优先规则法是目前解决生产任务排序的最常用的启发方式方法。1977年和W.Iskander归纳整理出了100多个调度的优先规则。其中最主要的规则如下：SPT(Shortest Processing Time)规则；FCFS(First C
21、ome First Served)规则；MWKR(Most Work Remaining)规则；LWKR（Least Work Remaining）规则；MOPNR(Most Operation Remaining)规则；DDATE(Due Date)规则；SLACK规则；RANDOM规则。,2023/10/14,47,二、生产任务的动态排序,在系统运行过程中会出现一些不可预见的扰动，如被加工工件交货期的改变，系统内某些设备的故障等。这些扰动会使原来已经优化的静态排序变成非优化的排序，因此在制造系统运行过程中必须有一个根据实时状态改变生产任务的加工顺序或工序路径的环节，这就是生产任务的动态排序
22、。生产任务的动态排序（On-line or Real-time Sequencing）是指制造系统处于运行过程中，对系统内的被加工任务进行实时再调度的功能。动态排序方法：人工智能领域的启发式规则 遗传算法,2023/10/14,48,三、资源的实时动态调度,虽然在上述生产任务计划、静态和动态排序等阶段中考虑了系统内各种资源的优化利用问题，但由于问题本身的复杂性以及系统状态可能出现的无法预料的情况，使得系统并不能完全保证在适当的时间内为生产任务提供所需要的系统资源，这就需要在系统运行中对系统资源进行实时调度，以保证生产任务所形成的物料流成为“平滑”的流动状态。动态调度的对象：加工设备、刀具、夹具
23、、机器人、自动小车、缓冲托盘站等 以系统整体优化为目标的计划和调度方法：模拟退火法、遗传算法等,2023/10/14,49,第四节 制造执行控制,生产管理系统包含生产过程的计划和生产过程的控制，制订生产计划、主生产计划、生产能力计划等，都属于生产过程计划。而这些计划指令和制造指令如何得以执行和对执行过程的监控是属于制造执行控制的内容。随着信息化的发展，很多企业都应用了ERP与生产过程监控软件。目前的ERP计划管理是主要功能，一般不涉及具体生产活动的管理（如生产单元间的资源调配、计划执行、生产监督等），因此上层的计划信息不能直接用于生产和设备控制，底层的生产设备的状态信息无法直接用于ERP系统进
24、行精确计划，严重阻碍了企业信息化的发展。从生产制造管理而言，ERP解决了从销售、物料需求到采购等一系列业务流程的管理，而MES则是从物料需求计划开始往下延伸，考虑车间具体情况，制订计划和监控现场执行，强调现场的精细化管理和实时监控，以及依据反馈的实际数据进行各种生产和质量上的统计分析。,2023/10/14,50,一、制造执行系统在数字化生产管理系统中的地位和作用,数字化生产管理的层次模型,制造执行系统在数字化生产管理中起到了承上启下的作用,2023/10/14,51,（）计划层：数字化生产管理中的计划系统，以客户订单和市场需求为计划源头，充分利用企业内的各种资源，降低库存，提高生产经营的效益
25、。从数字化生产管理的角度来看，属于企业的计划层。（）执行层：上层和底层的信息枢纽，强调计划的执行和制造过程的控制，把上层的计划层和车间的生产现场控制有机地集成起来。（）控制层：对生产设备的开启、运行和停止进行控制等，完成计划指令和制造指令执行的控制。主要包括分布式控制系统（）、可编程控制器（）、数控和直接数控（）、监控和数据采集（）以及其他控制产品制造过程的计算机控制方法。,2023/10/14,52,计划系统（MRPERP）将分派的工作传给MES系统，同时计划系统依赖MES提供“真实的”生产状态、生产能力、成本等信息。供应链的主计划和调度信息是排定生产活动的依据之一，而MES系统向SCM 提
26、供实际的订单状态、生产能力等信息。销售和服务管理系统必须和MES有信息交换，因为成功的报价和发货都需要了解生产活动信息。产品工艺系统向MES提供产品模型、工艺指令、工艺参数等信息。财务和成本管理需要MES提供设备资源信息和人力资源信息，以确定员工工时和产品成本。,的定位,2023/10/14,53,二、制造执行控制的功能,（1）资源分配以及状态管理（2）工序级详细生产计划（3）生产调度管理（4）文档管理（5）现场数据采集（6）人力资源管理（7）在线质量管理（8）生产过程管理（9）生产设备维护管理（10）产品跟踪和制造数据管理（11）性能分析,2023/10/14,54,三、制造执行过程管理,在
27、制造执行过程中，MES层、MES上层和MES下层有不同的功能。各层之间存在着大量的数据交换，数据交换的过程构成了制造执行管理的主要内容。,2023/10/14,55,例题：有6种零件，其工序矩阵见下表，按约翰逊法排序，并计算每个工件每个工序的加工结束时间和整批零件的加工时间。,2023/10/14,56,思考题：什么是生产过程?生产过程组织形式的分类原则及其常见形式有哪些?试举例说明离散型生产的类型。什么是生产管理？数字化生产管理的特点？试写出数字化生产管理发展各阶段的名称并分析异同点。制造计划可分为几个层次？每个层次的主要内容、编制人员和执行周期有什么区别？数字化制造计划系统的主要类型有那些？它们是如何编制计划的？MRP计划的原理？MRP计划与JIT计划的区别？JIT计划中看板的作用和使用规则是什么？约翰逊排序法。简述数字化生产管理的层次模型并绘图说明。简述MES的作用。MES的功能有哪些？,2023/10/14,57,本章结束,Thank You！,
