生产系统设计课件

(Nov. 2005),生产系统设计,-,97,-,设施布置,概述设施布置的基本类型产品原则布置设计工艺原则布置设计混合布置设计其他设计布置,生产系统设计,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,设施布置,是指在一个给定的设施范围内，对多个经济活动单元进行位置安排。所谓,经济活动单元,，是指需要占据空间的任何实体。例如：机器、工作台、通道、桌子、储藏室、工具架等等。所谓,给定的设施范围,，可以是一个工厂，一个车间，一座百货大楼，一个写字楼，或一个餐馆等。,概述,设施布置的目的,是要将企业内的各种物质设施进行合理安排，使它们组合成一定的空间形式，从而有效地为企业的生产运作服务，以获得更好的经济效果。设施布置要确定组成企业的各个部分的平面或立体位置,并相应地确定物料流程、运输方式和运输路线等，使人流和物流能畅通无阻。,(Nov. 2005),生产系统设计,概述,应包括哪些经济活动单元? (2) 每个单元需要多大空间? (3) 每个单元空间的形状如何?(4) 每个单元在设施范围内的位置? 包括单元的绝对位置与相对位置。,设施布置的任务,(Nov. 2005),生产系统设计,概述,重要性,（1）需要投入大量的资金和精力，因此稍有失误，便将造成巨大损失。 （2）具有长期性，不容易修改，为此，必须进行谨慎设计。（3）对短期运作的费用和效率有很大影响。,设施布置的重要性和必要性,必要性,（1）无效率的运作（高成本、瓶颈）（2）意外事故（3）产品设计上的改变（4）引入新产品（5）产量或产出构成上的改变（6）方法或设备的改变（7）环境或其他法律要求的改变（8）情绪问题（如，缺乏面对面接触）,(Nov. 2005),生产系统设计,概述,（1）企业的产品 首先,，企业的产品品种将决定企业所应配备的主要生产单元；,其次,，由于产品的结构上艺特点决定着产品加工种类，决定着产品的劳动量构成，因此也就影响着生产单元的构成；,再次,，产品的生产规模也会影响到生产单元的构成，如某产品的产量较大且加工劳动量也较大、具有一定规模时，就有必要考虑设置该种产品的专门生产车间或分厂，反之则没必要。,影响企业经济活动单元构成的因素,(Nov. 2005),生产系统设计,概述,（2）企业规模,企业经济活动单元的构成与企业规模的关系是十分密切的。这是因为企业所需经济活动单元的数目、大小是由企业规模所决定的。企业规模越大，所需要的单元数目也越多。,影响企业经济活动单元构成的因素,（3）企业的生产专业化水平与协作化水平,采用不同专业化形式(指产品对象专业化或工艺对象专业化)；企业的协作化水平越高，即通过协作取得的零部件、工具、能源等越多、则企业的主要生产单元就越少。,(Nov. 2005),生产系统设计,概述,（4）企业的技术水平,其中主要是装备的技术水平，它直接影响着企业经济活动单元的构成。若装备的技术水平高，数控设备、加工中心等高技术设拥有率较高的企业，其生产单位的组成则较简单；反之，则较复杂。,影响企业经济活动单元构成的因素,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,（1）产品原则布置 (product layout)（2）工艺原则布置 (process layout)（3）固定布置 （fixed-position layout）（4）混合布置 (hybrid layout),设施布置的基本类型,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,产品原则布置,这种布置使产品对象专业化的生产组织方式得己实现。加工运作被分解成一系列标准化的作业，由专门的人力和设备去完成。设备是按照某一种或某几种(但这几种产品的加工路线基本类似),产品的加工路线或加工顺序顺次排列,的，所以常称为生产线。但生产线并不一定是一条直线，它可以采取L型、S型、U型等多种形状，或这几种形状的组合。,工作区,工作区,工作区,工作区,成品,原材料或顾客,工作流程,开始,结束,材料和/或人工,材料和/或人工,材料和/或人工,材料和/或人工,生产或服务流水线,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,产品原则布置,1,5,6,8,9,2,3,4,7,10,进,出,工人,可能更加有利于工人、车辆的往返移动,更紧凑，要求的长度约为直的生产线的一半,增进工人之间的交流,工作分配弹性更大,进出口在同一端,U型生产线,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,产品原则布置,多层厂房的生产线,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,产品原则布置,前提条件：,产品结构高度标准化；,作业也被高度专业化和标准化；,设备高度专业化、自动化；,特点：,设备按工艺过程顺序布置；,物料按固定运输路线搬运， 由此形成流水线。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,产品原则布置,优点：,产量高，大量产品能够迅速通过系统，在制品库存少；,由于产量高，单位成本低；很高的专用设备费用由大量产品来分摊；,劳动专门化减少了培训的费用和时间，同时使监管跨度加大；,单位物料运输费用低，可能使用固定路线的物料运输设备；,工人和设备的利用率高；,工艺路线选择和进度安排都在系统的初步设计中被确定下来，一旦系统运转，无需过多考虑；,管理程序化；,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,产品原则布置,缺点：,分工过细使工作重复单调；,技术低的工人可能对维持系统或产出质量缺乏兴趣；,系统对产量变化以及产品或工艺设计变化的适应性差；,个别设备故障或工人缺席率高对整个系统的影响极大；,预防性维修、迅速修理的能力和备用件库存必不可少；,与个人产量相联的激励计划是不可行的；,主要考虑的问题：,如何使每一单元的操作时间都大致相等。否则，整个生产线的产出速度只能是费时最多的单元的产出速度。此即,生产线平衡问题。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,工艺原则布置,这种设施布置是与工艺对象专业化的生产组织方式相对应的。当产品品种较多，每一种产品的生产量都不是很大，只能断续生产时，通常采用工艺对象专业化的生产组织方式。在这种布置方式下，,设备是按照其所具有的功能来布置的,。例如，机械制造厂将车床、铣床、钻床等设备分别放置。这种布置方法对产品的适应性较高，但产品的物流比较复杂无序，在制品库存量也较高，从而整个生产周期较长。工艺原则布置在服务业很常见。,主要考虑的问题：,如何设置各个不同的经济活动单元使本来无序的物流稍加有序。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,工艺原则布置,研磨机,车床,存储,钻孔机,装配,工艺原则布置,电锯的零件,电钻的零件,检查,装运,上漆,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,工艺原则布置,特点：,主要用于多品种生产，适应多种工艺路线。,设备通用性好，以保持其工艺柔性。,对于工人的技能要求较高。,工序间的衔接不如产品原则时严格，此时工件是按批转移的。,设备按功能相同成群布置，而非按产品的工艺流程。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,工艺原则布置,优点：,系统能够满足多样的工艺要求；,系统受个别设备出故障的影响不大；,通用设备一般没有产品原则布置中使用的专用设备昂贵，而且维修较易，费用较低；,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,工艺原则布置,缺点：,如果在制造系统中采用间歇加工，在制品库存量大；,要经常进行工艺路线选择及进度安排；,设备利用率低；,物料运输慢、效率低，单位运输费用比产品原则布置的高，往往需要利用可变路线得物料运输设备；,工作复杂化常常使监管跨度减少，并导致监管费用比产品原则布置的高；,对每一种产品都需要特别的重视（工艺路线选择、进度安排、设备准备），而产量低又导致单位产品费用较高；,会计、库存控制及采购比产品原则布置中要复杂得多。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,固定（定位）布置,这种布置是将要,加工的对象固定在一个位置,，人带着工具、设备向其移动，并在该处工作。这种布置方法比较特殊，通常只限于体积和重量都非常大、不易移动的产品，且通常只能以单件或极小批量生产的产品，如船舶、机车、重型机床、发电机组等等。这种布置通常是没有其它选择余地的，因此即使搬运工具和设备费时费力，最优先考虑的重点仍然是不移动、或最小限度地移动加工对象。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,固定布置,协调项目的各项活动,物料的运送时间、地点和路径的控制,空间的有效利用, 尽可能多的工作在现场意外的地方进行,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,混合布置,混合布置指,产品原则、工艺原则和固定布置三种类型中的两种或三种布置的混合,。实际上这种布置是比较常见的，在许多企业，产品有一定的批量，但不足以大到形成单一的生产线；但系列产品常常有加工类似性，又有可能使单件生产下完全“无序”的设施布置在某种程度上“有序”，因此采取前两种布置方式的结合。混合布置有多种形式，例如：零部件生产采取工艺对象专业化布置，装配车间采取产品对象专业化布置等等。,工艺原则布置和产品原则布置代表着从小批量到连续生产这一系列的两端。工艺原则布置更适合于较宽系列的产品生产，但效率较低、单位生产费用较高，应采取改进措施使系统具有产品原则布置的部分优点。理想的系统应,富有柔性、高效率、单位生产费用低,等特点。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置的基本类型,混合布置,例如：,大型电站用的气轮机（60万kw）,总装采用定位布置。,零件采用工艺原则布置。,叶片采用产品原则布置。,医院,门诊按工艺原则。,住院按定位原则。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,设施布置类型选择中的其他因素,在设施布置中除了考虑生产组织方式战略以及产品加工特性以外，还应该考虑一些其他因素：,所需投资,。设施布置将在很大程度上决定所要占用的,空间、所需设备以及库存水平，从而决定投资规模。如果产品的产量不大，设施布置人员可能愿意采用工艺对象专业化布置，这样可节省空间，提高设备的利用率，但可能会带来较高的库存水平如果是对现有的设施布置进行改造，更要考虑所需投资与可能获得的效益相比是否合算。, 物料搬运,。在考虑各个经济活动单元之间的相对位置时，物流的合理性是一个主要考虑因素，即应该使量比较大的物流的距离尽量短，使相互之间搬运量较大的单元尽量靠近，以便使搬运费用尽可能小，搬运时间尽可能短。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,设施布置类型选择中的其他因素, 柔性,。设施布置的柔性一方面是指对生产的变化有一定的适应性，即使变化发生后也仍然能达到令人满意的效果；另一方面是指能够容易地改变设施布置，以适应变化了的情况。因此在开始设计布置方案时，就需要对未来进行充分预测；再一方面是，从一开始就应该考虑到以后的可改造性。, 其它,。其他还需着重考虑的因素有：劳动生产率，为此,在进行设施布置时要注意不同单元操作的难易程度悬殊不宜过大；设备维修，注意不要使空间太狭小，这样会导致设备之间的相对位置不好；工作环境，如温度、噪音水平、安全性等，均受设施布置的影响；人的情绪，要考虑到是否可使工作人员相互之间能有所交流，是否给予不同单元的人员相同的责任与机会，使他们感到公平等。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置(准流水作业),一人多机,(One Worker，Multiple Machines，OWMM),。,如果生产量不足以使一个人看管一台机器就足够忙的话，可以设置一人可看管的小生产线，既可使操作人员保持满工作量，又可在这种小生产线内使物流流向有一定秩序。这个所谓的小生产线，即指出1个人同时看管的几台机器。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置,在一人多机系统中，因为有机器自动加工时间，工人只在需要看管的时候(装、卸、换刀、控制等)才去照管，因此有可能在一台机器自动加工时，去看管另一台机器。通过使用不同的装夹具或不同的加工方法，具有相似性的不同产品可以在同一,OWMM,中生产。,这种方法可以减少在制品库存以及提高劳动生产率。,最常见的是呈U形的布置，物料入口和加工完毕的产品的出口在同一地点。在其中加工的产品并不一定必须通过所有的机器，如可以是,M1一M3一M4一M5,，也可以是,M2M3一M5,等。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置,单元布置,是指将机器按所加工的零件族进行分组布置，每组称为一个单元。单元（组）的划分是由一系列相似零件所需要的加工工艺决定的，零件组可在此单元内完成全部加工。这一系列相似零件就是零件族。,它是产品原则布置的缩影，它具有流水生产的特点，是柔性制造系统的雏形；,加工较快、物料运输量和在制品库存都较少；,加工准备时间少，生产周期显著缩短；,单元可以配备自动物料搬运设备；,有利于实现工人的一专多能；,简化生产计划管理，提高生产效率。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置,铣床,装,配,车床,热处理,切齿,钻床,研磨,111,111,111,111,111,111,222,222,222,2222222,222,333,333,3333333,3333333,333,444,444,444,444,444,车,铣,钻,热处理,切齿,铣,钻,热处理,磨,车,铣,热处理,磨,铣,钻,切齿,装 配,1111,11111,222222222,44444,33333,22222,333333333,44444444444,(Nov. 2005),生产系统设计,单元布置,成组技术,成组技术（GT, Group Technology）,是一种生产技术与组织管理相结合的综合技术。它通过对零件之间客观存在的相似特征的识别，将零件分类归组，在零件组的基础上进行产品的设计和制造，从而使产品设计和制造合理化。,每种被加工的零件都具有多种特征，,零件的相似是指零件各种特征的相似,。在零件的多种特征中，与设计和制造有关的特征主要是,结构方面的特征,（几何形状、尺寸和精度）、,材料方面的特征,（材料种类、毛坯形式、热处理方法等）、,制造工艺方面的特征,（加工方法、工序顺序、主要尺寸、精度、刀具、夹具和机床等）。,(Nov. 2005),生产系统设计,单元布置,成组技术,成组技术赖以生存和发展的基础是“,相似性原理,”。成组技术遵循事物的相似性，,把许多具有相似信息的问题汇归成组，以求用同一方法解决,，达到节省时间、提高效率的目的。,相似的零件,是指一些几何形状相似、尺寸相近，因而制造工艺也相似的零件。,(Nov. 2005),生产系统设计,单元布置,成组技术,将零件分类成组常用的方法有：, 视检法,，,是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。它的效果主要取决于个人的生产经验，多少带有主观性和片面性。, 生产流程分析法,，生产流程分析法,PFA （Production Flow Analysis ）,是以零件生产流程及生产设备明细表等技术文件，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。采用此法分类的正确性与分析方法和所依据的工厂技术资料有关。采用此法可以按工艺相似性将零件分类，以形成加工族。, 编码分类法,，,零件的分类成组是通过,分类编码系统,来实现。,(Nov. 2005),生产系统设计,单元布置,成组技术,分类编码系统,是一套对零件有关特征进行描述和标识的规定，并通过数字或字母将零件的特征表示出来。按零件分类编码系统的规则对零件编码，可得到零件的,分类代码,。,分类编码系统如：OPITZ系统，日本的KK3系统和我国的,JLBM1系统等。,(Nov. 2005),生产系统设计,单元布置,成组技术,JLBM-1系统,(Nov. 2005),生产系统设计,单元布置,成组技术,利用零件已具备的分类编码对零件分类并组，其基本方法是选择一定的码位及码位特征项的值以此作为标准建立,零件组特征矩阵,。若待分类零件的编码中所对应的那几个码位的值均包含在特征矩阵中，则零件属于该零件组，否则不能入选。,I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII,IX,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置,在采用成组技术的情况下，产品要按其相似性来分组，设备则恰恰相反，不是按其相似性，而是把进行某一组相似产品的加工所需的设备布置在一起，构成一个“小小的生产线”，或,一组设备，称为加工单元,。可想而知，这样的一个加工单元内的设备不可能是同一类设备。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置,柔性制造单元（FMC）是自动化程度更高的单元制造类型。,它由一系列自动化机床和其它可编程设备通过自动物料运输系统连接起来的，并由一计算机系统控制的，能够自动适应在系统预定义的零件族中的任意零件数量、品种的混合加工，具有较高自动化和较高效率的生产系统。,机床,机床,机床,机床,卸载,区域,装载,区域,FMS计算机控制室,输入,队列,线形平面布置,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置,环形平面布置,机床,机床,机床,机床,FMS计算机控制室,装/卸区域,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,单元布置,梯形平面布置,FMS计算机控制室,机床,机床,机床,装,/,卸,区,域,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,其他布置,（1）仓库布置（2）办公室布置,(Nov. 2005),生产系统设计,其他布置,仓库布置,仓库布置的,目的,：通过仓库布置来缩短存取货物的时间、降低仓储管理成本、充分利用仓库的空间。,物料的处置成本包括物料运输入库、存储、运输出库的费用。,(Nov. 2005),生产系统设计,其他布置,仓库布置,下面是一个最普通的家电用品仓库，共有14个货区，分别储存7种家电。仓库有一个出入口，进出仓库的货物都要经过该口。假设该仓库每种物品每周的存取次数如表所示，应该如何布置不同物品的货区?,库区,(Nov. 2005),生产系统设计,其他布置,仓库布置,目标：,是寻找一种布置方案，使得总搬运量最小。,区分为,两种不同情况,：(1)各种物品所需货区面积相同。在这种情况下，只需把搬运次数最多的物品货区布置在靠近出入口之处，即可得到最小的总负荷数；(2)各种物品所需货区面积不同。需要首先计算某物品的搬运次数与所需货区数量之比，取该比值最大者靠近出入口，依次往下排列。,各种物品的比值从大到小的排列顺序为(括号中为比值数)：3(360)，1(280)，5(200)，6(150)，4(125)，2(80)，7(50)。,(Nov. 2005),生产系统设计,其他布置,仓库布置,在实际中，根据情况的不同，仓库布置可以有多种方案，多种考虑目标，例如季节性因素的考虑；,空间利用（高架立体仓库）；,拣运设备、存储记录方式；,计算机仓储信息管理系统。,(Nov. 2005),生产系统设计,其他布置,办公室布置,办公室工作的处理对象主要是信息以及组织内外的来访者，因此，信息的传递和交流方便与否，来访者办事是否方便、快捷，是,主要,的考虑因素。,其次,，工作效率的高低往往取决于人的工作速度，而办公室布置，又会对人的工作速度产生极大影响。,再次,，在办公室布置中，同一类工作任务可选用的办公室布置有多种，包括房间的分割方式、每人工作空间的分割方式、办公家具的选择和布置形式等。,此外,，在办公室的情况下，组织结构、各个部门的配置方式、部门之间的相互联系和相对位置的要求对办公室布置有更重要的影响作用，在办公室布置中要予以更多的考虑。,(Nov. 2005),生产系统设计,其他布置,办公室布置, 传统的封闭式办公室；, 开放式办公室布置；, 带有半截屏风的组合办公模块；, 封闭式布置和开放式布置都是结合使用的,几种基本的模式,：,(Nov. 2005),生产系统设计,其他布置,办公室布置,1 总裁,2 顾问工程师,3 工程师区,4 秘书,5 办公室入口,6 中心文件柜,7 设备间,8 复印设备,9 储存室,O,U,A,I,I,U,O,O,A,I,I,I,O,U,U,O,I,I,E,E,O,A,A,E,A,I,O,U,U,X,O,O,A,U,E,E,字母,接近程度,A,绝对需要临近,E,临近特别重要,I,临近重要,O,一般接近,U,临近不重要,X,不能临近,办公室临近关系（活动相关图）,(Nov. 2005),生产系统设计,其他布置,思考题,1. 写出下列英文术语对应的中文术语：,Product layout; Group Technology;,One Worker，Multiple Machines,2. 对零件进行分类成组常用的方法有哪几种？,3. 简述如何利用成组技术组织单元化生产？它的主要优点是什么？,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,产品原则布置设计：生产线平衡,产品对象专业化的布置下，设备或工作地之间的相对位置几乎没有其他选择，均按产品的加工顺序或装配顺序排列，产品顺次从一个工作地流向另一个，直至生产线的最后一个，即被完成。通常在每个工作地有一个工人，重复地完成若干种作业，不同的工作地之间很少有库存产品一件件地流向下一个工作地。在这种布置之下生产线的产出速度等于作业速度最慢的工作地的产出速度。因此，这种方式下的布置方法，它要是希望每一工作地的工作任务都大致相等，减少或消除忙闲不均的现象。这也就是生产线的,平衡问题 (Line balancing),。,生产线：Production Line; 装配线：Assembly Line,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,概述,进行生产线的平衡时：,首先，,需要把所有的工作分成一个个基本作业，即最小的、不可再分解或没必要再分解的独立作业动作。,一般不是简单地把每一项基本作业分配给一个工人去完成 （完成时间太短、工作厌烦、庞大的工人队伍）,然后，,确定基本作业的标准工作时间，把它们组合进不同的工作地（工位），使每个工作地的时间尽量相等。,目标：,分到各工作地的作业时间大致相等，使得生产线上的闲置时间最少，提高工人和设备的利用率。,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,概述,完全平衡的生产线由于线上各活动同步进行从而实现了工人和设备的最大利用，工作流十分流畅。（实际上不太可能）,主要障碍：,组成具有工作地（工位）相等加工时间的作业包（工序）不是都能做到的。,由于设备要求或工作内容不相容，有些活动不能被分到同一个工序。,基本作业的时间差异通过作业分配解决不了。,加工顺序的约束,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,节拍（Cycle Time）：生产线上相继产出两件相同产品（零、部件）之间的时间间隔。,(1) 确定装配线的节拍,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,某产品装配线计划日产量150件，采用两班制生产（每班8小时），每班规定有21分钟停歇时间，计划不合格率为2，计算装配线的节拍。,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,思考题,某生产线制造某件产品，制造过程可以分解成5个基本作业，每一作业所需的时间及各作业顺序关系如下图：,0.1分钟,0.7分钟,1.0分钟,0.5分钟,0.2分钟,（1）计算可能的节拍范围；（2）如果采用最小或最大节拍，每天的产量分别是多少（假设生产线每天运转8小时）。,可能最小的节拍,等于最长的那个作业时间（1.0 分钟）。,可能最大的节拍,等于各作业时间之和（0.1+0.7+1.0+0.5+0.2 = 2.5分钟）。,如最小节拍：,如最大节拍：,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,(2) 计算装配线上需要的理论上的最小工作地数（工序数）,假设节拍是1.0分钟，各作业时间之和是2.5分钟，那么为最少所需要的工作地数为：,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,(3) 组织工作地作业（工序）,作业顺序图,：表达完成产品加工要求的作业顺序图。,作业,作业时间（分）,前项作业,A,10,B,11,A,C,5,B,D,4,B,E,12,A,F,3,C,D,G,7,F,H,11,E,I,3,G,H,总时间,66,给出完成一产品加工或装配的作业数据，如右表，请完成作业顺序图。,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,A,B,C,D,F,G,I,H,E,10分钟,11,5,4,3,7,3,12,11,作业顺序图,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,分配作业给工作地时应满足下列条件：,保证各工序之间的先后顺序,每个工作地分配到的基本作业时间之和，不能大于节拍,各工作地的作业时间之和应尽量相等或接近节拍,应使工作地数目尽量少,启发式方法,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,启发式分配作业的程序与规则（作业分配按作业先后顺序图由左到右进行）,：,确定当前有资格被分配的作业 (约束),(a) 该作业的所有先行作业都已被分配,(b) 该作业时间不超过该工作地的剩余时间 （,剩余时间,：等于节拍减去工作地上总的作业时间）,如果没有有资格被分配的作业，转向下个工作地的分配,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,如果出现两个或两个以上有资格被分配的作业，可采用不同的规则加以选择，如：,（a）先分配后续作业最多的作业,（b）先分配加工时间最长的作业,（c）先分配位置权数最大的作业,（d）任意选择其中的一个作业先分配,作业的后续作业,：是指从该作业出发沿作业先后顺序图上所有路径前进直至终点所遇到的所有作业。,作业的先行作业,：是指从该作业出发沿逆向路径方向而行直至起点遇到的所有作业,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,作业的后续作业与先行作业：,A,B,C,D,F,G,I,H,E,10,11,5,4,3,7,3,12,11,作业B的后续作业：C, D, F, G, I,作业G的先行作业：F, C, D, B, A,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,作业的位置权数：,等于该作业及其后续作业的时间总和。,A,B,C,D,F,G,I,H,E,10,11,5,4,3,7,3,12,11,作业B的位置权数：,11(B) + 5（C）+ 4（ D）+ 3（F) + 7(G) + 3(I) = 33,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的步骤,继续下去直到所有作业都已分配到工作地,计算评价作业分配的指标（闲置时间百分比、效率）,闲置时间百分比（平衡延迟 Balance Delay）：,效率（负荷系数）：,一般机械生产线的效率不应低于0.75，以手工为主装配线应在0.85 0.9 以上。,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的其他方面,应用启发式方法不能保证得到的生产线平衡方案是最佳的。,最少所需工作地数是计划期产量的函数，也是节拍的函数。一般产量较低，节拍就比较长，所需的工作地数较少。因而管理者必须考虑平衡因使用较少工作地带来的节约与产量较高而增加的利润。,技术上的考虑（作业之间的相容性等）。,人力因素、设备和空间的限制。,平行工作地，解决生产线的瓶颈作业问题。,动态平衡（必要时，较闲的工位可以帮助较忙的工位）。,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的其他方面,1分钟,1分钟,2分钟,1分钟,瓶颈,一项工作包含四项作业如图。生产线节拍为2分钟,每小时的产量 60/2 = 30 单位/小时,1分钟,1分钟,2分钟,1分钟,2分钟,每小时60单位,每小时30单位,每小时30单位,每小时30单位,每小时30单位,每小时60单位,平行工作地,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的例子,利用下列资料，完成：,（1）画出作业顺序图；,（2）假定一天工作8小时，计算一天产量为400个单位的节拍；,（3）求出最少需要的工作地数；,（4）将作业分配到各工作地；（规则：先分配后续作业数最多的作业；如果出现多个作业一样的情况，采用先分配所需时间最长的作业）,（5）计算平衡延迟和效率。,作业,紧 后作业,作业时间/分,a,b,0.2,b,e,0.2,c,d,0.8,d,f,0.6,e,f,0.3,f,g,1.0,g,h,0.4,h,0.3,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的例子,(1) 作业顺序图：,a,b,c,d,f,g,H,e,0.2,0.2,0.8,0.6,1.0,0.4,0.3,0.3,(2) 节拍：,(3) 最少工作地数：,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的例子,(4) 分配作业：,工作地,剩余时间,/分钟,有资格分配作业,分配的作业,（作业时间）,闲置时间/分钟,1,1.2,a,c,a(0.2),1.0,c,b,c(0.8),0.2,b,b(0.2),0,-,-,0.0,2,1.2,e,d,d(0.6),0.6,e,e(0.3),0.3,-,-,0.3,3,1.2,f,f(1.0),0.2,-,-,0.2,4,1.2,g,g(0.4),0.8,h,h(0.3),0.5,-,-,0.5,合计,1.0,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,生产线平衡的例子,(4) 闲置时间百分比和效率,a,b,c,d,f,g,H,e,0.2,0.2,0.8,0.6,1.0,0.4,0.3,0.3,工作地1,工作地2,工作地3,工作地4,(Nov. 2005),生产系统设计,生产线平衡,思考题,某制造商正计划增加一条新的生产线，要求你对它进行平衡。作业时间和顺序关系如下表。假定节拍是可能的最小节拍。,作业,紧 后作业,作业时间/分,a,b,0.2,b,d,0.4,c,d,0.3,d,g,1.3,e,f,0.1,f,g,0.8,g,h,0.3,h,1.2,（1）画出作业顺序图；（2）按先分配后续作业数最多的作业这一规则将作业分配到各工作地；（3）求出闲置时间百分比。（4）假定一天工作420分钟，计算每天产量。,(Nov. 2005),生产系统设计,设计要点：,确定生产系统各部门或各工作中心正确合理的相对位置。使关系密切的部门能贴近布置，以便更好协同配合，有利提高效率。,具有相似特征的平面布置，可以沿用标准化的平面布置设计。既省事，又可靠。,对于有特殊性的平面布置，则只能根据具体情况单独设计。,平面布置会有众多方案。为要从中选出最佳方案，则将耗费大量时间和精力进行分析、计算、比较，一般可以沿用启发式方法找出一近优方案。,设施布置,工艺原则布置设计,(Nov. 2005),生产系统设计,评定设计方案的指标：,按工艺原则布置时，它能生产多种不同工艺要求的产品，但每种产品的工艺路线不同、顺序不同以致各自的运输路线不同。因此评定按工艺原则的平面布置设计方案时的指标为：,运输费用最小、运输距离最短、运输时间最少等。,除了上述三个主要指标外，有时还应考虑：,预期实现布置设计后运作费用、有效生产能力大小、改建扩建系统的难易性等,。,设施布置,工艺原则布置设计,(Nov. 2005),生产系统设计,无论是进行一个全新的设施布置，还是对原有的设施布置进行改变，基本方法都是样的，都需经过以下3个基本步骤：,(1),汇集有关信息、数据。其中主要信息包括4个方面：各个经济活动单元所需的空间面积；可利用空间的大小 (或现有布置图)；各个单元之间的相互关系（如：各单元间的作业流量、位置间的距离、单位距离的运输成本等）；其它约束条件（如：实施此平面布置的投资额、对布置有特殊要求的清单和说明等）。,(2),初步做出平面布置方案(块状区划图)，进行评价。,(3),最终确定块状区划图，做出详细方案。,设施布置,工艺原则布置设计,(Nov. 2005),生产系统设计,(1) 汇集有关信息和数据,第一步,，收集有关信息和数据，如设施内所包括的经济活动单元及,各个单元所需的空间面积,。在计算各单元所需空间时，必须与企业的生产能力结合起来考虑。除了考虑设备、人员等所需占用的空间以外，还必须再加上足够的“周边”空间、以保证有足够的通道等辅助空间。一般来说，例如周边空间占单元全部空间的25。,用,块状区划图,(block plan) 对各个活动单元相对位置进行初步安排，并不完全等于最后的实际形状，但它可以大致确定各单元的相对地理位置，明确各单元之间的物料流向。,工艺原则布置设计,基本步骤,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,单元,面积（m,2,）,1. 磨床,1000,2. 数控机床,950,3. 装卸处,750,4. 车、铣床,1200,5. 工具组,800,6. 检验组,700,总计,5400,各单元所需面积,现有块状区划图,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,第二个主要信息是,各个单元之间的相关关系,。有两种主要的方法：,物料从至表,(from to matrix), 它给出每两个单元之间的物料流动情况，可以用搬运次数，搬运重量，或其它度量。,物料从至表,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,关系重要程度分类表,活动相关图（关系重要程度分类表,RELationship chart）,，定性描述单元之间相对位置重要性的一种方法。关系重要程度分类表的一个主要优点是可以把影响设施布置的多个因素考虑进去，而不仅仅是物料搬运一项，特别是一些定性因素，如柔性、工作环境等因素，给出一个综合的相关重要性的度量。（Richard Muther）,1 部门,2 部门,3 部门,4 部门,5 部门,A,A,X,U,E,U,I,X,A,O,活动相关图,O,A,X,A,A,6 部门,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,影响关系密切程度的因素, 使用同样的设备；, 具有同样的员工或设施；, 生产流的连续性；, 交流的容易程度；, 不安全或令人不愉快的条件；, 完成的工作相似,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,其他约束条件：从至表或分类表反映不出来的一些影响因素或约束条件。例如，某个单元的绝对位置是不宜改变的，又如，移动某个单元虽然可使物流变得合理，但移动成本过高、或引起一些其他与环境有关的问题(如噪音、振动等)也需综合考虑。,本例中的两个主要约束条件为,: (1),单元3必须保持原位置，因靠近轨道(厂内小火车)；(2)单元4位置保持不变，因移动预算过于庞大。,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,(2) 作出块状区划图,在上述信息和数据的基础上，要作出初步的块状区划图。作块状区划图的最简单办法是采取,反复试行法,，从相关性最重要的单元开始，依此往下排列，如遇到其他的约束条件，再进行调整，反复进行，直至得出一个较满意的、符合全部约束条件的解。,如本例，应优先考虑的是：, 使单元3和6尽量接近； 使单元1和6尽量接近；,使单元2和5尽量接近；,使单元4和5尽量接近,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,6,1,1,5,5,2,这种方法得出的结果不能保证是最优。第一，不可能将所有因素(尤其是定性因素)考虑进去；第二当单元数量较多时，不可能考虑到所有可能的方案，即无法做到穷举。例如，20个单元，其可能的组合；20！2.4310,18,。即便用计算机也难以算出来计算。,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,可以用负荷距离法来进行评价（总负荷量）：,ld,还可以转换成搬运成本: 乘上单位搬运距离和单位搬运量的成本（单位费用）。,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,现有块状区划图,改进后块状区划图,设距离可用,i, j,之间的相隔单元数来表示。例如在现有方案中，,d,12,=,3;,d,14,=,2;,d,34,=,1 等。计算现有方案和改进后方案的总负荷量分别是多少？,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,启发式方法与现代启发式方法,组合优化：,组合优化问题；,S,是问题的可行解集，它由约束条件来定义；,f,是评价函数：,S R；,解是离散的，解集非常大且随问题尺寸呈指数增长；,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,启发式方法与现代启发式方法,求解方法：, 枚举法、部分枚举等, 启发式方法 （利用一定的规则构造一个解）, 改进法,局部探索：构造一系列解 , 使,，最终解,现代启发式：构造一系列解 ，使,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,启发式方法与现代启发式方法,i,N(i),S,f,局部优化点,局部探索与现代启发式,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,基本步骤,(3) 作出最终详细方案,当确定了满意的块状区划图后最后一个步骤是按照每个单元的实际面积与形状作出详细布置，其中还要包括必要的通道、走廊、休息场所等周边空间的布置。这个最终设计可以用平面图来表示，也可以用三维立体模型来表示。,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,工艺原则布置设计,将下表1中的三个部门分配到表2 中的三个位置区域。要求标准是搬运费用最低。采用启发式方法：先把相互间工作流量最大的两个部门分配至相互最近的两个位置区域。如果运送单位物料单位距离的费用是1元，计算总的运输费用。,至,从,部门,1 2 3,1,10,80,2,20,30,3,90,70,部分间物料流量,至,从,位置,A B C,A,20,40,B,20,30,C,40,30,位置区域间距离,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,工艺原则布置设计,由于两位置间的搬运距离与物料的流动方向无关，可以将两个部门之间物料搬运量叠加，并从大到小排序。,30,10,20,2 1,100,30,70,3 2,170,80,90,3 1,部门,总量,至,从,部分间总物料流量,A,B,C,20,30,40,3,2,1,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,工艺原则布置设计,如果运送单位物料单位距离的费用是1元，计算总的运输费用。,部门,运至的物料量,位置,两位置间距离,费用,1,2: 10,A,C：40,10 x 40 = 400,1,3: 80,A,B：20,80 x 20 =1600,2,1: 20,C,A: 40,20 x 40 = 800,2,3: 30,C,B: 30,30 x 30 = 900,3,1: 90,B,A: 20,90 x 20 = 1800,3,2: 70,B,C: 30,70 x 30 = 2100,总计,7600,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,工艺原则布置设计,把下图中的六个部门分配到分布为 2 x 3 的6 个位置中去。要求利用启发式方法：先分配关键的两部门。,1 部门,2 部门,3 部门,4 部门,5 部门,A,A,X,U,E,U,I,X,A,O,活动相关图,O,A,X,A,A,6 部门,位置区域,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,工艺原则布置设计,关键的两部门是指接近程度为A或X的两部门。,接近程度为A的两部门,接近程度为X的两部门,1-2,1-4,1-3,3-6,2-6,3-4,3-5,4-6,5-6,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,工艺原则布置设计,从A列中出现次数最多的部门开始（部门6），找出与该部门有类别A的一组部门 （主组）。,6,2,5,4,按次序选取A列中的剩余部门，将它们与主组相连。对不能与主组相连的部门画出独立的组。,6,2,5,4,1,3,(Nov. 2005),生产系统设计,设施布置,工艺原则布置设计,画出X列的部门。,3,1,6,4,在尽可能遵循上述两图关系的情况下，安排各部门的位置。同时兼顾活动相关图的其他关系（较低类别的关系）。,1,2,6,3,5,4,位置区域,6,2,5,4,1,3,A 列的部门,(Nov. 2005),生产系统设计,工艺原则布置设计,思考题,教材P166页，14题。,(Nov. 2005),生产系统设计,