产品设计与流程选择——制造业-1.ppt

生产与运作管理生产与运作管理 Production and Operations ManagementProduction and Operations Management 主讲教师：石 凤波 Tel :E-mail : s_ 中山大学管理学院中山大学管理学院 研究生研究生课程课程班班 1 课程内容及安排课程内容及安排 n第一部分 绪 论 n第二部分 业务流程分析及工作设计 n第三部分 产品设计与流程选择制造业 n第四部分 产品设计与流程选择服务业 n第五部分 质量管理 n第六部分 库存管理 n第七部分 供应链管理 n第八部分 项目管理 n考 试 2 Product Design and Process Selection -Manufacturing 第五章 制造业的产品设计与流程选择 3 管 理 主 题 n在激烈竞争的环境下，大多数的企 业都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。 4 n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。 5 5.1 新产品开发过程 n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。 6 一、新产品串行开发模式 新产品开发（New 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。 7 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 8 二、新产品并行开发模式 n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 制造 9 n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)。 n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。 10 三、产品开发绩效的评价 n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）。 n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、客户服务共同决定了 项目的市场影响和获利性。 11 表5.1 开发项目绩效评价 绩效指标评价标准对竞争力的影响 引入市场 的时间 引入新产品的频率；从最 初概念到引入市场的时间 ；项目开发数量和完成数 量；新产品的销售份额 对顾客和竞争对手的 响应；设计质量贴 近市场；项目频率 模型寿命 开发效率 每个项目的技术时间；每 个项目的原材料和工具成 本；实际与计划对比 项目数量产品系列 新颖性与宽度；项目 频率开发的经济性 质量结构使用可靠性； 设计性能与顾客满意； 产量工厂与行业 商誉顾客忠诚度； 对顾客的相对吸引力 市场份额；获利性 连续服务成本 12 5.2 新产品的设计 一、面向顾客的产品设计 1、产品创意 nNPD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。 13 2、概念产品开发 n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 n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。 14 n顾客心声通常是指听取顾客对产品特性 的反馈信息。 n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。 n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”。 15 n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）。 n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。 n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。 16 关车门 所需能量 门密封 阻力 水平路面 刹车力 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1069623 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 AB AB BABA B A B A B A BA 17 n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。 n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。 18 二、面向可制造与可装配性设计 n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。 n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。 19 n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流 程选择。 n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。 20 n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) n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。 n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 21 n项目型通常运用互联网解决问题的方式 进行分析。 n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。 n项目型需要技能熟练的员工，因为他们 必须在最少的引导和监督下独立工作。 此外，针对不同的定制化工作员工需要 接受专门的培训。 22 2、离散加工型(Intermittent process) n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。 23 3、流水线(Line-flowprocess) n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。 24 二、产品流程矩阵 n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。 25 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 26 n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。 n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。 27 n由矩阵的右上角演变到左下角往往是企 业匹配策略的“雷区”。 n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）。 28 n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）。 n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。 29 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 (设计、材料、 特征等) 项目型项目型 加工型加工型 流水线流水线 产品生命周期 离散离散 创意期导入期 流程类型流程类型 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) 30 n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。 n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。 31 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。 n图5.5(c)所表示的是产出流程变化频率。 32 三、盈亏平衡分析 n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。 n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。 33 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)；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。 34 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。 35 图5.6 替代流程盈亏平衡图 5001000150020002500 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 在半自动机床上制造 36 l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。 l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。 37 n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。 n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， 到A，再到图5.6的右侧的这条折线。 38 5.4 制造流程设计 一、常用的设计工具 n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。 39 n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； n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； n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。 40 n装配流程图说明了当产品经过生产设备 时所发生的变化。 n回顾第三章所讲过的流程图；分析生产 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。 41 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。 42 (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。等待下一 任务处理的存储物品常称为在制品。 43 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。 44 例5.2 制造流程分析 n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。 n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。 45 n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有一台机器在进行 维修。 46 n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。 n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。 47 n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。 n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。 48 解： (1) 确定整个流程的生产能力(每周生产零 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。 49 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。 50 (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 51 n既然最终装配任务没有变化，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。 52 (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 53 n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。 54 (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)。 55 表5.2 周产量为6000时的单件成本 项目计算成本(美元) 铸造原材料0.10美元/件6000600 外购零件0.30美元/件60001800 电0.02美元/件6000120 铸造工人0.20美元/件60001200 装配工人0.30美元/件60001800 租金100美元/周100 管理费1000美元/周1000 折旧50美元/周50 总成本6670 单位成本每周总成本/每周生产件数 6670/60001.11美元/件 56 表5.3 周产量为10000时的单件成本 项目计算成本(美元) 铸造原材料0.10美元/件100001000 外购零件0.30美元/件100003000 电0.02美元/件10000200 铸造工人0.20美元/件100002000 装配工人0.30美元/件100003000 租金100美元/周100 管理费1000美元/周1000 折旧50美元/周50 总成本10350 单位成本每周总成本/每周生产件数 10350/100001.04美元/件 57 n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。 n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。 58 结结 束束 语语 n将产品由设计转移至顾客是管理。 n生产产品是一门科学； n设计令顾客满意的产品是一门艺术； 59 60 第六章第六章 设设 施施 布布 置置 Facility LayoutFacility Layout 61 n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）。 62 6.1 流程原则布置 n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。 n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。 63 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。 64 解： n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”）。 65 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。 l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； l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。 66 175500302002025 010075908090 08812599180 205025 0180 187 374 103 7 12345678 1 2 3 4 5 6 7 8 n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 67 n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 1357 2468 80 160 装货处 68 n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)。 69 表6.2 成本矩阵第一个方案 总成本：3474美元 175500604006075 0100150180240270 1788125198360 205050 0180187 374103 7 1 2 3 4 5 6 7 8 12345678 美元 70 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1和车间6布置得更 近一些）的总成本。 71 l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 1357 2648 80 160 装货处 72 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) l表6.3中列出的是重新布置后的成本矩阵。 17550060 (200 ) 6075 0 (200 ) 150(90)240270 1788125198360 2050(25) 0180187 (748 ) (206 ) 7 1 2 3 4 5 6 7 8 12345678美元 73 l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。 74 n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 5816 3247 80 160 装货处 75 首先我们会注意到： l把收发部门(1)布置在工厂的中心是不能 接受的； l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； 76 l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）。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。 77 一、计算机辅助设施布置技术 CRAFT n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）。 nCRAFT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。 78 nCRAFT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。 79 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。 80 二、系统布置设计 n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(Systematic layout planning, SLP)。 81 n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。 n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。 82 表6.4(a) 相关表(根据表(b)和(c)可得) 1. 信贷部I 6 U E 4 U 100 2. 玩具部U I 1 A 1,6 400 3. 果酒部 U X 1 300 4. 照相机部X 1 100 5. 糖果部100 2345面积(平方英尺) 字母：关系密切程度 数字：关系密切程度的原因 83 代号原因* 1顾客类型 2管理的便利程度 3共用人员 4必要的关系 5共用地方 6心里因素 代号密切程度线*权重 A绝对必要16 E特别重要8 I重要4 O普通2 U不重要0 X不予考虑-80 * 其他原因也可以* 仅供本例使用 表6.4(b)表6.4(c) 84 13 25 4 5 A II U E U 2 31 42 145 3 20ft. 50ft. 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 85 n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。 n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 86 n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。 87 一、装配线 n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。 88 n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、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。 89 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。 n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）。 90 n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，如再分解，就会产 生多余动作。 n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。 91 n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。 n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。 92 n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）， 所用公式为： 93 (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）。 94 (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。 95 (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。 96 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。 97 表6.5 J型玩具马车的装配步骤及其时间 作业时间 (秒) 描 述必须提前的 作业 A45安装后轴支架，拧紧四个螺母 B11插入后轴A C9拧紧后轴支架螺栓B D50安装前轴，用手拧紧四个螺母 E15拧紧前轴螺栓D F12安装1# 后车轮，拧紧轮轴盖C G12安装2# 后车轮，拧紧轮轴盖C H12安装1# 前车轮，拧紧轮轴盖E L12安装2# 前车轮，拧紧轮轴盖E J8安装前轴上的车把手，拧紧螺螺栓和螺钉F, G, H, I K9上紧全部螺栓和螺钉 195 98 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 99 (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）： 100 (4) 选择作业分配规则。对于特定的问题有 些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 ： 101 作业后续作业数量 A6 B 或 D5 C 或 E4 F, G, H 或 I2 J1 K0 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。 102 表6.7 根据后续作业最多规则来平衡装配线 作业作业时间 (秒) 剩余时间 (秒) 可安排的 紧后作业 紧后作业 最多的作业 时间最长 的作业 工作站1 A455.4空闲无 工作站2 D500.4空闲无 工作站3 工作站4 工作站5K941.4空闲无 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 14.4 J J 8 6.4空闲 无 (1) 若最长时间相等，任选其一作业 103 (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。 104 n能不能得到一个更好的平衡方案呢？答 案是肯定的。 n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。 105 三、柔性和U形生产线布置 n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。 106 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 107 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 108 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。 109 四、混合型装配线平衡 n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。 n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。 110 例6.3 混合型装配线平衡 n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