生产与运营系统设计

Production and Operations,Management,广东技术师范学院管理学院,主 讲 人：易建华 Mobile 教 材：生产与运营管理（第二版） 黄卫伟编著 中国人民大学出版社,主要参考资料,（美）Roger G.Schroeder 运作管理4 Edition 北京大学出版社 （美）Richard B.Chase 生产与运作管理9 Edition 机械工业出版社 （中）刘丽文生产运作管理1 Edition 清华大学出版社 （中）陈荣秋、马士华编著 生产与运作管理 第二版 高等教育出版社,目录,生产与运营战略 生产与运营系统设计 过程选择与工作研究 综合生产计划 主生产计划 物料需求计划 作业排序与生产控制 库存控制 准时生产方式 供应链管理 项目管理 质量管理,2.生产与运营系统设计 2.1 生产能力决策 2.2 服务能力规划 2.3 选址决策 2.4 设备布置 2.5 流水线的组织和平面布置,生产与运营系统设计的基本问题 生产什么? 生产多少？ 在哪儿生产？ 以什么方式生产？,1,2,财务部门,生产部门,采购部门,销售部门,3,供应商,顾客,成品仓库,原材料,商品,原材料,产品,生产车间2,半成品,原料仓库,生产车间1,2.1 生产能力决策,生产能力（Capacity）的概念 生产能力是一个系统在特定时间内可能达到的一定种类和一定质量的产品或服务的最大数量。 制造业生产能力决定取决于生产性固定资产及其技术组织条件。 服务业生产能力决定取决于设施和设备外，还取决于人力的大小。 生产能力不足 丢失商业机会 成本居高不下 生产能力过剩 资源浪费,生产能力规划,生产能力的规划面临的主要问题 根据市场需求还是根据市场竞争的需要来规划生产能力？,理论和现实的回答,理论层面：迈克尔波特的竞争战略理论以及所有的公司战略理论都主张企业做大；市场营销的定位理论也支持企业追求行业领先地位。 实践层面：企业也往往是根据市场的潜在容量而不是当前需求超前规划生产能力。 结果：导致严重的供过于求，大量企业倒闭、破产，过剩的生产能力被重组、兼并，压缩，供求达到新的平衡。 结论：需求决定供给。经济的起落是客观存在的，企业要成功不在于经济高涨时期的发展状况，而在于经济萧条时期抵抗风险能力的强弱。,启示：按竞争力而不是规模规划生产能力,在产业成长阶段，抓住机会扩大产能； 在产业趋于成熟时，总体产能远大于潜在需求时，应谨慎对待扩大产能； 当企业生产能力达到产业公认的经济规模后，要尽量通过外协、外包来进一步扩大产能；不能一味增加自身的产能，以保持生产能力的柔性，提高企业抵抗风险的能力。企业的目标应当是做最好的企业而不是最大的企业，生产能力规划应着眼于竞争力而不是简单的规模导向，规模必须服从于竞争力，最好的企业最终会成为最大的企业。,如何判断合理经济规模？,应用边际效益的基本原理,规模经济(Economies of Scale) 随着工厂的规模和产量的增长，单位产出平均成本趋向下降 “现代化的大量生产与现代化的大量分配以及现代化的运输和通讯一样，其经济性主要是来自速度，而非规模。生产率的提高和单位成本的降低（通常总是把它等同于规模的经济性），主要是来自通过能力在数量上和速度上的增加，而不是由于工厂或设备在规模上的扩大。” -小艾尔弗雷德 D 钱德勒：看得见的手 范围经济性 (Economies of Scope)与战略柔性 以比单独生产成本更低的方式生产多种产品的组合。 它可能是采取提高系统柔性的途径；也可能是采取延伸主导产品产业链的模式。 大规模定制试图实现二者的结合,学习曲线（经验曲线 Experience Curve) 个人学习 组织学习 绘制学习曲线,产品单位数,生产第 x单位产品所需的直接工时,生产第一件产品所需的直接工时,学习率,学习率,学习率：指产量单位加倍时，直接工时或成本下降的幅度（应该理解为当产量单位加倍时，直接工时或成本是原来的百分比）。 学习率越高，则规模效益越不明显 学习率越低，则规模效益越明显 单位成本,学习曲线的对数形式,对方程y(x)=kxn两边求对数， 则lny(x)=lnk+nlnx 令y(x)=lny(x)； x=lnx； kk=lnk 化为线性方程y(x)=k+nx 用最小二乘法求k和n的值，然后查反对数表求k的值，则最后可以确定方程 y(x)=kxn 下面介绍课本P46页例题的解题过程。,将有关数据代入最小二乘法的运算公式,n= (11xy - xy )/( 11x2- (x )2 =（11589.14 -74.0488.81）/（11539.99-74.042） = - 94.95 / 457.97 = - 2.0733 k=(y - nx )/ 11 = （88.81+2.073374.04）/11 = 22.02883 因为k= lnk，查反对数表得 k=12900 所求方程为: y(x)=12900x- 2.0733,关于经济规模区和最优规模,成本（/KW） S1 S2 规模（MVE）,经济规模区和最优规模的决定,例题:某项目所生产的产品的总固定成本为10万元，单位变动成本为1000元，产品销售收入为21000Q1/2（Q为产量），试确定该产品的经济规模区和最优规模。,例题解答,产品销售收入 B=PQ=2100Q1/2 总成本 C=Cf+Cv=100000+1000Q 利润 M=21000Q1/2-1000Q-100000 求盈亏平衡点： 令M=0 ，有：Q2 -214Q+10000=0 得Q1 =53; Q2 =188 故该产品的经济规模为 53，188 令以Q为变量的M的一阶导数为0，求得M的极值为110，因为以Q为变量的M的二阶导数小于0，故该极值为M的极大值。,增加生产能力应考虑的因素,保持系统各部分的均衡 增加产能的频率 利用外部资源 如何消除瓶颈 (Bottleneck)环节 最大限度利用瓶颈环节生产能力原则 外包 (Outsourcing ) 当面临需要从多个方案中进行抉择时，可以使用决策树的方法。,决策树方法 考虑资金的时间价值 NPV法和内含报酬率法 (Internal Rate of Return, IRR ),年金折现,终值折现,2.2 服务能力规划,服务能力对时间和地点的依赖性 时间 - 服务不能储存起来供以后之用 地点 - 服务场所必须靠近顾客，单一场所的服务能力不可能很大 能力利用率和服务质量 - 经验表明，服务能力一般利用到最大能力的70%为宜,通过多场所的方式扩张服务能力,特许经营 创业阶段 特许经营阶段 大多数试图既增加新业务，又向外扩展的企业都归于失败 服务成长矩阵 成长阶段 成熟阶段,2.3 选址策略,Location Planning and Analysis 第一节 设施选址的基本问题和影响因素 第二节 设施选址的方法,Need for Location Decisions,Marketing Strategy Growth Depletion of Resources Cost of Doing Business,Nature（要素） of Location Decisions,Importance Long term commitment（约束）/costs Objectives Profit potential 潜在利润 Options Expand existing facilities（设施） Add new facilities Move,Service and Number of Facilities,Number of Facilities,Response Time,Logistics（后勤） and Facility Costs,Response Time,Number of Facilities,Total Logistics Costs,Percent Service Level Within Promised Time,Transportation,Cost Build-up as a function of facilities,Cost of Operations,Number of Facilities,Inventory,Facilities,Total Costs,Labor,Nature of Location Decisions,Importance Long term commitment/costs Objectives Profit potential 潜在利润 Options Expand existing facilities Add new facilities Move,A Framework for Global Site Location,PHASE I Supply Chain Strategy,PHASE II Regional Facility Configuration,PHASE III Desirable Sites,PHASE IV Location Choices,Competitive STRATEGY,INTERNAL CONSTRAINTS,PRODUCTION TECHNOLOGIES,COMPETITIVE ENVIRONMENT,PRODUCTION METHODS,FACTOR COSTS,GLOBAL COMPETITION,TARIFFS AND TAX INCENTIVES,REGIONAL DEMAND,POLITICAL, EXCHANGE RATE AND DEMAND RISK,AVAILABLE INFRASTRUCTURE,LOGISTICS COSTS,Location Decision Sequence,一、设施选址的基本问题,设施选址包括两个方面的问题： 第一、选位，即选择什么地区（区域）设置设施。 第二、定址。地区选定后，具体选择在该地区的什么位置。 具体决策时，实际要考虑的是四种选择： 扩展现有的工厂、增加新地点、放弃现有地点、保持原有状态。,Location Decision Factors,Regional Factors,Site-related Factors,Multiple Plant Strategies,Community Considerations,Influencing Factors,Strategic Technological Macroeconomic Political Infrastructure 基础设施 Competitive Logistics and facility costs,二、 影响选址的因素,（一）选择建厂地区的基本要求 1、接近市场 2、接近原材料产地 3、水、电、气等基础设施完备 4、气候条件能满足生产技术要求,（二）选择建厂城镇的基本要求,1、当地城镇建设规划允许 2、劳动力市场：劳动力的成本和可得性 3、当地生活条件较好 4、当地工资水平较低,（三）选择建厂用地的基本要求,1、地质条件适于建厂 2、有可靠的水源保证 3、有足够的用地面积和扩展余地 4、靠近水陆交通要道 5、有利于三废（水、电、气）处理,三、 单设施选址的方法,、生产成本比较分析法（成本、利润、产量定址分析） 假设： （1）当产出在一定范围内，固定成本不变。 （2）可变成本与一定范围内的产出成正比。 （3）所需的产出水平可以近似估计。 （4）一般只包括一种产品。,Evaluating Locations,Cost-volume Analysis Determine fixed and variable costs Plot total costs Determine lowest total costs,2.3 选址决策,选址决策的影响因素 产品销售条件 提供服务条件 交通条件 劳动力供给条件 资源供给的条件 基础设施条件 地价及税收条件 环保政策条件 政治文化条件 扩展条件 选址决策的评价方法 加权平均法 线性规划法,2019/9/27,Copyright: SysCon,47,有某种物资需要调运，已知有M个地方可以供应这种物资(简称产地)，有N个地方需要这种物资(简称销地)；又知这M个产地的可供应量和N个销地的可销售量，还知道从任一产地到任一销地运输的单位运价。 求运输方案，要求使总的运费支出为最小。,线形规划运输问题,2019/9/27,Copyright: SysCon,48,S1,S2,Sm,D1,D2,D3,Dn,产量,单位运价,销地,A1,A2,Am,B1,B2,B3,Bn,a11,a12,a13,a1n, ,a21,a22,a23,a2n,am1,am2,am3,amn,运输问题的网络图描述,销量,产地, , , ,线性规划求解运输问题,目标函数： MinZ = f(x) （运输总费用函数） 产量约束 约束条件： 销量约束 非负约束 利用线性规划模型求解得最优运输方案。,运输问题的表格表示：,表上作业法求解运输问题,S1,S2,S3,D1,D2,D3,D4,求解步骤： 1、建立运输问题的表格表示（供求平衡）。 2、求初始解，常用方法如下： （1）最小元素法； （2）西北角法； （3）Vogels法。 3、检验与调整，常用方法如下： （1）闭回路法； （2）位势法。 4、确定最优解,例1：甲、乙、丙三城市所需工业用煤由A、B两个煤矿供应，现已知某时期内的煤的产量、各城市的销量（单位：万吨）以及单位运价（万元/万吨）如下图，求总运费最小的运输方案。,供求平衡运输问题,城市甲,城市乙,城市丙,煤矿A,煤矿B,最优运输方案 MinZ15015250181702128016 14800（万元）,用表上作业法求解例1如下图：,例2：在例1中假设由于政府整治污染，三个城市的工业用煤销量有不同程度的下降，新的产量、销量及单位运价如下图，求总运费最优的运输方案。,供应量需求量运输问题,分析：产量850销量810，供应量需求量运输问题 思路：增加需求量，化为供求平衡运输问题,意义：新建仓库就地储存，单位运价为0，新建仓库放在那里？,城市甲,城市乙,城市丙,煤矿A,煤矿B,新建仓库,最优解 MinZ15015+250181402127016400 14010 意义：新建仓库应建在B地，容量为40万吨。,城市甲,城市乙,城市丙,煤矿A,煤矿B,新建仓库,用表上作业法求解例2如下图：,例3：在例1中假设由于政府大力建设工业，三个城市的工业用煤销量有不同程度的上升，新的产量、销量及单位运价如下图，求总运费最优的运输方案。,供应量需求量运输问题,分析：产量850销量920，供应量需求量运输问题 思路：增加供应量，化为供求平衡运输问题,意义：新建产地增加供应，单位运价为M（无穷大正数）， 新建产地放在那里？,城市甲,城市乙,城市丙,煤矿A,煤矿B,新建产地,最优解 MinZ22015+18018100213501670M 14240 意义：新建产地应该建在城市乙，产量应该为70万吨。,城市甲,城市乙,城市丙,煤矿A,煤矿B,新建产地,用表上作业法求解例2如下图：,供应量需求量时 思路：增加需求量，将问题化为供求平衡的运输问题 意义：新建仓库就地储存多余的供应量，其余满足供求平衡。,供应量需求量时 思路：增加供应量，将问题化为供求平衡的运输问题 意义：新建工厂补充缺少的需求量，其余满足供求平衡。,运输问题小结,供应量需求量时 思路：表上作业法求解供求平衡运输问题的最优运输方案。 意义：满足供求平衡时，且总运费最小的运输方案。,2.4 设备布置,设备布置类型及原则 几个相关概念：工作中心；工序 工艺布置 ( Process layout ) 将相近的设备或功能单元布置在一起 产品布置 （Product layout ) 设备和工序按产品加工的相继步骤安排 成组单元布置 ( Group technology, cellular layout ) 按照产品或零件形状和加工工艺的相似性分组，将不同种类的设备布置在一个单元内，完成一族相似零件的加工 定位布置 ( Fixed-position layout ) 产品不动，加工设备围绕产品移动,工艺布置问题的复杂性 n! 个备择方案 从至表法 编制从至表 移动次数汇总表 分析和改进初始 的从至表,规则： 1、选择典型零件，制定工艺路线，确定所用设备 2、制定设备布置的初始方案；统计出设备之间的移动距离； 3、确定出零件在设备之间的移动次数和单位运量成本； 4、用实验法确定出最满意的布置方案。,锯床 磨床 冲床 钻床 车床 插床,磨床,冲床,钻床,车床,插床,锯床,217 418 61 42 180,52 190 61 10,95 16 20,41 68,50,216,400 114,16 421 62,126 71 100 315,42 95 83 114 390,2.4.1设备间月平均移动次数矩阵,锯床 磨床 冲床 钻床 车床 插床,磨床,冲床,钻床,车床,插床,锯床,0.15 0.15 0.16 0.15 0.16,0.16 0.15 0.15 0.15,0.15 0.15 0.16,0.15 0.16,0.15,0.18,2.4.2单位距离运输成本矩阵,0.15 0.15,0.18 0.15 0.15,0.15 0.17 0.16 0.20,0.15 0.15 0.16 0.15 0.15,锯床 磨床 冲床 钻床 车床 插床,磨床,冲床,钻床,车床,插床,锯床,32.6 62.7 9.8 6.3 28.8,8.3 28.5 9.2 1.5,14.3 2.4 3.2,6.2 10.9,7.5,38.9,2.4.3单位距离每月运输成本（元）,60.0 17.1,2.9 63.3 9.3,18.9 12.1 16.0 63.0,6.3 14.3 13.3 17.1 58.5,锯床 磨床 冲床 钻床 车床 插床,磨床,冲床,钻床,车床,插床,锯床,71.5 12