上海交大工业工程设施规划与设计.ppt

上海交通大学工业工程与管理系,设施规划与设计,主要内容,1基本概念2厂址选择3工厂布置,基本概念适用性,设施规划与设计不仅适用于制造业,同样适用于如医院、学校、超市、百货商店、政府机构之类服务业。用于生产系统，又名为“生产与作业系统的配置”。为方便起见，这方面问题统一名为“设施规划与设计”。,基本概念定义,设施：建筑物、建厂占用地、生产作业所需设备、辅助设备、维修设备、物料搬运设备,规划：解决合理的设施配置,设计：解决设施间合理的布局,基本概念研究内容,生产能力决策选址决策工厂布置物流系统设计建筑设计公用工程设计信息系统设计,影响建设周期和生产规模生产功能的发挥和日常运作产出的效率和效益,基本概念重要性,基本概念各项工作的关系,确定企业目标和发展战略,确定企业的生产体制,选择生产技术,选择厂址,设计物流系统,设计建筑和公用工程,设计信息系统,基本概念生产能力决策定义及重要性,定义:,一定时期内,企业所能生产一定种类和一定质量产品(服务)的最大数量,或者是最大产出率,广义:,人员能力,设备能力,管理能力,+,+,狭义:,人员能力,设备能力,+,生产能力度量,重要性,产出度量：如汽车厂年产100辆汽车投入度量：可利用的设备台数,最大能力,正常能力,过大浪费,过小不能满足市场需要,基本概念生产能力决策定义及重要性,基本概念影响生产能力决策的因素,(1)市场需求的变化趋势,(2)规模经济性,定义,单位产品成本或单位产出的成本随生产规模上升而下降的性质,分析方法,经验曲线法分析生产能力的规模经济性分析产品成本随重复生产该产品的次数增加而下降的性质,基本概念影响生产能力决策的因素规模经济与经验曲线-每当产量加倍时，单位产品成本下降的幅度,第n个产量单位的单位成本,第1个产量单位的初始单位成本,产量单位或规模单位,经验曲线百分率,ln/ln2,基本概念影响生产能力决策的因素,(3)能力利用率,利用率=,实际能力,设计最大能力,100%,美国：从19481990平均利用率为82%最高为91%(1960年经济景气时)最低为72%(1982年被日本超过时),(1)能力计划决策步骤,估计未来的能力需求确定需求与现有能力之差制定候选的能力计划方案评价每个方案（定性和定量），做出抉择,基本概念能力决策的方法和步骤,(2)未来能力需求的估计方法,对制造业，应将市场对产品的需求转换为设备数每年所需设备小时数某设备一年可提供的实际工作小时数所需设备台数,基本概念能力决策的方法和步骤,第一步：计算每年所需的设备小时数：,R=DiPi+（Di/Qi）Si,i,n,i,n,R：每年所需的全部设备小时数（对一种设备）Di：每年所需的产品i或服务i的数量Pi：产品或服务i所需的加工（处理）时间Qi：产品i每批加工数量（即产品或服务i的批量）Si：产品i的标准作业交换时间（在服务中重换一种业务所需的准备时间n：产品或服务i的种类数上式的第二项为全年的交换时间,第二步：计算每台设备可提供的工作小时数,H=N（1-C）H：没设备一年可提供的实际工作时数（考虑缓冲和正常工作时间）N：某设备一年的理论工作时数，N=（工作时数/天）*工作日/年C：缓冲量（用百分比表示）C=1-利用率第三步：计算所需设备数M=R/H,例,某复印中心有A，B两部门，设该中心工作日为250天，每天8小时，需要保持15%的能力缓冲，有关信息如下，需要几台复印机？,厂址选择,3.1厂址选择的意义3.2厂址选择的趋势3.3企业所在地之差异性比较3.4厂址选择要考虑的因素3.5厂址选择的步骤3.6厂址选择的方法,厂址选择意义,厂址选择是企业成功的首要基础建厂作业过程中厂址选择将影响生产与经营成本厂房扩充与发展在美国，有关调查表明，因选址不当在各类小企业的失败原因中，占有15%的比重。,厂址选择趋势,三种趋势:,集中于工业园区政府支持企业，吸引投资的一种手段厂址分散视原料、或市场所在而将工厂分散国外直接投资资源、关税和保护政策的影响,厂址选择要考虑的因素,技术性因素,地形及地质水源及排水、废渣物的处理气候,社会性因素,政策法令个人或传统性因素国家及城市发展规划当地居民的态度,经济性因素,地价原材料电力及燃料市场劳力运输及通信,厂址选择要考虑的因素,企业所在地差异性比较,人员组织,企业负责制定发展战略规划的领导工业工程师及其技术人员负责投资分析的经济师,准备阶段,设施规划和设计大纲厂址选择要求提纲及细节全部设施的配置系统图,现场勘察,调查及分析评估,抉择阶段,仔细归纳各备选厂址的全部资料认真讨论分析研究结果，作出抉择并建地购置,厂址选择步骤,厂址选择程序,确定任务,列出考虑因素,列出各项要求,选址与研究指标,预选地址,确定评价方案,评价各方案,满意,确定方案,找新的评价方法,满意,厂址选择方法,常用方法有：重心法加权评分法成本数量分析法(盈亏平衡点法)线性规划法等,厂址选择的方法重心法,在数学上，所谓重心意为到多边形各顶点的距离的内点，且为到各顶点距离总和最小的点。重心法即用此种数学意义上的技巧，以求出使分配成本为最小的分配中心地址。这里的重心并不是严格意义上的重心，用这种方法选址，不仅要考虑设施之间的相对距离，还要考虑要运输的货物量,厂址选择的方法重心法,假设现在要建一座新工厂以供应n个地区，令此n个地点在平面上的坐标为（x1,y1）,(x2,y2),(xn,yn)，则此新厂到各地区的装运量依序分别为q1,q2,qn，则依下式算出的新工厂地址（x,y）将可使新工厂到此n个地区的分配成本和为最小（）。,厂址选择的方法重心法,厂址选择的方法重心法,假设在市区建一配送中心，给位于东、西、南、北、中五区商场配送，各区位商场位置及配送量如表所示,厂址选择的方法加权平均法,把有关的影响因素列成一个清单。并对每一因素规定统一的度量等级标度,5级标度：很差较差一般较好很好相应分数:12345,确定每一个影响因素的权数W规一化权之和为1或100%,第i个影响因素的初始权数,对所有的影响因素初始权数求和,厂址选择的方法加权平均法,分别对每一个影响因素确定每个侯选方案的标度等级和分数将每个侯选方案在每种影响因素下的分数乘以该影响因素的权数，然后汇总起来，得到每个侯选方案的总得分选择总分最高的侯选方案作为最佳选址方案。,厂址选择的方法加权平均法,厂址选择的方法成本数量分析,基本假定,仅考虑一种产品的生产固定成本维持不变变动成本是线性的,厂址选择的方法成本数量分析,求解步骤,求出各方案固定成本和变动成本求出总成本进行比较，做出决策,厂址选择的方法成本数量分析,图解分析,b,c,Q1,Q2,产量,成本,A,B,C,a,C成本低区,A成本低区,厂址选择的方法成本数量分析,例子分析,某公司为生产某新产品拟另设新工厂，经由初步评估分析，已选出A、B、C三处建厂。各厂址的成本资料如表所示。,厂址选择的方法成本数量分析,求出平衡点（C：QQ2,B:Q1QQ2）求Q2：A+aQ2=B+bQ2，3000,000+45Q2=2000,000+50Q2Q2=（A-B）/（b-a）Q2=200,000求Q1：B+bQ1=C+cQ1，2000,000+50Q1=1000,000+60Q110Q1=1000,000Q1=100,000,线性规划法（LinearProgramming,LP）是采用线性规划模型来建立实际问题的数学模型，然后求问题最优解的一种广泛应用的最优化方法,线性规划法（LP）,目标函数：约束条件：非负限制：,厂址选择的方法线性规划法,4.1工厂布置的新观念4.2工厂布置的意义4.3工厂布置的应用时机4.4工厂布置的目标4.5工厂布置的范围4.6工厂布置的类型4.7工厂布置的原则4.8工厂布置的基本步骤,工厂布置,工厂布置新观念,系统观念（SystemConcept）多目标观念（Multi-purposeConcept）动态观念（DynamicConcept）自动化观念（AutomaticConcept）,工厂布置意义,是生产管理系统设计重要一环，亦是企业能够良性发展的基础合理的工厂布置便于使制造程序尽可能稳定而有效地进行合理的工厂布置可以使得整个生产系统求得最经济的效果,工厂布置应用时机,建新厂时的布置问题厂房搬迁，或部门搬迁产生的布置问题原厂扩大规模产生的布置问题，包括增加新产品产量增加以上所列方式混合扩充原厂减小规模产生的布置问题原厂作业方式改变产生的布置问题,工厂布置目标,任何一个系统设计工作均需具备四项目标,设计之成果必须具备可行性必须具备安全性必须符合经济要求具备可调整性质,工厂布置原则,符合生产过程的要求（可行性）减少物料搬运（经济性）在制品保持高周转率（经济性）设备投资减少（经济性）充分利用空间（经济性）有效运用人力及设备能力（经济性）作业方式维持弹性可调整性质（可调整性）维持良好作业环境（安全性及舒适性）,工厂布置范围,厂外交通设施服务及辅助作业设施生产车间（设备）布置品管及检验场所包装作业仓储作业,工厂布置的分析方法,定性分析方法定量分析方法,工厂布置方法活动关系图法（定性分析方法）（两个活动交点上的菱形表示他们的活动关系）,第一步绘制活动关系图,工厂布置方法活动关系图法（定性分析方法）,第二步绘制关系族图,工厂布置方法活动关系图法（定性分析方法）,第三步绘制整体布置图（考虑关系和面积，并试凑法）,工厂布置,有以下几种基本类型,工艺原则布置产品原则布置定位布置,工厂布置（工艺原则布置）,工艺原则布置,定义,将设备按功能分类，把同一类的设备和同工种的操作人员集中在一起的布置，以发挥同一功能,优点,弹性很大，设备利用率较高使用通用机器，成本较低生产线不易受机器故障的影响有利于提高人员的专业技能,缺点,运输距离长在制品停顿时间长，存货投资较大各工作中心之间协作往来频繁及生产周期长成本会计作业困难,工厂布置,工艺原则布置例,假如一个玩具厂有8个车间，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。假设所有车间有同样大小的空间（40m40m）：我们想要知道的第一件事是部门之间的物流量和物料是怎样搬运的。对角线之间可以移动。,工厂布置（从至表法）,一、运输量表（车间之间的流动移动次数）车间活动,12345678,12345678,12345678,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,工厂布置,二、建筑面积和车间,160,80,工厂布置,三、画出物流图（假设相邻车间单位货物运输成本为$1，每隔一个增加$1）,1,3,5,7,2,4,6,8,50,88,180,100,5,102,175,7,25,20,30,90,25,90,80,99,工厂布置,四、成本矩阵第一个方案（移动次数间隔=成本）,12345678,12345678,总成本=物流量*单位成本=$3474,工厂布置,4车间和6车间对调方案,总成本：$3736,工厂布置,一种成本最低的方案（$3244）,但:（1）收发部在中心不能接受（2）缝纫车间与喷漆车间相临，将增大绒布、线头和碎布颗粒飘到已漆好物上的危险,工厂布置（产品原则布置）,产品原则布置,定义,按某种产品或零件，或者是某种业务的加工来排列各种有关的设备和加工中心，最典型的例子为流水线和生产线,优点,缺点,布置工作相对简单制品在加工过程中运输距离短简化协作关系,设备利用率低可靠性低缺少柔性,流水线分类,按对象方式分：固定流水线和移动流水线；按对象数目分：单一对象流水线和多对象流水线；按对象轮换方式分：不可变流水线，可变流水线（轮番生产），混合流水线；按连续程度分：连续流水线和间断流水线；按节奏分：强制节拍流水线和自由节拍流水线；按运输方式分：有专用运输设备的流水线和无专用运输设备的流水线；机械化程度分：自动化流水线，机械化流水线和手工流水线,工厂布置装配线平衡问题,按产品布置时，装配线的平衡很重要（使工作中心的数量最少，或节拍最小），基本方法：,N：工作中心数；C：节拍；ti：第i项作业的时间；ti：产品装配总作业时间（1）用一个流程图表示作业先后顺序，流程图由圆圈和箭头组成。（2）求出生产节拍，C=计划期有效工作时间/计划期产量=（制度时间-必要的停歇）/（计划产量+预计不合格量）=每天的工作时间/每天的产量（3）计算装配线上需要的最少工作中心数（结果取大整数）Nmin=ti/C,工厂布置,（4）组织工作中心，按平衡要求将各小工序分配到工作中心：保证各工序之间的先后顺序关系；每个工作中心中的小工序作业时间和不能大于节拍；各工作中心的单件作业时间尽量相等或接近节拍；使工作中心数目尽量少分配时按某原则，如作业时间最长，后续工序较多优先等（5）计算装配线平衡后的负荷系数（生产效率）：负荷系数=完成作业所需时间总量/（实际工作中心数目*节拍）（6）如不行，则采用其它决策准则重新平衡,工厂布置,例J型玩具马车要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，表2中列出了玩具马车的组装步骤及其时间。请根据节拍和作业次序的限制，求使工作中心数量最少的平衡方式,工厂布置,J型玩具马车的装配步骤及时间,工厂布置,解（1）画出流程图。,A,D,B,C,F,G,E,H,I,J,K,45秒,50秒,11秒,15秒,9秒,12秒,12秒,12秒,12秒,8秒,9秒,工厂布置,（2）计算节拍。必须把时间单位换算为秒，因为作业时间是以秒表示的。C=每天的工作时间/每天的产量=60（秒）420/500（辆）=50.4秒/辆（3）工作站数量的理论最小值（实际可能大些）Nmin=ti/C=195秒/50.4秒=3.87=4