（管理科学与工程专业论文）以产品生产为主导的企业生产物流规划研究与实践.pdf

上海交通大学硕士论文摘要 以产品生产为主导的企业生产物流规划研究与实践 摘要 近几年来物流业在中国被给与了极大的重视，物流学的研究也有了极大的发展， 但大多数研究主要集中在社会物流的研究领域，企业物流所取得的进展与之相比则 微乎其微。企业物流同样对国民经济的发展、企业竞争力的提高有着重要的作用。 作为企业物流研究核心的生产物流规划是改善企业物流的重中之重。目前企业所采 用的生产物流系统规划方法具有明显的缺陷：不系统、不直观、周期长等，且要先 实施、后调整，容易造成时间、空间的巨大浪费。结合现代仿真技术的发展趋势， 针对现有规划方式的缺陷，本文提出了一种新的企业生产物流规划方法，并利用 e - f a c t o r y 这一“数字化工厂设计、物流分析仿真软件 ，结合实际科研课题在企业 中应用了这一方法。 系统化物流规划思想是目前最流行的生产物流规划理论。它包括系统化布置设计 和系统化物料搬运分析两大部分。本文对此做了比较详细的介绍，指出了存在的不 足之处。 生产物流系统的规划过程中一定要以产品生产为主导，实现多部门数据的集成分 7 ：，这样才能实现整个系统的全局优化，以进一步提高生产系统的柔性和快速反应 i 了。针对传统企业生产物流规划方法的缺陷，本文提出了以产品生产为主导的生 ，勿流规划方法的基本流程和所应具有的特征。 “数字化工厂设计、物流分析仿真软件 ( e - f a c t o r y ) 是一种可以辅助实现以产 三产为主导的生产物流规划方法的软件，在国内尚没有任何系统化应用经验。本 文对软件的基本原理和结构进行了研究，提出了该软件的三层体系结构，分析了该 饮件的主要组成模块及所具有的功能。 上海交通大学硕士论文摘要 结合企业的实际需求并利用e - f a c t o r y ，本文将提出的以产品生产为主导的企业 物流规划方法应用于某汽车集团，为其建立了虚拟化的底盘装配线，进行了企业的 物流系统改善研究。 通过理论研究和实际项目的应用，本文证明了以产品生产为主导的企业物流规划 方法是对传统生产物流系统规划方法的一次大的改进。该方法实现了产品数据、工 艺数据与物料搬运数据、成本数据等的有效结合，从而可以对不同的物流规划方案 进行有效的定量分析、比较；系统考虑了物流规划的各个环节，实现了布置和物料 搬运分析的有机结合，保证各环节间的无缝衔接、信息一致。应用该方法可以明显 地提高物流系统规划的效率，缩短规划周期，降低物流规划可能带来的损失；易于调 整，便于企业进行物流改善；实现了对物流管理、物流控制的初步规划。 关键词：生产物流，物流规划，工厂布局，物料搬运 上海交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d ya n da p p l i c a t i o no fp r o d u c t o r i e n t e d l o g i s t i cs y s t e mp l a n n i n gf o r m a n u f a c t u r i n ge n t e r p i u s e s a b s t r a c t l o g i s t i c sh a sb e e np a i dg r e a ta t t e n t i o nr e c e n t l y h o w e v e r , m o s to ft h es t u d i e sa r ec o n c e n t r a t e do n t h ef i e l do fc o n s u m e rl o g i s t i c s ，w h i l et h e r ei sn e a r l yn oi m p r o v e m e n to nt h es t u d yo fl o g i s t i c sf o r m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，i n s p i t eo fi t sc r u c i a li n f l u e n c eo ne n t e r p r i s e s c o m p e t i t i v ea d v a n t a g e s a g o o dp l a n n i n go ft h el o g i s t i cs y s t e mi st h ek e yf a c t o rf o ra l le n t e r p r i s e sh i g he f f i c i e n c ya n df l e x i b i l i t y b u tt h e r ea r eal o to fd i s a d v a n t a g e sf o rt h ec u r r e n tp l a n n i n gm e t h o d ，w h i c hm a yr e s u l ti nag r e a td e a lo f s p a t i a la n dt e m p o r a lw a s t ew i t hah i i g hr i s k ，w i t ht h es u p p o r to fa d v a n c e ds i m u l a t i o nt e c h n o l o g i e s ，a n e wp l a n n i n gm e t h o di sp r e s e n t e di no r d e rt or e d u c er i s ka n di m p r o v et h ep l a n n i n gl e v e l s y s t e m a t i cp l a n n i n gm e t h o di st h em o s tp o p u l a rl o g i s t i cs y s t e mp l a n n i n gt h e o r y i tc o n s i s t so f t w o m o d u l e s ：s y s t e m a t i cl a y o u tp l a n n i n ga n ds y s t e m a t i cm a t e r i a lh a n d l i n ga n a l y s i s t h e r ei sab r i e f i n t r o d u c t i o na b o u tt h i st h e o r yi nt h et h e s i s t h i st h e o r yi sv e r yh e l p f u lf o ro u rs t u d y a n dw ea l s op o i n t o u ts o m ed i s a d v a n t a g e s 。 b e c a u s eo ft h ef i e r c ec o m p e t i t i o na n dg r e a td i v e r s i t yo fc u s t o m e rr e q u i r e m e n t s ，e n t e r p r i s e sa r e f o r c e dt oi n c r e a s et h e i ra b i l i t i e so fm a n u f a c t u r i n gf l e x i b i l i t ya n dq u i c kr e s p o n s et oa d a p tt ot h en e w s i t u a t i o no fg r e a tp r o d u c tv a r i e t ya n ds m a l lb a t c hs i z e 。t oa c h i e v et h i sg o a l ，w ep l a no u rl o g i s t i cs y s t e m a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i e dp r o d u c t sa n dt h e i rp r o c e s s e s w ea l s oi n t e g r a t ep r o d u c td a t a , p r o c e s sd a t a , m a t e r i a lh a n d l i n gd a t aa n dc o s td a t ai n t ot h es y s t e m p l a n n i n gp r o g r a m ，t h a t st h ep r i n c i p l eo f p r o d u c t o r i e n t e dl o g i s t i cs y s t e mp l a n n i n gi nm a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n t 。as e to fp r o c e d u r e si sg i v e n t or e a l i z et h ep l a n n i n gm e t h o d e f a c t o r yi sas i m u l a t i o ns o f t w a r ew i t hh i i g hv i s u a l i z a t i o na b i l i t y , w h i c hc a nh e l pu st oi m p l e m e n t t h ep r o d u c t - o r i e n t e dl o g i s t i cs y s t e mp l a n n i n gm e t h o d i th a sn o tb e e np u ti n t op r a c t i c ei nc h i n ab e f o r e w em a k eas t u d yo nt h ep r i n c i p l e sa n df r a m e w o r ko ft h i ss o f t w a r e ab r i e fi n t r o d u c t i o ni sg i v e na b o u t i t sm a j o rm o d u l e sa n dt h e i rf u n c t i o n si nc h a p t e r3 t h ep l a n n i n gm e t h o dh a sb e e ni m p l e m e n t e du s i n ge f a c t o r yi nap r o j e c tc o o p e r a t e dw i t ha n a u t o m o t i v em a n u f a c t u r i n gc o m p a n y av i s u a l i z e dm o d e lo ft h ec h a s s i sa s s e m b l yl i n ew a sc r e a t e d ，t h e p e r f o r m a n c eo ft h er e l a t e dl o g i s t i cs y s t e m sw a se v a l u a t e db yu s i n gq u a n t i t a t i v er e p o r t sa n dg r a p h s i th a sb e e np r o v e dt h a tt h en e wp l a n n i n gm e t h o dw ep u tf o r w a r di nt h i st h e s i si sf e a s i b l ea n d e f f e c t i v e c o m b i n e dw i t ha d v a n c e ds o f t w a r e ，s u c ha se - f a c t o r y , i tc a nh e l pp l a n n i n g - e n g i n e e r sd e s i g n a n dv e r i f yf a c t o r yl a y o u t sa n dp r o c e s s e sb e f o r ei m p l e m e n t a t i o n ，t h u sr e d u c i n gl o g i s t i cs y s t e ma n a l y s i s i i i 上海交通大学硕士学位论文 t i m ea n dc o s tw h i l ei m p r o v i n ge f f i c i e n c y k e y w o r d s ：l o g i s t i c s ，l o g i s t i cs y s t e mp l a n n i n g ，f a c i l i t yl a y o u t ，m a t e r i a lh a n d l i n g i v 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 连耸，t 乍 日期：仍年了月镅日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和涯编本学位论文。 保密妊在上年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ， ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：嚏牟t 啄 日期：q 而年多月以日 指导教师签名：护乃 日期：劢曩年1 ) 月i 客日 上海交通大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论弟一早强v 匕 随着经济全球化和信息技术的迅猛发展，被誉为“第三利润源的现代物流业在 世界范围内已蓬勃兴起现代物流作为一种先进的组织形式和管理技术，愈益成为 企业生存和发展的新的增长点和利润源泉，对于企业降低成本，提高流通效率，增 强市场竞争力，提高经济运行质量和效益，具有重要意义。 当前，物流主要有两大领域n 1 ，一是存在子流通领域的物流，或称为面向流通领 域的物流，也即通常所说的社会物流、大物流，是宏观物流范畴。大物流系统可以 很大程度地影响国民经济的效益。另一大领域是存在于生产领域的物流，或称为面 向生产领域的物流，主要指企业物流，是微观物流范畴。指从供应物流、生产物流、 销售物流直至回收物流、废弃物物流整个过程的物料流动。企业物流系统直接影响 企业的经济效益。 从国内目前的情形看口1 ，企业物流在研究从业队伍、企业参与数量、社会重视程 度等方面都无法与社会物流相比较。总体而言，面向流通的物流几乎成为中国物流 业发展的全权代表。也就是说我国物流的研究和发展，基本上集中于面向流通的物 流。在物流业蓬勃发展的形势下，企业物流发展却非常滞后，以至”中国的物流还在 企业的大门外徘徊”。 1 1 生产物流研究的重要意义 在我国，企业物流是一个明显的薄弱环节b ，。企业物流管理不畅，则时间、空间 浪费大，重复搬运，流动路径不合理，产品供货周期长，不仅直接阻碍企业生产效 率的提高，而且占用大量资金，成为企业发展的包袱。另一方面，从本质上讲，社 会物流的发展是由社会生产的发展带动的，当企业物流管理达到一定水平，对社会 物流服务就会提出更高的数量和质量要求，物流业的发展才会走上快车道。如果企 业本身物流管理混乱、物流水平低下，则企业和社会第三方物流的结合就缺乏黏性。 因此，面向生产领域的企业物流是绝对应该重点研究的领域。企业物流包括供 应物流、生产物流、销售物流、回收物流、废弃物物流。其中，供应物流、销售物 流、回收物流、废弃物物流实际上都离不开社会物流系统的支持，要受到企业内外 上海交通大学硕士论文 第一章绪论 各方面条件的制约。生产物流是企业物流研究的核心环节，它是企业的物流系统与生 产系统的结合环节，一般是企业改进物流管理时的着手点，同时它在很大程度上决 定了企业其它物流系统的规划。 企业生产物流一般是指：原材料、燃料、外购件投入生产后，经过下料、发料， 运送到各加工点和储存点，以在制品的形式，从一个生产单位( 仓库) 流入另一个 生产单位，按照规定的工艺过程进行加工、储存，并借助一定的运输装置，在某个 点内流转，又从某个点内流出，始终体现着物料实物形态的流转过程。它构成了企 业内部物流活动的全过程。所以企业生产物流的边界起源于原材料、外购件的投入， 止于成品仓库，贯穿生产全过程，在整个制造系统中循环流动。物料随着时间进程 不断改变自己的实物形态和场所位置，物料始终处于加工、装配、储存、搬运或等 待状态。 生产物流担负运输、储存、装卸物料等任务。物流系统与生产制造的关系，如同 人体中血液循环系统与内脏器官的关系一样，物流系统是生产制造各环节组成的有 机整体的纽带，又是生产维持延续的基础腽1 。随着生产制造过程的自动化、柔性化程 度越来越高，生产规模越来越大，生产物流系统也需要不断的发展变化。 国内外的生产实践充分说明了生产物流研究对加强企业管理、提高经济效益具有 重要作用，意义十分深远。 1 ) 可大幅度减少工作量，减少劳动力占用，减轻工人的劳动强度 在大量生产的机械制造企业中，加工1 吨产品平均搬运量为6 0 吨次以上，一般工 厂从事搬运贮存的工作人员占全部工人的1 5 2 0 阳1 。所以合理布置、设计物流系统， 对企业意义重大。 2 ) 可大幅度缩短生产周期，加速资金周转 过去，设计人员在设计生产系统时，往往只注意到先进的制造工艺对提高生产率、 降低成本所起到的良好作用，而对物流的合理规划所起的作用重视不够，缺乏对整个 物流系统的分析。统计和分析表明，在工厂的生产活动中，从原材料进厂到成品出厂， 物料真正处于加工等纯工艺时间只占生产周期的5 1 0 h 1 ，而9 0 。9 5 的时间都处于 停滞和搬运状态。所以减少物流时间，可缩短生产周期和交货期，提高资金周转能力， 增强企业竞争能力。 3 ) 可降低生产成本，减少流动资金占用，增加企业利润，提高企业经济效益 有关的国外统计资料表明，在制造业中，总经营费用的2 0 5 0 是物料搬运费用。 而优良的物流系统设计可使这一费用至少减少1 0 3 0 阳1 。在工业发达国家，除了加 强营销、减低原材料和能源消耗外，已把改造物料搬运、改善工厂中物流状况看做是 上海交通大学硕士论文第一章绪论 减少开支以获取利润的“第三源泉”。 4 ) 提高产品质量 产品在搬运、贮存过程中，由于搬运手段不善，造成磕、碰、伤，从而影响产品质 量的现象非常严重，而企业的管理者往往忽视这个问题。某汽车配件厂的统计表明， 该厂机床加工能力可保证质量合格率为9 8 ，而运到装配线上后合格零件只剩下6 0 ， 搬运中损坏3 5 以上盯】。因此，他们加强工位器具的研制和运输过程的管理，现在零件 到达装配线的合格率达9 5 以上，质量得到大幅度提高。 5 ) 促进技术改造，为企业发展提出新的要求 新工艺，新设备的采用，往往导致物流过程的缩短：另一方面，物流流程的改造亦 要求采用新工艺、新设备。 6 ) 文明生产、安全生产 企业的统计资料显示：直接与搬运有关的工伤事故占总工伤事故的3 0 以上1 。所 以，物流系统合理化，有利于改善环境和生产组织管理，提高安全生产水平。 综上所述，生产物流系统研究可提高我国制造企业的管理水平，促进生产系统发 挥全部生产能力，提高企业经济效益，增强企业在国际市场上的竞争力，意义十分重 大。 1 2 系统的规划与设计是生产物流研究的核心 对于企业物流系统，其规划设计的核心内容是工厂、车间内部的设计与平面布置、 设备的布局，以求物流路线系统的合理化，通过改变和调整平面布置调整物流，达到 提高整个生产系统经济效益的目的n 川。物流研究追求的总目标是物流合理化，包括： 距离短、时间少、整合好、质量高、费用省、环境协调等五个方面。良好的规划与 设计是实现物流合理化的关键。 1 ) 规划设计是整个系统的灵魂 一个系统的资源利用是否合理、工厂布置是否得当、工艺设备是否先进适用、能 否取得好的投资效果、能否实现企业的科学管理、能否为企业创造经济效益和产生 社会效益，规划设计起着决定性作用。规划设计被认为是科学管理的开端，是企业管 理的蓝图，企业管理的各种设想都要体现在规划设计中，对企业投产后的利润及效率 产生巨大影响。 2 ) 规划设计对物流系统的成本高低起着决定作用 工程项目的规划设计，所需要的费用一般只占总投资的2 1 0 。但对投产后的企 上海交通大学硕士论文 第一章绪论 业会带来重大效益。在规划、设计、建造、安装、投产的各个阶段，如果系统要加以 改变，所需要的费用会逐步上升。到了投产后再改进，则事倍功半，有时甚至不可能。 因此，在规划设计阶段投入足够的时间、精力和费用是十分必要的。 3 ) 规划设计是物流系统优劣的先决条件 场址选择、平面布置决定了物流的路线、距离甚至运输搬运设备的选用，所以合 理的规划设计是物流系统和搬运系统优化的基础。 4 ) 规划设计是使生产得以连续进行的必要条件 企业的生产离不开物料的移动，所以良好的物流系统设计是生产得以连续进行的 保证，物流是企业的生命线。 5 ) 规划设计可以加速企业资金周转，降低成本，提高利润与竞争能力 在我国企业中，流动资金所占比例很大，而一般工业企业在制品和库存物料占流 动资金的7 5 。所以合理设计平面布置、优化物流系统，可以最大限度地减少物流量， 降低流动资金占用，降低成本，缩短生产周期，提高企业效益。 6 ) 规划设计可有效地提高企业整体素质，这是企业发展的关键 物流贯穿于生产全过程，遍布企业各个角落，与各个部门都有不可分割的联系。所 以，物流系统的改善更具有全局意义。 显然，物流系统的规划和设计具有极其重要的意义，我们必须运用各种现代科学 的理论和方法去提高规划和设计的水平。如果能够在物流系统实际建立之前进行更 充分的分析论证、可行性分析以及合理化规划设计，那么可以减少大量的无法预期 的损失。因此，我们设想如果能够在之前对所要研究的物流系统进行合理的建模和 分析，以模拟将来的实际制造过程，那么一定可以减少大量的系统投资，缩短建设 周期，带来巨大的收益。 1 3 生产物流规划的现状 目前国内进行生产物流规划主要以模仿性规划为主。规划工程师根据生产产品的 种类、形式，通过对国内外、同行业企业的调查、类比，估算出所需厂房的面积。 一般是先有厂房，然后再进行布置规划，应当说是停留在厂内的设备布置，目标是 “容纳生产设备”。因此，对产品的结构、生产工艺、生产规模等缺乏足够的考证。 另外，整个规划过程以手工计算为主，可调整性差；工程人员的个人经验、喜好在 设计过程中占有相当大的比重，规划受个人因素的影响大；分析都是在二维的图纸 上完成的，沟通性不好。人们只能在实际系统运转后才能看到真正的效果，当设备 4 上海交通大学硕士论文第一章绪论 仪器都已安装好后，如发现有重大的布置不合理处，则进行再次调整，重新返工。 而物料搬运系统的分析，则尚未引起足够的重视。带来的问题是显而易见的：无法 实现整个物流系统的全局优化；借鉴来的数据和经验一般不能够适应企业自身的要 求，多次的调整会带来很多的浪费；整个物流系统规划的周期非常长，工作量非常 的庞大。 在方式上，多数企业的车间平面布置基本上按照传统的作坊式的规划方式进行， 设备布置只强调“充分利用空间”，却没有考虑到前后工序的衔接、物料搬运、在制 品的存放、上下车床或生产线的通道空间( 或暂存区的必要的空间) 等，导致在制 品无处存放，物料成“宝塔式”的堆放，增加了生产的不安全因素和操作人员取料 的不方便，甚至不得不拐弯抹角的到离工位很远的地方去取有关的物料或工具。在 库存区域，见缝插针式的堆放，无所谓卸货区域、分拣区域、备货区域、出货区域， 也就无所谓通道或者先进先出，无所谓利用“5 s 或定置管理等先进的管理手段了。 在财务上，也没有进行独立的物流成本核算，而是纳入到普通的成本分析中，使 传统的成本方法掩盖了物流成本中被浪费的巨大的部分。 在实施中，大多数企业的物流管理通常由一位“物料协调员”管理，领导基本上 不过问，导致物流规划方案无法完全落实，物流管理缺乏力度，使整个企业的物流管 理与运作在深度和高度上没有延展性和可控性，最终物流合理化也就成了一句空话。 1 。4 物流系统仿真研究与应用综述 1 4 1 仿真技术的发展趋势 计算机仿真是对制造系统进行分析实验、辅助设计和评价的最简单、最经济、最 有效的方法u 。它可以把所有的制造资源、产品生产研制周期、产品工艺数据、库 存信息、在制品数等动态地结合起来，非常逼真的模拟制造系统的生产过程和中间 变化状态，能够运用系统分析方法进行系统运行所得数据的分析，确定所规划设计 的真实系统的特性，并进行系统能力的评价，从而可以使系统设计和运行更为可靠、 有效，大大节约新产品开发的投资和大大缩短开发周期，被认为是解决现代制造过 程中复杂问题的理想方法“幻。 目前，制造系统工程领域仿真技术的研究应用具有以下特点和趋势n 别： 仿真技术的应用范围空前扩大，在仿真的对象及目的方面，已经由研究制造 对象( 产品) 的动力学特性，运动学特性，研究产品的加工，装配过程扩大 上海交通大学硕士论文 第一章绪论 到研究整个制造系统的设计和运行，生产过程的组织、运行、后勤供应和库 存管理，产品开发过程的组织，产品测试等等，形成可运行的制造仿真应用 集成环境； 在对制造系统仿真基本框架中的三个步骤( 建模、实验、分析) 的重视程度 方面，已经由重视仿真实验转向重视建模与仿真结果分析； 在被仿真的系统方面，重点由连续系统的仿真转向对离散事件系统的仿真； 在与计算机技术、网络技术结合方面，重视强调与图形技术、传感器技术、 面向对象技术、分布式计算和人工智能结合，形成了可视化仿真、多媒体仿 真、虚拟仿真的层次应用体系，使仿真的交互感大大增强，并形成了虚拟制 造( v m ：v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) ，虚拟产品开发( v p d ：v i r t u a lp r o d u c t d e v e l o p m e n t ) ，虚拟测试( v t ：v i r t u a lt e s t ) 等新概念。 图卜1 n 铂展示了先进制造技术和仿真技术发展的全生命周期，从图中可以看出， 计算机仿真技术贯穿始终，成为为各项单元技术提供集成环境，进而形成数字化制 造的重要技术手段。 市场需求形成概念设计初步设计详细设计 - v 艺r i t 生产计划制定生产销售 维护( 产品生命周期) 图卜1 ：先进制造技术、仿真技术发展历程弄口产品生命周期 f i g 1 1a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h ，s i m u l a t i o nt e c ha n dp r o d u c tl i f ec y c l e 6 上海交通大学硕士论文第一章绪论 1 4 2 系统仿真在物流系统研究中的作用 在物流系统研究中系统仿真技术的作用主要有以下几个方面n5 1 ： 物流系统规划与设计 在没有实际系统的情况下，把系统规划方案转换成仿真模型，通过运行模型， 评价规划方案的优劣并修改方案，是系统仿真经常用到的一面。这可以在系统 建成之前，对不合理的设计和投资进行修正，避免了资金、人力和时间的浪费。 物料控制 生产加工的各个工序，其加工节奏一般是不协调的。物料供应部门与生产加 工部门的供求关系存在矛盾。为确保物料及时准确的供应，最有效的办法是在 工厂、车间设置物料仓库，在生产工序间设置缓冲物料库，来协调生产节奏。 通过对物料库存状态的仿真，可以动态地模拟入库、出库、库存的实际状况。 根据加工需要，正确地掌握入库、出库的时机和数量。 物料运输调度 运输调度是物流系统最复杂、动态变化最大的，很难用解析法描述运输的全 过程。系统仿真是一种比较有效的方法。先建立运输系统模型，动态运行此模 型，再用动画将运行状态、道路堵塞情况、物料供应情况等生动地呈现出来。 仿真结果还提供各种数据，包括车辆的运行时间、利用率等等。 物流成本估算 物流过程是非常复杂的动态过程。物流成本包括运输成本、库存成本、装卸 成本。成本的核算与所花费的时间直接有关。人们可以通过仿真，统计耗费的 物流时间，进而计算物流的成本。这要比其它数学方法计算，更简便，更直观。 而且，可以同时建立起成本与物流系统规划、成本与物料库存控制、成本与物 料运输调度策略之间的联系，从而用成本核算结果( 或者说用经济指标) 来评 价物流系统的各种策略和方案，保证系统的经济性。 1 5 本文研究内容和意义 传统的物流分析方法虽然有很多缺陷，但由于规划手段的限制，一直难以有重大 的突破。目前尽管也有一些好的规划思想，但同样由于手段的限制，实施效果不理 想，如系统化物流规划方法等。但随着数据库技术、仿真技术、计算机图形技术等 上海交通大学硕士论文 第一章绪论 的发展，一些高效的辅助规划平台开始出现。这些平台使得人们有可能对传统的规 划方法进行大的改进n 引。“数字化工厂设计、物流分析仿真软件”( e - f a c t o r y ) 就是 这样一个专为物流系统规划设计而开发的一个平台，该软件具备了现代仿真技术的 很多新特点，如图形技术、面向对象技术等。e - f a c t o r y 在国外的某些专业领域已经 有一定的应用，但在中国国内尚没有成功应用的先例。结合企业的实际项目，我们 对该套软件的基本原理和结构进行了比较详细的研究。 针对目前企业生产物流系统规划存在的问题，结合“数字化工厂设计、物流分析 仿真软件”( e - f a c t o r y ) ，本文主要进行了以下几方面的工作： 介绍了系统化物流规划设计思想 以产品生产为主导的企业生产物流规划方法研究 数字化工厂设计、物流分析仿真软件的应用方法研究 数字化工厂设计、物流分析仿真软件的关键技术研究 数字化工厂设计、物流分析仿真软件在企业中的实例应用 通过本文所进行的研究，能够为企业在进行生产物流规划时，以产品生产为主导， 集成物流数据、产品数据、生产工艺、生产计划等信息，实现物流系统的全局优化； 提供一套科学、实用的物流系统定量化分析、评价的方法；大大提高企业进行物流 规划的效率，缩短规划周期；降低企业物流规划的专业门槛，使得非专业的人员也 能迅速应用这一方法：利用图形技术和面向对象技术，大大提高物流规划的可视度 和交互感，企业在预规划阶段就可以看到规划的结果，可以方便地进行规划方案调 整和现有物流系统的改善，因而可以大大降低企业物流系统的建设和运作费用。这 些都是企业所迫切希望看到的。 8 上海交通大学硕士论文 第二章系统化生产物流规划方法 第二章系统化生产物流规划方法 进行生产物流研究的目的就是要对企业现有的原材料及设备采购供应阶段( 即采 购物流) 、生产阶段、销售配送阶段( 即销售物流) 中的购料、配料、投料、送料、存 放、搬运以及数量、时间、地点、方法、工具等按照科学的生产工艺，进行时间、 空间和物流人员、物流设施和物流信息方式的系统化规划、布局，并且根据合理的 生产节拍，量化( 标准化) 各项指标。目标是消除生产物流中的瓶颈现象，引人需求 拉动生产计划，初步建立并完善内部物流准时化管理和供应链一体化管理系统，达 到内部物流和外部物流的一体化、均衡化，促使货畅其流、节省空间、消除浪费n 7 l 。 企业生产物流系统，其规划设计的核心内容是企业内部的设计与平面布置、设备 的布局，以及物料搬运系统的设计。目的是达到物流路线系统的合理化，通过改变 和调整平面布置调整物流，达到提高整个生产系统经济效益的目的。 2 1 设施规划与设计 设施规划与设计是企业生产物流研究的一个重要组成部分，其任务是对系统的 各类设施、人员、投资进行系统的规划与设计，用以优化人流、物流和信息流，从 而有效经济安全的实现系统的预期目标。主要通过对工厂内部各种物质要素的规划、 布局和配置，实现所有设施之间和人一机一料一环境之间的最佳配合，为工业生产 率的提高打下良好的物质和结构基础。 2 1 1 布置的基本形式 有四种基本形式：产品原则布置、工艺原则布置、成组原则布置和定位布置 1 ) 产品原则布置( p r o d u c tl a y o u t ) 即根据产品制造的步骤安排各组成部分口8 驯。从理论上看，流程是一条从原料 投入到成品完工为止的连续线。固定制造某种部件或某种产品的封闭车间，其设备、 人员按照加工或装配的工艺过程顺序布置，形成一定的生产线，适用于少品种、大 批量的生产方式。如下图所示： 9 上海交通大学硕士论文 第二章系统化生产物流规划方法 11 1 ll _一1 = 竺li 要堡厂 仓 叫剪板机l 叫钻孔i - 仓 _ 一_ _ 装 - - 库 咽耍 _ 4 圃 - 配 库 r 蔫一r 高一r a 一广莓i 飞 图2 - i 产品原则布置示意图 f i g 2 - ip r o d u c tl a y o u t 这种布置形式的例子有汽车装配线、食品加工和家具制造业等。 2 ) 工艺原则布置( p r o c e s sl a y o u t ) 又称机群布置，是同类设备和人员集中布置在一个地方的布置形式。如按车床 组、磨床组等分区，各类机床组之间也保持一定顺序，按照大多数零件的加工路线 来排列。适用于多品种小批量的生产方式。根据所执行的一般功能，对各工艺组成 部分进行布置，并不考虑到任何特殊产品心0 1 。如单件小批加工车间、百货商店和医 院通常是这样。有关工艺原则布置的示意图见下图： 图2 - 2 工艺原则布置示意图 f i g 2 - 2p r o c e s sl a y o u t 3 )成组原则布置( g r o u pl a y o u t ) 这是实施成组加工的布置形式，介于产品原则布置和工艺原则布置之间。适应于 中小批量生产。 1 0 上海交通大学硕士论文 第二章系统化生产物流规划方法 图2 - 3 成组原则布置示意图 f i g 2 - 3g r o u pl a y o u t 4 )定位布置( f i x e dl a y o u t ) 根据体积或重量把产品保留在一个位置上，设备、人员、材料都围绕着产品而 转。如飞机制造厂、造船厂等。 2 1 2 布置分析的基本要素 图2 - 4 解决布置问题的钥匙一一p 、q 、r 、s 、t f i g 2 - 4t h ek e yt ot h el a y o u tp r o b l e m 做好布置设计，要考虑众多因素。按照缪瑟的观点，影响布置设计的最基本要 素是产品( 或材料或服务) 、数量( 或产量) 、生产路线( 工艺过程) 、辅助服务部门、 上海交通大学硕士论文 第二章系统化生产物流规划方法 时间( 或时间安排) 2 1 o 这5 项基本要素是设施其他特征或条件的基础，是设施布置 必不可少的基础资料。为了便于记忆，相应地用5 个英文字母来表示：p ( p r o d u c t ) 、 q ( q u a n t i t y ) 、r ( r o u t e ) 、s ( s u p p o r t i n gs e r v i c e ) 、t ( t i m e ) 。同时，形象地用解决 布置问题的钥匙比喻这5 个基本要素。 p ( 产品或材料或服务) 指规划设计系统所生产的产品、原材料、加工的零件、成品或提供服务的项目。 这些资料由生产纲领( 工厂的和车间的) 和产品设计提供，包括项目、种类、型号、 零件号、材料等。产品这一要素影响着设施的组成及其相互关系、设备的类型、物 料搬运的方式等。 q ( 数量或产量) 指所生产、供应或使用的商品量或服务的工作量。其资料由生产统计和产品设 计提供，用件数、重量、体积或销售的价值表示。数量这一要素影响着设施规模、 设备数量、运输量、建筑物面积等因素。 r ( 生产路线或工艺过程) 这一要素是工艺过程设计的成果，可用设备表、工艺路线卡、工艺过程图等表 示。它影响着各作业单位之间的关系、物料搬运路线、仓库及堆放地的位置等。 s ( 辅助服务部门) 指公用、辅助、服务部门。包括工具、维修、动力、收货、发运、铁路专用线、 办公室、卫生站、更衣室、食堂、厕所等，由有关专业设计人员提供。这些部门是 生产的支持系统，在某种意义上加强了生产能力。有时，辅助生产部门的面积甚至 大于生产部门的面积，必须予以重视。 t ( 时间或时间安排) 指在什么时候、用多长时间生产出产品，包括各工序的操作时间、更换批量的 次数。在工艺过程设计中，根据时间因素可以求出设备的数量、需要的面积和人员， 并平衡各工序的生产能力。这些都是影响仓储、收货、发运以及辅助部门配合的因 素。 有了这5 项基本要素，就有了着手布置设计分析的起点。当然，要完成布置设 计，还必须在掌握5 项基本要素的基础上，收集和分析其他有关因素，包括城市规 划、外部协作条件、交通运输条件、地质水文条件、自然条件以及关于职业安全和 卫生、消防、环境保护、建筑、道路、通道等方面的技术规范、规程和标准等。 1 2 上海交通大学硕士论文第二章系统化生产物流规划方法 2 1 3 系统化布置设计 系统化布置设计是由美国物流专家理查德缪瑟提出的一套工厂布置规划模式， 其基本程序如下： 1 ) 产品产量分析( p q ) 分析 统计企业的产品种类及产量大小，决定采用何种原则进行布置：少品种、大批 量采用产品原则布置，多品种、小批量采用工艺或成组原则布置等等。对于产品原 则布置，要在给定节拍下，计算最少工作地数目，保证生产线的均衡生产。 根据产品与数量的分析，可把工厂的工作区或部门划分为至少两个合理的工作区： 产量大、品种少的“快速周转产品”，高度的机械化、专门设备、对搬运设 备的大量投资是其特征，但有巨大的节约潜力 产量少、品种多的“慢速周转产品，生产转换频繁，单件的节约无济于事。 要求熟练的手工操作、通用性的设备、低成本、高柔性的搬运设备。 人教据和生产活动 t ifil i 1 洲嚣噫庐2 埔娃曩 3 关系圈 i 空闻要求卜一 _ _ 1 s 可用空间 l6 空问荚最圈l i r 謦改hh8 妄厍均束 9 布局构思0 j | 1 0 评价 图2 - 5 系统化布置设计流程图 f i g 2 - 5f l o w c h a r tf o rs y s t e m a t i cl a y o u t 图2 - 6h 分析表 f i g 2 - 6p qf i g u r e 2 ) 加工路线或操作顺序分析( r 分析) 一种产品，可以采用“工艺过程图 来描述加工路线；当有多种产品时，则最 好各自编制一张工艺过程图。但若产品种类较多需要编制多张工艺过程图时，可采 用“多种产品工艺过程图。“多种产品工艺过程图”是将所有零件或产品和工序都 汇总在一张图表上。然后将每个零件的工艺过程按预先确定的工序进行绘制。下图 上海交通大学硕士论文第二章系统化生产物流规划方法 是示例。运用这种图表绘制出各种零件的工艺路线，可以迅速地比较各零件的物流 途径。为了在布置上达到物料循序流动、尽可能减少倒流，可以调整图表上的工序， 使彼此之间有最大物流量的工序尽可能靠近。 图2 7 工艺过程图 f i g 2 - 7s i n g l ep r o d u c t p r o c e s sf l o w c h a r t 弋心巡 零件或产量 工主飞业 bcde f 算切 o o 开槽口由0o 圉火o由o 冲孔南尚 弯曲由由 蔓 il 图2 - 8 多种产品工艺过程图 f i g 2 - 8m u l t i p l ep r o d u c t sp r o c e s sf l o w c h a r t 当零件数量很多时，可以运用这种综合的工艺过程图把具有共同工艺过程、使 用相似设备的相似产品组成零件组。另一些不能成组的零件则具有各自独特的工艺 过程。对成组和不能成组的零件，可以再分类用“工艺过程图 或“多种产品工艺 过程图 进行物流分析。 3 ) “从一至 表 当产品或零件非常多时，可以用“从一至 表进行分析。“从一至 表通常用以 表示建筑物之间、部门之间或机器之间的物流强度。如果计入作业单位之间的距离， 可以表示作业单位之间的物料搬运总量。在“从一至”表上横行和竖行的标题栏内， 按同样顺序列出全部作业单位( 建筑物、部门或机器) 。将每个产品或零件在两个作 业单位之间的移动分别用字母代表产品或零件，数字代表搬运总量，填入两个作业 单位横行和竖行相交的方格内。从图表的左上角至右下角，划一条对角线，零件前 进记在右上方，退回记在左下方。运用“从一至 表，可以一目了然地进行作业单 位之间的物流分析。 1 4 上海交通大学硕士论文第二章系统化生产物流规划方法 原料锯床车床钻床铣床检验包装 原料 ? 13b 3 锯床 。 c 5a8 车床 c 5a bll 钻床b 3 c 5a 8 铣床 a 8 a b c l6 检验a 8 a b c l6 包装 表2 1 从一至表 t 出l e2 1f r o m - 1 bc h a r t 4 ) 作业单位相互关系分析 对于布置设计，物流分析并不是惟一的依据，有时要进行作业单位间非物流关系 分析。各单位之间的这种相互关系常用“a e i o u x 来表示。 a ：绝对重要 e ：特别重要 i ：重要 0 ：一般 u ：不重要 x ：不希望 5 ) 物流与作业单位相互关系图解 图2 - 9 相互关系表 f i g 2 - 9r e l a t i o n s h i pc h a r t 作业单位相互关系图完成后，可以绘制物流与作业单位相互关