生产运作_生产与运作管理培训课件

生产与运作管理课程课件 2014下 湖南工程学院管理学院 生产与运作管理 课程组 2 作业计划与控制 4 7 9 生产与运作管理课程目录 需求预测与管理 新产品研究与开发 设施选择与布置 工业设计与业务流程再造 流水生产线组织 生产计划与企业资源计划 概论 库存控制 设备管理 11 12 质量管理 新型生产运作方式 供应链及其管理 主要参考书目 教材 张群主编 生产与运作管理 第三版 机械工业出版社 2014参考书 现代生产管理学 潘家轺曹德弼 现代生产与运作管理 陈志祥 生产与运作管理 冯根尧 生产与运作管理 刘丽文 MBA运作管理 孔庆善等 生产与运作管理 制造与服务 蔡斯等 运营管理 第三版 麦克莱恩等 生产运作管理 陈荣秋 马士华编著机械工业出版社2009运营管理学习指南与习题集 原书第2版 美 约瑟夫G 蒙克斯著机械工业出版社2005 1生产与运作管理 美 威廉 J 史蒂文森 机械工业出版社运营管理 美 理查德B 蔡斯 F 罗伯特 雅各布斯 尼古拉斯J 阿奎拉诺著机械工业出版社2007生产与运作管理核心理论及习题集王晶编著机械工业出版社2007 第六章流水生产线组织 流水生产的概念 特征和分类 单一品种流水线的组织设计和有关计算 多品种可变流水线的组织设计和有关计算 多品种混合流水线的组织设计和有关计算 大量生产在制品的分类和有关计算 流水生产是指劳动对象按照一定的工艺路线 顺序地通过各个工作地 并按照一定的生产速度 节拍 完成工艺作业的连续重复生产的一种生产组织形式 6 1流水生产的特征和分类6 1 1流水生产的基本特征 6 1 2流水生产线的形式 1 按生产对象是否移动分 固定流水线 指生产对象固定 工人携带工具顺序的对生产对象进行加工 例如机床等重型机器的装配 船舶的装配 大型部件的焊接加工 移动流水线 指工人 设备和工具的位置固定 生产对象顺序经过各道工序的工作地 设备 进行加工或装配 例如汽车 电视机等的装配 2 按流水线上生产品种数量的多少分 单一品种流水线 不变流水线 只固定地生产一种产品或零件 多品种流水线 固定生产两种或两种以上结构上 工艺上相似的产品或零件 在多品种流水生产线条件下 由于加工的产品或零件有多种 因此 它们在生产中就存在一个轮换方式的问题 按轮换方式的不同 多品种流水生产线可分为可变流水生产线和混和 成组 流水生产线 多品种流水线 可变流水生产线 是轮换地 分批地生产固定在流水生产线上的几个对象 在可变流水线上生产的对象 虽然在结构和工艺上基本相似 但工艺过程的组成及零件的加工尺寸可以不同 当变换对象时 要相应地调整设备和工艺装备 A B C 图6 1 a 可变流水生产线 多品种流水线 混和流水线 是指在同一时间内混和连续的生产多个对象 它也固定生产几种对象 但不是轮番成批地生产 而是按照成组加工工艺规程和使用专门的成组加工设备即工艺装备 成组地生产 因此可以同时或顺序地进行生产 更换生产对象时也基本上不需要重新调整设备和工艺装备 ABC ABC ABC 图6 1 b 混和流水生产线 3 按生产的连续程度分类 连续流水生产线 指生产对象在一道工序上加工完毕后 立即转到下一道工序上继续加工 中间没有停放等待时间 间断流水生产线 生产对象在完成一道工序或几道工序后 在下道工序开始前 存在停放等待时间 使生产过程有一定程度的中断 连续流水线通常应用于大量生产中 是一种较为完善的流水线形式 组织连续流水线的条件是所有工序的加工时间等于流水线的节拍或其整倍数 产生间断的原因 主要是由于流水生产线上各道工序的加工时间不相等或不成倍比关系 4 按流水线的节奏性程度分类可以分为 强制节拍流水线 是准确地按照既定节拍出产产品的流水线 这种流水线对设备 工艺和工人的操作有严格要求 并采用机械化的运输装置 严格地按时传送生产对象 保持强制节拍的实现 自由节拍流水线 不严格要求按节拍出产产品 生产节拍要靠工人的熟练操作来保证 因而可能有波动 自由节拍流水线一般在大量生产或成批生产的装配车间和机械加工车间中采用 粗略节拍流水线 其特点是各个工序的单件工时与流水线的节拍相差大 如按节拍组织生产 就会使设备和工人处在时断时续的工作状态 为了充分利用人力和设备 工作地可以在一段时间内连续地进行生产 各个工作地经过不同的时间到达相同的产量 因此 可以确定一个合理的时间间隔来组织各工作地的连续生产 这个规定的时间间隔就是粗略节拍 5 按流水线的机械化程度分类 手工流水线 多用于机器或仪器或仪表的装配 机械化流水线 应用最为广泛 自动化生产线 是流水线的高级形式 因投资大 应用受到一定的限制 6 按运输设备种类可以分为 无专用运输设备的流水生产线 在该流水生产线上 加工对象或由工人自己用手传送给下一个工作地 或采用普通运输工具运送 非机动专用设备的流水生产线 在该流水生产线上 加工对象主要靠本身的重力来运输 一般采用的运输设备有斜面滑道 滚道等 机械化运输设备的流水生产线 在该生产线上 通常采用传送带 循环悬吊运送器等 传送带按照工作方式 可以分为分配式和工作式两种 分配式传送带 采用该传送带时 各工作地是排列在传送带的一边或两边 传送带传送加工对象经过各工作地时 工人就从传送带上取下加工对象 在工作地上加工 加工完毕后 再送回传送带上 图6 2 a 分配式传送带 传送带 工作地 加工对象运动路线 工作式传送带 采用该传送带时 不必从传送带上取下制品 工人在传送带两旁或者一旁 对传送带上的加工对象进行加工 传送带 工人 工人 加工对象运动路线 图6 2 b 工作式传送带 流水线生产 固定流水线 单一品种流水线 分配式 不变流水线 连续流水线 无专用设备 强制节拍流水线 自动化流水线 可变流水线 移动流水线 多品种流水线 工作式 混合流水线 间断流水线 机械化设备 粗略节拍流水线 手工流水线 无动力专用设备 机械化流水线 以上流水生产线的分类可归纳为图6 3所示 自由节拍流水线 流水生产的基本特征如下 1 工作地专业化程度高 2 节奏性强 3 各道工序的工作地 设备 数量与各工序单件工时的比值相一致 4 工艺封闭 成链索形式 5 高度的连续性 6 1 3流水生产方式的优缺点 1 流水生产方式的主要优点是能使产品的生产过程较好地符合连续性 平行性 比例性以及均衡性的要求 2 流水生产方式的主要缺点是不够灵活 3 组织流水生产必须具备以下条件 1 品种稳定 2 产品结构比较先进 设计基本定型 3 原材料 协作件必须是标准和规格化的 4 机器设备完好 5 检验与生产同步进行 6 2单一品种流水线的设计6 2 1流水线设计的内容 1 流水线的设计包括技术设计和组织设计技术设计是流水线 硬件 方面的设计 包括工艺路线 工艺规程的制定 组织设计是流水线 软件 方面的设计 包括流水线的节拍和生产速度的确定 设备需要量及负荷的计算 工序同期化设计 工人配备 1 确定流水线的节拍1 节拍 是一种重要的期量标准 是指流水线上连续出产两个相同制品之间的时间间隔 它决定了流水线的生产能力 生产速度和效率 确定节拍的依据是计划期的产量和有效工作时间 即 一 单一品种流水线的设计 例 某流水线设计日产量为1000件 每日制度工作时间为8小时 其中上午和下午各用20分钟检修设备 废品率为5 试计算流水线的节拍 解 0 418分 件 2 节奏 如果R很小 且体积重量也很小 不适于按件传递 则可以实行批传递 顺序出产相邻两批同样制品之间的时间间隔就称为节奏 即 其中 节奏 批量 2 计算设备数量和设备负荷系数 1 各工序设备数量其中 第i道工序所需设备数 第i道工序单件时间定额2 各工序设备负荷系数 3 流水线的负荷系数 流水线的负荷系数讨论 当K 0 85时 宜组织强制节拍流水线 当0 75 K 0 85时 宜组织自由流水线 当K 0 75时 宜组织间断流水线 理想的情况下 i 1 2 m 的值应比较接近 极差 应尽可能小 这样整个流水线的负荷比较均匀 有利于流水线的组织 如果负荷系数波动较大 则应通过工序同期化措施加以调整 3 工序同期化 组织流水线的重要环节 工序同期化是指通过各种可能的技术 组织措施来调整各工作地的单件作业时间 使它们等于流水线的节拍或者与流水线节拍成倍比关系 进行工序同期化的措施有 1 提高设备的生产效率 2 改进工艺装备 3 改进工作地布置和操作方法 减少辅助作业时间 4 提高操作工人的熟练程度 5 详细地进行工序的合并和分解工序同期化后 应根据新的工序时间定额计算设备 工作地 需要量和设备负荷系数 下表5 1是工序同期化的一个例子 表5 1工序同期化示例 工序同期化 4 计算各工序工人人数 式中 第i道工序的工人人数 每日工作班次 第i道工序每一工作地同时工作人数 人 台 班 第工序设备数 5 确定流水线节拍的性质 依据 工序同期化程度和加工对象的重量 体积 工艺性等特征 当同期化程度高 重 大 工艺性好 且要求严格按节拍出产产品时 选强制节拍 否则选自由节拍 不同性质的节拍决定着选择不同形式的流水线运输装置 6 设计运输工具 流水线上采取何种运输方式主要取决于加工对象的重量和外形尺寸 流水线的类型和实现节拍的方法 强制节拍流水线上一般采用连续式工作传送带 间歇式工作传送带 分配传送带自由节拍流水线上一般采用连续式运输带或滚道 平板运输车等运输装置 粗略节拍流水线上一般采用滚道 重力滑道 手推车 叉车等运输工具 链条输送机 悬吊输送机 连续式工作传送带 带式输送机 BeltConveyor 链条输送机 拖索输送机 输送机 螺旋输送机 链条输送机 辊式输送机 滚道 链条输送机 轮式输送机 滚道 输送机 气压输送机 1 输送带选择 输送带是实现流水线节拍常用的一种输送装置 输送带的选用除考虑节拍性质外 还应考率产品大小 作业方式 造价高低等因素 表5 2是几种常见的输送带装置的特点比较 表5 2输送装置的特点比较 2 计算输送带移动速度 输送带速度由流水线节拍决定 速度不宜过快 必须与节拍保持一致 在连续式工作输送带上 产品放在输送带上 产品的间隔距离称为分区单位或跨步 如图所示 当产品不大时跨步为1 0 1 2米 传送带参数确定 1 分区单位长度或跨步 产品间隔 连续流水线的传送带上两相邻制品中心之间的距离 L0 2 传送带速度 V L0 r3 传送带工作部分的总长度 L 2 L1 L2 L3L1 工作地长度之和 L2 工作地之间距离之和 L3 传送带两端附加富裕量 节拍 7 流水线的平面布置 补充 装配线平衡 装配线平衡又称工序同期化 就是根据流水线节拍的要求 采取各种技术 组织的措施来调整各工作地的单件作业时间 使它们等于节拍或节拍的整数倍 对装配线实行平衡技术 其目的是使所设计的装配线所需工作地数最少 同时使各工作地作业间尽可能接近节拍 减少忙闲不均的现象 并符合高效率和按节奏生产的要求 一 为什么要进行装配线时间平衡 例 某装配线有6道工序 其作业顺序和工序时间如下 节拍为5分钟 件 缺点 1浪费了时间资源 2出现了忙闲不均的现象 3浪费了人力资源 为了解决以上问题 必须对装配线的工作进行新的组合分析 重新组合工作地 二 进行装配线平衡的内容 原则 1按工序先后顺序 合理地把作业分配给每一个工作地 2每个工作地综合作业时间要尽量接近节拍 并使装配线所设计工作地最少3各工作地空闲时间要少 工作地之间负荷均匀 以保证流水线时间损失最低 重新组合后只有三个工作地 4 8分钟 4 5分钟 4分钟 三 装配流水线节拍 节拍 流水线上连续出产两件相同制品的时间间隔 一般用r表示 例 某流水线计划日产量为150件 采用两班制生产 每班规定有21分钟停歇时间 计划不合格品率为2 计算流水线节拍 四 进行装配线平衡的步骤 1 确定装配流水线节拍 2 计算装配线需要的最少工作地数Smin 设ti为工序I的工作时间 3 组织工作地 1 保证各工序之间的先后顺序 2 每个工作地的工序时间之和 Tei 不能大于节拍 Tei r 3 各工作地的时间尽量接近或等于节拍 Tei r 4 应使工作地数目最少 四 进行装配线平衡的步骤 对装配线进行平衡 要使时间损失系数尽可能小 4 计算工作地时间损失系数 时间损失示意图 五 装配线平衡的方法 1 试凑法对于工艺过程比较简单 装配关系不复杂的装配线 可以直观判断 组合工作地 2 穆迪 扬法 Moodie Young 1 试凑组合工作地 使工作地的工序时间之和 Tei max Tei r 工作地数Sij min 2 在不违反工序优先顺序的前提下 找出Temax中与Temin中单个工序之间的所有可能的交换 并使Temax的减少和Temin的增加均小于 Temax Temin 3 重复步骤 2 装配线平衡例子 例 有一装配线由12道工序组成 节拍为10分钟 件 试进行装配线平衡 试凑 损失系数和平滑系数计算 60 50 60 100 16 7 4 89 调整1 试凑1 试凑1的结果 损失系数和平滑系数计算 调整2 调整1 试凑2 损失系数和平滑系数计算 所以 可以提高节拍至 9分钟 件损失系数可降低到 54 50 54 100 7 4 试凑2的结果 节拍由原来的10分 件降为9分 件 提高效率10 选择6各工作地 即 装配线平衡表 最终选择试凑2的结果 装配线平衡方法 3 分支定界法它是运用分支定界并寻求最新活动节点的原理 先求出可行的工序组合方案 然后一面依靠返回检查 消除明显的不良工序组合方案 一面求出能使装配工序数为最少的工序组合方案 3 分支定界法步骤 步骤1列出所有可能作为第一工作地的工序组合方案 例 装配关系如图节拍r 16分钟 方案1 1 Te11 15min 方案1 2 Te12 16min 最少工作地数 Smin T r 3 3 分支定界法 步骤2求出第一工作地各编组方案对装配线所需最少工作地数 公式为 式中 Sij 根据第i个工作地中第j个编组方案计算的所需最少工作地 Teij 已分配和正在分配编组的各工序定额时间 T 所有工序定额时间之和 本例中 T 48 r 16Te11 15Te12 16 步骤3从各编组方案中 找出Sij最小的值 该值所在的编组方案即为分支点 当各方案的Sij相等时 选取Teij较大的编组方案作为分支点 本例中 取方案2 步骤4顺序进行第二个工作地编组 重复上述步骤 方案2 1 Te21 16min方案2 2 Te22 15min 3 分支定界法 本例中 T 48 r 16Te21 16Te22 15 3 分支定界法 根据以上原则 应取方案1 接着进行第三工作地的组合 剩余的工序只有一个方案组合 即方案3 1 Te31 16 步骤5检查 由最后一道工序 按编组过程反方向检查每一工作地 用于寻找本分支节点上是否存在Sij S 分支定界数3 的节点 若没有 则 S 为最优 否则再重新从Sij节点上分支 本例不存在Sij S 的节点 所以S 3就是最优方案 最终结果是 故此例中 T1 16工作地为 T2 16 T3 16 0 损失系数 例2 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 求使工作站数量最少的平衡方式 J型玩具马车的装配步骤及时间 解 1 画出流程图 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 r 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 Smin T r 195秒 50 4秒 3 87 4 取整 4 法1 分支定界法进行装配线平衡 1 2 3 4 第一个工作地可能工序组合方案 1方案 A2方案 D 45秒50秒 第一个工作地个可能方案对装配线是所需最少工作地数 第二个工作地可能工序组合方案 1方案 A 2方案 E H I 45秒39秒 第二个工作地个可能方案对装配线是所需最少工作地数 第三个工作地可能工序组合方案 1方案 B C F E 2方案 B E H I 47秒50秒 第三个工作地个可能方案对装配线是所需最少工作地数 第四个工作地可能工序组合方案 1方案 C F G J K 第四个工作地个可能方案对装配线是所需最少工作地数 检查 由最后一道工序 按编组过程反方向检查每一工作地 用于寻找本分支节点上是否存在Sij S 分支定界数4 的节点 本问题不存在Sij S 的节点 则 S 为最优 即节点数为4 另外 节点数 Sij 4所以S 4就是最优方案 5 装配线平衡情况 1 2 3 4 3 3 损失系数 6 调节装配线节拍 损失系数 2 5 法2 用穆迪 杨方法求解 利用最大选择准则 结果为 3 3 损失系数 习题 表列作业必须按给定时间和次序在装配线上完成 请 1 画出流程图 2 求8小时工作日生产400单位产品D的节拍和所需最少的工作站数量的理论值 3 使用穆迪 杨方法平衡装配线最少的工作地数 4 计算损失系数 习题解 1 画出流程图 2 求8小时工作日生产400单位产品所需最少的工作站数量的理论值 节拍 r 8 60 60 400 72 秒 单件加工时间T 245秒需最少的工作站数量的理论值Smin T r 3 4 4 3 使用穆迪 杨方法求最少的工作站数量并平衡装配线节拍r 72秒 按穆迪 杨方法安排作业 1 2 4 3 其结果为 该生产线宜组织流水线 节拍从72调到70 生产率可提高2 8 14 93 损失系数 12 5 6 3多品种流水线的设计 多品种可变流水线的特征 1 成批轮番生产多种产品 更换产品时 需调整 但调整不大 2 每种产品在流水线所有工序上的设备负荷系数应大致相同 3 整个计划期内成批轮番的生产多种制品 但在计划期的各段时间内只生产一种制品 6 3 1混合流水线的组织设计 要求计算 1 节拍r 2 最小工作地数Smin 3 流水线负荷系数 损失系数和损失时间4 确定投产顺序5 一个连锁的生产周期 1 确定混合流水线的节拍式中 F 计划期有效工作时间 Ni 第i种产品计划期产量 n 品种数 例4 某混合流水线上有A B C三种产品 平均日产量分别为40台 10台 30台 一个工作日一班 不考虑停工时间 求该混合流水线的节拍 解 分 台 例5 某混合流水线上生产A B C三种产品 其作业顺序图如图8 4 试求混合流水线上各产品的总作业时间 求得 TA 37 分 TB 35 分 TC 40 分 2 计算混合流水线最小工作地数 工序数 Ni 40 10 30件Ti 37 35 40分 3 求流水线的K D B 4 用生产比例倒数法确定投产顺序 混合流水生产的组织 混合流水生产的组织主要工作之一就是最优化投产顺序 常用的方法 生产比倒数法 生产比倒数法 主要考虑的是产量 不把作业时间考虑进去的一种编排投产顺序的方法 混流生产的循环流程 如果生产连锁是按某一周期反复进行时 则每一周期的连锁称之为一个生产循环流程 生产比倒数法应用程序 事例 现有A B C三种产品 产量分别为 请用生产比倒数法确定三种产品的投产顺序 解 1 求出各种产品产量的最大公约数 最大公约数即为零件循环流程次数 重复加工的次数 例中三种产品的最大公约数为10 即循环流程10次 2 求生产比 例中三种产品的生产比为 将生产比之和作为循环流程的总量8 即为一个生产循环流程的产量为8台 3 计算生产比倒数 4 确定连锁内的投产顺序 选取投产对象规则 见下页 选取投产对象规则 1 按计算过程的顺序逐行从全部品种中选出生产比倒数最小的品种 选定后表上识别记号 并把选定品种计入连锁览内 2 每次选定品种后 要对被选中的品种的生产比倒数值进行更新 其余品种的生产比大叔值照抄于下一行 更新方法是将记有 号的数值加上原倒数值并将更新后的数值记入下一行 3 在具有多个最下小值的情况下 应选出品种识别记号出现较晚的一个 即第二次出现的那个产品 以防止连续投入 生产比倒数法计算过程表 按上述规则将一个连锁的全部品种选定为止 本例中 编排的投产顺序为 得到一个循环流程A C A C A C A B 例 设某混合流水线成组地生产A B C三种产品 计划产量分别为3000 2000 1000件 1 确定最大公约数 组数 找出三种产品产量的最大公约数 最大公约数即为零件组的组数 重复加工的次数 本例为1000 然后用组数去除各产品产量 2 生产比 即 XA 3000 1000 3 XB 2000 1000 2 XC 1000 1000 1 这样即可确定一个零件组有6件产品 其中有3个A产品 2个B产品 1个C产品 3 计算生产比倒数MA 1 XA 1 3 MB 1 XB 1 2 MC 1 XC 14 生产比倒数法确定组内产品顺序 调整数 投产时生产比倒数 原生产比倒数 所以投产顺序为 ACACAACB 5 一个连锁的生产周期 6 3 2流水线节拍的计算 可变流水线上的每种产品都有自己的节拍 在同一条流水线上生产的各产品的节拍不一定相等 这就使得确定流水线的节拍变得复杂一些 通常有两种计算节拍的方法 1 代表产品法 2 加工劳动量比重法 l 代表产品法 在计划生产的产品中任意选择一种产品 然后将各种产品的产量按劳动量的比例关系折合成以该种产品表示的产量 据此计算节拍 l 代表产品法 设可变流水线加工n种产品 其计划产量分别为从 N1 N2 Nn 各种产品的劳动量分别为t0 t1 tn 若以i为代表产品 则可变流水线计划期总产量可以表示为 式中 N 以代表产品表示的计划期总产量 产品j与产品i劳动量换算系数 即 代表产品的选法 在流水线所生产的制品中选择一种产量大 劳动量大 工艺过程复杂的制品为代表产品 将其它产品按劳动量换算为代表产品的产量 尔后以代表产品来计算节拍 则各产品的节拍的计算公式为 代表产品的节拍为即 其余产品的节拍为即 习题 某可变流水线加工三种产品 其年产量及单件加工时间如表4 5所示 若设备检修时间占制度工作日的10 问以产品1为代表产品时 流水线在计划期内总产量是多少 各产品的节拍又是多少 已知该流水线实行两班制 年工作日254天 表4 5三种产品的基本数据 解 首先以产品1为代表时的换算系数 故总产量 25000 12500 0 883 25000 0 739 54520 件 设 全年有效工作日为254天 依题意各产品的节拍分别为 2 加工劳动量比重法 按各种产品在流水线上加工总劳动量中所占比重分配有效工作时间 然后计算流水线节拍 设有n种产品 产品j的计划期产量为 加工劳动量为则为n种产品的总劳动量 各产品的加工劳动量在总劳动量中的比例 可由下式计算 各产品在流水线上的节拍 3 计算各工序设备需要量及设备负荷系数 设有n种产品 流水线有m道工序 首先按不同的加工对象计算各工序的设备需要量 计算时仍用基本公式S t r 则零件i在第k道工序的设备需要量为 其次 将各种产品在各道工序上的设备需要量进行对比和分析 一般要求做到各产品在同一工序上的设备需要量相等 即 这样才能使可变流水线上的设备和人员达到充分负荷 并有利于组织生产 为了满足上述条件 在计算设备需要量的过程中 也必须反复平衡 通过工序同期化措施 使设备负荷系数高 且均匀 设备负荷系数的计算公式为 Ni 第i种产品计划产量 流水线总的设备负荷系数K 由下式求得 可变流水线的其他设计与单一对象流水线设计的内容相同 多对象流水线还有按零件组加工的流水