工艺选择与设施布置.ppt

工艺选择与设施布置ProcessSelectionandFacilityLayout 周伟华博士浙江大学Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 提纲Outline 工艺选择Processselection 工艺类型ProcessType产品工艺矩阵Production ProcessMatrix设施布置Facilitylayout 布置的类型Layouttypes产品原则布置 生产线平衡Productlayout Line balancingproblems工艺原则布置 各部门间的工作流量Processlayout InterdepartmentalWorkFlows工艺原则布置 系统规划设计Processlayout SystematicLayoutPlanning服务布置ServiceLayout 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 2 简介Introduction 工艺Process一个组织将输入品转化为输出品的过程中的任何一个环节 注意和流程的区别 工艺选择Processselection组织产品生产或服务提供的方式Decidingonthewayproductionofgoodsorserviceswillbeorganized主要根据Majorimplications劳动密集度Capacityplanning设施布置Layoutoffacilities设备Equipment作业系统的设计Designofworksystems 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 3 工艺选择ProcessSelection 品种Variety系统需要处理多少品种的产品 服务 Howmuch灵活性Flexibility需要具有什么样柔性的设备 Whatdegree产量Volume期望的产量是多少 Expectedoutput 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 4 工艺类型ProcessTypes 工艺专业化生产Jobshop小规模Smallscale批量生产Batch中等规模Moderatevolume装配线生产Repetitive assemblyline标准化程度较高的产品 服务Highvolumesofstandardizedgoodsorservices连续流程Continuous生产高度标准化的产品 服务Veryhighvolumesofnon discretegoods 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 5 工艺专业化生产Jobshop 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 6 一个中西医结合的医院医生会诊过程 设计心导管检查术Ajobshopprocess Amidwesternhospitalmedicalteamperformsadiagnosticprocedureinvolvingacardiaccatheterization 批量生产Batch 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 7 食物准备 一次一个菜单项 在美国内华达州拉斯维加斯的凯撒宫的Spago厨房 Abatchprocess Foodisprepared onemenuitematatime inthekitchenoftheSpagoRestaurantintheForumatCaesar sPalace LasVegas Nevada 装配线生产Repetitive assemblyline 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 8 位于巴勒斯坦伊斯顿的宾尼和史密斯克雷奥拉产品制造商每年生产近30亿支蜡笔 Arepetitiveprocess Binney Smith makerofCrayolaproducts producesnearly3billioncrayonseachyearinitsEaston PA manufacturingfacility 连续流程Continuous 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 9 一个炼油厂的持续生产过程 把原油分解为石油 化工原油 以及其他产品 Acontinuousprocess Anoilrefineryperformsacontinuousprocess breakingdowncrudeoilintopetroleum chemicals andmanyotherproducts 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 10 提纲Outline 工艺选择Processselection 工艺类型ProcessType产品工艺矩阵Production ProcessMatrix设施布置Facilitylayout 布置的类型Layouttypes产品原则布置 生产线平衡Productlayout Line balancingproblems工艺原则布置 各部门间的工作流量Processlayout InterdepartmentalWorkFlows工艺原则布置 系统规划设计Processlayout SystematicLayoutPlanning服务布置ServiceLayout 产品 工艺矩阵Product ProcessMatrix 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 11 产品工艺矩阵Production ProcessMatrix 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 12 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 13 提纲Outline 工艺选择Processselection 工艺类型ProcessType产品工艺矩阵Production ProcessMatrix设施布置Facilitylayout 布置的类型Layouttypes产品原则布置 生产线平衡Productlayout Line balancingproblems工艺原则布置 各部门间的工作流量Processlayout InterdepartmentalWorkFlows工艺原则布置 系统规划设计Processlayout SystematicLayoutPlanning服务布置ServiceLayout 设备布置FacilitiesLayout 布置 对业务部门 工作中心和设备进行布局 以确保系统中工作流运行顺畅 Layout theconfigurationofdepartments workcenters andequipment withparticularemphasisonmovementofwork customersormaterials throughthesystem产品原则布置Productlayouts工艺原则布置Processlayouts成组技术单元布置Grouptechnology cellular layout定点布置Fixed Positionlayout 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 14 设施布置的目标ObjectiveofLayoutDesign 有助于达到产品和服务的质量水平Facilitateattainmentofproductorservicequality有效利用空间和人力Useworkersandspaceefficiently避免出现瓶颈Avoidbottlenecks搬运成本最低Minimizeunnecessarymaterialhandlingcosts消除工人或物料的不必要搬运Eliminateunnecessarymovementofworkersormaterials缩短生产和顾客服务时间Minimizeproductiontimeorcustomerservicetime实现安全生产Designforsafety 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 15 布置决策的重要性ImportanceofLayoutDecisions 投入大量资金和精力Requiressubstantialinvestmentsofmoneyandeffort具有长期性Involveslong termcommitments对短期运营的费用和效率有很大影响Hassignificantimpactoncostandefficiencyofshort termoperations 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 16 布置决策的必要性TheNeedforLayoutDecisions 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 17 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 18 布置决策的必要性TheNeedforLayoutDecisions 工艺与布置ProcessandLayout 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 19 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 20 提纲Outline 工艺选择Processselection 工艺类型ProcessType产品工艺矩阵Production ProcessMatrix设施布置Facilitylayout 布置的类型Layouttypes产品原则布置 生产线平衡Productlayout Line balancingproblems工艺原则布置 各部门间的工作流量Processlayout InterdepartmentalWorkFlows工艺原则布置 系统规划设计Processlayout SystematicLayoutPlanning服务布置ServiceLayout 基本布置方式BasicLayoutTypes 产品原则布置ProductLayout使大量产品或顾客顺利且迅速通过系统Layoutthatusesstandardizedprocessingoperationstoachievesmooth rapid high volumeflow采用生产线工作站方法生产产品Lineararrangementofworkstationstoproduceaspecificproduct工艺原则布置ProcessLayout用来加工或提供涉及许多工艺要求的产品或服务 Layoutthatcanhandlevariedprocessingrequirements以完成相似活动的部门或其他职能组为特征Centers machinesgroupedbyprocesstheyperform固定位置布置FixedPositionLayout加工对象保持不动 工人 材料和设备按需要四处移动Layoutinwhichtheproductorprojectremainsstationary workers materials andequipmentaremovedasneeded用于产品无法移动的项目中Usedinprojectswheretheproductcannotbemoved 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 21 混合布置HybridLayouts 单元布置Grouptechnology cellular layouts成组加工单元机groupmachinesintomachiningcells柔性制造系统Flexiblemanufacturingsystems自动化加工和材料处理系统automatedmachining materialhandlingsystems混合装配线Mixed modelassemblylines一条生产线上生产多种型号的产品producevarietyofmodelsononeline 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 22 产品原则布置ProductLayout 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 23 原材料或顾客Rawmaterialsorcustomer 产成品Finisheditem 工作中心1 工作中心1 工作中心1 材料 劳动力Materialand orlabor 工作中心1 用于高重复性的生产流程UsedforRepetitiveorContinuousProcessing 材料 劳动力Materialand orlabor 材料 劳动力Materialand orlabor 材料 劳动力Materialand orlabor 产品原则布置的优点AdvantagesofProductLayout 产量高Highrateofoutput成本低Lowunitcost劳力专门化Laborspecialization物料运输费低Lowmaterialhandlingcost工人和设备的利用率高Highutilizationoflaborandequipment工艺路线选择及进程安排都在初步设计中确定下来Establishedroutingandscheduling会计 采购程序化Routingaccountingandpurchasing 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 24 产品原则布置的缺点DisadvantagesofProductLayout 工作重复单调Createsdull repetitivejobs技术低的工人可能对维持设备或产出质量缺乏兴趣Poorlyskilledworkersmaynotmaintainequipmentorqualityofoutput对产量变化以及产品或工艺设计变化的适应性差Fairlyinflexibletochangesinvolume设备故障对生产系统的影响很大Highlysusceptibletoshutdowns需要预防性维修能力Needspreventivemaintenance与个人产量相联系的激励计划是不可行的Individualincentiveplansareimpractical 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 25 U型生产线AU ShapedProductionLine 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 26 工艺原则布置ProcessLayout 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 27 用于间断加工单件小批和成批过程UsedforIntermittentprocessingJobShoporBatchProcesses 按功能 制造过程布置ManufacturingProcessLayout 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 28 L L L L L L L L L L M M M M D D D D D D D D G G G G G G P P A A A ReceivingandShipping Assembly PaintingDepartment LatheDepartment MillingDepartment DrillingDepartment GrindingDepartment 服务过程布置ServiceProcessLayout 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 29 工艺原则的优点AdvantagesofProcessLayouts 满足多样的工艺要求Canhandleavarietyofprocessingrequirements系统受个别设备出故障的影响不大Notparticularlyvulnerabletoequipmentfailures设备不会太昂贵Equipmentusedislesscostly可采用个人激励机制Possibletouseindividualincentiveplans 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 30 工艺原则的缺点DisadvantagesofProcessLayouts 制品库存量较大In processinventorycostscanbehigh要经常进行工艺路线选择及安排Challengingroutingandscheduling设备利用率低Equipmentutilizationratesarelow物料运输慢 效率低Materialhandlingslowandinefficient工艺复杂化使监督跨度减少Complexitiesoftenreducespanofsupervision对每一产品或顾客需求都特别关注Specialattentionforeachproductorcustomer会计 库存控制较复杂Accountingandpurchasingaremoreinvolved 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 31 固定位置布置FixedPositionLayouts 混合布置FixedPositionLayout 加工对象保持固定 而工人 材料及设备需要转移Layoutinwhichtheproductorprojectremainsstationary andworkers materials andequipmentaremovedasneeded 产品的性质决定了这种类型的布局Natureoftheproductdictatesthistypeoflayout质量Weight尺寸Size批量Bulk大型建设项目Largeconstructionprojects 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 32 单元布置CellularLayouts 生产单元CellularProduction将工作分组 组的划分是有一系列相似零件所需要的运营决定Layoutinwhichmachinesaregroupedintoacellthatcanprocessitemsthathavesimilarprocessingrequirements成组技术GroupTechnology按相似工艺特征分组 保证生产效率Thegroupingintopartfamiliesofitemswithsimilardesignormanufacturingcharacteristics 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 33 比较AComparison 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 34 GroupTechnology Machine1 Machine2 Machine3 Machine4 Machine5 Materialsin Finishedgoodsout 一个工人多台机器OneWorker MultipleMachines 成组技术GroupTechnology 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 36 PartsFamilies GroupTechnology Drilling D D D D Grinding G G G G G G Milling M M M M M M Assembly A A A A Lathing Receivingandshipping L L L L L L L L GroupTechnology a JumbledflowsinajobshopwithoutGTcells Drilling D D D D Grinding G G G G G G Milling M M M M M M Assembly A A A A Lathing Receivingandshipping L L L L L L L L GroupTechnology a JumbledflowsinajobshopwithoutGTcells Drilling D D D D Grinding G G G G G G Milling M M M M M M Assembly A A A A Lathing Receivingandshipping L L L L L L L L GroupTechnology a JumbledflowsinajobshopwithoutGTcells GroupTechnology b LineflowsinajobshopwiththreeGTcells GroupTechnology b LineflowsinajobshopwiththreeGTcells GroupTechnology b LineflowsinajobshopwiththreeGTcells GroupTechnology b LineflowsinajobshopwiththreeGTcells 工艺原则布置与单元布置的比较Functionalvs CellularLayouts 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 45 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 46 提纲Outline 工艺选择Processselection 工艺类型ProcessType产品工艺矩阵Production ProcessMatrix设施布置Facilitylayout 布置的类型Layouttypes产品原则布置 生产线平衡Productlayout Line balancingproblems工艺原则布置 各部门间的工作流量Processlayout InterdepartmentalWorkFlows工艺原则布置 系统规划设计Processlayout SystematicLayoutPlanning服务布置ServiceLayout 产品布置 生产线平衡DesignProductLayouts LineBalancing 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 47 流程或生产线平衡LineBalancing 生产线平衡涉及把作业分配到工作地的决策 一般每个工作地只有一个工人来完成所有作业 完全平衡的生产线 其线上的各活动完全同步进行 能够实现工人和设备的最大利用 生产线平衡的目标 是在技术以及产量的约束下 使生产线的闲置时间最少 效率最高 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 48 CycleTime 节拍 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 49 产量DetermineMaximumOutput 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 50 工作地数的理论最小值DeterminetheMinimumNumberofWorkstationsRequired 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 51 节拍和产量Example CycletimeandOutputtate 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 52 Example 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 53 0 2 0 2 0 3 0 8 0 6 1 0 0 4 0 3 OT 480minutes day D 400 day CT 1 2minutes 生产线平衡算法 1 确定节拍 求出最少所需的工作地数2 从工作地1开始 按顺序给工作地分配作业 作业的分配按作业先后顺序图由左至右进行 每个工作地的初始剩余时间为节拍 3 在每一分配前 利用下列标准确定哪些作业够资格分配到一个工作地 A 该作业所有先行作业都已被分配B 该作业时间不超过该工作地的剩余时间4 如果没有够资格分配的作业 则开始下一个工作地的分配 转步骤3 如果出现多个够资格分配的作业 可采用以下方法进行分配 A 分配后续作业数最多的作业B 分配加工时间最长的作业如果还是一样 任意选择一个作业 5 每当一个作业分配后 计算该工作地的剩余时间 剩余时间等于原有剩余时间减去当前分配作业的时间 6 继续步骤3 5 直到所有作业分配完毕 7 计算指标 如闲置百分比 效率 2020 3 31 54 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 生产线平衡原则LineBalancingRules 先分配后续作业数最多的作业Assigntasksinorderofmostfollowingtasks 根据位置权数分配任务Breakthetie assigntasksinorderofgreatestpositionalweight 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 55 生产线平衡ProcessofLineBalancing 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 56 分配结果AllocationOutcome 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 57 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 58 瓶颈工作地BottleneckWorkstation 平行工作地ParallelWorkstations 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 59 服务业的流程平衡分析 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 60 例 汽车驾照申请服务的布局与流程 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 61 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 62 提纲Outline 工艺选择Processselection 工艺类型ProcessType产品工艺矩阵Production ProcessMatrix设施布置Facilitylayout 布置的类型Layouttypes产品原则布置 生产线平衡Productlayout Line balancingproblems工艺原则布置 各部门间的工作流量Processlayout InterdepartmentalWorkFlows工艺原则布置 系统规划设计Processlayout SystematicLayoutPlanning服务布置ServiceLayout 工艺布置设计DesigningProcessLayouts 信息要求InformationRequirements 一系列要安排的工作部门或工作中心Listofdepartments个工作中心之间未来工作流的平面图Projectionofworkflows位置间的距离及单位距离物料运输费用Distancebetweenlocations投资于该布置的金额Amountofmoneytobeinvested一系列需特别考虑的事项Listofspecialconsiderations现有建筑物内关键设施的位置 进出点以及载货处Locationofkeyutilities 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 63 工艺布置 各部门间的工作流量ProcessLayout InterdepartmentalFlow 已知信息Given各部门间实际的或预计的工作流量Theflow numberofmoves toandfromalldepartments各部门间运输成本费用Thecostofmovingfromonedepartmenttoanother实际的或预计的布局Theexistingorplannedphysicallayoutoftheplant决策Determine合理分布各部门 达到运费最少或距离最短的工艺专业化布置The best locationsforeachdepartment wherebestmeansmaximizingflow whichminimizingcosts 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 64 从至表法From tomatrix 根据零部件或作业在各种设备或加工中心之间移动的次数 合理安排设备布置方案的尝试性方法目标是找出整个生产单元间物料总运输量最小的布置方案适用于多品种小批量的生产方式 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 65 Example 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 66 部门间工作流量Interdepartmentalworkflow 位置间的距离Distancebetweenlocations 部门分配及两部门相互间的工作流量Example InterdepartmentalWorkFlowsforAssignedDepartments 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 67 从至表法From tomatrix 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 68 例 一金属加工车间有六台设备 已知其生产的零件品种及加工路线 并据此给出如表1所示的零件在设备之间的每月移动次数 表2给出了单位距离运输成本 请用这些数据确定该车间的最佳布置方案 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 69 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 70 求解步骤及结果 1 将运输次数矩阵与单位距离运输成本矩阵的相同位置的数据相乘 得到从一台机器到另一台机器的每月运输成本 如表3所示 2 将对角线对称的成本元素相加得到两台机器间的每月总的运输成本 如表4所示 3 按总运输成本的大小 可得机器 或部门 之间的紧密相邻程度 最紧密的5项按降序排列为 1 2 3 4 5 因而应将磨床与钻床 锯床与磨床 钻床与车床 车床与插床相邻布置 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 71 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 72 计算机辅助设施规划技术软件ProcessLayout CRAFTApproach CRAFT computerizedrelativeallocationoffacilitiestechnique 是美国人开发的应用从至表的启发式辅助设备布置软件这是一个启发式的程序 它使用作出评价一个简单的规则 Itisaheuristicprogram itusesasimpleruleofthumbinmakingevaluations 同时比较两个部门 如果它降低了总成本的布局则相互交换 Comparetwodepartmentsatatimeandexchangethemifitreducesthetotalcostofthelayout 它并不能保证最佳解决方案Itdoesnotguaranteeanoptimalsolution按不同行程方向 两位之间的行程受电梯等因素影响大小可能不同 但在此假定两位置间的距离相同 CRAFTassumestheexistenceofvariablepathmaterialhandlingequipmentsuchasforklifttrucks 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 73 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 74 提纲Outline 工艺选择Processselection 工艺类型ProcessType产品工艺矩阵Production ProcessMatrix设施布置Facilitylayout 布置的类型Layouttypes产品原则布置 生产线平衡Productlayout Line balancingproblems工艺原则布置 各部门间的工作流量Processlayout InterdepartmentalWorkFlows工艺原则布置 系统规划设计Processlayout SystematicLayoutPlanning服务布置ServiceLayout 工艺原则布置 系统规划设计ProcessLayout SystematicLayoutPlanning 各部门间的工作流量NumericalflowofitemsbetweendepartmentsCanbeimpracticaltoobtainDoesnotaccountforthequalitativefactorsthatmaybecrucialtotheplacementdecision系统规划设计SystematicLayoutPlanning确定各部门间的关系和接近程度Accountsfortheimportanceofhavingeachdepartmentlocatednexttoeveryotherdepartment由反复试验的结果确定Isalsoguidedbytrialanderror交换部门位置后查看各部门接近程度Switchingdepartmentsthencheckingtheresultsofthe closeness score 2020 3 31 Dr WeihuaZhouZhejiangUniversity 75 系统规划设计SystematicLayoutPlanning 也叫作