工业工程工厂企业物流分析

1,第四章工厂企业物流分析,2,2,4.1物流系统分析概述,物流运作是十分复杂的，它伴随着企业生产和运作各个方面，企业必须对与物流相关的作业系统及活动进行必要的分析与规划，才能使物流系统有效运行。对物流活动的研究当然是从微观，也就是单个企业系统开始。企业系统再细分为生产系统和服务系统。,3,3,生产系统,在进行物流系统规划之前，先应对生产系统与物流的关系有一个明确的理解。生产过程是指以人、物、设备、资金以及传递的信息为资源，生产出具有实用价值的产品，提高产品附加价值的变换过程。,4,4,生产系统与物流的关系,生产一直是人类社会最基本、最重要的活动。生产过程就是把原材料等生产要素变成有形财富或产品的过程。1生产系统与物流的紧密关系生产系统包括工人、生产设备、物料搬运设备和其他辅助设备。生产系统的结构形成了工厂的静态空间结构布置，它影响着生产过程。生产系统要完成由原材料到产品的转变过程，其目标在于使生产效率达到最高的程度，在转变过程中，原材料经过运输、储存、加工、装配形成产品，产品又经过储存、运输，最终到达用户手中，形成了生产过程的物流。,5,5,生产物流是指伴随企业生产过程的物流活动。即按照工厂布局、产品生产过程和工艺流程的要求，实现原材料、配件、半成品等物料在工厂内部供应库与车间、车间与车间、工序与工序、车间与成品库之间流转的物流活动。对制造企业，可以说“工艺是龙头，物流是支柱。生产物流负担运输、储存、物料搬运等任务。物流系统是生产制造各环节组成的有机整体的纽带，又是生产过程维持延续的基础。生产制造系统规模不断扩大，生产的柔性化水平和自动化水平日益提高，要求生产物流也要相应地发展，使之与现代制造系统相适应。,生产系统与物流的关系,6,6,生产系统的设计是物流优化的关键,生产物流重点是进行合理仓库布局，确定合理的库存量，配置设备与人员，建立搬运作业流程、储存制度和适当的搬运路线，正确选定储存、搬运项目的信息搜集、汇总、统计、使用方法，实现“适时、适量、高效、低耗”的生产目标。对于工序间物流储存与搬运这两个物流环节而言，首先要研究合理性原则，然后才是具体形式的选择问题。合理性要求在生产系统设计过程中要综合考虑到各方面的要求，生产系统的设计要考虑“物流路径”合理化问题，而与生产物流优化直接密切相关的内容主要体现在车间设施布置、生产流程设计、工艺过程设计等环节上。因此，围绕生产物流优化为中心思想进行设计，有利于物流顺畅，生产高效的目标。,7,7,生产系统的设施布置是影响生产物流合理性最为重要的因素之一，这就要求建立一个高效的、合理的、科学的生产系统设施布局。对于企业内部的物流，优化的途径主要通过合理地平面布置，优化物流路径及合理配置装卸、运输机械，提高物流质量以及改善生产节奏，尽可能降低库存，加快物流速度来实现。工业企业总体布置和各种生产设施、辅助设施的合理配置是企业物流合理化的前提。优良的平面布置可以使物料搬运费用至少减少10%30%，通过全系统的物流强度计算和物流系统定量分析，优化企业总体布置，合理配置各种生产设施、辅助设施，避免或减少物流迂回、交叉以及无效的往复运输、倒运，避免物流输送过程混乱、线路过长等，达到物流短捷、顺畅。企业内部的物流成本是企业挖潜增效的“第三利润源泉”，而有效的企业物流系统规划和工厂布置则是实现这一目标的必要基础。,8,8,服务物流系统,企业的生产系统只是完成了产品的形质效用，要将产品送到消费者手中，实现产品的空间、时间和拥有效用，还要考虑销售和物流活动，企业物流中，除了生产物流，还有采购供应物流和销售物流，以及反向物流和废弃物物流，如图所示。,9,9,生产物流系统以外的这些物流活动的系统通称为服务物流系统，它不仅存在于制造企业中，也存在于大多数服务性企业中。一个优秀的制造企业不能只提供生产，还要提供服务，甚至服务更重要，企业物流系统已经从生产系统延伸到服务系统。服务物流系统，涵盖企业物流系统中除生产物流系统外的内容，包括采购供应物流系统和销售物流系统。从规划设计角度来说，这两部分相同点和联系很多，不应割裂开来。服务物流系统内常见的形态有仓库、配送中心和零售店等，它们的规划与分析与生产系统有相同也有不同。甚至作为服务系统常见的办公室来说，人流、信息流在很多时候也可以当作“物”流来看，从而可以应用生产物流系统的设计方法。,10,10,生产物流系统分析基础,不管是生产系统还是服务系统，它们的规划分析都必须有基本的信息和数据。规划设计人员、小组或团队要作大量的调查研究，要进行有效的物流分析，必须了解企业分散在不同部门，如营销部门、产品开发设计部门、制造部门、工艺部门等之中的各种产品、产量、工艺、路线等信息。比如说了解企业的生产纲领文件、产品结构文件(BillofMaterials,BOM)、工艺路线图(RouteChart)、装配程序图(AssemblyChart)和工艺过程图(OperationsProcessChart)、流程图(PrecedenceDiagrams)等。,11,物流分析的原则与基础,物流分析是设施布置的关键也是前提。通过物流分析可以使设施布置合理化。物流分析考虑到产品从原材料到成品通过企业或工厂的路径，并做到两个最小和两个避免，即物流分析中判断正误或合理的两个基本原则：两个最小原则：经过距离最小和物流成本最小。两个避免原则：避免迂回和避免十字交叉。不管是生产系统还是服务系统，它们的规划分析都必须有基本的信息和数据。规划设计人员、小组或团队要作大量的调查研究，要进行有效的物流分析，必须了解企业分散在不同部门，如营销部门、产品开发设计部门、制造部门、工艺部门等之中的各种产品、产量、工艺、路线等信息。,12,在形成一个新的设施规划前，下面这5个问题是必须要考虑清楚的：1)生产什么产品？2)产品如何生产？3)什么时候生产？4)每种产品生产多少？5)生产该产品的周期是多长？这5个问题分别由纲领设计、产品设计、工艺过程设计来回答，并提供有关资料。,13,第一节纲领设计,14,1.生产纲领的内容指在规定时间内（如一年）制造的主要产品的品种、规格及数量。生产纲领决定着企业的专业方向、生产性质、规模等级、工厂组成和工艺技术要求。2.生产纲领的划分按范围划分：全厂纲领指全厂生产的产品及产量，用于全厂的规划设计车间纲领厂内某一车间的产品品种及数量，用于车间的规划设计,一、生产纲领的内容及类型,15,按类型划分：精确纲领精确规定产品品种和数量，而且这些产品有完整资料的生产纲领，适用于大批量生产。折合纲领指没有包括全部产品而只包括部分产品，其他产品都折合成代表产品，适用于多品种、中批量生产。其中代表产品是与被代表产品结构基本一致，仅规格重量有差别的同类产品，代表产品应该是同类产品中数量最多的产品，若数量相同则一般选中等规格重量的产品。选定代表产品后，将被代表产品的数量折合成代表产品的当量数，即Q=aQx式中Qx被代表产品的数量Q折合代表产品的当量数a折合系数,16,折合系数a一般由三个系数组成，即a=a1a2a3a1重量折合系数，a1=式中W代表产品的单台重量;Wx被代表产品的单台重量。a2成批性折合系数，可由教材表4-4查得。n/nx一般不小于0.5，不大于10。其它a2值可用插值法求得。a3为复杂性折合系数。复杂性是指制造精度和产品结构的复杂程度。a3一般根据产品的图样、技术要求凭经验确定。折合生产纲领=代表产品产量+被代表产品折合产量,17,生产纲领表格,18,例某厂生产轮式装载机共有5种型号规格，其产量及重量见下表。选出代表产品并计算出折合纲领。,19,解：选定年产量最大的ZL50型轮式装载机为代表产品。其他4种为被代表产品，其折合产量的计算见下表。,折合纲领=代表产品产量+被代表产品折合产量=250+346=596,20,在确定生产纲领时要对生产能力进行分析。二、生产能力分析生产能力指生产性的固定资产在一定时期内所能生产一定种类产品的最大数量。设计能力生产能力类型计划能力查定能力,21,生产纲领是对设计生产能力作出的规定目标。设计能力是指一个新的生产系统，根据既定产品和工艺过程的特点和要求建设的厂房、建筑物、生产设备、运输装置等固定资产形成的综合生产能力。企业在年度计划中规定本年度要达到的实际生产能力称为计划能力。对于老企业可能由于产品方向有所改变，或者是产品结构重新设计，也可能因为工艺方法有所改进等种种原因，当初的设计能力已完全不能反映实际情况，这时需要对企业的产能作重新核准，称此结果为查定能力。纲领设计应该在确定产品选型、市场调查和需求预测的基础上，分析经济规模的界限，确定最合理的生产规模。,22,经济规模问题是研究生产规模与生产成本的演变关系。因为，生产成本因产量不同而变化。在一定条件下可以从这种演变关系找出经济规模界限或经济规模区域。,盈亏平衡分析盈亏平衡分析是通过盈亏平衡点分析项目成本与收益平衡关系的一种方法。盈亏平衡点通常根据正常生产年份的产品产量或销售量、可变成本、固定成本、产品价格和销售税金等数据计算，用生产能力利用率或产量表示。盈亏平衡点越低，表明项目适应市场变化的能力越大、抗风险能力越强。,23,利润P=R(x)-C(x)=r(x)x-v(x)x-F=0时，两个实根x1、x2即为盈亏平衡点。x1x2为经济规模区，xmax为获得最大销售利润的产量，即最佳规模点（其值应求导计算）。,线性盈亏分析,C(x)成本函数R(x)销售收入函数v单位可变成本F固定成本总额C=R即vx+F=Px时盈亏平衡x0=F/(P-v)为盈亏平衡点,非线性盈亏分析,C(x)成本函数R(x)销售收入函数r(x)单位产品销售价格函数V(x)单位产品成本函数F固定成本总额,24,确定合理生产规模的一般程序:,1.提出可供选择的各种方案。2.确定系统的目标，是求最大利润，还是求最低生产成本。3.建立数学模型，收集有关数据。4.规定评价标准。5.通过计算分析比较，确定优劣先后顺序。6.选定方案确定生产规模。在确定最适宜生产规模的同时，还应研究这种生产规模的可行性。,25,生产纲领与生产类型,正确划分企业的生产类型对选择合理的生产组织形式、生产方式、管理方式，都有重要意义。通常情况下，工业企业生产的产品越少，品种的相似性越大，产品的产量越大，则生产的专业化程度越高，生产过程的机械化、自动化水平也越高。因此，按生产的成批性划分生产类型，是制造工业的工厂设计必须涉及的问题。而生产类型的划分既然取决于企业的产品品种、数量，也就取决于企业的生产纲领。按生产的成批性划分，有三种基本类型:(1)大量生产如汽车、轴承(2)成批生产如机床、电机(3)单件生产如重型机械、发电设备,26,生产类型及其特点,件,27,生产类型与产品品种、产量、生产系统的关系,28,三、设备数量的计算设备的型号规格和数量是决定设施空间和布置的基本依据。一个生产系统的设备包括生产设备、辅助生产设备、起重运输设备等。设备数量的计算方法因产品的类型、工艺方法、生产性质的不同而不同。非流水线生产机床数量公式为：Mj=Mj生产周期内所需要型号j的机床数；Pij产品i在机床j上的生产率，以生产周期内的产量即生产纲领表示；Tij产品i在机床j上的生产时间（劳动量），以小时/件计；Cij生产周期内产品i在机床j上可得到的小时数。,29,例,故需3台机床，为了备用可采用4台。,30,四、人员数量的计算人员数量的计算因操作性质的不同而不同。一般，机床操作工人的总数可根据不同工种的机械加工劳动量计算。机床加工劳动量计算公式为：P=P机床工人总数；Ti工种i在生产周期内的加工总台时；F每个工人在生产周期内的工作小时数；K平均多机床管理系数。成批、大批生产，K=1.11.2；单件、小批生产，K=1.0。另外，也可按机床数量配备人员数量。,31,解：P=6.57故需78人,例三个工种：车、钳、铣。其中车工在生产周期内加工需400h，钳工在生产周期内加工需300h，铣工在生产周期内加工需600h，每人能提供的工作时间为165h，平均多机床管理系数K=1.2。求所需人员数量。,32,第二节产品设计,产品设计过程详细说明了产品的结构、尺寸、材料和包装等信息，产品设计是工艺过程设计（工艺流程分析）的前提，而工艺过程设计对工厂设计起着“龙头”作用。,33,产品设计的内容：决定要生产什么产品，和每种产品的详细设计。为使规划设计建立在可靠的基础之上，在设施规划工作开始之前必须结束产品设计。在进行设施规划和布置时，要求根据产品加工工艺的柔性来重视布置和设施规划的柔性。生产所需要的设备、外部的经济因素、现有的人力和物力资源、所面临的竞争、设备更新的快慢等问题都应该以假定的生产目标，在进行设施布置前确定下来。,一、产品设计的任务,34,二、产品设计信息,对于一个设施规划来说，详细的操作说明书、图示说明、产品原型的说明都是十分重要的信息。这些信息包括：爆炸装配图零件图零件明细表物料清单（产品结构文件，BOM）等,35,爆炸装配图,36,第三节工艺过程设计-工艺流程分析,工艺过程设计决定产品将怎样生产，零件是自制还是外购，采用什么工艺和设备，需要多长时间，是工厂物流系统设计和工厂布置的重要依据。,37,一、工艺分析,有无现成的零件？公司是否允许外购？质量是否满意？资料来源是否可靠?,该零件的制造是否在企业的目标范围内？是否具有这项专门技术？是否有空闲的物力和人力？现有的物力和人力能否满足要求？,生产该零件的可选方案有哪些？将来要多少该零件？自制零件的固定、可变、投资费用？外购此零件的成本？有哪些因素影响自制或外购？,有其他方面要用该资金吗？如果自制要有多大的投资？接受外部融资，成本将为多少？,自制或外购决策流程图,38,气阀明细表见教材表4-1,为了方便进行设施规划，可以将自制或外购的决策结果列入明细表中。,39,气阀的BOM表见教材表4-2,BOM表达的结构关系,40,二、工艺选择工艺选择应该以质量和成本作为考虑的主要因素。工艺选择的主要原则：（1）质量方面的要求（2）工艺方法的成熟性要求（3）工艺规模的考虑（4）环境因素的考虑（5）工艺的柔性,标准工艺工艺类型典型工艺生成工艺,41,定义零件的加工步骤,选择加工工艺方案,分析加工工艺方案的优缺点,标准加工工艺方案,对工艺方案进行经济评价,选择工艺,工艺选择流程,明确每个零件加工所要求的作业。拟定每项作业的工艺方案。分析各项作业和设备的生产时间及设备的利用率。进行工艺方案的经济评价。根据经济评价结果和其他模糊因素选择工艺方案。,42,计算机辅助工艺设计（CAPP）是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（图形）和加工工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。（1）可以代替工艺工程师的繁重劳动（2）提高工艺过程设计的质量（3）缩短生产准备周期，提高生产率（4）减少工艺过程设计费用及制造费用（5）是连接计算机辅助设计与计算机辅助制造的桥梁,43,工艺选择的输出结果是自制零件的所需原材料、设备、加工工艺过程等，一般可以用工艺路线卡（RoutCard）表示。工艺路线卡至少包括以下信息：（1）零件名称和编号（2）加工说明和编号（3）所需要使用的设备信息（4）使用的时间（5）原材料的信息例：教材表4-3,44,45,气阀装配图,锁定螺钉,4250,管塞,1050,A-3,包装材料,A-4,1-1,三、工艺排序,工艺路线卡提供各零部件加工方法方面的信息装配表说明各零部件是怎样组装起来的如右图,46,图4-5加工工艺过程表,将工艺路线卡和装配表综合起来得到加工工艺过程表教材图4-5,47,讨论：包饺子需要什么过程？按图4-5作出加工工艺图。,48,第四节工厂物流分析的使能工具,一、物流图1.物流路径图（线图）用圆圈表示设备，连线表示物料流动。若物料跳过一台设备则连线画在上方，若物料后退则连线画在下方。物流路径图指出由某些因素引起的问题，如交叉交通、回运、途径距离。,49,例1一组零件及其生产流程,Z：原材料入口X：生产线出口B、C、D、E、F、G：各操作用设备,50,零件19步零件213步零件317步零件417步零件511步共计67步最少步数:7x5=35步效率：35/67=52%,布置1,51,零件117步零件211步零件37步零件47步零件59步共计51步最少步数:7x5=35步效率：35/51=69%,布置2,52,例2,线型,零件13步零件25步共计8步最少步数:3x2=6步效率：6/8=75%,布置1,A,B,C,D,布置2,A,C,B,D,零件15步零件23步共计8步最少步数:3x2=6步效率：6/8=75%,53,2.物流流程图物流流程图显示从收货、储藏、各部件生产、预装配、总装、打包到仓库及运输每个环节所经的路线。物流流程图可从已制好的平面布局图开始。平面图上各设施、设备、储存地、固定运输设备等要用工业工程（IE）标准符号标明，并且进行阿拉伯数字编码。得到经过IE符号表达并编码的平面图后，根据物料分类和当量折算后的各种物流量，则任意一条物流路径均可用编码来表示其物流流程路线。将各条物流路线绘制在一张图上，则得到所研究系统的物流流程图，如图4-11。物流流程图的画法也可不受平面图的限制，如图4-12。,54,美国机械工程师学会（ASME）物料操作标准符号,55,56,某车间物流流程图,57,某车间物流流程表,58,二、操作表操作表上每个圆圈表示生产、部件装配、总装和打包，直到生产结束的每个必须的操作。,59,三、工艺过程图,在大批量生产中，产品品种很少，用标准符号绘制的工艺过程图直观地反映出工厂生产的详细情况，此时，进行物流分析只需在工艺过程图上注明各道工序之间的物流量，就可以清楚地表现出工厂生产过程中的物料搬运情况。,工艺过程图就是把工艺路线卡和装配程序图汇总到起而形成的一种流程图。绘制过程先在图的右上部从第个装配作业的主要组件开始，在垂直线上按工艺路线卡的作业顺序用圆圈表示加工和装配，用正方形表示检验其它零部件，如果自制，分别用垂直线画出其作业顺序，如果外购，则分别用水平线进入装配作业。,60,1.工艺过程图（1）单品种工艺过程图,阀体工艺过程图。1原材料库2铸造车间4机加工车间5精密车间6半成品库,阀体加工工艺过程表,61,四、多种产品工艺过程表,步数913171711合计67最少步数77777合计35效率：35/67=52%,布置1,在品种多且批量较大的情况下，将各种产品的生产工艺流程汇总在一张表上，就形成多种产品工艺过程表，在这张表上各产品工艺路线并列绘出，可以反映出各个产品的物流路径。,62,步数1711779合计51最少步数77777合计35效率：35/51=69%,布置2,63,设Wjk为产品Pj的工序Rjk和Rjk+1之间的物流量，Djk为其物流方向加权值，则多种产品工艺过程表中物流顺流程度W可用下式计算。即,式中，j为产品序号；j=1，2，m；k为工序序号，k=1，2，nj；nj为Pj的工序总数。,物流顺流程度,工序Rjk直接正向进入下道工序Rjk+1，取Djk=+2工序Rjk旁路正向进入下道工序Rjk+1，取Djk=+1工序Rjk原路回退下道工序Rjk+1，取Djk=-1工序Rjk旁路回退下道工序Rjk+1，取Djk=-2,64,7x10 x184x13x301x7.5顺流程度W=108.5,布置1,2,2,1,1,-1,2,1,1,1,-2,-1,1,1,-1,2,1,-2,2,1,1,2,1,-2,1,1,-2,1,Djk,Djk,Djk,Djk,Djk,65,-1x11x1814x18x303x7.5顺流程度W=293.5,布置2,1,2,1,1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,2,2,2,2,2,2,2,1,1,2,2,2,1,-1,1,-2,Djk,Djk,Djk,Djk,Djk,66,从至表是矩阵式的，通常用来表示建筑物之间、部门之间或机器之间的物流量，它适用于多产品或多零件时的情况。从至表是一张方格图，左边为“从”(From)边，用作业单位表，从上到下按生产顺序排列，上边为“至”(To)边，从左到右按生产顺序排列。将物流量标在相应的方格中，表示从某一工作地到另一工作地的总物流量。当物料沿着作业单位排列顺序正向移动时，从至表中只有上三角方阵，当存在物流倒流现象时，倒流物流量出现在下三角方阵中。,五、从至表,67,布置1,68,布置2,69,布置1,70,布置2,71,表中标出物料发送作业单位（从）到物料接收作业单位（至）的物料搬运量（物流强度）fij与物料搬运路线长度（距离）dij。,F-D表（物流距离从至表）,72,七、相关图相关图将系统中所有部门（包括物流部门与非物流部门）绘制在一张表达相互关系的图上，便于分析与设计。,物流相关图,73,非物流相关图,74,例3,设有三个产品A、B、C，制造它们涉及到的8个作业单位，分别是原料、锯床、车床、钻床、铣床、检验、包装和成品，以1-8代替。三个产品的工艺线路和每天运量如表1所示，各作业单位距离见表2（注意因为两向距离一致，故左下角表数据省略），试作出物流相关图及搬运工作量从至表。,产品号,每天搬运托盘数,工艺路线,A,1256354678,8,B,1435678,3,C,12345678,5,表1,75,至,1,2,3,4,5,6,7,8,1.原料,2.锯床,3.车床,4.钻床,5.铣床,6.检验,7.包装,8.成品,8,从,20,36,44,30,18,10,12,28,36,22,10,18,16,24,10,22,30,8,18,30,38,26,38,46,12,20,8,表2距离从至表,76,解：1、先按工艺线路作出产品运量从至表,至,1,2,3,4,5,6,7,8,1.原料,2.锯床,3.车床,4.钻床,5.铣床,6.检验,7.包装,8.成品,A8,C5,A8,A8,A8,A8,A8,A8,A8,A8,B3,B3,B3,AB11,B3,AB11,B3,AB11,B3,AB11,AC13,从,C5,C5,C5,C5,ABC16,C5,ABC16,C5,ABC16,产品号,每天搬运托盘数,工艺路线,A,1256354678,8,B,1435678,3,C,12345678,5,12,77,2、划分物流强度等级从表中将路线按物流强度从大到小列出，再将同一作业单位对的物流强度合并，重排大小，作物流强度分析表，划分等级。,单位物流5-6166-7167-8161-2133-5112-584-685-486-382-353-454-551-434-33,合并后单位物流5-6166-7167-8161-2135-4133-5112-584-686-383-482-351-43,等级AAAEEEIIIIOO,78,单位物流5-6166-7167-8161-2135-4133-5112-584-686-383-482-351-43,O,I,I,E,I,E,I,A,A,A,作业单位,作业单位,作业单位,作业单位,作业单位,作业单位,作业单位,作业单位,8,7,6,5,4,3,2,1,1,2,3,4,5,6,7,8,E,O,1,2,3,4,5,6,7,8,3、绘制物流相关图,等级AAAEEEIIIIOO,（U级关系未标出）,79,4、根据距离从至表和产品运量从至表，以相应格子的运量乘以距离便得到搬运工作量从至表。搬运工作量从至表,至,1,2,3,4,5,6,7,8,1.原料,2.锯床,3.车床,4.钻床,5.铣床,6.检验,7.包装,8.成品,从,108,0,60,288,104,80,264,188,40,144,80,252,416,64,192,48,128,合计,212,348,344,232,128,合计,2016,0,480,272,592,560,192,128,8,AC13,104,80,某工厂有ABCDE五个车间，布置见下图，