第三章生产与运作系统的空间组织课件

1、25 七月 2022第三章生产与运作系统的空间组织第三章 生产与运作系统的空间组织生产与运作系统的空间组织，直观地说就是确定构成生产与运作系统硬件的空间位置、地理位置。生产与运作系统除了它的构成硬件（设置和装备）外，还有人力资源结构，即生产与运作系统的组织形式。因此，广义地说，生产与运作系统的空间组织还包括建立生产与运作单位，构建生产与运作单元。本章将讨论企业选址、厂区内平面布局等相关问题。7/25/20222第一节 企业选址企业选址就是为其生产与运作系统选择空间、地理位置。随着经济全球化发展，企业选址的视角已经跨越区域国界向全球化、一体化转变。7/25/20223一、企业选址决策的重要性企业

2、选址决策的战略属性企业选址是企业的一个基本问题、重要问题和作用影响长远的问题。企业选址决策的经济属性生产运作系统的地理位置决定了生产运作系统与相关经济要素的空间联系，影响和决定了企业的投资、成本和市场竞争能力，乃至影响和决定了企业的经济效益。企业选址决策的人文属性包括：法制环境、政策规定、税赋水平及倾向性；企业周围社区居民的生活习俗、文化教育、宗教信仰等。7/25/20224二、选址决策的影响因素包括厂区外的因素厂区内的因素7/25/20225厂区外的因素市场因素原料因素 能源因素 技术因素 协作因素运输因素 人力因素 水电因素 卫生因素 社会因素 7/25/20226厂区内的因素地质因素 容

3、量因素 地势因素 环保因素 7/25/20227三、选址决策的程序（一）选择区域和地点选择某一个地区选择地区时要综合考虑经济因素、政治因素、社会因素和自然因素。选择适当的地点地区选定之后，要确定哪片土地建厂。这时要针对企业的特点，更深入地分析研究各种有关因素。通常要求考虑管理厂址环境的费用和产品的可变成本，如直接人工、物料搬运费和管理费等。7/25/20228（二）工作步骤准备阶段现场调查阶段评价抉择阶段 7/25/20229四、选址决策的方法主要有：评分法量本利分析法7/25/202210评分法一般步骤为：按照企业生产经营要求，确立评价要素；按照要素的重要程度，予以或排序或赋予权重或分配该要

4、素的最高分值；组织相关人员调研和按满足程度予以打分；最后计算汇总。评分法较粗略但直观，更适合选择区域作前期评估。7/25/202211加权法选址因素权重备选厂址ABC赋税政策0.25709580土地状况0.10807090交通条件0.20706060人力资源0.25908090扩展潜力0.209080807/25/202212量本利分析法（厂址2销售额）（厂址2总成本）（厂址1总成本）（厂址1固定成本）（厂址2固定成本）金额产销量（厂址1销售额）7/25/202213第二节 工厂平面布局一、工厂平面布局的内容与层次，基本原则与影响因素（一）工厂平面布局的内容与层次内容：设置生产单位和布置空间场

5、所。层次：以机械加工企业为例 较为一般地分为工厂、车间、班组三个层次。 规模更大、层次更多的可分为总厂、分厂、 车间、工段、班组五个层次。7/25/202214生产运作系统空间组织的层次不同层次生产运作系统空间组织共性的一面都是以它下一个层次作为基本单位。都是以它的上一个层次作为总体协调目标。都要遵循空间组织共同的原则。不同层次生产运作系统空间组织个性的一面内容不同。影响要素不同。所面临和需要处理的问题也不同。7/25/202215（二）工厂平面布局的基本原则设置生产单位的基本原则专业化原则适应性原则布置空间场所的原则有利生产方便运输节约用地美化环境7/25/202216（三）生产运作系统空间

6、组织的影响因素企业的产品方向、结构和工艺特点 企业的专业化与协作化水平企业的生产规模7/25/202217二、设置生产单位的专业化原则设置生产单位的专业化原则，是劳动生产率水平高低的基础。它决定着：企业内部的分工与协作关系，工艺过程以物流的流向厂内运输路线和运输量等等。7/25/202218二、设置生产单位的专业化原则根据生产运作系统装备的通用性分，生产单位的专业化原则有：工艺专业化原则对象专业化原则混合原则就集中相似劳动，采用成组技术及装备而言，则需设置成组工艺中心，成组生产中心。7/25/202219二、设置生产单位的专业化原则 因此，设置生产单位的专业化原则主要有工艺专业化原则、对象专业

7、化原则、混合原则、成组工艺中心、成组生产中心等。 这里主要介绍两种最基本的专业化原则： 工艺专业化原则 对象专业化原则7/25/202220（一）工艺专业化原则和 工艺专业化车间即按不同的工艺特征建立生产单位的原则。特点：三同一不同，即同设备、同工种工人、同工艺方法、不同加工对象。两种形式： 完成一个工艺阶段的全部工种作业的专业 化车间。 完成一个工艺阶段的部分工种或某一工种 的工艺专业化车间。7/25/202221工艺专业化车间之间零件运动示意图锻工车间热处理车间电镀车间装配车间磨工车间铣工车间钻镗车间车工车间7/25/202222工艺专业化原则的优点对产品品种变化的适应能力强；生产系统的可

8、靠性较高；工艺及设备管理较方便。7/25/202223工艺专业化原则的缺点工件在加工过程中运输次数多，运输路线长；协作关系复杂，协调任务重；只能使用通用机床、通用工艺装备，生产效率低；在制品量大，生产周期长。 7/25/202224（二）对象专业化原则和 对象专业化车间即按产品（零件、部件）建立生产单位的原则。特点：三不同一同，即不同设备、不同工种、不同加工方法、同加工对象。两种形式： 以产品或部件为对象的和以同类零件为对 象的。 以同类零件为对象建立的专业化车间。7/25/202225对象专业化车间之间零件运动示意图箱体零件车间标准件车间轴承连杆车间齿轮车间轴类车间毛坯车间热处理车间装配车间

9、7/25/202226对象专业化原则的优点可以减少运输次数，缩短运输路线； 协作关系简单，简化了生产管理；可使用专用高效设备和工艺装备；在制品少，生产周期短。 7/25/202227对象专业化原则的缺点对品种变化适应性差；生产系统的可靠性较差；工艺及设备管理复杂。 7/25/202228三、工厂平面布局的步骤与方法空间布置的目标： 使业务过程的成本最低； 经济利用空间，节约场地； 提供安全舒适的工作环境； 适应市场需求的变化，具有灵活性。7/25/202229影响空间布置的主要因素主要因素： 产品生产工艺； 企业专业化与协作水平； 生产单位的专业化原则； 企业的规模； 企业的环境条件。另外还有

10、物料流向、物料运量、作业相互关联性等。7/25/202230空间布置的基本原则基本原则： 最短路径原则 关联原则 分工原则 协调原则 弹性原则7/25/202231（一）工厂平面布置的步骤系统的布置设计(SLP)从系统的观点出发综合应用各种有效方法，综合考虑影响空间布置的主要因素，进行工厂总平面布置设计。7/25/202232（一）工厂平面布置的步骤具体步骤和内容： PQ分析 物流分析 生产活动相互关系的分析 绘制物流活动相关图 设计布置方案 选择评价方案P-Q分析图 7/25/202233总平面布置设计步骤7/25/202234（二）平面布置设计的方法1.物料流向图法 按照原材料、在制品及其

11、它物资在生 产过程中总的流动方向来布置工厂的 车间、设施和生产服务单位。工厂厂房和建筑物的相互位置一般顺序：材料仓库准备车间加工车间装配车间成品仓库7/25/202235物料流向图法（续）为了反映各组成部分相互间的生产联系和在生产过程中原材料、毛坯、半成品、成品等的物流流向，可以先绘制系统图，以便按它进行平面布置。7/25/202236某机械制造厂生产系统图7/25/2022372.代数式法代数式法具体做法是：划分各生产单位和进行分区编号；列出约束条件和优化条件；用乘式表达布置组合；进行乘积运算排斥某生产单位多个分区并置的方案；反复进行乘式运算完成所有排斥。 高次方表示满足各个优化条件。7/2

12、5/202238代数式法例题： 如图所示，某工厂总平面图按需要划分为5个小区。各小区只表示区划位置，并不精确地表示该小区的面积大小。各小区面积可在完成总体布置后，根据实际需要在相邻小区之间调整。设有A、B、C、D、E五个子系统，每个子系统应占有一个小区，并有如下限制和要求： 12345厂前马路西东南北7/25/202239代数式法约束条件(限制) D子系统不允许靠近厂前马路； B子系统必须靠近厂前马路； C 子系统不能置于5区； E 子系统不能置于4区；7/25/202240代数式法优化目标(要求) E子系统应尽可能置于5区； 由于风向影响，D子系统应尽可能置于 C子系统东边； E 子系统应尽

13、可能远离B子系统； A、B两子系统应尽可能靠近。 试用代数式法进行工厂总平面布置。 7/25/202241代数式法解：(1)先用约束条件列出各生产单位可能的小区。 根据约束条件有(D3+D4+D5)； 根据约束条件有(B1+B2)； 根据约束条件有(C1+C2+C3+C4)； 根据约束条件有(E1+E2+E3+E5)。7/25/202242代数式法(2)再用优化目标对上述结果进一步筛选，列出各生产单位优化的位置。 根据优化目标有E5； 根据优化目标有(C3D4+C4D5)； 根据优化目标有B1E5； 根据优化目标有(B1A2+B1A3+B2A1+B2A4)7/25/202243代数式法(3)所

14、有可能方案如算式：(D3+D4+D5)(B1+B2)(C1+C2+C4+C4)(E1+E2+E3+E5)E5(C3D4+C4D5)B1E5(B1A2+B1A3+B2A1+B2A4) (4)进行代数式运算后，予以排斥 (D3E5+D4E5+D5E5)(B12E5+B1B2E5)(C1+C2+C3+C4)(E1+E2+E3+E5)(C3D4+C4D5)(B1A2+B1A3+B2A1+B2A4) 上式中，D5E5表示D、E两生产单位同置于5区；B1B2E5表示B生产单位既置于1区，又置于2区。均为不允许的方案。 7/25/202244代数式法剔出后有(D3E5+D4E5)(C1+C2+C3+C4)(

15、C3D4+C4D5)B12E5(E1+E2+E3+E5)(B1A2+B1A3+B2A1+B2A4)(5)继续进行运算和剔出(D3E5+D4E5)(C1+C2+C3+C4)(B12E1E5+B12E2E5+B12E3E5+B12E52)(C3D4+C4D5)(B1A2+B1A3+B2A1+B2A4)上式中，B12E1E5及B12E3E5均表示E生产单位同时置于两个小区，显然是不允许的方案。剔出后继续运算。7/25/202245代数式法(6)(D3E5+D4E5)(C1+C2+C3+C4)(C3D4+C4D5)(B12E52)(B1A2+B1A3+B2A1+B2A4)=(D3E5+D4E5)(C1

16、+C2+C3+C4)(C3D4+C4D5)(B13A2E52+B13A3E52+B12B2A1E52+B12B2A4E52)同理，去掉B12B2A1E52与B12B2A4E52，则有：(D3E5+D4E5)(C1+C2+C3+C4)(C3D4+C4D5)(B13A2E52+B13A3E52)=(D3E5+D4E5)(C1+C2+C3+C4)(A2B13C3D4E52+A3B13C3D4E52+B13A2C4D5E52+A3B13C4D5E52) 7/25/202246代数式法(7)如此反复不断地运算剔出后，可得A2B13C32D42E52方案。即A置于2号区，B置于1号区，C置于3号区，D置于

17、4号区，E置于5号区。其中B1、C3、D4、E5的高次方，表示该生产单位于该小区是同时满足了多个约束条件或优化目标。 7/25/2022473.作业相关图法作业相关图法注重考虑各生产单位生产作业的相互关联，按关系密切程度来安排生产单位的区域相邻布置。7/25/202248作业相关图法步骤确定各部门之间的关系密切程度，并分析关系密切的原因；绘制作业相关图；运用试验方法，根据相互关系密切程度，按密切程度等级高的部门相邻布置的原则，安排出最合理的布置方案。 7/25/202249作业相关图法 表3-1 关系密切程度 表3-2 关系密切原因 代号 密切程度 代号 关系密切原因 A绝对重要 1使用共同的

18、原始记录 E特别重要 2共用人员 I重要 3共用场地 O一般4人员接触频繁 U不重要5文件交换频繁 X不予考虑6工作流程连续 7做类似的工作 8共用设备 9其它 7/25/202250作业相关图法某一工厂，八个组成部分的作业相关图图3-9 某工厂作业相关图 7/25/202251作业相关图法将图3-9所表示的关系转移到图3-10所示的方块上,再将该图切开,按关系的密切程度和必要性重新排列,就得到该厂各组成部门的相对位置,如图3-11。再根据生产的需要同时考虑厂区范围内可能利用的面积,就可绘制出生产单位的面积相关图，如图3-12。 7/25/202252作业相关图法1.接收与发运处 2.成品库

19、3.工具车间 4.修理车间 A2 I5,8 03,4 U6,7 A1,5 I8 03,4 U6,7 A4,5 I8 01,2 U6,7 A3,5 I8 01,2 U6,7 5.生产车间 6.中间零件库 7.餐 厅 8.办公室 A2,3,4 E6,8 I1 U7 E5I8U1,2,3,4,7 08U1,2,3,4,5,6 E5 I1,2,3,4,6 07 图3-10 未加整理的方块图 7/25/202253作业相关图法1.接收与发运处2.成品库 3.工具车间 A2I5,803,4U6,7 A1,5 I8 03,4 U6,7 A4,5I801,2U6,7 6.中间零件库 5.生产车间 4.修理车间

20、 E5 I8 U1,2,3,4,7 A2,3,4 E6,8 I1 U7 A3,5I801,2U6,7 7.餐 厅 8.办公室 08 U1,2,3,4,5,6 E5 I1,2,3,4,6 07 图3-11 经过初步整理的方块图 7/25/202254作业相关图法2.成品库5.生产车间3.工具车间4.修理车间 1.接收与发运处6.中间零件库7.餐厅8.办公室图3-12 按厂区范围安排的工厂平面布置草图7/25/2022554.从至表一试验法当进行多品种小批量生产时，由于各加工对象的工艺路线不同，要在物流方向不完全一致时，布置生产设置的平面位置就需要寻求总运费最低的方案。即使 最小。 式中 di某一

21、加工对象的运输距离。 wi某一加工对的运输量。 hi某一加工对象的运输费用率。 下面举一例来说明从至表一试验法的操作过程和原理。7/25/202256从至表一试验法例题： 某一车间内有十个组成部分。共加工十几种原件。各原件的工艺路线如图3-13所示。7/25/202257从至表一试验法图3-13 零件的综合工艺路线图检验台锯床内圆磨床压床磨床镗床钻床车床铣床17毛坯库合计342019181715141312117654321零件号机床7/25/202258初始零件从至表 至从1毛坯库2铣床3车床4钻床5镗床6磨床7压床8内圆磨床9锯床10检验台合计1毛坯库28142172铣床1211163车床

22、3613134钻床121485镗床116磨床1237压床668内圆磨床119锯床111310检验台合计61381361317587/25/202259初始零件从至表 至从1毛坯库2铣床3车床4钻床5镗床6磨床7压床8内圆磨床9锯床10检验台合计1毛坯库28142172铣床1211163车床3613134钻床121485镗床116磨床1237压床668内圆磨床119锯床111310检验台合计61381361317587/25/202260表3-5 零件运输总距离计算表 次别前进后退第一次格数对角线上各次数之和1(2+1+6)=92(8+2+1)=223(1+2+6)=274(1+1+1+2)=2

23、050=06(4+4)=487(1+3)=288(2+1)=24格数对角线下各次数之和1(3+1)=421=23(1+1)=640=050=061=671=780=0小计 178小计 25零件移动总距离 178+25=203(单位距离)7/25/202261尝试改进(1)改进方向。我们注意到在费用表达式中运量(运输次数)和费用率是不变的。因此改进方向是通过改变排列减少运输距离。(2)改进操作。通过改变排列使表中运输次数大的数字尽量调近对角线。因为愈靠近对角线的格位里，运输距离就愈短。 7/25/202262表3-6 改进的初始零件从至表 至从1毛坯库2车床3钻床4铣床5压床6检验台7锯床8磨床

24、9镗床10内圆磨床合计1毛坯库82421172车床6331133钻床124184铣床1211165压床666检验台7锯床11138磨床1239镗床1110内圆磨床11合计13866173311587/25/202263表3-7 改进零件运输总距离计算表 次别前进后退第一次格数对角线上各次数之和1(8+6+6+1)=212(3+2+1)=123(2+4+1)=214(4+3+1)=3250=06(2+1)=1871=781=8格数对角线下各次数之和1(1+2)=32(1+2)=631=341=451=561=671=780=0小计 119小计 34零件移动总距离 119+34=153(单位距离)

25、比改进前减少203-153=50 (单位距离)7/25/202264四、流水线的组织及其平面布局（一）流水线生产的发展 流水生产方式是将高度的对象专业化的生产组织和劳动对象的平行移动方式有机地结合起来成为一种先进的生产组织形式。特别是在大量生产企业中，流水生产方式占有十分重要的地位。现代流水生产方式起源于福特制。福特（HFord）在19141920年创立了汽车工业的流水生产线。7/25/202265福特制的特点把生产管理工作和生产技术的发展与完善密切结合起来;把管理工作从单纯对人的管理，发展到把人和机器联系起来;从整体的观点协调各项作业、各道工序。因此，福特制大大提高了生产过程的连续性和节奏性

26、。7/25/202266福特制的主要内容在科学组织生产的前提下谋求高效率和低成本，因而实施产品的标准化，零件的标准化，设备及工具的专用化和工场专业化。创造了流水作业的生产方法，建立了传送带式的流水生产线。7/25/202267流水线生产的发展流水线开始出现时，采取了单一对象流水线的形式，以后又出现了多对象的可变流水线和成组流水线。五十年代以后，建立和发展了自动化、半自动化的流水线。电子计算机和自动控制技术的发展，极大地促进了生产过程的自动化，不仅建立了各种类型的自动线，而且出现了自动化的车间和工厂。7/25/202268（二）流水线生产的特征、分类和组织条件流水线生产是指劳动对象按照一定的工艺

27、路线顺序地通过各个工作地，并按照一定的生产速度（节拍或节奏）完成工艺作业的连续重复的生产过程。 7/25/202269流水线生产的特征工作地专业化程度高；生产节奏性强；工作地按工艺顺序排列，各工序的工作地数与单件工时的比值一致；生产过程具有高度连续性；生产过程是封闭的，工作地呈链式排列，劳动对象在工作地间作单向移动。 7/25/202270流水生产的分类固定流水线和移动流水线固定流水线是指劳动对象固定，生产工人携带工具沿着排列的劳动对象移动进行加工。适用范围：大型制品。移动流水线是指工人和设备位置固定，而劳动对象则按工艺路线移动的流水线。 7/25/202271流水生产的分类(续1)单一对象流

28、水线和多对象流水线单一对象流水线是指流水线上只固定地生产一种制品的流水线。多对象流水线是指流水线上可以生产两种或两种以上制品的流水线。7/25/202272多对象流水线多对象流水线根据加工对象在加工过程中轮换的方式又可分为：可变流水线、成组流水线和混合流水线。可变流水线是成批轮番地生产固定在流水线上的几个对象。成组流水线是在同一时间内成组地生产固定在流水线上的若干对象。混合流水线是在同一时间内混合生产多个品种的加工对象且遵循一定的投产顺序。 7/25/202273流水生产的分类(续2)连续流水线和间断流水线连续流水线是指加工对象在流水线上移动加工时，没有或很少有间断和等待时间。间断流水线是指加

29、工对象在流水线上移动加工时，其生产过程不完全连续，有较多的间断和等待时间。 7/25/202274流水生产的分类(续3)根据流水线所达到的节奏性程度不同，分为强制节拍流水线、自由节拍流水线和粗略节拍流水线。 7/25/202275流水生产的分类(续4)根据流水线的机械化程度，可分为手工流水线、机械化流水线和自动生产线。 7/25/202276流水线生产的组织条件产品结构和工艺相对稳定，并具有良好的结构工艺性；产量足够大；工艺过程能划分为简单的工序，并能进行适当的合并和分解，各工序单件工时差别不大；厂房建筑和生产面积能容许安装流水线的设备、工装和运输传送装置。 7/25/202277（三）流水线

30、的组织设计流水线的设计包括技术设计和组织设计两个方面。7/25/202278流水线的技术设计是指工艺规程的制定、专用设备的设计、设备改装设计、专用工夹具的设计、运输装置的设计，等等，这是流水线的“硬件”设计。7/25/202279流水线的组织设计是指流水线节拍的确定、设备需要量和设备负荷系数的计算、工序同期化工作、工人配备、生产对象传送方式的设计、流水线平面布置设计、流水线工作制度、服务组织和标准计划指示图表的制订，等等，这是流水线的“软件”设计。7/25/202280单一对象流水线的组织设计基本步骤：流水线节拍的计算工序同期化计算工作地（设备）数量和设备负荷系数流水线上工人人数的确定运输装置设计流水线