生产与运作管理领域介绍

生产与运作管理研究领域介绍

IntroductiontoResearchAreason

ProductionandOperationsManagement电话mail:zshua@中国科技大学商学院工业工程与运作管理实验室Outline企业目标及其实现生产与运作管理研究领域广义与狭义生产/运作系统计划与控制的层次系统混流固定比例流水线排产模型与应用HFC1061制动系统试验设计与分析每一个企业经营者日夜都在想:我的企业怎样才能赚钱？企业目标企业目标的衡量指标净利润(NetProfite,简称NP)即一个企业赚多少钱的绝对量。一般来说，净利润越高的企业，其效益越好投资报酬率(ReturnonInvestment，简称ROI)表示一定时期的收益与投资的比。当两个企业投资不同时，单靠净利润是无法比较他们效益的好坏的现金流量(CashFlow,简称CF)表示短期内收入和支出的钱。没有一定的现金流量，企业也就无法生存下去

实现企业目标的三条途径增加产销率指有效产出减少库存包括原材料库存、成品库存、在制品库存和废弃库存降低费用指各种投资和成本企业目标、财务指标和运作指标关系企业目标财务指标运作指标Outline企业目标及其实现生产与运作管理研究领域广义与狭义生产/运作系统计划与控制的层次系统混流固定比例流水线排产模型与应用HFC1061制动系统试验设计与分析生产与运作管理研究领域目标：改善运作绩效方法：与如何看待生产运作对象有关！OperationsManagement柔性THFlexibility质量TH、EQuality响应速度TH、I、ESpeed价格/成本E、THPrice/costOutline企业目标及其实现生产与运作管理研究领域广义与狭义生产/运作系统计划与控制的层次系统混流固定比例流水线排产模型与应用HFC1061制动系统试验设计与分析

生产/运作系统是由人和机器构成的、能将一定输入转化为特定输出的有机整体。

广义的生产/运作系统

指由供应商、制造商、分销商、物流服务商组成的系统

狭义的生产/运作系统

指企业内部的生产/运作系统生产/运作系统(Production/OperationsSystems)广义的生生产/运运作系统统企业结构构与绩效效管理（（文化、、组织、、竞争力力，等等等）集成结构构（供应商关关系、用用户关系系、工作流、、界面、、中间件件和软件件管理等等等）主要基础础结构（（物流服服务、信信息网络络与服务务器等等等）E-采购购与战略略资源产品和服服务设计产品制造CRM售后服务务与技术支支持实现/电电子实现现(eFulfillment)需求和供供应计划信件传真电话EDIWEB面对面用户用户的用用户B2BB2C用户渠道道信件传真电话EDIWEB面对面供应商的的供应商商供应商供应商关关系供应商关关系B2B供应商渠渠道B2B用户关系系用户关系系广义系统统关注的的问题产销率主要取决决于其本本身的生生产能力力和下游游企业(客户企企业)的的需求生产能力力取决于于狭义系统统的管理理客户企业业的需求求取决于于最终消消费者的的需求、、制造商商与客户户企业的的契约与与配合库存主要指供供应链各各级企业业间的产产成品与与原材料料库存费用指用户渠渠道、信信息沟通通和企业业协作方方面的成成本狭义的生生产/运运作系统统在制品库存生产车间原材料库存产成品库存供应商用户采购预测长期生产能力计划生产计划短期物料需求计划作业计划生产系统库存管理成本和质量控制狭义的生生产/运运作系统统一般地，，生产/运作系系统有五五个要素素(5P’’s)：：人(People)人力资源源管理（（计划、、选拔、、培训、、绩效考考评、激激励等））厂房(Plant)工厂/能能力设计计，工厂厂布置，，现场管管理物料(Parts)库存管理理，供应应商/采采购管理理，内部部物流管管理过程(Process)质量管理理，新产品/工艺研研究与开开发计划与控控制(PlanningandControl)生产计划划决策与与控制Outline企业目标标及其实实现生产与运运作管理理研究领领域广义与狭狭义生产产/运作作系统计划与控控制的层层次系统统混流固定定比例流流水线排排产模型型与应用用HFC1061制动系系统试验验设计与与分析计划与控控制的层层次系统统PersonnelPlanFORECASTINGCAPACITY/FACILITYPLANNINGWORKFORCEPLANNINGMarketingParametersProduct/ProcessParametersLaborPoliciesCapacityPlanAGGREGATEPLANNINGAggregatePlanStrategyWorkScheduleWIP/QUOTASETTINGDEMANDMANAGEMENTSEQUENCING&SCHEDULINGCustomerDemandsMasterProductionScheduleSHOPFLOORCONTROLWIPPositionTacticsREAL-TIMESIMULATIONPRODUCTIONTRACKINGWorkForecastControlAggregatingPlanningbyTimeHorizonForecastingBasicProblem:predictdemandforplanningpurposes.LawsofForecasting:1.Forecastsarealwayswrong!2.Forecastsalwayschange!3.Thefurtherintothefuture,thelessreliabletheforecastwillbe!ForecastingTools:Qualitative:DelphiAnalogiesManyothersQuantitative:Causalmodels(e.g.,regressionmodels)TimeseriesmodelsCapacity/FacilityPlanningBasicProblem:howmuchandwhatkindofphysicalequipmentisneededtosupportproductiongoals?Issues:BasicCapacityCalculations:stand-alonecapacitiesandcongestioneffects(e.g.,blocking)CapacityStrategy:leadorfollowdemandMake-or-Buy:vendoring,long-termidentityFlexibility:withregardtoproduct,volume,mixSpeed:scalability,learningcurvesTraditionalvs.ModernViewofCapacityTraditional:choosecapacitytomeetdemandonlycycletimenotanissueProblem:findmincostcapacityfeasibleconfigurationModern:congestion(CT)increaseswithutilizationCTandresponsivenessaretiedtocapacitydecisionsProblem:(a)findbestconfigurationgivenfixedbudget(b)minimizecosttoattainperformancespecsUtilizationCycleTimeProductionFeasibleProductionInfeasible100%constantleadtimeUtilizationCycleTime100%WorkforcePlanningBasicProblem:howmuchandwhatkindoflaborisneededtosupportproductiongoals?Issues:BasicStaffingCalculations:standardlaborhoursadjustedforworkeravailability.WorkingEnvironment:stability,morale,learning.Flexibility/Agility:abilityofworkforcetosupportplant'sabilitytorespondtoshortandlongtermshifts.Quality:proceduresareonlyasgoodasthepeoplewhocarrythemout.WorkforcePlanningProblem:determinemostprofitableproductionandhiring/firingpolicyoverplanninghorizon.MotivationforStudy:hiring/firingvs.overtimevs.InventoryBuildtradeoffiterativenatureofoptimizationmodeling.Inputs:demandforecast(assumesingleproductforsimplicity)unithourdatalaborcontentdatacapacityconstraintshiring/firingcostsovertimecostsholdingcostsunitprofitAggregatePlanningBasicProblem:generatealong-termproductionplanthatestablishesaroughproductmix,anticipatesbottlenecks,andisconsistentwithcapacityandworkforceplans.Issues:Aggregation:productfamiliesandtimeperiodsmustbesetappropriatelyfortheenvironment.Coordination:APisthelinkbetweenthehighlevelfunctionsofforecasting/capacityplanningandintermediatelevelfunctionsofquotasettingandscheduling.AnticipatingExecution:APisvirtuallyalwaysdonedeterministically,whileproductioniscarriedoutinastochasticenvironment.LinearProgramming:isapowerfultoolwell-suitedtoAPandotheroptimizationproblems.AggregatePlanningConclusionsNosingleAPmodelisrightforeverysituationSimplicitypromotesunderstandingLinearprogrammingisausefulAPtoolRobustnessmattersmorethanprecisionFormulationandSolutionarenotseparateactivities.QuotaSettingBasicProblem:settargetproductionquotaforpullsystemIssues:LargerquotasyieldBenefits:Increasedthroughput.Increasedutilization.Lowerunitlaborhour.Lowerallocationofoverhead.Costs:Moreovertime.HigherWIPlevels.Moreexpediting.Increaseddifficultiesinqualitycontrol.GoalsofProductionSchedulingHighCustomerService:on-timedeliveryLowInventoryLevels:WIPandFGIHighUtilization:ofmachinesINVENTORYUTILIZATIONSERVICEMeetingDueDates–MeasuresServiceLevel:Usedtypicallyinmaketoordersystems.Fractionoforderswhicharefilledonorbeforetheirduedates.FillRate:Usedtypicallyinmaketostocksystems.Fractionofdemandsmetfromstock.Lateness:Usedinshopfloorcontrol.Differencebetweenorderduedateandcompletiondate.Averagelatenesshaslittlemeaning.Bettermeasureislatenessvariance.Tardiness:Usedinshopfloorcontrol.Isequaltothelatenessofajobifitislateandzero,otherwise.Averagetardinessismeaningfulbutunintuitive.WhatisShopFloorControl?Definition:ShopFloorControl(SFC)istheprocessbywhichdecisionsdirectlyaffectingtheflowofmaterialthroughthefactoryaremade.Functions:WIPTrackingThroughputTrackingStatusMonitoringWorkForecastingCapacityFeedbackQualityControlMaterialFlowControlShopFloorControlConclusionGeneral:SFCismorethanmaterialflowcontrol(WIPtracking,QC,statusmonitoring,…)goodSFCrequiresplanning(workforcepolicies,bottlenecks,management,…)CONWIP:simplestartingpointreducesvariabilityduetoWIPfluctuationsmanymodificationspossible(kanban,pull-from-bottleneck)StatisticalThroughputControl(STC);toolforOTplanning/predictionintuitivegraphicaldisplayLongRangeTracking:feedbackforotherplanning/controlmodulesexponentialsmoothingapproachOutline企业目标及其其实现生产与运作管管理研究领域域广义与狭义生生产/运作系系统计划与控制的的层次系统混流固定比例例流水线排产产模型与应用用HFC1061制动系统统试验设计与与分析混流固定比例例流水线排产产模型与应用用排产计划是企企业根据需求求、库存与企企业的生产能能力，为满足足市场需求制制定生产线在在规定的时间间内出产的产产品品种、数数量，主要是是针对产品的的生产进度做做出安排排产计划的目目标是考虑夹夹具调整对生生产能力影响响的前提下使使单台产品平平均成本最低低企业的制造成成本可分为两两类，即固定定成本与变动动成本。企业业内部控制的的还有库存成成本。单台产品平均均成本=（制造成本+库存成本+缺货成本））/实际产品品产量固定比例产出出流水线特征征与其组织特特点ABAA预装总装……工装、夹具比比例配备固定比例流水水线在多生产产线情况下的的生产组织特特点：生产线的设计计配备不同,规模经济性性不同,各条条生产线单付付夹具的产出出能力不同,制造成本中中的固定成本本和变动成本本不同生产线的夹具具配备数量不不同，生产线线的产出能力力不同，产出出能力与夹具具数成正比生产线的产品品安排受到夹夹具数量限制制，安排同时时生产的产品品品种数量不不得超过夹具具配置的数量量生产线的加班班时间受到班班次时间限制制，同时还应应考虑设备的的负荷承受能能力，在选择择加班时还要要考虑加班成成本为方便生产组组织,尽量将相同产产品安排在同同一生产线上上生产同一付夹具在一一个时间点上上只能生产一一种产品为减减少产品更换换的成本，应应尽量减少更更换产品带来来的损失固定比例产出出流水线特征征与其组织特特点企业经验排产产方式企业在安排生生产时，一般般都通过EXECL电子子表格进行计计算，选择比比较合理的排排产方法。具具体的计算方方法如下根据产品的期期初库存和当当期需求，计计算出最少生生产量；计算需要生产产的总量与生生产能力比较较，看是否需需要加班，如如果要加班，，计算出加班班时间；按照期初夹具具安排和确定定的时间计算算出生产能力力；比较最小生产产能力与期初初夹具的生产产能力之间差差异按照计划期计计算出每天差差异数根据每天差异异数，确定需需要变更的夹夹具数企业经验排产产方式(续)根据混流生产产线的前提条条件，调整变变更的夹具数数需求在期末兑兑现，生产应应尽量满足需需求的实现（（当不计成本本时，缺货应应视同库存的的增加）在能力允许的的前提下尽量量不调整夹具具；调整夹具具时，只影响响被调整的夹夹具产量，其其余夹具不受受影响生产线双班生生产，正常工工作时间16小时，工作作期间夹具均均衡产出生产线单付夹夹具调整时间间相同，均为为H小时；生生产线非柔性性时，每付夹夹具在周期内内只允许调整整一次，而且且调整必须在在期初进行生产周期内每每条生产线至至少保持每天天16小时正正常工作时间间如生产能力容容许，尽量不不加班；如果果存在加班，，单条生产线线每天加班时时间不能超过过4小时且为为整数企业经验排产产方式(续)根据变更的夹夹具数计算调调整夹具影响响的生产产量量；按照夹具生产产能力和调整整影响的产量量计算实际的的产量；用实际的产出出量与需要生生产的产出量量比较，如果果出现生产不不足，则调整整生产线夹具具安排，如果果仍然不能满满足要求，则则安排生产线线加班，直至至满足需求为为止；安排生产夹具具数、加班时时间，通知生生产线生产；；计算期末库库存结果企业经验排产产方式的主要要困难根据经验安排排生产时，很很难综合考虑虑调整夹具成成本、库存成成本、制造成成本、缺货成成本等之间的的成本关系，，导致安排的的生产计划不不能达到优化化的目的当产品品种多多，生产线数数量大时，仅仅平衡各种产产品的产需平平衡已经是很很大的工作量量，企业无法法顾及成本问问题经验排产方式式与安排生产产人员的经验验和素质有关关，不同的人人员得到的生生产安排合理理程度不同混流固定比例例流水线排产产模型产品i的参数生产线j的参数Di,:需求量

Ii0:期初库存

Ii:期末库存

Pi:本期产品产量

Yi:本期可能的缺货

Ki:单台库存成本

Bi:单台缺货成本

Aij0期初第i种产品的夹具数Sj单付夹具每日产量Mj生产线夹具调整数Tj生产周期内总加班时间C1j生产线的固定成本C2j生产线的单台变动成本C3j每小时加班成本C4j单付夹具调整成本决策变量xij各生产线分品种在生产周期内产量混流固定比例例流水线排产产模型(续)s.t.应用实例—产产品数据P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12和Di61004200450063001120290012306509504802500180032730Ii01100180022508501260560540420850158033085012390Ki1.8102.12.01.61.8Bi450475425450500525500625550575400450应用实例—生生产线数据生产线A*j0SjC1jC2jC3jC4jL1109816000036.958.3770L2119617900036.858.1700L31010030200038.461.5380L469029900037.962.1400L559411500032.552.7900应用实例—期期初夹具Aij0P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12和L16410L26511L344210L4516L5235和610954210002342遗传算法计算算结果—初始运行参数数设定遗传算法计算算结果—计算结果1遗传算法计算算结果—计算结果2遗传算法计算算结果—计算结果3经验法/模型型法夹具安排排对比AijP1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12和L18/62/20/10/110/10L22/59/50/111/11L30/10/34/41/01/04/210/10L44/10/32/10/16/6L50/11/01/23/25/5和8/84/74/49/90/04/42/21/11/11/05/43/242模型结果与差差别分析造成数据差别别的主要原因因在于模型安安排生产时采采用了更少的的夹具调整，，企业安排生生产时调整了了16付夹具具，模型安排排仅调整了13付夹具模型安排生产产的产量比企企业安排生产产的产量高出出159台企业安排生产产与模型安排排生产的结果果上单台成本本差别0.29元，模型型检验结果表表明模型的生生产安排更具具备科学性，，合理性模型结果与差差别分析(续)造成安排生产产安排的不同同，主要原因因是：经验法在安排排生产时,首首先考虑满足足市场需求，，其次再考虑虑尽量在低成成本下生产。。在生产线数数据较少时，，经验法与模模型法的差别别小；但当产产品、产品线线复杂，各种种成本数据都都比较多时(生产线超过过3条，产品种类类超过10种)，，依依靠靠经经验验法法难难以以满满足足企企业业追追求求低低成成本本运运作作的的需需要要。。模型型法法在在考考虑虑夹夹具具调调整整的的影影响响和和满满足足市市场场需需求求的的条条件件下下追追求求企企业业的的首首要要目目标标——平平均均单单台台成成本本最最低低。。通通过过遗遗传传算算法法的的不不断断迭迭代代，，不不断断追追求求更更好好的的生生产产安安排排方方式式，，以以求求得得成成本本的的不不断断降降低低。。所所以以说说，，在在技技术术落落后后的的年年代代，，通通过过企企业业长长期期的的生生产产管管理理人人员员经经验验安安排排生生产产是是相相对对合合理理的的，，但但随随着着技技术术的的进进步步，，利利用用先先进进的的技技术术手手段段才才能能更更好好的的满满足足生生产产管管理理的的目目标标，，追追求求企企业业效效益益的的不不断断优优化化。。Outline企业业目目标标及及其其实实现现生产产与与运运作作管管理理研研究究领领域域广义义与与狭狭义义生生产产/运运作作系系统统计划划与与控控制制的的层层次次系系统统混流流固固定定比比例例流流水水线线排排产产模模型型与与应应用用HFC1061制制动动系系统统试试验验设设计计与与分分析析HFC1061制动动系系统统试试验验设设计计与与分分析析产品品存存在在缺缺陷陷市场场上上目目前前还还出出现现制制动动跑跑偏偏、、制制动动匹匹配配等等问问题题传统统的的试试验验方方法法根据据经经验验确确定定可可能能的的影影响响因因素素拟订订几几个个试试探探性性的的试试验验根据据试试验验结结果果的的比比较较找找到到较较好好的的参参数数根据据经经验验和和已已有有的的结结果果重重新新拟拟订订试试验验重复复上上述述过过程程直直到到找找到到满满意意的的参参数数为为止止HFC1061制动动系系统统试试验验设设计计与与分分析析传统统试试验验方方法法的的问问题题难以以找找到到最最优优的的参参数数找到到满满意意参参数数后后不不能能理理解解和和清清楚楚说说明明导导致致满满意意的的原原因因，，心心里里没没底底时间间效效率率低低下下，，试试验验的的过过程程可可能能很很长长资源源利利用用的的效效率率低低下下，，导导致致资资源源的的浪浪费费历史史试试验验数数据据无无法法得得到到有有效效利利用用HFC1061制动动系系统统试试验验设设计计与与分分析析正交交试试验验设设计计方方法法的的步步骤骤制动动系系统统影影响响因因素素及及其其位位级级规规范范化化设计计试试验验方方案案进行行试试验验获获得得试试验验数数据据试验验数数据据分分析析可能能的的补补充充试试验验制动动系系统统影影响响因因素素及及其其位位级级规规范范化化影响因素位级影响因素位位级轮钢内径28.58mm蹄片半金属石棉31.75mm总泵形式柱塞管径大小6.00mm活塞4.76mm分泵内径30.16mm管路布置形式前部分开中间分开28.58mm31.75mm不考考虑虑交交互互作作用用的的试试验验方方案案考虑虑交交互互作作用用的的试试验验方方案案实验验数数据据正交交数数据据分分析析第14—18号试试验验是是按按照照正正交交表表来来进进行行的的。。我我们们首首先先对对这这几几个个符符合合正正交交特特性性的的实实验验数数据据进进行行分分析析非正正交交数数据据分分析析数据据整整理理首先先去去掉掉肯肯定定存存在在