数字化制造管理

第五章数字化制造管理ⅤDigitalManufacturingManagement5/12/20231第1页，共63页。第五章数字化制造管理

概述制造计划管理生产调度制造执行控制内容简介

现代化企业管理是企业成功的关键，而生产管理是企业管理的重要组成部分。生产管理根据企业经营决策所确定的一定时期内的经营战略与计划任务，组织生产活动，调动各种资源和技术手段，并保证实施。具体来说，生产管理就是对企业日常生产活动的计划、组织、准备与控制。在市场经济条件下，企业要在激烈的竞争中求得生存和发展，必须加强生产计划与管理。因为决定企业竞争力的主要因素是产品质量、成本和交货期的及时性，而这些都是由生产计划与管理工作来保证的。

本章主要介绍了如下方面内容：5/12/20232第2页，共63页。1、数字化管理（DigitalManagement）——指利用计算机、通信、网络等技术，通过统计技术量化管理对象与管理行为，实现研发、计划、组织、生产、协调、销售、服务、创新等职能的管理活动和方法。看看NBA、欧洲顶级足球联赛的数字统计我们就可以明白数字化管理运用的广泛性了。第一节概述一、生产管理的基本概念3、生产管理的基本任务

在企业的生产活动中，生产管理的任务就是根据企业的经营目标和决策，以及内外部环境和条件，运用各种管理职能，将生产过程涉及到的人、财、物和信息等生产要素有效地结合起来，按产品工艺要求组织成一个彼此联系、密切协作的有机体系，生产出符合用户要求的产品，全面提高企业生产经营效益。2、生产管理——使企业对所有和生产产品或提供服务有关活动的管理，是对生产过程涉及的活动进行计划、组织与控制。5/12/20233第3页，共63页。生产系统运行示意图

外部资源内部资源市场用户输入输出生产过程企业系统外部环境5/12/20234第4页，共63页。4、生产管理的基本内容

生产管理涉及到企业的整个生产过程和生产活动。

生产控制生产准备生产组织生产计划生产管理5/12/20235第5页，共63页。二、数字化生产管理系统1、数字化生产管理的特点实时性精确性集成性自反馈性决策支持5/12/20236第6页，共63页。2、数字化生产管理系统的内容

数字化生产管理系统是计算机软硬件、生产管理与生产过程的集成。计算机硬件包括服务器、客户机、网络设备以及加工控制设备等。软件包括基础性软件（操作系统、数据库库软件等）、面向生产过程管理的功能性软件（CAPP、计划管理、资源管理、质量控制等）以及实现功能性软件集成的软件框架（MRP,ERP和MES等）。数字化生产管理系统的内容是利用计算机软件技术、网络技术和数据库技术将先进的生产管理理念和管理过程进行固化，形成标准、通用、自动进行生产管理的软件系统。数字化生产管理是计算机软件、硬件与生产管理理念、生产管理过程的融合与集成。5/12/20237第7页，共63页。生产管理系统的基本结构说明

5/12/20238第8页，共63页。企业信息化发展轨迹ERP需求市场/制造企业/供应市场信息集成面向供需链EnterpriseResourcePlanningMRPII物料/资金信息集成面向企业ManufacturingResourcePlanningMRP物料信息集成MaterialRequirementsPlanning(1965)(1980)(1991)ERPII协同商务(2004)协同商务作用：由一对多交易发展到多对多交易的必然结果供需链网络的特定电子商务形式企业本身以及所有合作伙伴共同参与的业务流程同步运行、协调工作条件利益共同体各种不同应用系统能够完美地集成新的游戏规则经营观念的更新5/12/20239第9页，共63页。制造业信息化发展轨迹MRPMRPIIERPERPII70年代 80年代90年代21世纪销售管理财务管理成本管理物流资金流信息集成MPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM多行业、多地区、多业务供需链信息集成法制条例控制流程工业管理运输管理仓库管理设备维修管理质量管理产品数据管理MPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM销售管理财务管理成本管理

库存计划物料信息集成MPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM法制条例控制流程工业管理运输管理仓库管理设备维修管理质量管理产品数据管理MPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM销售管理财务管理成本管理CRM/APS/BI电子商务Internet/Intranet协同商务5/12/202310第10页，共63页。阶段企业经营方面问题提出管理软件发展阶段理论基础（I）60年代追求降低成本手工订货发货生产缺货频繁如何确定订货时间和订货数量时段式MRP系统库存管理理论、主生产计划、BOM与物料需求计划、期量标准（II）70年代计划偏离实际人工完成车间作业计划如何保证计划得到有效实施和及时调整闭环式MRP系统能力需求计划车间作业管理计划、实施、反馈与控制的循环（III）80年代追求竞争优势各子系统缺乏联系，矛盾重重如何实现企业管理系统的一体化MRPII系统系统集成技术物流管理决策与仿真（IV）90年代追求创新要求适应市场环境的迅速变化如何在社会范围内利用一切可利用的资源ERP系统供应链管理混合型生产管理预测控制数字化生产管理系统的演化过程三、数字化生产管理的发展历程5/12/202311第11页，共63页。1、物料需求计划（MRP）

物料需求计划MRP（MaterialRequirementsPlanning）是生产和采购产品所需各种物料的计划，是根据何时主生产计划上需要物料来决定定货和生产的。MRP的实施并不是一件轻而易举的事，从MRP系统的硬件购置、软件开发，到数据整理、系统调试，再到管理方式的更改和实际运行，需要做大量的工作。

MRP基本原理是将企业产品中的的各种物料分为独立物料和相关物料，并按时间段确定不同时期的物料需求，基于产品结构的物料需求组织生产，根据产品完工日期和产品结构制定生产计划，从而解决库存物料订货与组织生产问题。MRP以物料为中心的组织生产模式体现了为顾客服务、按需定产的宗旨，计划统一可行，并且借助计算机系统实现了对生产的闭环控制，比较经济和集约化。5/12/202312第12页，共63页。MRP信息流程

5/12/202313第13页，共63页。2、制造资源计划（MRPⅡ）相对于MRP来说，MRP-Ⅱ是一种更完善和先进的管理思想与方法。它充分应用了管理科学、计算机仿真、网络技术等先进技术与决策手段，在系统中装入了各种优化决策模型，因此MRP-Ⅱ系统具有一定的模拟功能，能仿真将来物料需求，提出物料短缺警告，还能仿真生产能力需求，发出生产能力不足警告。这些警告信息可使管理工作人员及时进行准备和安排。MRP-Ⅱ系统还可为企业的高层领导提供服务，辅助他们用科学的方法来进行生产经营决策。

5/12/202314第14页，共63页。MRP-Ⅱ系统的基本功能结构

5/12/202315第15页，共63页。目前我国企业采用的MRP-Ⅱ系统情况

目前我国企业采用的MRP-Ⅱ系统主要靠引进,如：德国SAP公司提供的R/2和R/3系统美国QAD公司提供的MFG/PRO系统美国JDEdwards公司提供的JDE系统美国Oracle公司提供的OracleManufacturing&Financials美国EMS公司开发的TCM-EMS美国FourthShift公司MSS系统

近年来，我国的一些大学和研究机构在吸收和消化国外MRP-Ⅱ系统经验的基础上，结合我国的国情，开发具有自主版权的MRP-Ⅱ系统，国内产品：

北京机械工业自动化研究所开发的CAPMS（ComputerAidedProductionManagementSystem）计算机辅助生产管理系统

5/12/202316第16页，共63页。3、企业资源规划（ERP）ERP－EnterpriseResourcePlanning

企业资源计划系统 建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供生产管理和决策的管理平台。ERP系统系统增加了包括财务预测、生产能力、调整资源调度等方面的功能。配合企业实现JIT管理全面、质量管理和生产资源调度管理及辅助决策的功能。

进一步地，我们可以从管理思想、软件产品、管理系统三个层次给出它的定义：由美国著名的计算机技术咨询和评估集团GarterGroupInc.提出的一整套企业管理系统体系标准，其实质是在MRPII（ManufacturingResourcesPlanning,“制造资源计划”）基础上进一步发展而成的面向供应链（SupplyChain）的管理思想；综合应用了客户机/服务器体系、关系数据库结构、面向对象技术、图形用户界面、第四代语言（4GL）、网络通讯等信息产业成果，以ERP管理思想为灵魂的软件产品；是整合了企业管理理念、业务流程、基础数据、人力物力、计算机硬件和软件于一体的企业资源管理系统。5/12/202317第17页，共63页。ERP的五个基本功能生产规划系统物料管理系统财务会计系统销售、分销系统企业情报系统四个扩展模块SCM（供应链管理）CRM(客户关系管理)SFA（销售自动化）EC(电子商务)5/12/202318第18页，共63页。BOM库存管理MRP

MPSCRP批量控制定单管理财务管理后勤管理MRP-Ⅱ仓库管理系统市场营销质量系统多地点供应商管理过程控制研发管理票证管理人力资源实验室信息系统ERPERP系统结构图5/12/202319第19页，共63页。MRPII与JIT的集成应用

5/12/202320第20页，共63页。生产型企业信息化过程70年80年90年2000年代客户本企业供应商MRP主机MRPII3gl小型计算机ERP4gl客户服务器SCMo/o网络计算机5/12/202321第21页，共63页。5/12/202322第22页，共63页。生产型企业信息化过程ERP(EnterpriseResourcePlanning)PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)economicdecisionenterprisemanagementproductionschedulingprocessoptimizationprocesscontrol 过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经济决策五层结构的综合自动化系统 (TheodoreJ.Williams,1989)

企业资源计划（ERP）/制造执行系统（MES）/过程控制系统（PCS）三层结构的自动化系统(柴天佑,2003)5/12/202323第23页，共63页。第二节制造计划管理制造计划是任何一个制造企业运营管理中不可缺少的功能和环节，计划制订的科学与否直接关系到生产系统运行的好坏。制造计划又称生产计划，是为制造企业、制造车间或制造单元等制造活动的执行机构制定在未来的一段时间（称为“计划期”）内所应完成的任务和达到的目标。制造计划的制订是一个复杂的系统工程，需要借鉴和利用先进的管理理念、数学运筹与规划方法以及计算机技术，在制造企业现有的生产能力约束下，合理地安排人力、设备、物资和资金等各种企业资源，以指导生产系统按照经营目标的要求有效地运行，最终按时、保质、保量地完成生产任务，制造出优质的产品。一、制造计划5/12/202324第24页，共63页。二、数字化制造计划系统APS计划系统MRP计划系统JIT计划系统TOC计划系统数字化制造计划系统5/12/202325第25页，共63页。制造企业的面临的挑战生产计划的合理性成本的有效控制设备的充分利用作业的均衡安排库存的合理管理财务状况的及时分析追求最大利润5/12/202326第26页，共63页。MRP/MRPII/ERP经历的五阶段1、20世纪40年代库存控制订货点法2、20世纪60年代基本MRP3、20世纪70年代闭环MRP（考虑了能力）4、20世纪80年代发展起来MRPII（考虑资金）5、20世纪90年代出现ERP5/12/202327第27页，共63页。库存控制定货点的概念斜率表示物料消耗速度订货提前期安全库存量订货点最大库存量数量时间订货点=单位时区的需求量*定货提前期+安全库存量5/12/202328第28页，共63页。库存控制定货点利用的条件1、物料的消耗相对稳定；2、物料的供应比较稳定；3、物料的需求是独立的；4、物料的价格不是太高。5/12/202329第29页，共63页。提前期例子—产品结构圆珠笔笔芯笔帽笔筒笔芯头笔芯杆笔油墨5/12/202330第30页，共63页。提前期的计算圆珠笔笔芯笔帽笔筒笔芯头笔芯杆笔油墨5h8h8h3h6h6h8h提前期为：5h+3h+8h=16h5/12/202331第31页，共63页。对上例的分析产品的累计提前期为：5h+3h+8h=16h产品各层次需求时间不同，应该在需要的时候，提供需要的数量最长的一条加工路线决定了产品的加工周期，这个原理称为网络计划中的关键路线法原理5/12/202332第32页，共63页。MRP的产生--MaterialRequirementsPlanning定货点的不足：不能反映物料的实际需求造成盲目提高定货点增加库存量占用大量资金成本升高企业管理者认为：库存量应该与物料清单有关应该实现需要的时候提供需要的数量5/12/202333第33页，共63页。MRP逻辑流程图物料需求计划主生产计划产品结构信息物品库存信息物料采购计划安排加工计划5/12/202334第34页，共63页。闭环MRP产生的背景基本MRP没有考虑能力对计划的影响造成生产计划和采购计划的不可行必须对企业的能力进行校核和执行控制必须考虑能力约束，必须提出能力需求计划5/12/202335第35页，共63页。闭环MRP逻辑流程图生产规划需求信息主生产计划(MPS)产能负荷分析(RCCP)可行？物料需求计划(MRP)能力需求计划(CRP)采购、车间加工投入与产出控制可行？修改必要时修改修改调整能力数据NN5/12/202336第36页，共63页。MRPII的产生－ManufacturingResourcePlanning闭环MRP考虑了物流信息，但没有考虑资金流从物料投入到产品产出均伴随着资金流造成采购计划制定后，由于资金短缺无法实施必须以生产计划为主线，对物流、信息流和资金流进行统一的计划和控制必须通过对资金和成本的运作的掌握，使生产计划更可行和可靠5/12/202337第37页，共63页。MRPII逻辑流程图经营规划销售规划可行？主生产计划粗能力计划可行？物料需求计划能力需求计划可行？采购作业车间作业成本会计业绩评价资源清单需求信息会计科目成本中心库存信息物料清单工作中心工艺路线客户信息应收账款总账应付账款供应商信息NNN决策层计划层执行层5/12/202338第38页，共63页。MRPII面临的挑战１、企业竞争的范围不断扩大，

必须将分销、质量、人力、服务纳入其中２、企业的规模不断扩大：多集团、多工厂３、动态联盟MRPII无法解决上述问题！5/12/202339第39页，共63页。ERP的基本思想－EnterpriseResourcePlanningERP它利用信息技术和先进的管理思想，对整个供应链信息进行集成管理，为企业提供决策、计划、控制和经营业绩评估的全方位和系统化的平台。ERP不仅是软件，更是一种管理理念！5/12/202340第40页，共63页。企业运作的供需链图物料流入信息流物料流出资金流入信息流资金流出供应市场采购加工销售需求市场资金流过程物流过程5/12/202341第41页，共63页。ERP与MRPII的区别MRPII的核心是物流，主线是计划，伴随着物流，同时存在信息流和资金流。ERP已经将管理的重心转移到财务上，在企业的整个经营活动中贯穿了成本控制的概念，它极大地扩大了业务管理的范围和深度。5/12/202342第42页，共63页。ERP系统的总流程图质量管理采购管理库存管理销售管理分销管理生产管理成本管理运输管理经营预测设备管理应付管理总账管理应收管理预算会计工资管理人力资源管理固定资产管理5/12/202343第43页，共63页。生产计划管理功能模块图

物料需求计划计划管理主生产计划能力需求计划MPS结清MPS维护独立需求维护MPS确认MPS生成计划参数维护最终装配计划维护最终装配计划结清主生产计划粗能力报告MRP结清MRP维护物料需求模拟MRP确认MRP生成独立需求维护MRP任务结清物料需求计划5/12/202344第44页，共63页。投入产出控制工作中心负荷CRP生成工序进度计划生成资源清单维护能力需求计划5/12/202345第45页，共63页。第三节生产调度生产调度（ProductionScheduling）是在生产计划的基础上确定生产任务（如工件）进入车间的顺序以及车间运行中各种制造资源的实时动调度，一般将生产调度又分解为生产任务（如工件加工）的静态排序、动态排序和系统资源实时动态调度三个子问题一、生产任务的静态排序生产任务的静态排序（Off-LineSequencing）是指根据零件生产作业计划规定的生产进度，进一步具体地确定每个工件在每台设备上的加工顺序和生产进度，同时也确定了每台设备（工作地）、每个工作人员、每个工作班次的生产任务。5/12/202346第46页，共63页。1、排序问题的目标函数生产任务排序的好坏，直接影响以下三方面：（1）能否按时交货；（2）可否减少工件在工序间的等待时间，能否缩短工件的生产周期和减少在制品占用量；（3）可否减少设备的闲置时间，提高设备利用率。5/12/202347第47页，共63页。2、生产任务排序的分类生产任务排序问题有很多分类方法，最常见的分类方法是按机器设备、工件和目标函数的特征进行分类。按机器的数目不同，可以分为单台机器的排序问题和多台机器的排序问题。对于多台机器的排序问题，按工件的加工路线不同，又可以分为流水型（FlowShop）排序问题和非流水形（JobShop）的排序问题。按工件到达的情况不同，可以分为静态排序问题和动态排序问题。当进行排序时，若所有的工件都已达到，并以准备就绪，可以对全面的工件进行一次性排序的，属静态排序问题；若工件陆续到达，要随到随安排的，或者情况发生变化，需要不断调整的，则是动态排序问题。按目标函数的不同，又可以分为多种不同的排序问题。例如，同属多台机器的排序问题，使平均的流程时间最短和使误期完工工件的数量最少，这是两种不同的排序问题。由于机器设备、工件和目标函数的不同特征，以及一些其它因素的差别，构成了多种多样的排序问题。5/12/202348第48页，共63页。3、生产任务排序方法（1）约翰逊法：约翰逊法适用的条件是N个工件经过有限台设备加工，所有工件在有限设备上加工的次序相同。约翰逊法的目标是要求得到全组零件生产周期最短的生产进度表。排序步骤：S1:列出零件组的工序矩阵；S2:找出加工时间最短工序。若该工序属于1工序，则将其排前。若该工序属于2工序，则将其排后。若最小工序有多个，可任选。S3:将已排工序消去，回到S1继续执行，直到全部排完。5/12/202349第49页，共63页。有五个工件在2台设备上加工，加工顺序相同，加工设备先1后2，工时如下图，用约翰逊法排序。5/12/202350第50页，共63页。（2）关键工序法步骤：1按工序汇总各零件的加工量，定义加工工作量最大的工序为关键工序。2比较各零件首尾两道工序的大小，并分三组。第一组：首小尾大第二组：首尾相等第三组：首大尾小5/12/202351第51页，共63页。3各组分别进行组内零件排序第一组：每一零件分别将关键工序前的各工序相加，根据加后数值递增排队。第三组：每一零件分别将关键工序后的各工序相加，根据加后数值递减排队。第二组：第一组零件少于第三组时，本组按第一组规则排；第一组零件多于第三组时，本组按第三组规则排。5/12/202352第52页，共63页。4全部零件的排序按第一组排最前，第二组排中间，第三组最后的顺序。5/12/202353第53页，共63页。（3）优先规则法：优先规则法是目前解决生产任务排序的最常用的启发方式方法。1977年S.S.Panwalker和W.Iskander归纳整理出了100多个调度的优先规则。其中最主要的规则如下：SPT(ShortestProcessingTime)规则；FCFS(FirstComeFirst