西安交大生产管理第六章

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1、POM 设施布置 By XJTU-IE Zhang Xiaoqing by XITU-IE Zhang Xiaoqing Contents 基本布置方式 1 布置的步骤和技术方法 2 装配线平衡 3 办公室布局 4 柔性制造系统 5 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 设施布置 几乎所有的企业、非盈利组织、政府或者军队等 待都面临在哪里布置各种设施的问题。 Tompkin and White(1984)在他们的著作 中声称：制造业中的总运营成本的 20%-50% 花费在物料搬运成本中。有效的设施布置可以将 这个成本减少 10%-30%。 by XITU-IE Zhang Xia

2、oqing 设施布置考虑的目标 最小化在对新设备中投入 最小化生产时间 最有效的利用现有的空间 提供便利性、安全性以及员工的舒适性 保持一个柔性的安排 最小化物料搬运成本 有利于制造过程 有利于组织结构 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 基本布置的方式 生产布置方式受 工作流的形式 限制，它有三种基 本类型：工艺原则布置、产品原则布置和定位布 置，另外还有一种混合类型（成组技术或单元布 置）。 工作流形式（ 6种） 直线型 U型 L型 螺旋型 S型 环型 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 工艺原则布置 工艺原则布置（也称车间或功能布置）： Process l

3、ayout，是一种将相似设备或功能放在一起的方式，比 如将所有的车床放在一处，将冲压机床放在另一处。被加 工件根据预先设定好的流程顺序，从一个地方转移到另一 个地方，每项操作由适宜的机器来完成。 工艺原则布置在服务业很常见。医院、学院及大学、银行、 汽车修理铺、航空公司和公共图书馆都属于这一类。如医 院是采用工艺原则布置的典型，每个科室只能完成特定的 医疗服务。 Job-shop，适用于中小批量的产品制造，产品之间差异 很大。有较大的柔性，产品的设计改变，路径可以随之改 变。 可以最小化机器的空闲时间（ idle time）。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing by XITU

4、-IE Zhang Xiaoqing 产品原则布置 产品原则布置（ Product layout）： 是一种根据产品制造的步骤来安排设备或工作过程的方式。 实际上每种产品的加工路径都是直线型。 适用于大批量的标准型产品的制造。 装配线（ Assembly line）就是按照产品原则布置的。 Flowshop，如化工设备进行的生产是按产品原则布置 的。 可以提供最快的周期时间（ cycle time）。 但如果生产线的一个部分停了，整个生产线就要停了。 如果产品的工作流改变，生产线要随之变动。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing by XITU-IE Zhang Xiaoqing

5、 定位布置 定位布置 (Fixed position layouts)，该布置 中，产品（由于体积或重量庞大）停留在一个地 方，生产设备移到要加工的产品处对产品进行加 工。如制造飞机、轮船、火箭等。 工程布置方式（ Project layout）也是一种。 如大楼的建筑，桥梁的建造等。 在工程的开始时，将生产设备移到工程所在地， 建造完成后，将生产设备撤离。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing by XITU-IE Zhang Xiaoqing 基于成组技术的布置 成组技术（单元式）布置是将不同的机器组成加 工中心来对形状和工艺相似的零件进行加工。 工艺布置容易造成被加工对象在

6、生产单元之间交 叉往返运输，不仅引起费用上升，而且延长了生 产周期。 成组的基本原理：首先根据一定的标准将结构和 工艺相似的零件组成一个零件组，然后确定出零 件组的典型工艺流程，再根据典型工艺流程的加 工内容选择设备和工人，由这些设备和工人组成 一个生产单元。（举例） by XITU-IE Zhang Xiaoqing by XITU-IE Zhang Xiaoqing by XITU-IE Zhang Xiaoqing 举例：按工艺布置 车床 车床 车床 钻床 钻床 钻床 钻床 磨床 磨床 接收与转运 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 举例：成组技术 车床 钻床 磨床 钻床

7、 车床 磨床 车床 磨床 钻床 车床 原 材 料 成 品 库 单元 1 单元 2 单元 3 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 成组技术的优缺点 优点 降低在制品库存 降低生产准备时间（ setup time） 降低物料搬运成本 更优的排序：周期时间的减少以及在制品队列 的缩减使得更好的交货可靠性。 缺点： 难以确定合适的产品组（ part families） 为了各个单元的独立性，需要更多的某些机器 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 直击企业的实践 在企业的实践中，通常是对不同的生产线采取不 同的布置方式，或者几种布置方式混合使用。 产品的差异性（ vari

8、ation）与年度产量 （ annual volume）是选择布置方式考虑的主 要因素。 成组技术是一个较新的应用，随着自动化工厂的 普及，成组技术会得到更多的应用。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 布置的程序和方法 布置的步骤： 收集和掌握工厂布置的相关资料； 应用优化方法，寻求最优布置方案； 进行实际布置 布置的方法： 活动关系图法 （ Activity Relationship Chart） 物料流向图法 （ From-to Chart） by XITU-IE Zhang Xiaoqing 活动关系图 也叫作业相关图，是根据企业各个部门之间的活 动关系密切程度布置其相

9、互位置。首先将关系密 切程序划分为 A、 E、 I、 O、 U、 X六个等级， 然后列出导致不同关系的原因。使用着两种资料， 将待布置的部门一一确定出其相互关系，根据相 互关系的重要程序，按重要等级高的部门相邻布 置的原则，安排出最合理的布置方案。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 六种关系 A Absolute important 绝对重要 E Especially important 特别重要 I Important 重要 O Ordinary important 一般重要 U Unimportant 不重要 X Undesirable 不予考虑 by XITU-IE Z

10、hang Xiaoqing 关系密切原因 关系密切原因 1 使用共同的原始记录 2 共用人员 3 共用场地 4 人员接触频繁 5 文件交换频繁 6 工作流程连续 7 做类似工作 8 共用设备 9 其他 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 举例 汉堡王是一家连锁的快餐店，目前他计划在交大 南门新开一家店，店里面有以下这些部门： 1.Cooking burgers 2.Cooking fries 3.Packing and storing burgers 4.Drink dispensers 5.Counter servers 6. Drive-up server by XITU-

11、IE Zhang Xiaoqing 活动关系图例 1.Cooking burgers 2.Cooking fries 3.Packing and Storing 4.Drink dispensers 5.Counter service 6.Drive-up service X I O A O I U U U U U U E E A 1 1 为安全起见，汉堡 的烤制和炸鸡的设 备不能离得太近 2 。 .。 .。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 按照活动关系图进行布置 第一步：列出关系密切程度分类表（ A and E） A E 4-5 3-5 4-6 3-6 第二步：根据列表编

12、制联系簇。从关系 A中出现 次数最多的部门开始。 5 4 6 3 第三步：考虑 X关系的部门，根据场地限制，安 置所有部门。 4 6 3 1 2 5 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 活动关系图的另一种形式：给各种关系赋以分值，作 为权重。如： A=6分； E=5分； I=4分； O=3 分； U=2分； X=1分。 例 ：有 5个部门，各部门的面积分别为： A1=1000 m2 、 A2=2000 m2 、 A3=2000 m2 A4=1000 m2 、 A5=1000 m2 采用活动 关系图法进行这五个部门的布置。 活动关系图 例子 by XITU-IE Zhang Xi

13、aoqing 至 从 A1 A2 A3 A4 A5 总分 A1 U/2 E/5 I/4 U/2 13 A2 U/2 O/3 O/3 U/2 10 A3 E/5 O/3 A/6 O/3 17 A4 I/4 O/3 A/6 U/2 15 A5 U/2 U/2 O/3 U/2 9 经分析各部门的相关关系如下表 ： by XITU-IE Zhang Xiaoqing 1）找出关系总分最高者，把其布置在中央； 2）按关系级别，找出与已布置部门关系级别最高者， 作为下一个布置的部门； 3）当最高关系级别部门同时有多个时，选其关系总 分最高者先布置； 03 03 03 03 04 by XITU-IE Zh

14、ang Xiaoqing 4）当某部门位置方案有多个时，比较各方案的布 置得分，取得分最高的方案； 计算各方案布置得分：按部门相邻布置则计其关系分，不相 邻布置则零分计。 方案 1 = 4； 方案 2 =方案 4= 5； 方案 3 = 5+4=9； 故应选方案 3 03 03 04 01 01 01 01 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 5）重复 2）至 4）步，直至所有部门布置完，得到各 部门初步布置方案； 03 03 04 01 02 02 02 02 02 02 02 02 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 1=2+

15、3=5；方案 2 =3+3=6； 方案 3 =2+3=5；方案 4 =3； 取方案 2。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 对 05部门的布置结果如下： 03 03 04 01 02 02 05 6）根据总体面积形状，调整各部门面积形状， 加入通道系统。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 经部门面积调整后的布置方案 03 01 02 05 04 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 物料流向图法 物流流向图（ From-to chart）用于分析部门 之间的物料流动。 最常用的两个方法是表示部门之间距离的图表和 表示两个部门之间每天物料搬运次数

16、的图表。 物料流向图与活动关系图不同，它是基于一个已 经存在的布置所做的分析。对于一个已有的布置 （ layout），物料流向图是归纳 flow data 的 一个很便捷的方法。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 举例： From-to Chart 一个车间有 6个工作站，每个工作站中的机器类 别是： 1.Saws 锯床 2.Milling machines 磨床 3.Punch presses 冲床 4.Drills 钻床 5.Lathes 车床 6.Sanders 磨砂机 by XITU-IE Zhang Xiaoqing Fig.1.Distance(in feet)

17、To From Saws Milling Punch Press Drills Lathes Sanders Saws 18 40 30 65 24 Milling 18 38 75 16 30 Punch Press 40 38 22 38 12 Drills 30 75 22 50 46 Lathes 65 16 38 50 60 Sanders 24 30 12 46 60 by XITU-IE Zhang Xiaoqing Example 上图中的距离图是对称的，但是并不是所有的情 况都是这样的。有的时候，假如说单行道的存在， 就会有不对称的情况发生，如物料的搬运是通过 自动化控制的托

18、盘来进行的这种情况。 下图给出各个部门之间每天的物料搬运次数。这 个数据可以是针对一组特定的产品组合而得来的， 或者是平均到每天的搬运次数。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing Fig.2.Number of Trips To From Saws Milling Punch Press Drills Lathes Sanders Saws 43 26 14 40 Milling 75 60 23 Punch Press 45 16 Drills 22 28 Lathes 45 30 Sanders 12 by XITU-IE Zhang Xiaoqing Example 如果公

19、司的会计部门估计的物料搬运成本是： 20cents/foot ，那么就可以估计出平均每天 的物料搬运成本。 例如， Saws 与 Milling部门之间的距离是 18feet,之间的搬运次数是 43次。 每天的搬运距离是 43*18=774 feet. 搬运成本为 774*0.2=$154.80. by XITU-IE Zhang Xiaoqing Fig.3.Handling cost To From Saws Milling Punch Press Drills Lathes Sanders Saws 154.8 208 84 520 Milling 570 900 138 Punch P

20、ress 342 38.4 Drills 330 280 Lathes 144 300 Sanders 72 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 对流向图的评价 From-to Chart不是用来确定 layout的，他只 是用来描述已有的布局各个部门之间的流特性。 他可以用来对几个备选方案进行比较。 如果除了物料搬运成本，还考虑其他的一些目标， 那么在流向图中可以包括更多的其他因素。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 信息交流 劳动生产率 成本 美观 办公室布局 （ Office layout） by XITU-IE Zhang Xiaoqing by XI

21、TU-IE Zhang Xiaoqing 封闭式布局 办公室布局 （ Office layout） by XITU-IE Zhang Xiaoqing 办公室布局 开放式布局 （ Office layout） by XITU-IE Zhang Xiaoqing ？ 办公室布局选择的考虑因素 资源与成本 文化的差异 临窗座位 工作的性质 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 总裁 工程顾问 工程师区 秘书 办公室人员构成 关系图 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 新视角： 柔性制造系统（ FMS） 近几年来，柔性制造系统（ Flexible Manufacturi

22、ng system）得到了越来越多的 关注。 FMS可以使企业的布局更具有柔性。 一个柔性制造系统是由一系列数字控制的加工设 备与计算机控制的物料搬运设备组成的一套系统。 当企业的制造产品种类较多时，企业就可以从 FMS获益良多。但是，一套 FMS是相当昂贵的， （ $10 million）。因此，很多企业采用一些柔 性制造单元（ Flexible Manufacturing cells）。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing 新视角： 柔性制造系统（ FMS） 在什么情况下一个企业应该考虑采用 FMS？ 单独的 数控机器 1 107 105 104 103 102 108 1

23、06 10 FMS 固定的流水线 每年生产的产品数 有限的订单数量 且每种订单的产 品数很少 批量生产 大量生产 柔 性 和 零 件 的 种 类 高 中 低 一个典型的 FMS Machine 2 Tools Machine 1 Tools Machine 3 Tools Computer / / / / / / / / / / / Parts in Parts out Pallets with parts by XITU-IE Zhang Xiaoqing 采用 FMS的好处 降低在制品库存： FMS中的 WIP可以作为决策变量事先 设定。 增加机器的利用率： 数字控制的各种设备一般的利用率

24、都 在 50%以上。而一套有效的 FMS的利用率一般都在 80%以上。这不仅减少了机器换装的时间，也使得整个 系统的工作量达到更好的平衡。 减少制造提前期 ： FMS降低了零件在不同工作单元之间的 运输时间，生产准备时间，以及刀具、磨具等的换装时间， 使得生产的提前期降低。 可以处理大量不同的零件类型： FMS中的机器可能会有 5- 100个不同的 tools。 减少人力劳动： 管理 FMS所需要的人力一般是传统的制造 车间的 1/10甚至更少。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing FMS的缺点 FMS的缺点在哪？ 成本！ 传统的 NPV的计算会表明这个投资并不是那么的 吸引人

25、。 Yamazaki Machinery Company：投资 $18million在 FMS上。 结果是：机器数从 68降到 18，雇工数量从 215 降到 12，厂区面积从 103， 000平方英尺降到 了 30， 000.零件的平均加工时间从 35天降到了 1.5天。 Impressive Datum！ by XITU-IE Zhang Xiaoqing 然而，当我们将这些数字反映到投资回报的时候， 事情就变了！ 公司的报告指出他们在投资两年后节省了 $6.9 million,然后是在接下来的 20年中每年能够节 省 $1.5million。计算出来的投资回报率低于 10%。而通常业界规

26、定的临界获利率（ hurdle rate,最低预期投资回报率）是 15%以上。 因此，考虑到 NPV方面， FMS 很 poor！ by XITU-IE Zhang Xiaoqing FMS：一个抉择 除了设备的直接投资之外， FMS还会引起一些非 直接的成本。如一套完善的计算机管理软件可能 会很贵，需要进行员工培训等等。另外像备用件 的购买，在安装或者试运行阶段生产量的下滑等 等都使得很多公司在评估或者采用 FMS时很迟疑。 其实， Kaplan认为传统的 NPV计算并不是很公 平的。因为它假设市场份额、价格、劳动力成本、 还有公司的竞争地位等都是保持不变的。然而， 这些因素都可能发生改变，

27、如果没有先进的生产 系统的话，公司在某些部分的价值会缩水。 by XITU-IE Zhang Xiaoqing FMS否？ 因此，很多公司采用一种更安全的方法，不是整 个的将生产线换掉全部 FMS，而是在部分或者小 规模的采取，这种策略从短期来看很不错，但是 长期来看的话并不是最优的。 当然，除了成本， FMS受冷落还有其他的一些原 因，比如没有预料到的生产线故障，要是某一台 机器出问题了，整个生产线要停下来等故障排除。 或者中央控制电脑或者搬运系统出问题了，那么 FMS也就崩溃了！ by XITU-IE Zhang Xiaoqing FMS的未来前景 很光明！ FMS在日本比在美国得到了更好的应用。 对于一个企业而言，在决定 FMS之前，要充分的 考虑 FMS的能力（ power）和他的一些局限性 （ Limitations）！ POM XJTU