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1、消费管理系统消费管理系统1 11第二章第二章 制造系统的规划与设计制造系统的规划与设计1. 制造系统制造系统2 223 3系统的概念系统的概念系统：系统：二个以上互相关联、依赖和作用的要素构成二个以上互相关联、依赖和作用的要素构成。系统特点：系统特点：集合性；集合性；相关性；相关性；目的性；目的性；环境适应性；环境适应性；动态性；动态性；反响性；反响性；随机性；随机性；34 4制造系统制造系统制造系统：制造系统：制造系统：制造系统：受物流、信息流和能源流约束的，由人、设受物流、信息流和能源流约束的，由人、设备组合而成的复杂系统。备组合而成的复杂系统。集合性：集合性：集合性：集合性：多种设备与各
2、种人员的集合多种设备与各种人员的集合相关性：相关性：相关性：相关性：不同设备之间、设备与人之间、人与人之间不同设备之间、设备与人之间、人与人之间目的性：目的性：目的性：目的性：制造特定产品获取利润与社会效益制造特定产品获取利润与社会效益环境适应性：环境适应性：环境适应性：环境适应性：适应市场、法规、环境等的变化适应市场、法规、环境等的变化 ，以最，以最小代价与时间来适应小代价与时间来适应动态性：动态性：动态性：动态性：消费经营活动是一个随时间推进，不断输入消消费经营活动是一个随时间推进，不断输入消费要素输出产品的过程费要素输出产品的过程反响性：反响性：反响性：反响性：市场信息、质量信息、消费信
3、息、经营信息市场信息、质量信息、消费信息、经营信息随机性：随机性：随机性：随机性：物料、能源、市场、设备、人员、加工过程的物料、能源、市场、设备、人员、加工过程的物料、能源、市场、设备、人员、加工过程的物料、能源、市场、设备、人员、加工过程的随机突发事件随机突发事件随机突发事件随机突发事件45 5制造系统的复杂在于：制造系统的复杂在于：由于产品多样、技术快速开展、人员与设备条件不同、由于产品多样、技术快速开展、人员与设备条件不同、环境不同环境不同制造系统多样性。制造系统多样性。由于必须包括设计、开发、财务、销售、制造、质量、由于必须包括设计、开发、财务、销售、制造、质量、库存等功能库存等功能制
4、造系统包含多个具有复杂交互作用的制造系统包含多个具有复杂交互作用的子系统子系统由于不同的任务必须由不同学科、不同层次来处理，如由于不同的任务必须由不同学科、不同层次来处理，如管理层、技术层、物流层等管理层、技术层、物流层等制造系统包含多个不同制造系统包含多个不同学科、互相作用的层次学科、互相作用的层次56 6数据库决策和控制开发开展制造市场环境信息物质能源消费系统框图消费系统框图消费系统框图消费系统框图67 7信息：信息：加工方法、加工任务、加工工艺、物流要求加工方法、加工任务、加工工艺、物流要求制造：制造：原材料、储存、运输、加工、检验、成品原材料、储存、运输、加工、检验、成品消费系统目的：
5、消费系统目的：在有效利用人力、物力、财力的根底上，按市在有效利用人力、物力、财力的根底上，按市场需求，在满足经营目的的前提下，最经济地场需求，在满足经营目的的前提下，最经济地按时、按质、按量、按品种消费或提供客户要按时、按质、按量、按品种消费或提供客户要求的产品与劳务。求的产品与劳务。78 8客户销售财务设计方案控制库存采购制造质控发货制制造造功功能能环环信息流能量流物流89 9消费方案与控制消费方案与控制 PPCPPC计算机辅助设计计算机辅助设计工程系统工程系统CAD/CAPP/CAE/NCAD/CAPP/CAE/NCPCP计算机辅助制造计算机辅助制造系统系统CAMCAM制造资源制造资源方案
6、方案MRPIIMRPII设计质量设计质量工程、制工程、制造质量工造质量工程程CAQCAQ功能系统功能系统支撑系统数据库系统、网络系统支撑系统数据库系统、网络系统销售效销售效劳系统劳系统现现现现代代代代制制制制造造造造系系系系统统统统功功功功能能能能体体体体系系系系框框框框架架架架91010什么是制造业？什么是制造业？在国内，我们把原材料转换成具有效价值的产在国内，我们把原材料转换成具有效价值的产品过程叫制造业。这是比较准确的定义。品过程叫制造业。这是比较准确的定义。权威人士解释说，在工业领域，除了采掘业和电、权威人士解释说，在工业领域，除了采掘业和电、水、气的供给行业外，其他所有行业都属于制造
7、业水、气的供给行业外，其他所有行业都属于制造业范畴，或者说，制造业包括对农产品、矿物质的所范畴，或者说，制造业包括对农产品、矿物质的所有有关加工部门。也就是说，人们所熟悉的手机、有有关加工部门。也就是说，人们所熟悉的手机、轿车等都是当前制造业的代表产品。轿车等都是当前制造业的代表产品。101111什么是制造业？什么是制造业？制造业不只包含采购和销售，还包括将低价值的材料。制造业不只包含采购和销售，还包括将低价值的材料。转换成高价值的产品。转换成高价值的产品。制造业有如下特点：制造业有如下特点：1.材料流：供货商的材料经由工厂流到客户手中材料流：供货商的材料经由工厂流到客户手中原原材料到完成品，
8、价值不断提升材料到完成品，价值不断提升；2.信息流：信息信息流：信息包括过去的方案和业绩、将来的方包括过去的方案和业绩、将来的方案等案等流动到所有相关部门；流动到所有相关部门；3.时间是制造业流程上最重要、最珍贵的资源，所有时间是制造业流程上最重要、最珍贵的资源，所有的收益与材料流、信息流的速度成正比。的收益与材料流、信息流的速度成正比。4.快速响应快速响应Quick Response与敏捷与敏捷Agility是制造业成功的关键因素。是制造业成功的关键因素。111212在对不到400家制造业企业进展调查时，对于在“研究、“开发设计试制、“制造组装、“销售“售后效劳等业务阶段工程中，“哪一个业务
9、阶段的利润率最高的问题，得到的结果是“制造组装利润率最高的企业非常多。 在从事“制造组装的企业360家中，有44.4的企业答复“制造组装的利润率最高。其次是“销售325家占30.8、“售后效劳257家占10.5、“开发设计试制335家占8.4。20052005年年年年6 6月发表的月发表的月发表的月发表的?2004?2004年度制造业白皮书年度制造业白皮书年度制造业白皮书年度制造业白皮书? ?日本日本日本日本12131320052005年年年年6 6月发表的月发表的月发表的月发表的?2004?2004年度制造业白皮书年度制造业白皮书年度制造业白皮书年度制造业白皮书? ?日本日本日本日本把业务流
10、程当作横轴而描绘出的利润率曲线就是著名的“微笑曲线Smile Curve。因为在描绘出的曲线中，“制造组装的利润率最低，整个曲线酷似微笑的嘴巴。但此次的结果却绘出了完全相反的曲线，反而是“制造组装的利润率最高，成了所谓的“武藏曲线指和微笑曲线相反的拱形曲线 。13141420052005年年年年6 6月发表的月发表的月发表的月发表的?2004?2004年度制造业白皮书年度制造业白皮书年度制造业白皮书年度制造业白皮书? ?日本日本日本日本?日经制造日经制造?早在早在2004年年10月号的特集中，就指出了武藏曲线的月号的特集中，就指出了武藏曲线的重要性，重要性，?制造业白皮书制造业白皮书?的调查结
11、果也证明了其准确性。的调查结果也证明了其准确性。武藏曲线是索尼中村研究所的所长中村武藏曲线是索尼中村研究所的所长中村 末广命名的。他的思路末广命名的。他的思路是，二刀流中的一刀掌握了市场的变化确定出最正确的出货，另是，二刀流中的一刀掌握了市场的变化确定出最正确的出货，另外一刀对材料和零部件进展最正确采购，这两刀可以减少库存从外一刀对材料和零部件进展最正确采购，这两刀可以减少库存从而改善收益。而改善收益。 在在?制造业白皮书制造业白皮书?中，还发表了对不同行业中哪一个业务阶段中，还发表了对不同行业中哪一个业务阶段利润率最高进展调查的结果，答复利润率最高进展调查的结果，答复 “制造制造组装最高的行
12、业是组装最高的行业是汽车行业，答复比例超过了汽车行业，答复比例超过了66.7。另外，在对中小企业进展同。另外，在对中小企业进展同样的提问时，答复样的提问时，答复“制造制造组装的也高达组装的也高达63.1。这说明尤其。这说明尤其是在制造领域中，有许多企业认为其他公司根本无法模拟的材料是在制造领域中，有许多企业认为其他公司根本无法模拟的材料成型、加工技术等才是利润率的源泉。成型、加工技术等才是利润率的源泉。 14第二章第二章 制造系统的规划与设计制造系统的规划与设计2. 制造系统理论与建模概况制造系统理论与建模概况1515151616目的：目的：追求制造系统全生命周期优化追求制造系统全生命周期优化
13、方向：方向：使制造工程向系统科学与学科综合性开展使制造工程向系统科学与学科综合性开展方法：方法：进展制造系统理论体系与建模的研究进展制造系统理论体系与建模的研究内容：内容：根本构造与功能、特性、概念；优化设计；根本构造与功能、特性、概念；优化设计；优化规划；自动化与控制；信息；运筹与管理；优化规划；自动化与控制；信息；运筹与管理；社会、自然关系；社会、自然关系；161717加工任务、图纸、工艺、质加工任务、图纸、工艺、质量标准等量标准等原材料原材料存存 贮贮运运 输输加加 工工检检 验验成成品品信息流系统信息流系统能源流系统能源流系统能能 源源物料流系统物料流系统制造系统制造系统三流构造论三流
14、构造论三流构造论三流构造论171818信息制造观信息制造观：制造过程本质是一个信息采集、输入、加工处理的过程。人机一体集成论人机一体集成论：人与机器优化合作、协同工作的人机一体化制造系统。集成决策观集成决策观：功能、信息、活动、人机、资源集成来最优决策。181919建模方法：建模方法：n数学解析模型数学解析模型n图示概念模型如图示概念模型如IDEFIDEFn图示解析混合模型如图示解析混合模型如PetriPetri网。网。192020IDEFIntegrated Computer Aided Manufacturing DefinitionIDEF是一种构造化系统分析与设计方法。从是一种构造化系
15、统分析与设计方法。从IDEF0到到IDEFX有功能、信息等多种模型。有功能、信息等多种模型。IDEF0是功能分析模型，也是最根本的模型。是功能分析模型，也是最根本的模型。它从功能它从功能 角度，将系统从整体开场，逐步深角度，将系统从整体开场，逐步深化分解到最基层功能子系统止。化分解到最基层功能子系统止。其根本要素是：对一系统用方框表示作用其根本要素是：对一系统用方框表示作用元素为输入、输出、控制和机制用有向箭头元素为输入、输出、控制和机制用有向箭头表示表示。202121制造系统制造系统市场需求、市场需求、订单等订单等I人员、设备、材料人员、设备、材料M产品资料、工艺、标准、法规等产品资料、工艺
16、、标准、法规等C产品产品OIDEF0IDEF0IDEF0IDEF0根本概念根本概念根本概念根本概念212222制定消费方案订单预测设计开发加工制造产品数据库工艺库仑库产品M CM CM C订货制造功能图订货制造功能图订货制造功能图订货制造功能图222323组织视图组织视图厂厂 部部销销售售处处采采购购处处设设备备处处设设计计开开发发消消费费方方案案财财务务处处人人力力资资源源储储运运处处车间车间1车间车间N23第二章第二章 制造系统的规划与设计制造系统的规划与设计3. 制造系统的分类制造系统的分类2424242525制造系统的分类：制造系统的分类：1. 1. 按制造过程：按制造过程：按制造过程
17、：按制造过程：流程工业：流程工业：连续消费，以监视保证正常为主要操作。重点为维护连续消费，以监视保证正常为主要操作。重点为维护保养和供给。保养和供给。装配工业：装配工业：离散连续消费，制造操作为主，重点是有效时间组织。离散连续消费，制造操作为主，重点是有效时间组织。“流程工业消费方式适用于化工行业、纺织行业、医药行业等；流程工业消费方式适用于化工行业、纺织行业、医药行业等；“装配工业消费方式适用于电子行业、机械行业、仪表行业等。装配工业消费方式适用于电子行业、机械行业、仪表行业等。2526262. 2. 按消费批量按消费批量1 1多品种小批量：多品种小批量：1-1001-100件件/ /年通用
18、设年通用设备、高技术程度工人、柔性大、效率低。备、高技术程度工人、柔性大、效率低。2 2中批量：中批量： 100-10000100-10000件件/ /年年3 3大批量：大批量： 1000010000件件/ /年以上年以上262727大批量大批量大批量大批量 批量批量批量批量 单件单件单件单件品种 少 多 极多复杂工序数 较少 1-2 较多11-20 很多21-40设备 高级专用 部分专用 通用设备布局 流水线 按工艺可变消费线 按工艺无线设备利用率高 中 低消费率 最高 较高 低管理 日消费、简单日消费、简单 方案协调复杂 复杂多变准备工作投资与风险 大而高 较高、小 低库存 大量 大 少经
19、济性 最正确 较好 一般适应性 差 中 好对工人要求 调整高操作低调整高操作低 较高 最高27多品种小批量消费多品种小批量消费成批消费成批消费2828上海服装机械下属上海黎明服装机械厂：主要产品有“凯固、“佳友牌服装机械和“棉花牌服装金属扣件、饰件。产品拥有裁剪机械、缝制机械、粘合机械、熨烫机械、鞋帽专用机械、验布检针机械等八大类，共十几个系列，一百多个品种。具有品种多，规格齐的特点，在国内外享有盛誉。上海商检局认定公司为出口产品施行一类管理单位。282929标准产品大量消费标准产品大量消费少品种重复消费少品种重复消费多品种小批量消费多品种小批量消费单件消费单件消费随着市场变化，随着市场变化，
20、随着市场变化，随着市场变化，单件生产将会增单件生产将会增单件生产将会增单件生产将会增多。多。多。多。柔性要求柔性要求2930303. 3. 按消费策略：按消费策略：1 1按订货设计按订货设计ETOETO：技术复杂、批量少：技术复杂、批量少2 2按订货制造按订货制造MTOMTO：需求不可预测：需求不可预测3 3按订货装配按订货装配ATOATO：需求可统计预测、：需求可统计预测、附件多、交货期短附件多、交货期短4 4有库存制造有库存制造MTSMTS：需求可预测、交货：需求可预测、交货期很短、产品变化少期很短、产品变化少3031314. 4. 按消费布局按消费布局1 1功能布局功能布局JOB SHO
21、PJOB SHOP：机群制，消费调：机群制，消费调度复杂度复杂2 2工程布局工程布局PROJECT SHOPPROJECT SHOP：宏大产品，：宏大产品，其位置固定其位置固定3 3流水线：单一产品、成批产品、混合产品。流水线：单一产品、成批产品、混合产品。连续传输、同步传输、异步传输连续传输、同步传输、异步传输4 4成组布局：设备按成组布局：设备按GTGT工艺要求配置。运输工艺要求配置。运输途径短、消费率高、消费调度简单途径短、消费率高、消费调度简单3132324. 4. 按消费方案形式按消费方案形式1MRPII系统系统2JIT系统系统323333制造系统分析：制造系统分析：1. 1. 1.
22、 1. 纵向展开：纵向展开：纵向展开：纵向展开：所谓纵向展开，是将消费过程按工艺性质的不同划分所谓纵向展开，是将消费过程按工艺性质的不同划分为假设干具有特定工艺性质的消费阶段。为假设干具有特定工艺性质的消费阶段。不同的消费阶段由于其工艺不同，所以消费所需的物不同的消费阶段由于其工艺不同，所以消费所需的物质条件和消费管理的特点亦是不同的。质条件和消费管理的特点亦是不同的。利用纵向展开，划分不同消费阶段，能针对特点进展利用纵向展开，划分不同消费阶段，能针对特点进展相应的管理。相应的管理。333434同一消费工艺阶段，又可按其使用的设备、场地和工艺方同一消费工艺阶段，又可按其使用的设备、场地和工艺方
23、法，进一步划分为假设干工序。所谓工序，指在一个场地或法，进一步划分为假设干工序。所谓工序，指在一个场地或一类设备乃至一台设备，由一个工人或一组工人对一定一类设备乃至一台设备，由一个工人或一组工人对一定消费对象连续进展作业加工、装配等。工序是消费过程的消费对象连续进展作业加工、装配等。工序是消费过程的根本单位，它是工艺规程的单位，亦是计算工作量、制定工时根本单位，它是工艺规程的单位，亦是计算工作量、制定工时定额、核算消费才能、确定消费组织形式、安排消费作业方案、定额、核算消费才能、确定消费组织形式、安排消费作业方案、进展质检和装备人员的根本单位。进展质检和装备人员的根本单位。工序的划分取决于对消
24、费对象的技术要求、采用的工艺方法和工序的划分取决于对消费对象的技术要求、采用的工艺方法和设备以及劳动分工情况。它又可分为工艺工序、检验工序、运设备以及劳动分工情况。它又可分为工艺工序、检验工序、运输工序等。假设工序划分较粗，仅归纳为较少几个时，可以减输工序等。假设工序划分较粗，仅归纳为较少几个时，可以减少消费辅助时间，采用高效专用设备，便于管理和进步消费效少消费辅助时间，采用高效专用设备，便于管理和进步消费效率。但必然导致设备投资大、对工人技术要求高等缺点；假设率。但必然导致设备投资大、对工人技术要求高等缺点；假设工序划分较细，相应分散，那么便于组织各工序并行消费，能工序划分较细，相应分散，那
25、么便于组织各工序并行消费，能使用简单或通用设备，工人能很快到达操作纯熟，但这种方法使用简单或通用设备，工人能很快到达操作纯熟，但这种方法将会由于辅助时间增加而使消费效率较低。同时，工序数越多，将会由于辅助时间增加而使消费效率较低。同时，工序数越多，消费管理就越复杂。因此工序划分应按详细的消费条件与对象消费管理就越复杂。因此工序划分应按详细的消费条件与对象特性来确定。特性来确定。 3435352. 2. 2. 2. 横向展开：横向展开：横向展开：横向展开：横向展开是指按产品消费的不同作用将消费过程划横向展开是指按产品消费的不同作用将消费过程划分为几个组成过程。一般分为消费技术准备过程、分为几个组
26、成过程。一般分为消费技术准备过程、根本消费过程、辅助消费过程、消费效劳过程和附根本消费过程、辅助消费过程、消费效劳过程和附属消费过程。消费技术准备过程是消费的前提，而属消费过程。消费技术准备过程是消费的前提，而根本消费过程是核心，其他部分那么为根本消费过根本消费过程是核心，其他部分那么为根本消费过程创造条件，围绕消费根本过程而进展。横向展开程创造条件，围绕消费根本过程而进展。横向展开的复杂程度取决于产品构造、工艺特点、消费规模、的复杂程度取决于产品构造、工艺特点、消费规模、企业的分散集中状况、企业经营方针和社会协作程企业的分散集中状况、企业经营方针和社会协作程度等。横向构造越复杂，企业的效率就
27、越低。应通度等。横向构造越复杂，企业的效率就越低。应通过广泛开展社会的专业化协作，简化横向构造，实过广泛开展社会的专业化协作，简化横向构造，实行较高程度的专业化消费，通过实现工业企业横向行较高程度的专业化消费，通过实现工业企业横向消费构造合理化来有效进步企业的消费效率。目前，消费构造合理化来有效进步企业的消费效率。目前，分散网络化消费的理论与理论，亦是表达了这种潮分散网络化消费的理论与理论，亦是表达了这种潮流。流。353636制造系统的组织：制造系统的组织：1.1.合理地进展消费过程空间组织。合理地进展消费过程空间组织。2.2.合理地进展消费过程时间组织。合理地进展消费过程时间组织。3.3.合
28、理地进展消费规模与柔性组织。合理地进展消费规模与柔性组织。4.4.合理设立维护保障系统体系。合理设立维护保障系统体系。363737空间分析：空间分析：空间分析：空间分析：1.1.机群制：中小企业最常见形式。按机床功能不同组机群制：中小企业最常见形式。按机床功能不同组织消费车间、工段、组。物流途径曲折复杂，管理织消费车间、工段、组。物流途径曲折复杂，管理困难。占用空间大。困难。占用空间大。2.2.以产品为核心：航空、船舶等大型产品制造以总装以产品为核心：航空、船舶等大型产品制造以总装为核心设计空间。位置固定辅以一些附件与辅助制为核心设计空间。位置固定辅以一些附件与辅助制造车间。由产品决定占用空间
29、很大。造车间。由产品决定占用空间很大。3.3.流水线：单一产品或假设干相似产品以顺序加工次流水线：单一产品或假设干相似产品以顺序加工次序流水式空间布局，从起始工位到最终工位完成产序流水式空间布局，从起始工位到最终工位完成产品加工。只合适大批量规模的产品消费。效率高运品加工。只合适大批量规模的产品消费。效率高运输途径短直线或环线但对消费节拍有严格要求输途径短直线或环线但对消费节拍有严格要求3738384.4.成组车间或单元：采用成组技术，将有相似制造工艺成组车间或单元：采用成组技术，将有相似制造工艺的产品归类组成零件族来组织消费。每一单元或车间的产品归类组成零件族来组织消费。每一单元或车间完成一
30、族或假设干族零件或产品的消费。同一消费单完成一族或假设干族零件或产品的消费。同一消费单元或车间有加工该族零件所需的所有设备。物流途径元或车间有加工该族零件所需的所有设备。物流途径短、效率高。短、效率高。5.5.柔性制造线或单元：采用高度柔性的加工设备、机器柔性制造线或单元：采用高度柔性的加工设备、机器人、运输设备等组成。自动化程度高、占用空间少，人、运输设备等组成。自动化程度高、占用空间少，柔性大，产品覆盖面大，投资高。柔性大，产品覆盖面大，投资高。383939消费过程的时间组织：消费过程的时间组织：消费过程的时间组织：消费过程的时间组织：1. 1. 1. 1. 顺序挪动方式顺序挪动方式顺序挪
31、动方式顺序挪动方式这种情况下，工序之间零件是整批转移的，亦就是只有在上这种情况下，工序之间零件是整批转移的，亦就是只有在上道工序全部完成后，才转入下一工序。道工序全部完成后，才转入下一工序。 N一批零件数件Ti 第i 道工序单件加工时间分/件T0一批零件的加工周期分m工序数。394040消费过程的时间组织：消费过程的时间组织：消费过程的时间组织：消费过程的时间组织：2.2.2.2.平行挪动方式平行挪动方式平行挪动方式平行挪动方式这种方式的特点是每一只零件在上道工序完成后即转入下道这种方式的特点是每一只零件在上道工序完成后即转入下道工序。工序。 T0 一批的加工周期分ti 第i 工序单件加工时间
32、分/件 n批零件数件m工序数te最长工序的单件加工时间分/件404141消费过程的时间组织：消费过程的时间组织：消费过程的时间组织：消费过程的时间组织：3. 3. 3. 3. 平行顺序挪动平行顺序挪动平行顺序挪动平行顺序挪动这种方式综合了上述两种方式的优点，既尽可能地做到平行加这种方式综合了上述两种方式的优点，既尽可能地做到平行加工，又保证每一工序上能连续加工。详细做法是当上道工序工，又保证每一工序上能连续加工。详细做法是当上道工序加工时间小于下道工序时，那么零件加工完立即转移；反之加工时间小于下道工序时，那么零件加工完立即转移；反之假设上道工序加工时间大于下道工序那么采用等加工到一定假设上道
33、工序加工时间大于下道工序那么采用等加工到一定数量足以保证下道工序的连续加工时才将完工的零件转移。数量足以保证下道工序的连续加工时才将完工的零件转移。T0批加工周期分ti 第i工序单件加工时间分/件n批零件数件m工序数tbk第k工序为单件工时比k-1工序及k+1工序均长的工序的单件工时分/件；tsj工序的单件工时，比j-1及j+1工序均短；414242假设某零件有四道工序，每一工序的加工工时为：工序号工序号1 1 2 2 3 34 4时间分时间分1 10 05 5 1 12 27 7试分别用三种时间组织方式计算零件批量度为4 时它们的总加工时间为多少？并确定您选用哪种组织方式？424343复习考虑题1. 试述制造业竞争要素。并分析其中哪几个是制造的要素？2. 试说明制造系统的系统性特征。3. 试画出现代制造系统的功能框图。4. 何谓制造系统三流构造？5. 试述制造系统的分类。43
