工业工程科研创新训练.docx
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工业工程科研创新训练
工业工程科研创新（论文）
题目：
制造业生产管理研究
——以江苏通圆回转轴承制造厂为例
学院：
专业名称：
工业工程
指导教师：
姓名学号：
二O一四年十一月
制造业生产管理研究
——以江苏通圆回转轴承制造厂为例
摘要：
该工业工程科研创新训练主要是强调对某一专业课程的实际运用进行研究。
本文主要讨论的是制造业的生产制造为基础，即生产与运作管理的实际运用。
制造过程是资源（原材料、劳动力、能源等也称为生产要素）转变为有财富性产品的过程。
以制造过程为基本行为的制造业将可用资源与能源通过企业的制造过程，转化为人们使用或利用的工业品或生活消费品。
而生产运作管理的内容包括对生产运作系统设计、运行和维护改进过程的管理。
这里我们着重研究生产运作系统设计和运行的管理，因此我们以一个车间为例，对其设施布置、生产过程进行研究，使得在最短的时间内生产出最做多的合格产品，以最低的疲劳限度获得最大的产出和以最少的时间生产最多的产品，缩短产品的生产周期和交货期，增加企业的核心竞争力。
关键词：
工业工程生产管理
1引言
1.1研究背景和意义
随着科技的进步和信息加速发展，对于商家而言，如何选址一个适当的工厂位置以及如何在竞争激烈的市场中获得强有力的竞争优势，压倒对方，不断地扩大市场占有率，以最低的生产成本获得最佳的生产效率及高质量的产品，成为生产这门最关心的问题，从选址—布局—生产制造—包装—运输—销售的一条龙服务的环节，每一节都影响到企业的投资和竞争优势。
为了能在以最低的成本获得最大的经济效益是所有厂商的目标，但是如何实施才能实现这一目标就成了阻碍。
近年来随着工业工程的不断壮大，在解决这些问题时提供了强有力的决策依据，通过各种相关软件的运行分析，不断地完善和解决企业所面临的问题，很好的展示了工业工程的使用价值。
给许多企业带来了生机，现在就一江苏一轴承加工厂为例，对全部过程进行分析。
公司背景介绍：
江苏通圆回转支承有限公司座落在美丽富饶的洪泽湖东岸，淮安市洪泽东双沟工业集中区，公司占地面积80亩，拥有现代化厂房1.6万平方米及办公、员工生活设施；拥有高精度的数控等回转支承加工设备生产线；同时，公司拥有回转支承专业研发人员和一批具有20多年从事回转支承生产、制造的高素质员工队伍，是集设计、研发、制造与一体的回转支承专业化制造公司。
产品主要用于挖掘机、汽车起重机、塔式起重机生产企业配套，并广泛应用于工程机械、港口机械、建筑机械、风力发电、冶金等领域，公司产品销往全国各省市地区，连续多年被淮安市评为“重合同、守信用”企业、AAA级企业资信单位及江苏省质量信得过企业。
企业宗旨：
质量高标准，技术严要求，价格更合理、服务更优良、管理更规范、用户最满意即是通圆公司的宗旨。
2生产运作管理的概念
2.1生产运作管理的内容
现代管理思想认为，生产运作、营销和理财是一切社会组织最主要的三项基本职能。
由此可见，生产运作对于企业的重要程度，特别是以制造为主要盈利方式的企业来说，生产运作的好坏尤为关键。
而生产运作的类型主要有两种，即产品生产和服务运作。
其中产品生产只要指那些以生产、销售实物产品作为主要的盈利方式的企业，如发电厂、电器厂、手机厂商等；服务运作则是主要以提供服务为输出的企业，旅游公司、咨询公司、婚介所等都是这样的类型。
由上面的背景，我们可以看到，江苏通圆回转支承有限公司是一家以制造回转支承产品的公司，其生产运作过程是产品生产。
生产运作系统的设计包括产品或服务的选择和设计、生产运作设施的定点选择、生产运作设施布置、服务交付系统设计和工作设计。
由于江苏通圆回转支承有限公司已经是一家生产回转支承的公司，这里我们就仅从以下几个方面对该公司的生产运作管理进行研究：
系统设施规划（SLP）、库存管理、物料需求计划（MRP）、企业资源计划（ERP）。
3系统设施规划
3.1系统设施规划的概念
设施布置与设计是决定企业长期运营效率的重要决策，它是将系统各个部门、工作中心按照系统中工作（顾客或物料）移动的情况来进行配置。
设施布置设计对生产系统极为重要，据测算，工厂生产运营成本中的20%～50%是与物料搬运和布置有关的成本。
生产系统设施布置要解决的主要问题是根据企业的运营目标和生产纲领，在已经确定的空间场所内，按照重原材料的接收、零件的产品的制造，到成品的包装发运的全过程，将人员，设备物料所需的空间做适当的非配和最有效的组合，以便获得最大的经济效益。
规划程序图
设施规划与设计阶段成果与工作内容
阶段
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
名称
确定位置
总体规划
详细规划
规划实施
成果
分析并确定位置及其外部条件
总体规划
详细规划
实施设施计划
主要工作内容
确定设施要求。
生产能力及需求量
选址及总体平面布置图
按规划要求做详细规划及详细布置
制定进度表或网络图
财务工作
财务平衡论证
财务总概算比较
财务详细概算
筹集投资
各阶段的费用关系如所示
3.1.1设施布置的主要内容
（1）物流和物料搬运设备。
根据物流的重要性和形式，确定采用何种设备，是传送带，起重机自动仓库还是自动小车来发送和储存物料，并考虑物料在不同工作单元间移动的成本。
（2）容量和空间要求。
只有先确定了人员，机器设备后，才能进行设置，应为每一作业单位分配合理的空间，并考虑通道洗手间等附属设施要求。
（3）环境和美学。
布置决策也要确定窗户，分隔高度，室内植物等环境因素，以降低噪音，改善空气流通金额提供隐私性等
（4）信息流。
通信交流对公司也是很重要的，必须方便交流，在办公室布置中这一点极为重要。
其次我们来了解一下物流设施的构成
其中对作业单元的大小划分对布置设计的顺利进行十分必要，所以首先我们来了解作业单位的层次。
3.1.2基本布置类型
（1）定位式布置
定位式布置主要用于工程项目和大型产品生产的一种布置形式，它的加工对象位置，生产工人和设备都随加工产品所在的某一位置而转移。
在实际应用中，存在着局限性①场地空间有限②不同的加工时期物料和人员需求不一样，给生产组织者带来较大困难。
③物料需求量是动态的。
（2）产品原则布置
产品原则布置又称流水香布置或对象原则布置。
产品原则布置的基础是标准化和作业分工，整个产品被分解成一系列标准化作业，有专业的人力机加工设备来完成。
当生产的产品品种少，批量大时，应当按照产品的加工工艺过程顺序来配置设备，形成流水生产线或装配线布置。
优点：
①产品产出率高，单位产品成本低，专用设备投资也因产量大而摊薄，②每一个产品都按照自己的工艺流程布置设备，加工路程最直接最短，无用的停止时间也少。
③操作人员制作一种产品的一个工序，效率高且所需培训少。
④生产管理和采购。
库存控制等工作也因变化少而简单。
缺点：
①它要求较多的设备，设备的投入高对残品种类及产量变化，设备故障等情况的响应交叉②线上工作重复单调，缺乏提升机会，可能会导致工人心里问题或职业伤害，③为了避免停产设备永健的库存可能较大。
（3）工艺原则布置
工艺原则布置是将功能相同或相似的设备排布在一起，常见于品种多，而数量不高的场合，具有较高的柔性，无论是对产品品种还是数量变化，还是对于加工设备的故障响应，由于批量加工和闲余设备的存在，个别设备的故障或人员的缺席不会对生产系统造成大的影响。
但是相应的这种布置方式存在机器和人员的利用率低，在制品的数量高等缺点。
（4）成组单元布置
成组单元布置是对产品原则布置和工艺原则布置得一种折中，是一种较为先进的布置方法，由于顾客需求的多样化，多品种，少批量的生产模式已经成为当前生产主流。
而成组技术就是识别和利用产品零部件的相似性，将零件分类。
一系列相似工艺要求零件组成零件族，针对一个零部件族的设备要求所形成的一系列机器。
综合了产品原则布置和工艺原则布置的优点，加工时间短，物流效率高，在制品数量低，准备时间短，，并且柔性高，灵活而具有发展潜力。
特征指标
生产时间
在制品
技术水平
产品灵活性
需求灵活性
机器利用率
工人利用率
单位产品成本
加工对象路径
维护性
定位置布置
中
中
混合
高
中
中
中
高
无路径
产品原则布置
短
低
低
低
中
高
高
低
固定
难
工艺原则布置
长
高
高
高
高
中-低
高
高
不固定
易
成组单元布置
短
低
中-高
中-高
中
中-高
高
低
固定
中
用图表示如下：
3.1.3设施布置的原则
1）整体综合原则。
设计师应将对设施布置有影响的所有因素都考虑进去，以达到优化的方案，
2）移动距离最小原。
产品搬运距离的大小，不仅反映搬运费用的高低，也反应物料流动的通畅程度，因此，应该按照搬运距离最小的原则来选择最佳方案。
3）流动性原则。
良好的设施布置应使在制品在生产过程中流动通畅，消除无谓停滞，力求生产流程连续化。
4）空间利用原则。
无论是生产区域还是储存区域看空间安排。
都应力求充分有效的利用空间。
5）柔性原则。
在进行厂房设施规划布置前，英烤炉各种因素变化可能带来的布置变更，以便于后续的扩展和调整。
6）安全原则。
应考虑使工作人员有安全感，并感到方便舒适。
3.2系统设施规划的运用
江苏通圆回转支承有限公司在原有基础上扩大生产厂规模和市场占有率，计划建设专门生产轴承类产品的制造厂,已经确定了厂址，现在要根据客户的不同需要,工厂可以生产定制的产品或标准件。
根据已有的订单以及预测需求，该厂可以年产100000套代号为120905的定制类轴承。
轴承生产厂的产品品种单一,产量较大,属于大批量生产,生产设施适合按产品原则布置,宜采用流水线的组织形式。
根据已有的流水生产方式轴承成品一般由内圈、外圈、滚动体（钢球或滚子）和保持架组成。
根据轴承的加工工艺将轴承的作业单位分为:
原材料库、锻造车间、热处理车间、机加工车间（车削车间、磨削车间）、精密车间、冲压车间、半成品库、组装车间、成品库、办公服务楼。
根据工厂土地规划可大致确定各作业部门所需建筑面积,见表
序号
作业单位名称
用途
建筑面积
1
原材料库
储存钢材
20*30
2
锻造车间
锻造
12*24
3
热处理车间
热处理
12*12
4
机械加工车间
车、磨、铣、剪切
12*36
5
精密车间
磨削
12*36
6
半成品库
储存外购件、半成品
12*24
7
冲压车间
冲压
12*12
8
组装车间
组装
12*36
9
成品库
成品储存
12*24
10
办公服务大楼
办公室、食堂
50*30
现有的加工轴承制造基本过程
<1>滚动体（钢球）制造基本流程
原材料——冷镦——光磨——热处理——硬磨——初研——外观——精研
<2>保持架（钢板）制造基本流程
原材料——剪料——裁环——光整——成形——整形——冲铆钉孔
<3>套圈（内圈、外圈）制造基本流程
原材料——锻造——退火——车削——淬火——回火——磨削——装配
通过分析现有的产品加工、组装、检验等各种加工阶段以及各工艺过程路线,计算每个工艺过程各工序加工前工件单件质量及生产的废料质量,最后根据全年生产量计算全年的物流量。
轴承总的生产过程可分为零件加工阶段--总装阶段--性能试验阶段，所有零件、组件在组装车间集中组装。
将轴承所有工艺过程汇总，绘制轴承工艺过程表,装配顺序为:
外圈→内圈→钢球→保持架。
随后我们必须根据现有的车间布置和产量，计算物流量。
我们做出个加工产品的车间距离和流量关系表。
我们假设以每个车间的中心位置为起点和终点，距离就等于直角边距离相加。
各车间的距离从至表
车间
原材料库
锻造
加工
热处理
精密
半成品库
冲压车间
原材料库
31
49
25
37
49
67
锻造
31
18
18
30
36
54
加工
49
18
24
36
54
36
热处理
25
18
24
12
40
36
精密
37
30
36
12
18
24
半成品库
49
36
54
40
18
12
冲压车间
67
54
36
36
24
12
零部件加工路线产量表
零部件
工艺路线
产量
外圈
1→2→3→4→3→5→6
8400
内圈
1→2→3→4→3→5→6
8400
钢球
1→2→3→4→5→6
42000
保持架
1→3→7→6
8400
绘制各车间流量从至表：
车间
原材料库
锻造
加工
热处理
精密
半成品库
冲压车间
原材料库
58800
8400
锻造
58800
加工
58800
16800
8400
热处理
16800
42000
精密
58800
半成品库
冲压车间
8400
绘制各作业单位对的物流强度从至表：
车间
原材料库
锻造
加工
热处理
精密
半成品库
冲压车间
合计
原材料库
1822800
411600
2234400
锻造
1058400
1058400
加工
1411200
604800
302400
2116800
热处理
403200
504000
907200
精密
1058400
1058400
半成品库
冲压车间
100800
100800
合计
1822800
1873200
1411200
1108800
1159200
302400
76776000
根据表的物流强度划分：
物流强度等级
符号
物流路线比例%
承担的物流量比例%
超高物流强度
A
10
40
特高物流强度
E
20
30
较大物流强度
I
30
20
一般物流强度
O
40
10
可忽略搬运
U
所以物流强度排序为：
1→2
1822800
1
A
3→4
1814400
2
E
4→5
1058400
3
E
2→3
1058400
4
I
5→6
1058400
4
I
3→5
604800
6
O
1→3
411600
7
O
3→7
302400
8
O
7→6
100800
9
O
做出物流强度相关图：
轴承厂作业单位物流相关和非物流相互关系不一致。
为了确定各作业单位之间综合相互关系密切程度,需要将两表合并后再进行分析判断。
其合并过程如下:
步骤一,选取加权值。
加权值的大小反映工厂布置时考虑因素的侧重点,对于轴承来说,物流因素（m）影响并不明显大于其他非物流因素（n）的影响,因此取加权值m：
n=1：
1。
步骤二,综合相互关系计算。
据该厂各作业单位对之间物流与非物流关系等级的高低进行量化,并加权求和,求出综合相互关系,绘制成作业单位综合相互关系图。
作业单位综合相互关系图
再将AEIOU关系量化为数值得到7个作业单位的综合接近程度和按分值的排序。
综合接近程度分数越高,说明该作业单位越靠近布置图的中心;分数越低,说明该作业单位越应该远离布置图的中心,最好处于布置图的边缘。
因此,布置设计应该按综合接近程度分数高低顺序进行,即按综合接近程度分数高低顺序来布置作业单位顺序。
A=4，E=3,I=2，O=1
作业单位代号
1
2
3
4
5
6
7
综合接近程度
5
6
8
5
6
3
2
排序
4
2
1
4
2
6
7
先考虑A级关系，依次递推，再取分值次高的。
画出线形图
标准为
关系等级
密切程度
线条数
颜色
A
绝对必要
红
E
特别重要
橘黄
I
重要
绿
O
一般
蓝
U
不重要
不着色
X
不希望
棕
4库存管理
4.1库存管理的概念
库存是指制品（原料、在制品、产成品）的贮存或储备，是用于将来目的而暂时处于闲置状态的资源。
这些资源可以是在仓库里、生产线上或者车间里，也可以是在运输途中。
一般来说，库存是维持正常生产，应付不测需求一保持生产的连续性所必须的。
库存管理的目标是：
在库存成本的合理范围内达到满意的顾客服务水平。
库存的作用有
库存的缺点
满足预期顾客的需求。
不确定的随时需求
占用资金
平滑生产需求。
调节生产能力与需求的平衡
分离运作过程。
设备故障与原材料运输中断等的及时补充
（2）增加库存成本、
防止脱销。
供应商的供货不及时和以外的原材料需求
合理规划订货周期。
通过集体订货和固定订货时间订货会更经济
（3）掩盖企业经营问题
避免价格上涨
为了达到有效库存管理的目的，必须达到以下条件：
建立一个有效的库存控制系统，用于监控现有库存并确定合理的订货量；建立库存细项的分类系统；做好需求预测，其中包括对可能预测失误的说明；了解生产提前期及变化幅度；对库存持有成本、订货成本、缺货成本合理评价。
4.1.1库存问题的基本模型
1、经济订货批量模型
经济订货批量（EOQ）就是在一定的条件下使年库存总费用最小的送货批量。
经济订货批量模型提供了一种简单有效的物料订货批量决策方法。
EOQ模型基于以下假设：
（1）需求已知而且不变。
（2）发出订货和接受订货之间的时间已知，而且不变。
（3）一批订货是瞬时到达。
（4）数量不折扣。
（5）订货成本是固定不变的，与订货量无关，且保管成本与库存水品成正比。
（6）没有脱货现象，及时补充。
基于以上假设，库存变化量的变化如下图所示。
经济订货批量模型
Q是批量平均库存量是Q/2订货点L订货间隔期ac订货提前期ab
在假设条件下，物品购入单价为常数且不予许缺货，全部物品在同一时间内入库。
由于提前期固定，所以可以取订货点为提前期内的需求量。
设系统最大库存量为Q，最小库存量为0，不存在缺货。
由于需求速率固定，库存数量以固定的熟虑降低，当库存量降低到订货点时，就按照Q发出一批新的订货。
经过一个固定的订货提前期后，物品到达并入库。
物品即将入库时，库存数量为0，物品入库后即到达Q。
下图表示了库存成本9存储成本以及订购成本）随订购量变化而变化的情况。
因为不会发生缺货的情况，因此缺货损失费用=0.
订购量与成本费用之间的关系
故此，年库存总费用=年购入成本+年订购成本+年储存成本
TC=DC+DS/Q+QH/2
TC——年库存总费用
D——年需求量
C——单位物品的购入成本（有时也用P表示）
S——每次订货的订购成本
H=CI——每单位物品每年的存储成本，I为单位物品年保管费用率
Q——订货批量
为求经济订货批量，将年库存总费用对订货批量求一阶导数，并令其为零，得：
4.2库存管理的运用
假设江苏通圆回转支承有限公司采用经济生产批量模型。
装配车间每天需要另一部门提供A部件50，该部门每年生产A部件15000件，若年工作日为250天，生产系统为生产A的调整成本为每次850元，A的生产成本为50元/件，年储存费用率为10%，
则生产率p=15000/250=60d=50D=50*250=12500c=50I=10%
H=CI=50*0.1=5
所以我们可以求得企业的经济生产批量为Q
5
=
其实在一开始我们就有介绍江苏通圆回转支承有限公司是为了扩大市场占有率，根据已有订单的顾客需求来生产的，所以就经济生产批量模型对于企业的生产具有极佳的指导作用。
5物料需求计划（MRP）、企业资源计划（ERP）
5.1物料需求计划（MRP）、企业资源计划（ERP）的内容
物料需求计划（MRP）是一种计算物料需求强和需求时间的系统。
它的思想就是以后道工序的需要来决定敲到工序应该提供什么什么时候提供，即围绕物料转化来组织制造资源，实现准时生产。
制造资源计划（MRPⅡ）就是在闭环MRP的基础上引入成本和财务系统，涵盖一个制造企业的供产销及财务等核心功能业务，实现了企业物流和信息流的统一。
企业资源计划（ERP）除了包括MRPⅡ的各种功能以外，管理覆盖面冲一个企业扩展到了整个供应链，并且支持做原话经营模式。
1）主生产计划（MPS）
主生产计划是确定每一个具体的产品在每一个具体的时间段内的生产计划，它是通过综合计划中产品出产计划的细化，根据订单和预测信息，在计划期内吧产品系列具体化，针对最终需求制定的生产计划。
主生产计划的任务就是把综合生产计划细化为可实施的操作，主要回答第一：
生产什么产品，第二：
每种产品的数量，第三：
每种产品开始生产的时间，每种产品的交货时间。
主生产计划位于计划体系的第三层，直接与综合生产计划和物料计划层相联系，关系表示如下：
MPS主要输入的是①销售的预测和合同的信息②物料主文件中与物料管理有关的信息（提前期、需求时界，计划时界、计划员代码，批量、批量增量，安全库存等信息）③库存量的信息
MPS主要输出是计划产品在未来一段时间内的需求量，库存量，计划产出量和投入量，可供销售量等信息。
MPS主要指标有毛需求量，计划接收量，预计可用库存量，净需求量，计划产出量，计划投入量，可供销售量，
毛需求量
在需求时区：
订单已经确定，毛需求量=实际订单数量
在计划时区：
毛需求量=max{预测量，订单量}
在预测时区内：
毛需求量=预测量或毛需求量=在{预测量，订单量}
计划接收量
计划日期之前下达，计划日期之后完成成接收的数量
预计可用库存量
某个时段期末库存量，可以用于需求计算的那部分库存量
净需求量
某时段内项目的实际需求量=本时段毛需求量-前时段末可用库存量-本时段计划接收量+安全库存量
计划产出量
当需求不能满足，即净需求量大于零时，根据设置的批量规则计算得到的应该出产货供应的数量
计划投入量
根据计划产出量，提前期和合格率等计算出来投入数量
可供销售量
编制计划的当期至下一批计划出产之前的期间：
可供销售量=前期预计可用库存量+计划产出量+（期间）计划接收量之和-（期间）订单量之和
其他期间：
可供销售量=计划产出量+（期间）计划接收量之和—（期间）订单量之和
MPS的调整和评估：
能力方面
正在所有时间段内，生产量是否都在计划能力之内
是否计划了充足的时间作设备维护
是否已经充分平衡了其他制造资源
交货期方面
交货日期是否延期
订单交货日期是否不现实
成本控制方面
是否有不应有的加班或外协
在用运输过程中是否负担了加急运输成本
供应的货是否很快用光
客户服务方面
交货情况是否满意
是否满足客户服务目标
时区方面
是否违背了确定时区的原则
2）物料
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