构建生产系统

任务一　构建生产系统

学习目标

·知识目标

熟悉企业生产过程的空间和时间组织，理解企业生产能力的形成并能计算企业的生产能力，具备进行企业生产系统设计的能力。

·促成目标

(1)了解生产过程组织的基本要求。

(2)掌握三种零件移动方式的特征。

(3)熟悉流水生产线设计与平衡方法。

(4)理解企业生产能力的形成并能计算企业的生产能力。

工作任务

工作任务书(4-1)

【活动】一　××公司生产过程的调研

【活动目标】

(1)增强对生产过程的感性认识。

(2)培养组织生产过程的初步能力。

【活动内容与要求】

(1)教师准备一些生产加工企业生产过程的视频，结合PPT课件在课堂上展示给学生。

(2)要求学生了解并分析企业生产流程。

(3)全体学生分成五组，各组以模拟公司为单位，深入一家生产加工企业进行参观调研，了解企业生产的有关情况。

(4)各组回到课堂就调研体会进行交流，并派代表发言，其他组认为需要补充的，可以对该组的发言进行补充。

(5)实施要求:活动前制定好规则，全班同学以小组(模拟公司)为单位分组集中一起进行讨论。

【成果与检测】

(1)各模拟公司提供分析该企业生产过程的简要报告，对报告打分:完成得全面细致到位的为优秀;能按要求完成的为良好。占本次活动总分的50%。

(2)对各模拟公司课堂表现进行打分:交流活跃、发言主题突出有创新、不仅能为其他小组发言作相应补充并且能改正其他小组陈述中的错误的为优秀;交流积极、发言到位、能对其他小组作相应补充的为良好。占本次活动总分的50%。

【活动】二　××公司生产过程的空间和时间组织

【活动目标】

培养学生熟悉企业生产过程的空间组织、时间组织的能力。

【活动内容与要求】

(1)教师准备一些生产加工企业生产过程的视频，结合PPT课件在课堂上展示给学生。

(2)要求学生了解并分析企业生产流程，分析生产过程的空间和时间组织形式。

(3)全体学生分成五组，每一组完成一份生产过程的空间和时间组织的制作，要有明确的人员分工说明。

【成果与检测】

(1)各模拟公司提供分析该企业生产过程的空间和时间组织形式的简要报告，对报告打分:完成得全面细致到位的为优秀;能按要求完成的为良好。报告占本次活动总分的50%。

(2)对各模拟公司课堂表现进行打分:交流活跃、发言主题突出有创新的为优秀;交流积极、发言到位的为良好。课堂表现占本次活动总分的50%。

知识讲解

一、生产过程的组织

(一)生产过程与生产类型

1．生产过程的构成

生产是通过劳动把资源转化为能满足人们某些需求的产品的过程。生产过程就是从投料开始，经过一系列的加工，直至成品生产出来的全部过程。

按承担的任务来划分，可将生产过程分为以下五个部分:

(1)生产技术准备过程。这是产品在投入生产前所进行的各项生产技术准备工作。具体的工作有产品设计、样机试验鉴定、工艺设计、工艺装备的设计等。

(2)基本生产过程。这是对企业的基本产品直接进行工艺加工的生产过程。其可进一步划分为若干个生产阶段，每个生产阶段又可划分为若干个相互联系的工序。生产阶段是按照使用的生产手段的不同和加工性质的差别而划分的局部生产过程。如机械制造企业一般分为三个生产阶段:准备阶段、加工阶段和装配阶段。工序是组成生产过程的基本环节，是在一个相对集中的工作台位上，由一个或者数个操作者对一定的劳动对象所进行的特定的生产活动。工序划分主要取决于生产技术的要求。

(3)辅助生产过程，是指为保证基本生产过程的正常进行而从事的各种辅助性生产活动。如为基本生产提供动力、工具和维修工作等。

(4)生产服务过程，是指为保证生产活动顺利进行而提供的各种服务性工作，如提供生产所需要的各类物资的供应、运输与保管、技术检验等。

(5)附属生产过程，是指利用企业生产基本产品的边角余料、其他资源、技术能力等，生产市场所需的不属于企业专业方向的产品的生产过程，如电机厂利用边角余料生产小电器制品的生产过程。

以上五个部分，除了基本生产过程不可或缺以外，其余四个部分对某个企业来说，不一定全部具备，应视企业生产规模、专业化协作方式以及企业的组织结构而定。

请注意生产过程各组成部分之间的关系。

图4-1　生产过程五个组成部分之间的关系

综上所述，生产过程的构成是指

生产过程的各个部分(生产技术准备过程、基本生产过程、辅助生产过程、生产服务过程，生产过程的各个工艺阶段，基本工序和辅助工序)之间的组成情况和相互联系。

2．生产过程组织的基本要求

(1)生产过程的连续性。生产过程的连续性是指物料处于不停的运动之中，且流程尽可能短，它包括空间上的连续性与时间上的连续性。为了保证生产过程的连续性，首先需要合理布置企业的各个生产单位，使物料流程合理。其次，要组织好生产的各个环节，包括投料、运输、检验、工具准备、机器维修等，使物料不发生停歇。

(2)生产过程的比例性。其要求生产过程各环节的生产能力要保持恰当的比例，使其与生产任务所需求的能力相匹配。如果比例性遭到破坏，生产过程必将出现“瓶颈”，则会造成非瓶颈资源的能力浪费和物料阻塞，破坏了生产过程的连续性。

(3)生产过程的平行性。其要求物料在生产过程中实行平行交叉作业。平行作业是指相同的零件同时在数台相同的机床上加工;交叉作业是指一批零件在上道工序还未加工完时，将已完成的部分零件转到下道工序加工。

(4)生产过程的均衡性(节奏性)。其要求产品从投料到完工能按计划均衡地进行，能够在相等的时间间隔内完成大体相等的工作量。生产不均衡会造成忙闲不均，既浪费资源，又不能保证质量，还容易引起设备、人身事故。

(5)生产过程的准时性。其要求生产过程的各阶段、各工序都按后续阶段和工序的需要组织生产，即在需要的时候，按需要的数量，生产所需要的零部件。准时性将企业与用户紧密联系起来，并且只有各道工序都准时生产，才能准时地向用户提供所需数量的产品。

(6)生产过程的柔性(即适应性)。其要求同样的设施和工人，在生产组织形式基本不变的条件下，具有适应加工不同产品和生产能力，并且能保持高生产率和良好的经济效益。

上述几个要求是相互联系、相互影响的，生产过程的比例性是实现连续性、平衡性的重要条件，是保证均衡性的前提;均衡性、连续性、平行性又相互影响、相互作用。它们是衡量生产过程是否合理的标准，也是企业取得良好的经济效益的重要条件。

3．生产类型

生产类型是影响生产过程组织的主要因素，其具体类型如下:

(1)按生产工艺特征进行划分，可分为以下两大类:①流程(连续)式生产，即生产过程一开始，被加工的材料就不停顿地按同样的顺序流过一系列固定的生产设备，直到变成产品为止，如化工、炼油生产等都均属于这种生产类型。②装配(间断)式生产，即从零件制造开始，经过部件组装到整台(套)产品总装完成，如机电产品的生产过程就是其典型代表。

(2)按生产的重复程度(产品的专业化程度)进行划分，可分为:①大量生产，即生产数量很大，而品种只有几种，或在同一工作地重复同一工作的频率很高，如标准件厂、大型汽车制造厂等企业的生产过程都属于这一生产类型。②单件生产，即生产品种繁多，而每种产品仅生产一件或少数几件，只生产一次或不定期重复，故生产条件最不稳定，如造船、商业印刷机、大型电机等就属于这种生产类型。③成批生产，即在计划期内，有较多品种的产品分成若干批，轮流投入，其批量不算太大，且要重复生产。成批生产由于范围很广，可细分为“大批生产”、“中批生产”和“小批生产”三种。

请注意成批生产与大量生产之间的区别。

【小知识4-1】

由于大批生产和大量生产的特点相近，所以，习惯上合称“大量大批生产”。同样，小批生产的特点与单件生产的特点相近，习惯上合称“单件小批生产”。有的企业生产的产品品种繁多，批量大小的差别也很大，习惯上，也称作“多品种中小批量生产”。

(3)按接受生产任务的方式进行划分，可分为:①备货生产，即企业根据对市场需要的预测确定产品生产任务，产品是面向广大用户的共同需要设计的，多是标准化产品，如家用电器、冰淇淋、糖果、洗涤用品、自行车等;②订货生产，即根据顾客的订单确定产品生产任务，产品和服务是按用户的特殊要求设计的，有明确的交货期，如专用软件开发、时装定制、汽车修理等。

(二)生产过程的空间组织

生产过程的空间组织是指在空间上合理地确定企业内部各生产单位和各生产阶段的设置和运输路线以及劳动者、劳动资料等生产要素在空间上相互结合的方式。其主要组织形式有工艺专业化、对象专业化和综合形式三种。

1．工艺专业化

这是按生产工艺性质的不同来设置生产单位的一种生产空间组织形式，如机械工业企业中的机械加工车间，就把所有零件的切削加工任务都承担了。

2．对象专业化

又称为产品专业化形式，这是按照产品(零部件)的不同来设置生产单位的，是以加工对象的全部或大部分工艺为中心建立工作中心。在产品专业化的生产单位里，集中了为制造某种产品所需的各种设备，设备按工艺过程的顺序排列，加工对象是相同的，对相同的产品进行不同工艺过程的加工。

3．综合形式

一般来说，一个较大的企业并非单纯按工艺专业化或对象专业化来组织生产，有些车间可能按工艺专业化组织专门进行某些工艺过程的加工，而有些车间可能按产品专业化组织专门进行某些产品或零部件的加工。这种工艺专业化和对象专业化相结合进行空间组织的工厂就是综合形式的空间生产组织。

小思考4-1

请举例说明上述三种生产过程的空间组织形式。

(三)生产过程的时间组织

生产过程的时间组织主要是研究劳动对象在生产过程中各道工序之间的结合与衔接(移动⁾方式。一般来说，一个复杂的生产过程，其产品工序之间的衔接可以有以下3种方式。

1．顺序移动方式

即每批制品在上一道工序加工完毕后，整批地移送到下道工序进行加工。采用这种移动方式组织工作比较简单，但因零件是整批地在各道工序加工和运送的，造成了等待运输和等待加工的停顿时间，因而工艺周期最长。

【案例分析4-1】

有一批零件，批量为4，每个零件在各道工序的加工时间分别为:t₁=10分，t₂=5分，t₃=20分，t₄=5分。这批零件的顺序移动方式如图4-2所示。

图4-2　顺序移动方式

在这种移动方式下，加工时间的长度与每批零件的数量和一个加工件在所有工序的加工时间成正比例，计算公式为:

式中，T_顺——顺序移动方式下的加工周期;n——批量;m——工序数;t_i——在第i道工序上的单件加工时间。

2．平行移动方式

即每一件制品在一道工序加工完毕后，立即转移到下一道工序继续加工。这种方式的零件在工作地之间的运送是逐件进行的，对整批零件的加工在时间上是平行交叉进行的，因此能够缩短产品生产周期，加快产品生产的进程，但会带来大量的厂内运输工作量。案例4-1中该批零件的平行移动方式如图4-3所示。

图4-3　平行移动方式

平行移动方式下的一批加工件的加工周期的计算公式为:

式中，T_平——平行移动方式下的加工周期;t_L——最长工序上的单件加工时间。

3．平行顺序移动方式

即当一批制品在前一道工序中尚未全部加工完毕时，就将已加工完的部分制品转到下道工序进行加工，并命名下道工序能够连续、全部地加工完该批制品。这种方式具有工序内连续加工、工序间平行作业于一体的特点，能较好地提高设备负荷率和缩短生产周期。案例4-1中该批零件的平行顺序移动方式如图4-4所示。

平行顺序移动方式具有怎样的优点?如何弥补顺序移动方式与平行移动方式的不足?

图4-4　平行顺序移动方式

平行顺序移动方式下的一批加工件的加工周期的计算公式为:

式中，T平顺——平行顺序移动方式下的加工周期;min(t_i，t_i+1)——相邻两道工序中单件加工时间较短的工序单件时间。

比较3种生产过程的时间组织方式，从工艺周期看，平行移动方式最短，平行顺序移动方式次之，顺序移动方式最长;从设备利用方面看，平行移动时生产效率高的工序可能会出现停顿现象;从组织管理方面看，平行顺序移动方式最为复杂。

3种移动方式各有其优缺点，一般来说，批量小时宜采用顺序移动方式;批量大时宜采用平行顺序移动或平行移动方式;零件加工时间短时可采用顺序移动方式;反之，可采用平行顺序移动方式;若按工艺原则组成时，宜采用顺序移动方式;而按对象原则组成时，可采用平行顺序移动方式或平行移动方式。

【案例分析4-2】

某车间加工一批零件，数量为6件，要依次经过5道工序，各工序的单件加工时间分别为:t₁=10分，t₂=4分，t₃=12分，t₄=6分。试分别求出顺序移动、平行移动和平行顺序移动方式下这批零件的加工周期。

(四)流水生产的组织

流水生产的组织。

流水生产亦称流水线生产、流水作业，是加工对象按照一定的工艺路线、有规律地从前道工序流到后道工序加工，并按照一定的生产速度连续完成工序作业的生产过程。

1．流水生产的分类

由于具体条件不同，组织流水生产可以有多种形式，如表4-1所示。

表4-1　流水线的分类

2．流水线生产的组织设计

多对象流水线的组织设计较为复杂，下面仅介绍单一对象流水线组织设计的主要内容。

(1)确定流水线的节拍或节奏。节拍是指流水线上连续投入或出产两个制品的时间间隔。它表明流水线的生产效率，是组织流水生产的基础。其计算公式为:

在式(4-4)中，计划期有效工作时间是指制度时间扣除必要的停歇时间后的有效工作时间，计划期产品出产量包括计划产量和预计废品量。

若计算的节拍很小，制品的体积也很小，为了运输的经济性，这时要计算节奏。节奏是流水线顺序出产两批同样制品的时间间隔，其计算公式为:

(2)工序同期化，即通过采取技术组织措施调整工序时间，使之尽可能与节拍相等或成整数倍关系的过程，然后再把有关的小工序集中起来组成大工序，并使之单件作业时间接近节拍或节拍的倍数。

(3)计算工作地数和负荷系数，工序同期化后，可计算流水线工作地(设备)数及负荷率。每道工序的工作地(设备)数目计算公式为:

计算出的工作地需要数一般不是整数，应取大于计算结果的近似整数。这时就出现了工作的负荷问题。流水线的负荷率计算公式为:

负荷率的大小，表明流水线生产能力利用程度和生产效率的高低。一般地，机器工作流水线的负荷系数不应低于0．75，以手动操作为主的装配流水线的负荷系数最小值为0．85。

(4)计算流水线的工人人数。在以手工操作为主的流水线上，需要配备的工作总数等于流水线上所有工作地的工人人数之和，并考虑出勤率。每个工作地需要配备的工人人数的计算公式为:

工作地需要配备的工人数=工作地同时工作的工人数×工作班次(4-8)在以设备加工为主的流水线上，配备工人时要考虑工人实行多机床看管和兼管的可能性，以及配备后备工人的必要性。

(5)设计流水线的运输方式及装置。在连续流水线上通常采用传送带(如有带式、吊运式、旋转工作台、重力滑梯、专用托盘、专用小车等)装置传送工序之间的加工件。传送带的长度和速度计算公式分别为:

(6)流水线的平面布置应充分利用车间的生产面积，使机器设备、工具、运输装置和工人操作有机地结合起来，按照工艺过程的顺序，合理地安排各个工作地，以达到运输路线最短的目标。

流水线的平面布置的开关一般有直线形、直角形、开口形、山字形、环形和蛇形等。工作地的排列有单列式和双列式。单列式工作地是将工作地布置在传送带的一侧，双列式工作是将工作地布置在传送带的两侧。

二、生产能力的形成

(一)生产能力及其度量

企业的生产能力是指企业在一定时期内(通常以年计算)，在合理的、正常的技术组织条件下，所能生产的一定种类和一定质量产品的最大数量，或者可能加工处理一定原材料的最大数量。它是反映企业所拥有的加工能力的一个技术参数，也反映企业的生产规模。

1．生产能力的种类

其主要有:

(1)设计能力。这是企业建厂时在基建任务书和技术文件中所规定的生产能力，它是按照工厂设计文件规定的产品方案、技术工艺和设备，通过计算得到的最大年产量。

小思考4-2

企业建成之后，其设计能力在以后的生产过程中能否加以突破?为什么?

(2)查定能力。对于老企业，可能由于产品方向有所改变，或者产品结构的重新设计，也可能因为工艺方法有所改进等种种原因，当初的设计能力已不能反映实际情况，这时需要对企业的生产能力进行重新核准，称此结果为查定能力。

对于一个老企业，你认为哪种生产能力最重要?

(3)计划能力。企业在年度计划中规定本年度要达到的实际生产能力称为计划能力。计划能力包括两大部分:一是企业已有的生产能力，是近期内的查定能力;二是在本年度内新形成的能力。后者可以是以前的基建或技改项目在本年度形成的能力，也可以是企业通过管理手段而增加的能力。

2．生产能力的计量单位

常见的生产能力计量单位如下:

(1)以产出量为计量单位。调制型和合成型生产类型的制造企业生产能力以产出量表示十分确切明了，如钢铁厂、水泥厂等都以产品吨位作为生产能力。若企业生产多种产品，则选择代表企业专业方向，产量与工时定额乘积最大的产品作为代表产品，其他的产品可换算为代表产品。换算系数K_i的计算公式为:

式中，K_i——i产品的换算系数;t_i——i产品的时间定额;t₀——产品的时间定额。

(2)以原料处理量为计量单位。对于使用单一原料生产多种产品的企业，以工厂年处理原料的数量作为生产能力的计量单位是比较合理的，如炼油厂等。

(3)以投入量为生产能力计量单位。有些企业如果以产出量计量它的生产能力，则会使人感到不易把握，如发电厂用年发电几十亿度的产出来计量，不如用装机容量来计量更方便。这种情况在服务业中更为普遍，如航空公司以飞机座位数量为计量单位，而不以运送的客流量为计量单位。这类企业的生产能力有一个显著的特点，就是能力不能存储，服务业往往属于这种类型。

(二)生产能力计算

不同类型的企业，其生产能力计算方式不同。相比之下，制造企业的生产能力计算稍微复杂一些，其生产能力计算主要有以下两种情况。

请注意制造企业的生产能力计算方式。

1．成批生产类型企业生产能力的计算

此类型企业生产单位的组织通常采用工艺专业化原则。产品的投料与产出有较长的间隔期和明显的周期性。它们的生产能力计算与以工艺专业化原则划分车间和班组有密切关系。

(1)单台设备及班组生产能力计算。一般采用设备提供的有效加工时间(又称为机时)来进行其生产能力的计算，其计算公式为:

式中，F_e——设备有效工作时间(机时);F₀——年制度工作时间;h——设备制度工作时间计划利用率;q——设备计划修理停工率;d——设备计划修理停工时间。

如果班组内全部设备的加工技术参数差异不大，则全部设备的机时之和就是班组的生产能力。如果技术参数相差很大，这时有必要再分别统计不同参数设备的机时，着重查看某些大工件的设备加工能力能否满足。

(2)车间生产能力的确定。由于车间的生产对象往往是产品或零部件配套数，因此其生产能力应该以产量计量。工时与产量之间进行换算后会发现，各设备组(班组)的生产能力是不平衡的。车间的生产能力可以按关键设备能力来确定。能力不足的设备组，可以通过能力调整措施来解决。

(3)工厂生产能力可以参照主要生产车间的能力来确定。能力不足的车间，可以通过能力调整措施来解决。

2．流水线生产类型企业生产能力的计算

先计算各条零件制造流水线的能力，再确定车间的生产能力，最后通过平衡，算出全厂的生产能力。

(1)流水线生产能力的计算。流水线的生产能力取决于每道工序设备的生产能力，所以，计算工作从单台设备开始，其计算公式为:

式中:M_单——单台设备生产能力;F_e——单台设备计划期(年)有效工作时间(小时);t_i——单位产品在该设备上加工的时间定额(小时/件)。

工序由一台承担时，单台设备的生产能力即为该工序能力。当工序由S台设备承担时，工序生产能力为M_单·S。这种由设备组成的流水生产线，各工序能力不可能相等，生产线能力只能由最小工序能力确定。

(2)车间生产能力的确定。其分为两种情况:一是对于零件加工车间来说，每个零件有一条专用生产线，所有零件又都是为本厂的产品配套，则其生产能力应该取决于生产能力最小的那条生产线的能力;二是对于部件制造车间来说，其既有零件加工流水生产线，又有部件装配流水线，则其生产能力应该由装配流水线的能力决定。即使有个别的零件加工能力低于装配流水线能力，也应该按照这个原则确定，零件能力不足可以通过其他途径补充。

(3)工厂生产能力的确定。在确定了车间生产能力的基础上，通过综合平衡的方法来确定工厂的生产能力。首先，对基本生产车间的能力进行平衡，基本生产车间的生产能力通常按主导生产环节(即产品加工的关键工艺或关键设备)来确定。然后，再对基本生产车间与辅助生产部门的能力进行平衡，一般来说，工厂的生产能力主要由基本生产车间的能力决定，如果辅助部门的能力不足，可以采取各种措施来提高它的能力，以保证基本生产车间的能力得到充分利用。

【小知识4-2】

福特汽车公司的流水线生产方式

1910～1920年，美国福特汽车公司根据泰罗的节拍生产理论，通过设计制造大量专用机床，首先建立了流水线生产方式。1920年2月7日，福特工厂创造出了平均每分钟生产一辆“T”型车的纪录，使该车成本由1908年刚推出时的890美元一辆降到1926年的190美元一辆。流水线生产方式开创了机械工业大规模生产时代。进入40年代后，人们对刚性自动化生产(以单一品种、大批量生产为特征)逐步进行了改善，利用当时发明的各种机械、电气、液压的自动化装置，设计制造出各种高效的自动化机床，再用自动输送带将各单机连接成自动生产线，从而使流水线生产方式达到成熟阶段。