生产与服务的系统设计
System Design for Production and Service
邱灿华
同济大学经济与管理学院
Outline
系统的长期生产能力配置
生产设施的地点选择
生产设备的布置形式
工作系统的设计
物流网络
过程选择与系统设计
预测
产品和服务设计
能力计划
设施与设备
布置
工作系统
过程选择
技术
一、战略能力规划
1、生产能力（Capacity）：一个系统在一定时间内可以实现的产出量。
2、生产能力的时间性
（一）生产能力 Capacity
3、战略性生产能力计划的目的
战略能力
计划
总体
生产能力
设施
工具
劳动力规模
设备
企业的长期
竞争战略
市场反应速度
成本结构
库存策略
管理
员工政策
4、生产能力决策的重要性
决定未来满足需求的能力
生产能力影响了运作成本
规模经济性和规模不经济性
决定初始成本
生产能力决策与资源的长期投入
生产能力影响竞争能力
进入壁垒
（二）生产能力的度量
（功能性的生产能力）
每天实现的收入
店铺面积
零售店
每场售出的票数
座位数
剧院
每天招待的客人数
餐桌数、座位数
饭馆
谷物数量、牛奶产量
土地亩数、母牛数量
农业
每天钢铁吨数
炉膛尺寸
钢铁工厂
每班生产汽车数量
劳动工时、机器工时
汽车制造
产出
投入
行业
（三）生产能力计划
1、有效生产能力的决定因素
4．环境保护标准
3．培训和经验
3．社会
2、工作设计
2．安全条例
1．工作满足
1．产品标准
D．人力因素
F．外部因素
2．质量能力
5．设备故障
1．产量能力
4．维修政策
C．工艺
3．质量保证
2．产品或服务组合
2．材料管理
1．设计
1．排程
B．产品/服务
E．运行
4．环境
7．缺勤和跳槽
3．布局
6．学习率
2．选址
5．报酬
1．设计
4．动机
A．工厂设施
2、生产能力决策
需求的预测：
长期考虑：生产能力的整体水平。
短期考虑：需求季节性、随机不规则性波动。
设备和劳动力数量：
合理配置可获得的设备与劳动力数量：
3、开发生产能力方案中的策略
将柔性设计融入系统
全盘考虑生产能力的变化
新产品/服务、成熟产品/服务； 系统各部分的相关性；
处理生产能力的“瓶颈”
尽量避免生产能力的大起大落
建立互补需求模式，需求管理；综合计划技术；
明确最优运行水平
设施规模固定、设施规模连续可变
（五）服务能力计划
1、服务业与制造业生产能力计划的比较
时间：不能为以后的使用而储存。
场所：场所的接近性要求。
需求的易变性：顾客接触、需求的突发性。
2、服务能力利用率与服务质量
一般的服务排队系统
服务能力利用率达到最大服务能力的70%时，服务效果最好。
需求与服务能力差异的风险性考虑
风险很大：选择较低的服务能力利用率。
需求量相对稳定：较高的服务能力利用率。
特殊情况下的服务：足球比赛。
二、地点选择
1、地点选择的重要性
地点选择是一项长期决策
选定之后难以改变
影响生产中的固定成本和可变成本
运输成本：制造业的运输成本相当于产品价格的25%
其他成本：税收、工资、租金
2、影响地点选择的因素
国家选择的因素
政府的政策
市场的位置
劳动力：劳动生产率、成本
基础设施
外汇汇率
地区选择的因素
企业长远规划
地区的吸引力
劳工素质与劳工成本
能源成本
政府优惠
靠近客户和供应商
土地和建筑费用
位置选择的因素
地点的大小（利用空间）
地点成本
运输条件
协作服务条件
周边环境影响
2、制造业地点选择策略
着眼于成本
不同地点产品售价变化不大
地点对成本有至关重要的影响
影响运输和生产成本
不同地点成本相差悬殊
3、服务业地点选择策略
着眼于销售收入
不同地点销售成本相差无几
地点对收入有至关重要的影响
影响客户接触量
影响商业交易量
4、地点选择方法
工作步骤
列出影响因素，为其规定权数；
规定评价标尺并为各因素定级；
计算得分；
汇总厂址。
例：某厂有4个候选厂址，10个影响因素，应用分级加权法选址。
分级加权法 （因素评分法）
分级加权法选址 （因素评分法）
运输模型方法
解决从n 点到 m 点的运输规划问题。
重心法
三、设施布置问题
（一）布置决策 Facility layout
can be defined as the process by which the placement of departments, workgroups within departments, workstations, machines, and stock-holding points within a facility are determined.
对车间、工作中心和设备进行布局，以确保系统中工作流（顾客和材料）的畅通。
布置决策的重要性
无效率的运作（高成本、瓶颈）
物料的合理流动
在制品的数量
员工情绪
环境问题
设施规划决策的输入
设施规划的目标。
估计对系统的需求。
各部门之间物流和操作数量。
各部门需要的空间。
建筑物本身可用空间。
加工设备的能力。
（二）布置的基本类型
工艺原则布置 Process Layout
对象原则布置 Product Layout
成组技术布置 Group Technology (Cellular) Layout
定位布置 Fixed-Position Layout
机械加工的工艺设计过程
1、工艺原则布置 Process Layout
Gear
cutting
Mill
Drill
Lathes
Grind
Heat
treat
Assembly
111
333
222
444
222
111
444
111
333
1111
2222
222
3333
111
444
111
333333333
44444
333333
22222
工艺原则布置的特征
主要优点
系统能满足多样性的工艺要求；
系统受个别设备故障的影响不大；
通用设备、较便宜，维修易、费用低；
可采用个人激励方式；
主要缺点
在制品（WIP）库存很大；
要经常进行工艺路线选择及进度安排；
设备利用率低；
物料运输慢、效率低，单位运输费用较高；
工作复杂化导致监督跨度减少，监督费用高；
会计、库存控制、采购管理复杂；
2、对象原则布置 Product Layout
A U-Shaped Production Line
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
In
Out
Workers
对象原则布置的特征
主要优点
产量高；
减少了培训费用和时间；
专用设备高额费用因为规模效应而分担，单位成本低；
物料运输费用低；
工人和设备的利用率高；
工艺路线和进度安排固定；
会计、库存控制、采购管理程序化；
主要缺点
分工过细；
技术低的工人对维持设备和产出质量缺乏兴趣；
对产量、产品、工艺变化的适应能力差；
个别设备的故障、员工缺勤对整个系统的影响很大；
需要预防性维修，要求迅速修理能力；
与个人产量相关联的激励计划是不可行的；
3、成组单元布置
Group Technology (Cellular) Layout
-1111
-1111
222222222
- 2222
Assembly
3333333333
- 3333
44444444444444
- 4444
Lathe
Lathe
Mill
Mill
Mill
Mill
Drill
Drill
Drill
Heat
treat
Heat
treat
Heat
treat
Gear
cut
Gear
cut
Grind
Grind
成组技术 Group Technology
成组技术的基本原理
成组技术是以相似性原理为基础,合理地进行产品、工艺设计，技术准备和组织产品生产过程的一种方法。
理论依据：产品零件的相似性,具体表现在零件种类在机械产品中的使用概率。根据零件的相似程度可以把机械产品中使用的零件分成：标准件(A)，相似件(B)，复杂件(C)三种。据统计每一种的使用概率为：15％、60％、25％.
奥匹兹分类编码系统
成组技术布置的特征
具有对象专业化形式的优点，又有较高的柔性；
适合多品种、中小批量生产；
加工较快、物料运输量和在制品库存量都较少；
使生产准备时间缩短；
工人组成团队完成任务，改善人际关系；
有利于提高工人的操作技能；
4、定位布置 Fixed-position Layout
耕种、消防、房屋建设、大型船舶；
注意力重点：
材料和设备的运用时间的控制；
协调活动，管理负担大；
案例：欧洲迪斯尼乐园的能力规划 R2C p251
由于不当的规划，使其在1994年调整为巴黎迪斯尼之后，直到1999年才开始向美国迪斯尼和其他投资商回馈利润。
产生的原因：
以为与佛罗里达的迪斯尼一样顾客会停留4天，但只有两天，因为巴黎的只有一个主题公园，所以酒店原先安装的计算机计算机程序登记站多余了；
设有5200间客房，甚至超过嘎那，为实现营利目标，不得不将客房定价到远远高于为满足需求应定位的价格水平，入住率仅5成；
高峰期顾客居然高达淡季的10倍以上，法国员工的工作计划非常死板，问题变得更加难；
在湖边建设了豪华得有轨电车，可顾客偏喜欢步行；
以为欧洲人不吃早餐，餐厅设计太小，350个座位的餐厅要为7500人提供早餐；
乐园的停车场太小，放不下大公共汽车；
R2C P254
麦肯锡全球学会的一份报告指出：一家或几家企业管理长期生产能力水平的高低会影响到一个国家财富的价值状况。美国的投资利用率1974到1993年在%左右，国民为应付未来生活存入的钱可以更少。高生产率来自经营者的科学决策，给予消费者希望的产品同时有效经营管理企业。
日本电力储存了大量的发电能力，而绝大部分能力用不上，美国实施价格策略鼓励人们通过有效的方式来为房屋制冷；美国在电信产业的投资利用率超过日本和德国50%.
竞争越激烈,生产效率越高.
战略生产能力计划的主要目的是要提供一种方法用来确定由资本密集型资源-----设备、工具、设施和总体劳动规模-----综合形成的总体生产能力的大小，从而为企业实现长期竞争战略政策提供强有力的支持。
海尔空调产能的高速扩张与海尔特有的高价战略结合在一起，产生了一个大问题，海尔庞大的产能的出路何在？20多条生产线，“不打价格战，只打价值战”，产能发挥不出来，意味着一笔庞大的固定费用无法摊平。
R1C P126
厂址因素：运输成本、与市场的距离、劳动供应、能源和扩展空间；
产品和服务因素：产品和服务相识的话，生产相类似的产品的能力大，模块化和标准化的价值；
工艺因素：加工能力，产品质量问题导致检验和返工；
运行问题：不同设备之间的生产能力的矛盾产生的排程问题、存货储备的决策、发货的延迟、原材料供应等；
外部因素：外部污染标准、工会限制劳动时间；
R1C P128
各部分之间的相关性，迪斯尼的建设；
汽车、地铁由于天气的影响与系统运行成本；
建立互补性需求的产品；
服务能力利用率的确定：服务需求的不确定性很大，需求大于服务能力产生的风险也很打时，适宜采取较低的服务利用率.比如急救中心与消防队。
服务利用率要求较高：短途火车、邮件分检机；
特殊情况：足球比赛、舞台表演、酒吧；
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