生产与运作管理》实验指导书

《生产与运作管理》实验指导书 南京工业大学管理科学与工程学院工业工程系 实验注意事项（1）实验之前请认真复习和当次实验内容有关的知识，做好实验前的理论准备工作。

（2）按照实验室规定时间准时进入实验场地，不许大声喧哗，严禁携带与实验无关的物品，如食品、私人电脑等。

（3）实验开始之前，请认真听从实验室管理人员的指令，按顺序从存放实验仪器的位置提取当次实验所需的设备和其他必要的实验工具。

（4）严格按照实验指导教师的指令进行实验，并认真记录实验数据，严禁在实验过程中，私自拆卸、安装实验器具，以保证实验过程绝对安全，防止触电或损坏实验器具。

（5）实验结束后，在指导教师和实验室管理人员的指令下，整理实验器具并按照要求，将实验器具放置到原来存放实验器具的位置。

（6）整个实验过程，请保持实验室的安全、卫生，严格遵守实验室的秩序，爱惜实验器具，轻取轻放。

（7）实验完成后，按指导教师要求认真完成实验指导书和报告书，由于实验指导书和报告书每人限一册，请妥善保管，并在规定的时间内上缴。

（8）实验过程中，如有违纪违规，不能按照以上条例及实验室所规定的其他条例行事者，实验室管理人员和指导教师有权终止其实验活动，情节严重者将取消其后续所有的实验活动。

（9）请广大学生认真阅读以上条文和实验室其他规定，并按认真执行。

《生产与运作管理》 实验 的 学时划分和评分 方法（1）本课程实验由 2 个实验组成，每个实验的学时划分如下 实 验 内 容 学时划分 实验一 装配流水线控制实验 5 实验二 APS 生产排程实验 5（2）本课程实验综合成绩由 2 个实验综合计算，每个小实验单独给分，各小实验在实验综合成绩中的比例设定如下 实 验 内 容 占 综合成绩 的比例 实验一 装配流水线控制实验 50% 实验二 APS 生产排程实验 50%（3）每个实验的给分原则如下：

给分项目 分值 备 注 预习实验报告 10 通过实验前提问及实验预习报告的质量给定

实验态度 10 实验前后对仪器摆放和操作标准 实验到课情况 实验环境的维护等 操作技能 10 实验记录 10 创新能力 10 对实验系统的问题和见解 实验报告 50 实验一、装配流水线控制实验 1 1 ． 实验目的 本实验旨在加强学生对流水线生产的深刻理解，尤其是节拍的概念、生产负荷、生产瓶颈的理解，提高学生应用知识的能力，主要是节拍变换和负荷平衡的运用。

2 2 ． 实验原理和任务 流水线生产方式是企业里一种较为普遍的生产形式，对流水线的生产控制方法主要是设置节拍，根据节拍设置工位。

为了保证流水线获得较高的生产线平衡率，各个工位安排的实际操作工作时间须尽量接近节拍时间，并趋于一致。

控制节拍有两种方式：自由节拍和强制节拍。

本次实验任务：

（1）将实验用的产品拆开分解，计算组装时各个零部件所用的时间，设计一个包含 14 个工位的流水线。以获得最高的生产线平衡率为目标，计算其节拍并分配各工位的加工工序及加工时间。

（2）在进行强制节拍，在控制台进行各个工位的曲线绘制。并保存打印。

（3）进行自由节拍训练，在控制台进行各个工位的曲线绘制。并保存打印。并分析整个流水线的负荷情况，给出负荷平衡方法，计算出最后的生产线平衡率。以报告形式提交。

3 3 ． 实验方式 每次 15 人一组。

4 4 ． 实验内容与步骤 4.1 实验器材 实验器材包括硬件和软件两个部分，硬件部分包括：工业工程专用倍速链生产线（QXLMPS-003，6.25M ｘ０.４７Ｍ ｘ０.７５Ｍ）、工业工程专用皮带生产线（QXLMPS-00１，6.25M ｘ０.４７Ｍ ｘ０.７５Ｍ）、万向移动平台（０.４７X0.47X0.75m）辊筒式输送链、ＣＣＤ系统监控系统（动作分析）、传感器（包括移条码读入器、直接反射传感器、条码枪）动、系统总控台、系统控制柜、玩具自行车、装配工具及工具箱、无油空气压缩机一台。软件包括：组态王、ＶＢ、西门子ＰＬＣ编程软件。

2 4.2 实验步骤（1）拆分玩具产品，进行工位设计，确定节拍。

（2）进行流程设计，并进行强制节拍运行。分析流水线各工位的产能及生产线平衡率。

（3）进行自由节拍运行，分析流水线各工位的产能及生产线平衡率。

3 4.3 软硬件的具体操作（1 1）倍速链操作 倍速链上装有阻挡气缸，可以阻止工装板输送。踏下脚踏开关，则阻挡气缸会立即缩下，工装板没有阻挡则继续输送，松开脚踏开关，则阻挡气缸会自动升起以阻挡下一个工装板。如图 1-3 所示：

图 1 倍速链 图 2 阻挡气缸 图 3 脚踏开关（2 2）电子看板 本系统所选用的电子看板，安置于装配线旁，作为目视管理设备，将管理信息通过计算机下达给各管理人员。该电子看板的显示屏可同时显示 20 个字符，300 个字符之内可滚动显示。电子看板系统与主控机为串口通讯（COM1）。

（3 3）主控制台 通过计算机通讯及各种软件来控制生产线各设备的正常运行。由一台主控计算机（含各种编程软件，如图 4 所示）、主控操作台及各种通讯连接电缆、接口等组成。

主控计算机的 PCI 插槽上装有西门子 CP5611 通讯卡。控制柜中的 EM277 模块与 CP5611通讯卡之间的通信方式为 PROFIBUS-DP 协议。CP5611 通讯卡与上位机软件组态王之间通过PC Access 软件配置，实现 OPC 通讯方式。

图 4 主控台（4 4）软件操作 ①将实验室总电源打开。

②打开空气压缩机开关，等待充气完毕。(图示为关闭状态)如图5 所示：

图 5 空气压缩机 ③开启主控计算机。

④主控计算机完全启动好后，检查倍速链上的紧停按钮有没有松开，然后将 PLC 控制柜的空气开关 QS1.1 打到“On”档（向上扳）。等 PLC 的 CPU 模块上的“RUN”指示灯和 EM277 通讯模块上的“POWER”灯点亮后，说明控制柜的电源开启成功。如图 6 所示：

图 6 控制柜电源 ⑤将电子看板电源打开。

⑥运行主控机程序 图 7 主控机程序 在主控机上将运行两个程序，如上图 7 所示，其中“Form1”是条码阅读器的通讯程序； “南京工业大学工业工程实验”是主控机的人机界面，用组态王软件开发。

开启这两个程序的具体步骤如下：

A．运行条码阅读器的通讯程序 双击桌面的“快捷方式到读条码”图标，如图 8 所示 图 8 桌面“快捷方式到读条码”图标 如果桌面没有该图标，请在“我的电脑”中找到源程序并运行。

工程路径：C:工业工程程序代码读条码 VB 工程名：读条码.exe 运行成功后,弹出如下画面图 9 所示。

图 9 运行成功

B．运行组态王人机界面 双击桌面的“组态王 6.03”图标，如图 10 所示：

图 10 组态王人机界面 弹出以下画面，如图 11 所示：

图 11 组态王工程管理器 单击如上图所示的光标条，并点击工具条中的“运行”按钮。

图 12 运行组态王软件 如果出现上图所示失败提示，则说明步骤（1）中条码阅读器通讯程序未正确运行。请先点击“退出”按钮，退出组态王运行系统，然后再按步骤（1）运行条码阅读器通讯程序后，再执行步骤（2）。

C．人机界面操作：

本运行系统共有三种运行模式，手动模式、强制节拍模式和自由节拍模式。

如果未选择任何模式，则默认为手动模式，工作人员可以通过输送链上的开关控制输送链的运转和停转。

强制节拍模式中，皮带输送链将按操作人员预先在人机界面上设置的“运行时间”和“停止时间”交替运转和停转动作。倍速链的皮带链始终运转，而 5 个阻挡气缸将按操作人员预先在人机界面上设置的“运行时间”和“停止时间”同时下降和上升动作。滚筒链则始终运转。

自由节拍模式中，皮带输送链始终运转。倍速链的皮带链始终运转，当倍速链上的工人踩下脚踏开关，则该工位上的阻挡气缸下降，当倍速链上的工人松开脚踏开关，则该工位上的阻挡气缸上升。滚筒链则始终运转。

图 13 人机界面操作示意图  点击界面上方的“重新建立条码通讯”按钮，如果没有“建立连接失败”的对话框弹出，则通讯正常。否则，请运行桌面的“读条码”程序。

 当界面右上方的工控信号显示为“？？？”时，说明与控制柜的通讯还未成功，请等待一会时间，直到工控信号显示不为“？？？”时，才可以选择强制节拍或者自由节拍流程并运行。

 如果要运行强制节拍流程，界面操作如下图 14-15 所示，请选择“运行/开始运行强制节拍” 图 14 运行强制节拍 图 15 运行强制节拍 图 16 设置生产线强制节拍时间 点击红圈中的数字，可出现如下图 17 所示界面 图 17 修改生产线强制节拍时间 输入阻挡气缸下降的时间和气缸上升的时间，则现在强制节拍流程被启动。

图 18 确定生产线强制节拍 如果想退出强制节拍模式，请选择“运行/停止运行”。

图 19 停止强制节拍  如果要运行自由节拍流程，界面操作如下 20 所示，请选择“运行/开始运行自由节拍” 图 20 运行自由节拍 图 21 切换自由节拍模式 则现在自由节拍流程被启动。在该模式下可以查看倍速链上每个工位的工作曲线。请选择“查看工位曲线/倍速链工位*工作曲线”菜单。如图 22 所示：

图 22 查看倍速链各工位工作曲线 如下图 23 所示，该曲线界面左面是该工位当前加工产品的时间三维棒状图。

图 23 各工位工作曲线图 该曲线界面右面是某个工位所有已经加工完成的产品所需时间曲线，X 轴为工位踏过脚踏开关的次数（即工位加工完的产品个数），Y 轴为第 N 个被加工完的产品的时间（以秒为单位）。该曲线可以通过曲线下方的工具条实现保存、打印及其他功能。

如果曲线上出现 Y 轴时间为 0 秒的点，则可能是实验时学生未按实验要求随意踩踏脚踏开关，或者是由于该工位加工速度慢，工位出现积货现象。如果是后者引起，则说明工位分布不合理。

如果想退出自由节拍模式，请选择“运行/停止运行”。

 在界面上查看成品情况，如图 24-25 所示 图 24 查看成品情况 图 25 成品情况显示  工位操作

自由节拍：

当工装板来到皮带链上每个工位上时，操作人员都要将工装板取下，在自己的工作台上完成自己的组装工作，当工作完成时，再将工装板放在皮带链上继续自动向后传送。

滚筒链顶头处必须另派操作人员将皮带链上的工装板传送到滚筒链上，滚筒链尾处必须另派操作人员将滚筒链上的工装板传送到倍速链上。

当工装板来到倍速链上每个工位上时，工装板会被倍速链上的阻挡气缸阻挡，操作人员不要将工装板取下，必须在倍速链上完成自己的组装工作，完成后踩住地上的脚踏开关，阻挡气缸就会下降，直到工装板完全通过，再松开地上的脚踏开关，工装板会随着倍速链来到下一个工位，下一个工位的工作人员就可进行工作了。

强制节拍：

按照操作人员预先在人机界面上设定的“运行时间”和“停止时间”，皮带链会定时的运转和停转。每个工位的工作人员必须在规定时间内将自己的工作都完成。

倍速链阻挡开关也会定时的上升和下降，每个工位的工作人员必须在规定时间内将自己的工作都完成。即使没有完成，工装板也会去下一个工位，进行下一步的装配。

５．操作规范

（1）系统正常运行时 ①请勿靠近光电,以免误触发光电信号，引起工位加工产品计时不正确。

②不要将手以及任何东西伸到倍速链中，以防危险。

③不要随意踩脚踏开关，以免引起误操作，影响实验的准确性。在踩脚踏开关时，请踩住保持到工装板通过,以保证系统有充分的时间将数据上传至主控机。

④若系统运行正常，而阻挡气缸无法正常地上升和下降，检查空气压缩机电源开关有没有被打开，充气是否充足。

⑤若中途出现硬件故障，按下“紧停按钮”（红色，安装在倍速链末端），然后再松开“紧停按钮”。

图 26 紧停按钮停止 故障排除后，再次开启控制柜的电源。

（2）若系统无法正常启动 ①各个设备的电源是否已打开。

②“紧停按钮”是否为旋开状态。

③PLC 的指示灯是否点亮。（左边 Run 灯亮，右边 Power 灯亮，均为从上至下的第二个指示灯。点亮时均为黄绿色灯光。）（3）每次开启系统时，一定要先开启主控计算机，等计算机完全启动后，然后再开启控制柜和电子看板的电源。

（4）每次关闭系统时，一定要先关闭主控计算机，等计算机完全关闭后，然后再关闭控制柜和电子看板的电源。

实验二、S APS 生产排程 实验 Dr.Goldratt 提出的 TOC 限制理论(Theory Of Constraints)描述企业进行各项管理改善活动时﹐可以有效定义与持续改善解决问题的五大步骤(five focusing steps)﹐已成为研究制造业生产管理以及架构先进规划排程系统的主要理论依据。

面对少量多样的订单型态及瞬息万变的生产实务﹐人力运作无法负担大量的排程运算﹐多数公司每周一次的生产计划仅供参考﹐生管人员每日因应突然呈现的既成事实而疲于奔命﹐成为身陷漩涡无法施展长才的人员。

排程软件同步考虑产能 / 关键材料 / 仪器设备 / 技术 人力 / 前后制程关系等各项限制条件快速完成排程作业﹐生产计划范围涵盖 120 日之内每一产线(机台)的作业明细内容。

生管人员可依据软件所提供的信息对重点事项预先安排适当的处理对策﹐以最低的作业成本达成最佳生产效率﹐由一筹莫展的人员跃升成为备受重用的人才。其优点：

（1）快速排程运作生成完整信息﹐大幅提高生产效率与接单竞争力。

（2）正确规划中间半成品与最终成品的前后制程关系﹐自动串连相关生产作业流程。

（3）自动记录影响生产作业的相关因素﹐提供突破限制追求更高效益的重要关键信息﹐可因应生产实务变化适时调整资源运用策略。

（4）ATP(Available To Promise)承诺交期 / 接单 / 生产全程追踪 控管进度掌握正确交期。

（５）多重仿真区各自独立运行不同排程方案﹐搭配完工交期差异分析实时比较各项得失﹐提供最佳决策支持功能﹐让产销协调会议效率倍增。

1 1． ． 实验目的 生产计划与控制是生产运作管理管理的核心和关键所在，现代社会要求企业快速响应市场需求，即需要快速的对企业资源进行规划和动态调度，迫切需要运用现代工具武装学生。到目前为止，ＡＰＳ（Advanced Planning&Scheduling）是这个领域最有效工具，要求学生学习使用一种ＡＰＳ软件，学习制作生产计划和作业排程，根据运

行结果检讨自己的决策，从而，更深刻的理解生产计划的内容、作用以及制作方法及注意事项，提高学生抽象思维能力、全面规划能力、适应变化动态调整的能力和动手能力，以期深刻领会计划和调度的深度和广度。

2 2． ． 实验 软件 本次实验软件选用的是台湾神灯先进排程专家系统。

3 ． 实验准备 选择行业资料，了解生产作业状况的实验：

-选择既有代表性的电子或机械行业的生产设备与工艺流程-阅读含有制程(工序)的 BOM 表-了解行业作业方式，检查产线/机台(车间)-了解换线前置时间(setup time)-了解标准工时(standard time)4 4 ．实验任务 以下共有 9 9 组实验，其中 1 1--5 5 为必做实验，6 6--9 9 为选做实验，有兴趣的同学可以做！1 1、生产作业计划排程实验-Planning : 产生对应需求制令确定应进行的工作内容-Scheduling : 依据产能/材料/资源等限制条件将工作内容排入各产线机台(车间)-依据限制条件自动进行正向排程与逆向排程，2 2、不同工作项目甘特图差异分析实验

-产线负荷甘特图 : 以产线/机台(车间)的工作负荷为依据绘制并分析甘特图-工作项目甘特图 : 以个别工作项目为依据绘制并分析甘特图-会用加色的方式，辨识与比较分析甘特图 3 3、不同工作项目甘特图差异分析实验-产线负荷甘特图 : 以产线/机台(车间)的工作负荷为依据绘制并分析甘特图-工作项目甘特图 : 以个别工作项目为依据绘制并分析甘特图-会用加色的方式，辨识与比较分析甘特图 4 4、不同生产排程的差异分析实验-学会建立两到三个不同排程仿真模拟方案，并对排程的整体效果进行差异分析-了解不同仿真模拟方案之间差异的评估（评分）-学会对完工交期差异进行分析 5 5、生产瓶颈影响因素分析实验-了解产能(稼动率)/材料(缺料)互动影响状况,-以 Finish to start 的间隔时间为准判断瓶颈位置-会分析判断材料因素造成的瓶颈-会分析判断产能因素造成的瓶颈 6 6、材料/ / 半成品因素影响生产排程的实验-了解材料/半成品供需对于生产排程的影响-综合库存/采购在途/待验数据计算每日材料供需

-综合所有制令的生产与运用计算半成品供需 7 7、制造资源因素影响生产排程的实验-工人请假(人力不足)对生产影响的解决方法-限电(电力不足)对生产影响的解决方法 8 8、产能临时性变动的解决方法实验-因应设备临时故障，机动调整部份工作方式-取消故障停工时间的产能-依据产线/机台(车间)群组关系设定部份时间安排委外加工-设定加班弥补生产进度 9 9、计划生产进度与实际生产进度差异分析实验..-发出生产计划资料-实际生产进度回报分析-分析比较计划生产进度与实际生产进度差异(超前或落后)5 5． ． 实验 步骤 1、当您进入神灯之后，首先会看到类似下图的画面，上方有一排下拉式功能列，画面 中央有两个不能关闭，但是可以移动或缩小的窗口，这两个窗口一个负责进行制令 规划作业，另一个则负责进行排程相关作业。(此时画面中无资料，但是系统内含有 部份于安装过程中产生的无效资料，请在下一步骤中加以删除)2、请在菜单中点选 H 系统管理项下的 K 删除现有资料执行删除资料，如下图所示，先点选左方的全选按键设定画面所有选项，然后点选确定执行键正式进行删除。此 程序将系统内部回到完全无资料的状态，日后如果您要重新安装资料，请记得先执 行此步骤，以便确保系统正常运作。当系统执行完删除作业之后，会出现一个小视

窗提醒您记得执行准备作业，目前只需关闭该小窗口即可不必立刻进行该项作业。

3、接下来请在菜单中点选 H 系统管理项下的 L 安装预设资料执行安装资料，以便依 据资料快速进行测试。如下图所示，请先在左方的表格内点选”电子组装业”，然后请 点选全选按键设定画面所有选项，最后点选确定执行键正式进行安装。当系统执行 完安装作业之后，一样会出现一个小窗口提醒您记得执行准备作业，请关闭该小视 窗后进行后续作业。(您完成安装后可能出现不同的预设资料，请点选左方表格内第 一笔资料)4、请点选排程作业画面这个主要窗口，并如下图所示左上方应该会以红色字体 显示出您执行前述动作的当天日期(以计算机的系统日期为准)，请点选右方的准备键，让系统进入可以正式工作的状态。

5、当系统完成准备作业之后，您将会看到下的画面，纵轴显示出所有产线，横轴则 显示出每一天，交叉点的方格则显示出每一条产线在每一天的态。画面显示出已 经产生产线资，但是尚未进排程所以产线均无工作负荷。

6、单中点选 A 料表订单项下的 L 主排程(MPS)检视目前有哪些需要产生制令 的项目。进入该程序窗口后请先参考红色标示设定过滤资料，显示出需要安排制领的资料。

如画面所示，目前的第一笔资料在画面上方栏位中制令编号为空白，此 MPS 资料尚 未产生对应的制令。请点选此窗口右上方离开键，关闭此程序窗口。

7、点选选画面中的制令规划窗口，并且点选下图中红色标示的 MPS 按键，系统会自动 依据刚才程序窗口中所看到的资料产生对应的制令。

此画面下方表格内每一笔均称为母制令，右上方表格内则出现与母制令相对应的子制令。

8、请点选画面中的制令规划窗口，点选其中的”排程”按键，系统会出现一个小窗口请求确认，请点选确认键即可进行排程。

在排程的过程中系统会变换画面，且随时显示出排程的进度与当时正在进行计算的项目。

9、执行完排程运算之后，系统会出现下列画面，其中显示出各产线的工作负荷状况，详细说明资料请参阅系统在线说明。

此画面下方以长条图标示出”组立 1 组”由 8/6~9/9 共计 35 天当中每一日的工作负荷 量状况，长条图中绿色表示排入足够的工作负荷量，黄色则表示闲置产能。

此时如果您再度于菜单中点选 A 料表订单项下的 L 主排程(MPS)检视目前有哪些 需要产生制令的项目。进入该程序窗口后请先参考前面第８步骤的画面红色标示设 定过滤资料，显示的资料均已安排制令并且自动填入相对应的资料。

10、下列画面以长条图标示出”组立 1 组”在 8/8 当天中每一小时工作负荷量状况 11、若在画面的空白处点选一下鼠标，则画面下方改为显示圆点灯号，上排的红灯表示

当天有部分订单无法出货，下排的红灯表示当天会发生缺料。

12、点选下排红灯之后系统会出现一个窗口，其中显示出缺料的相关信息，如果设定为 绝对限制的材料数据不敷使用，系统会自动延后排程，所以此处会显示出来的资料 通常是未被设定为绝对限制的材料，或是因为特殊设定而造成的缺料。

13、点选上排红灯之后系统会出现一个窗口，其中显示出当天无法出货的相关信息，如 果是依据排程预定为当天完工仍然视为可能无法出货。

14、如果在某产线与日期的交叉点按下鼠标右键，系统将会出现窗口显示该产线在当天 的工作内容，并且可以进行必要的产能调整作业。

《生产与运作管理》问答题答案

生产运作管理学习心得

《生产运作管理》作业

生产运作管理实习报告

实验(三)指导书