生产计划与控制课程设计

目录

第一章企业简介 (1)

1.1 企业概况 (1)

1.2 产品介绍 (1)

1.3 三螺杆泵的结构组成 (2)

1.4 三螺杆泵销售数据 (2)

1.5 各车间设备组数量及台时定额 (3)

1.6 螺杆泵的工艺程序图 (4)

第二章需求预测和生产能力平衡 (5)

2.1 需求预测方法 (5)

2.2 定量需求预测 (5)

2.2.1 SN型三螺杆泵 (6)

2.2.2 SM型三螺杆泵 (9)

2.2.3 3G 型三螺杆泵 (10)

2.3 评定生产能力的方法 (11)

2.4 设备组生产能力 (11)

2.4.1 毛坯车间 (11)

2.4.2 机加车间 (11)

2.4.3 装配车间 (14)

第三章产品出产计划 (15)

3.1 品种的确定 (15)

3.2 产量的确定 (15)

3.2.1 预测的市场需求 (15)

3.2.2 进行产量方案优化 (15)

3.2.3 编制产品出产进度计划 (17)

第四章主生产计划编制 (23)

4.1 计算现有库存量 (23)

4.2 确定主生产计划的生产量和生产时间 (24)

4.3 计算待分配库存 (24)

第五章物料需求计划编制 (23)

5.1 MRP的计算项目 (26)

5.2 MRP的计划因子 (26)

5.3 外购件采购批量 (26)

5.4 MRP计划表编制 (28)

第六章生产作业计划编制和生产任务的排序 (32)

6.1 计算生产批量与生产间隔期 (32)

6.1.1 毛坯车间 (32)

6.1.2 机加车间 (33)

6.1.3 装配车间 (33)

6.2 计算生产周期 (33)

6.2.1 零件工序生产周期 (34)

6.2.2 工艺阶段生产周期 (34)

6.3 计算生产提前期 (35)

6.4 生产作业计划的编制 (35)

6.5 生产作业排序 (37)

第七章课程设计的心得体会 (39)

附录参考文献 (40)

第一章企业简介

1.1 企业概况

河北恒盛泵业股份有限公司，位于泊头市河东北街61号，原国营泊头市齿轮泵总厂，始建于一九七三年，是国家泵行业重点骨干企业，国家级高新技术企业，国家泵类产品技术装备研发制造基地，国家高端容积泵研发制造基地，国内容积泵规模最大，品种最全、技术领先、加工检测能力最优的研发制造企业。四十多年来一直致力于齿轮泵、螺杆泵、离心泵及其泵系统研发生产，具有特别丰富的研发制造经验，不仅可以提供完美产品，更可以提供完美流体输送解决方案。是中国第一台输油齿轮泵诞生地，齿轮泵行业标准制定单位。至2010年，恒盛泵业正式转型为军工制造企业，累计向海军、总装备部提供设备突破亿元。

恒盛泵业主导五大系类螺杆泵,齿轮泵,柱塞泵,凸轮转子泵,离心泵产品有20余个系列，1200余个规格型号，多种产品取得国内首创专利，达到国际先进水平设备精良，设计手段先进，生产及检测手段完备，技术力量雄厚。该企业生产产品主要以工艺导向型方式组织生产，生产方式为成批生产。

1.2 产品介绍

螺杆泵是容积式转子泵,它是依靠由螺杆和衬套形成的密封腔内的容积变化来吸入和排出液体的。当主动螺杆转动的时候，带动与其啮合的从动螺杆一起转动，吸入腔一端的螺杆啮合空间容积逐渐随之增大，压力也降低。当容积增至最大而形成一个密封腔时，液体就在一个个密封腔内连续地沿轴向移动，直至排出腔一端。这时排出腔一端的螺杆啮合空间容积逐渐缩小，而将液体排出。螺杆泵的工作原理与齿轮泵相似，只是在结构上用螺杆取代了齿轮。螺杆泵的特点是流量平稳、噪声低、效率高、寿命长、工作可靠；而其突出的优点是输送介质时不形成涡流、对介质的粘性不敏感，可以输送高粘度介质。

螺杆泵按螺杆数量分为：单螺杆泵——单根螺杆在泵体的内螺纹槽中啮合转动的泵；双螺杆泵——由两个螺杆相互啮合输送液体的泵；三螺杆泵——由多个螺杆相互啮合输送液体的泵。

三螺杆泵是依靠泵体与螺杆形成的，当主动螺杆转动时，带动与其啮合的从动螺杆一起在转动。中间螺杆为主动螺杆，由原动机带动它回转，两边的螺杆为从动螺杆，随主动螺杆一起作反向旋转。主动螺杆和从动螺杆的螺纹为双头螺纹。三螺杆泵如图1.1。

图1.1 三螺杆泵

1.3 三螺杆泵的结构组成

该企业主要生产的三螺杆泵有：SN系列三螺杆泵,SM系列三螺杆泵和3G型三螺杆泵。三种产品结构相同，具体零件组成不同，结构树如图1.2所示。

三螺杆泵

外壳主体阀

法兰盘泵体主动杆从动杆轴套阀体阀杆

图1.2三螺杆泵结构图

1.5 各车间设备组数量及台时定额

1.6 螺杆泵的工艺程序图

钻孔

图1.3 三螺杆泵工艺流程图

第二章 需求预测和生产能力平衡

2.1需求预测方法

预测是对未来可能发生的事件的预测和推测。 根据预测内容的不同，分为经济预测、技术预测、社会发展预测和市场需求预测；根据预测时间的长短，分为长期预测、中期预测和短期预测；根据预测方法的不同，分为定性预测和定量预测。

定量预测方法用数学模型来表示需求和各种变量之间的关系。据统计，到目前为止已提出了100多种预测的数学模型，其中用的最普遍的是时间序列分析。时间序列分析利用过去的数据来预测未来的状态，过去和未来的状态仅是时间的函数。常用的定量预测方法有移动平均法和指数平滑法。

所有预测方法中，指数平滑法是用的最多的一种。移动平均法则不考虑较远期的数据，并在加权移动平均法中给予近期资料更大的权重；而指数平滑法则兼容了移动平均法所长，不舍弃过去的数据，仅给予逐渐减弱的影响程度。

故采用指数平滑法对该企业需求量进行预测。相关公式如下。 一次指数平滑法：[][]

11

1)1(--+=t t t S x S αα 二次指数平滑法：

]2[1

]1[]2[)1(--+=t t t S S S αα

T b a y t t T

t +=+ 其中 ?????--=-=)(12]2[]1[]

2[]1[t t t t t t S S b S S a α

α

式中[]

1t S ——第t 期的一次指数平滑值；

[]11

-t S ——第t-1期的一次指数平滑值；

t x ——第t 期的实际发生值；α—指数平滑系数；]2[t S ——第t 期的二次指数平滑值；

]

2[1

-t S ——第t-1期的二次指数平滑值；

T t y +——第t+T 期预测量。

2.2 定量需求预测

在指数平滑法中，确定α的值时应注意以下几点：①当初始值有疑问时应取较大的

α值，以便扩大近期数据的作用，减少初始值的影响，一般取0.4-0.7。②当时间序列有迅速且明显的变化趋势时，宜取较大的α值，以便使新数据对平滑结果有较大的作用，一般取0.3-0.6。③当时间序列变化较小时，宜取较小的α值，一般取0.1-0.3。

根据该企业往年的销售量，时间序列变化较小，在该企业的需求预测中，取α=0.1，

α=0.2，α=0.3分别预测，并对不同α值的预测值进行误差分析，以确定准确的α值。

2.2.1 SN型三螺杆泵

①当α=0.1时，SN型三螺杆泵各年份销售量预测值及误差值如表2.1。

表2.1 α=0.1 各年份预测值及误差值

α

α根据表2.1、2.2、2.3中不同α值得到的预测值及误差值进行误差分析，以确定较为准确的α值，如表2.4。

记预测对象的第i 个实际观察值为Y i 由预测模型得到的相应的估计值为∧

Y i 。则预测的误差为∧

-=Y Y e i i i 。实际设计预测方案的一项重要任务是，尽量使误差减少到最低程度，也就是尽可能提高预测精度。

（1）平均误差ME （Mean Error ）：预测误差的和的平均值；

n

ME n

1

i i

e

∑==

（2）平均绝对误差MAE （Mean Absolute Error ）：预测误差绝对值和的平均值；

n

n

i e

∑==

1

i

MAE

（3）误差平方和SSE （sum of squared error ）:预测误差平方的和；

∑==n

i e i 1

2

SSE

（4）均方误差MSE （Mean Squared Error ）:预测误差平方的和的平均值；

n

n

i i

e

∑==

1

MSE

（5）误差的标准差SDE （Standard Deviation of Error ）；

1

1

2

-=

∑=n i

SDE n

i e

（6）平均绝对百分比误差MAPE （Mean Absolute Percentage Error ）。

100MA 1

1

?-=

=∑∑=∧

=n

n PE n

i i

i

i

n

i i

Y Y Y PE

表2.4 误差分析表

根据上表可知在α=0.3时的误差值均小于α=0.1和α=0.2时，故当α=0.3算得的

预测值较为准确，更接近真实销售量。故对每一种型号的三螺杆泵均取α=0.3，对该企业的各种产品进行需求预测。

根据公式?????--=-=)(12]2[]1[]

2[]1[t t t

t t t S S b S S a αα可得

1070922014

=a

，3426b 2014=，

又T b a y t t T t +=+，1T =， 故11051834261107092y

y

1

20142015

=?+==+。

故2015年SN 型三螺杆泵的需求量为1110518台，取近似后为111000台。

2.2.2 SM 型三螺杆泵

当α=0.3时，用指数平滑值法计算SM 型三螺杆泵各年份销售量预测值，如表2.5。

表2.5 用指数平滑法计算SM 型三螺杆泵销售需求量

根据公式?????--=

-=)(12]2[]1[]2[]1[t t t t t t S S b S S a αα

可得 784832014=a ，2653b 2014=， 又T b a y t t T t +=+，1T =， 故811362653178483y

y

1

20142015

=?+==+

故2015年SM型三螺杆泵的需求量为81136台，取近似后为82000台。

2.2.3 3G型三螺杆泵

当

α=0.3时，用指数平滑值法计算3G型三螺杆泵各年份销售量预测值如表2.6。

表2.6 用指数平滑法计算3G型三螺杆泵销售需求量

根据公式?

?

?

?

?

-

-

=

-

=

)

(

1

2

]2[

]1[

]2[

]1[

t

t

t

t

t

t

S

S

b

S

S

a

α

α

可得77694

2014

=

a，2497

b2014=，

又

T

b

a

y

t

t

T

t

+

=

+，1

T=，80191

2497

1

77694

y

y

1

2014

2015

=

?

+

=

=

+

故2015年3G型三螺杆泵的需求量为80191台，取近似后为81000台。综上所述，三种型号的三螺杆泵2015年需求量如表2.7。

表2.7 三种型号的三螺杆泵2015年需求量

2.3 评定生产能力的方法

生产能力是指企业的固定资产或作业人员，在一定时期内和一定的技术组织条件下，经过综合平衡后所能生产的一定种类产品的最大数量。大部分情况下，生产能力都可以用企业生产的产品或提供的服务所需设施来表示。

在该企业的生产能力评定中，采用代表产品法进行能力评定。

代表产品法是指在结构与工艺相似的多品种的系列产品中，选择产量与劳动量乘积最大的产品作为代表产品，将其他产品按劳动量换算为用代表产品表示的数量。由于该企业生产多种产品，而且各产品在结构、工艺和劳动量构成相似，因此选择的代表产品，它能代表企业的专业方向，且该产品总劳动量为最大，即产量和单位劳动量乘积最大。故选择SN 型三螺杆泵的生产来进行企业生产能力评定。

2.4 设备组生产能力

设备组中的各个设备具有以下特点：在生产上具有互换性，即设备组中的各个设备都可以完成分配给该设备组的任务，并能达到规定的质量标准。

设备组生产能力计算的公式：

t

S F

e

?=

M

式中M ——设备组的生产能力，F e

——单台设备年有效工作时间（小时），S ——

设备台数（台），t ——代表产品单件工时（小时/件）。 2.4.1毛坯车间

该车间有热处理炉15台，每台设备每天工作16小时，每周工作5天，每月工作4周，每年工作12个月。故每台设备年有效工作时间F e = 3840124516=???（小时）。

S =15（台），t =0.8（小时/件），热处理炉每次可处理40件毛坯， 故热处理炉的生产能力为2880000408

.015

3840M =??=

?=t

S

F

e

（台）。 2.4.2机加车间

① 车床组

产品需求量与车床组台时定额如表2.8所示。

表2.8 三螺杆泵需求量与台时定额表

机加车间车床组有车床50台，每台设备每天工作16小时，每周工作5天，每月工作4周，每年工作12个月。故每台设备年有效工作时间为F e =3840124516=???小时， s =50（台），t =0.7（小时/件），故车床组的生产能力为：

2742867

.050

3840M =?=

?=

t

S

F

e

（台） 车床组的负荷系数为0016.1273857

274286==η，故车床组的生产能力刚好满足市场需求。

② 钻床组

产品需求量与钻床组台时定额如表2.9所示。

机加车间钻床组有钻床50台，F e

=3840124516=???小时，s =50（台），t =0.24（小时/件），故钻床组的生产能力为2742867

.0503840M =?=?=t

S F e （台）。

钻床组的负荷系数为9892.0277292

274286==η，钻床组生产能力不能满足产品市场需求，

故提出下列改善方案：

1、外购1台钻床，此时钻床组的生产能力为2797717

.0513840M =?=?=t

S F e （台）。负

荷系数为0089.1277292

279771==η，刚好满足需求，生产能力与生产任务达到平衡。

2、每台钻床每天增加1小时工作时间，此时F e =4080124517=???（小时），钻床组的生产能力2914297

.050

4080M =?=

?=t

S

F e （台）。负荷系数为0510.1277292

291429==η，满足

了产品市场需求，但同时负荷率较大，造成了资源浪费。

3、每台钻床每周增加1小时工作时间，F e =388812413840=??+（小时），钻床

组的生产能力2777147.050

3888=?=

?=t

S

M F e

（台）。负荷系数为0015.1277292

277714==η，刚好满足需求。

综上所述，购买钻床成本较高，且若闲置会造成浪费，故采用方案③即每台钻床每周增加1小时工作时间，生产能力与生产任务达到平衡。

③ 铣床组

产品需求量与铣床组台时定额如表2.10所示。

表2.10 三螺杆泵需求量与铣床组台时定额表

机加车间铣床组有铣床30台，F e =3840124516=???小时，s =30（台），t =0.2

（小时/件），故钻床组的生产能力为2880004

.030

3840M =?=

?=t

S

F e （台）。

钻床组的负荷系数为0440.1275850

288000==η，可以满足产品市场需求。

④ 磨床组

产品需求量与铣床组台时定额如表2.11。

表2.11 三螺杆泵需求量与磨床组台时定额表

机加车间磨床组有磨床10台，F e =3840124516=???小时，s =10（台），t =0.2

（小时/件），故钻床组的生产能力为274085

14

.010

3840M =?=

?=t

S

F e （台）。

钻床组的负荷系数为1445.1268400

274285==η，足可以满足产品市场需求，但是设备有闲

置的情况，资源浪费较大，所以可以在设备闲置的时候用来加工其他零件以平衡生产能

力与生产需求。

⑤ 镗床组

产品需求量与镗床组台时定额如表2.12。

机加车间镗床组有镗床50台，每台设备年有效工作时间为F e

=3840

124516=???（小时），s =50（台），t =0.7（小时/件），故车床组的生产能力为

2742867

.050

3840M =?=

?=

t

S

F

e

（台） 镗床组的负荷系数为0318.1265828

274286==η，故车床组的生产能力刚好满足市场需求。

综上所述，机加车间的年生产能力为274085台。 2.4.3 装配车间

三种三螺杆泵的产品结构相同，只是零部件数量有所差异，三种产品均由人工装配完成，每种产品的工时均为0.2小时/件，批量为1000台。

人力生产能力的计算——对于以手工操作为主的场合，如大部分的服务企业，则应计算人力生产能力。 计算公式为：

T M C

p

??+=)1(βα

式中，α——出勤率；β——间接作业率（非生产时间与T 的比值）；T ——计划期制度工作时间；M —换算人数（将不同技术等级的工人换算为以标准技术等级表示的人数）。

该企业装配车间的生产能力为：

（台）55296012548240168180%=???????

? ??

+?=C p

可以满足需求。

第三章 产品出产计划

3.1 品种的确定

根据客户订货订单和市场需求预测决定生产的产品有：SN 型三螺杆泵、SM 型三螺杆泵和3G 型三螺杆泵。

3.2 产量的确定

3.2.1 预测的市场需求

根据前面的需求预测可知，在2015年，市场对SN 型三螺杆泵的需求量约为111000台，对SM 型三螺杆泵的需求量约为82000台，对SN 型三螺杆泵的需求量约为81000台。

3.2.2 进行产量方案优化

确定产量水平时，涉及人力、设备、材料、资金等多方面因素的制约，因此，常借用一些数学规划方法来优化产品产量。而线性规划是用的较多的方法。利用线性规划，可以求得在一组资源约束下各种产品产量，使利润最大化。

即假设有n 种产品，m 种资源约束，故可以用以下线性规划方法来优化：

()∑=-=n

i i i i x c r 1maxZ

满足：

b

x a k

i

ik

≤∑=n

1

i ，，2,1k =…，m

n

,2,1i 0i ，，，?=≥≥≤L L x U x i

i

i

i

式中，x i ——产品的产量；b k ——资源k 的数量；a ik ——生产一个单位产品i 需资源k 的数量；U i ——产品i 的最大潜在销售量（通过预测得到）；L i ——产品i 的最小生产量；r i ——产品i 的单价；c i ——产品i 的单位可变成本。

在该企业中，主要约束为内部生产条件，即为各车间机床台时定额，具体产品在各

车间机床的台时定额如表3.1。

设该企业的总利润为W ，SN 型三螺杆泵的产量为x 1，SM 型三螺杆泵的产量为x 2，3G

型三螺杆泵的产量为x 3，则采用线性规划模型确定产品生产计划中的产量的数学模型为：

x x x 321160170150MaxW ++=

约束条件为：

此线性规划问题用单纯形法不易求解，故利用WPS表格线性规划求解，具体数据如表3.2。

表3.2 求解线性规划问题

3.2.3 编制产品出产进度计划

该企业生产的三螺杆泵属于产量大，季节性需求变动小的产品，不管需求的波动性，维持生产率的稳定。这样，有一段时期的产量要大于需求量，此时多出的部分就作为库存储备起来，以供需求量大时弥补生产能力的不足。这种安排方式有利于充分利用利用人力和设备，有利于产品质量的稳定，也有利于生产管理。

该企业选用“排除-试验法（cut-and-try）”编制生产计划，就是计算出不同生产计划方案的总成本，然后选择实现生产计划总成本最低的计划作为入选方案。排除-实验法不一定能保证得到最优解，但一般可保证在已掌握的可控因素范围内得到满意解。

按照历史资料显示，该企业的三种产品各月需求量大约如下表3.3。

表3.3 三种产品各月需求量

其数据如下表3.4。

表3.4 三螺杆泵数据表

首先，编制一个考虑安全库存在内的从需求预测转换为生产安排的初步计划，如表3.5-3.7，因为这个粗计划假设不动用安全库存，所以每个月的期末库存就等于安全库存。

安全库存=10%×本月需求预测量；

每月的计划产量=本月需求预测量+安全库存-期初库存；

每月的期末库存=本月期初库存+本月计划产量-本月需求预测量

表3.5 SN型三螺杆泵初步生产计划