某发动机厂排气管车间生产计划的优化分析

阅读材料1某发动机厂排气管车间生产计划的优化分析1问题的提出排气管作为发动机的重要部件之一，极大地影响发动机的性能。某发动机厂排气管车间长期以来，只生产一种四缸及一种六缸发动机的排气管。由于其产量一直徘徊不前，致使投资较大的排气管生产线，一直处于吃不饱状态，造成资源的大量浪费，全车间设备开动率不足50%。随着社会主义市场经济的建立，车间作为一个独立的经济核算单位被推向市场。为了充分发挥车间的潜力，该车间在厂部的大力协助下主动出击，一方面争取到了工厂自行开发的特殊机型排气管生产权，另一方面瞄准国际市场以较低的价格和较高的质量赢得了世界两大著名汽车公司—CUMMINS和FORD的信任，成为其8种型号排气管最具竞争实力的潜在供应商。据可靠消息，这8种排气管首批出口如果在美国市场畅销的话，后续订单将会成倍增长，而且两大公司有可能逐步减少其它公司的订单，将其它型号排气管全部转移到该车间生产。针对这种状况，该车间组织工程技术人员对8种排气管的产品图纸进行了评审，进行了工艺设计和开发（编排工艺流程图、进行PFMEA分析和编制控制计划），还进行了样品试切，同时对现生产能力和成本分析进行了认真细致的核算和预测工作。但是如何调整当前的生产计划，是否下决心增加设备或改造生产线，其它类型新产品需要多长时间才能投入生产等一系列问题尚缺乏科学的、定量的依据。而目前厂部和车间最关心的资源问题，主要是加工设备的产能，关于生产计划的优化分析便是在这样的背景下提出的。为了研究这个问题，首先将8种排气管的简单生产过程和生产计划作如下简述。2生产概况及有关资料2.1车间概况该车间按两班制生产，每班8小时，标准工作日为26天。车间现有员工30名，其中生产工人27人，每月安排职工政治学习及业务培训时间为4小时，进行文明生产等非生产性工作每月平均2小时/人?月，排气管工废按产量的1%计算，料废按2%计算。车间生产工人工作时间按44小时/人·周（每月4周）进行考核。2.2生产状况该车间排气管生产为10个工序，分别在不同的10类机床上进行加工，每种排气管所占用的设备时间如表1所示。各种排气管的成本构成如表2所示。目前，由于市场不景气，排气管生产的上工序即铸造厂产能富裕，只要资金到位该厂可准时、足量供货，而且品种可以保证。而出口排气管外商的的资金可以及时到位，并且许诺如果需要可预付50%以上的预付款，只不过对某些产品提出了特殊要求，即第一种、第七种排气管月产量均不能低于10000，第三种不能低于5000/月，第六种排气管产量不高于60000/月，第二和第四种排气管配对使用，但由于第二种排气管使用中易损，故每月必须多生产3000根。因此原材料来源和资金不足是增加生产的制约因素。制约该车间排气管产量的主要是设备计划外停工及基本生产工人工时，即设备与人力资源。根据以往经验，各设备加工能力见表3。表18种排气管占用设备时间表（单位：台时/1000件）123456781.平面铣床44.54.85.85.24.04.65.62.卧铣床3.94.54.35.04.94.45.14.83.组合钻5.95.85.76.36.56.06.66.44.单面铣床3.53.03.74.03.83.04.13.45.攻丝床5.86.25.76.46.36.06.56.26.精铣床5.55.74.76.05.95.26.25.67.扩孔钻床3.93.84.04.13.73.54.13.68.摇臂钻床4.14.04.04.34.23.84.34.39.去毛刺机2.52.92.73.03.02.53.12.810.清洗机2.82.92.13.23.02.53.23.0总计41.943.942.347.846.539.749.245.7表28种排气管成本构成表（单位：元/根）（表中售价为含税价）12345678毛坯价格981049411210697104102辅料消耗22222222动能消耗1010101010101010工具等消耗10131214158911管理费用1.4551.0991.211.441.1881.22651.3081.56税收151614.81716.514.515.615.5售价150160.1149172166145.6157.8155.8利润（元）13.54514.10113.8915.5614.92212.673515.89214.22表3设备加工能力一览表设备台数（台）标准工作日（日/月）标准工作日长度（时/日）台均维修保养时间（时/月）月可利用工时1.平面铣床42216413922.卧铣床42216214003.组合钻床62216521124.单面铣床2221627005.攻丝床62216421146.精铣床42216313867.扩孔钻床42216813848.摇臂钻床42216613889.去毛刺机22216270010.清洗机2221627003生产计划的优化(1)基本生产工人工时计算如下：S=27×(44×4-2-4)=4590人时/月(2)每种设备月可利用工时和每种排气管利润如图中阴影所示(3)根据给定的条件及要求，设置该问题的决策变量如下：X1、X2、……X8分别为第一种、第二种……第八种排气管的月产量，月产量单位为100根/月。将目标函数取为每月的总产品利润，这样得出的关于月计划的线性规划模型为极大化MaxZ=13.545X1+14.101X2+13.89X3+15.56X4+14.922X5+12.6735X6+15.892X7+14.22X8约束条件：41.9x1+43.9x2+42.3x3+47.8x4+46.5x5+39.7x6+49.2x7+45.7x8≤45904x1+4.5x2+4.8x3+5.8x4+5.2x5+4.0x6+4.6x7+5.6x8≤13923.9x4.5x2+4.3x3+5.0x4+4.9x5+4.4x6+5.1x7+4.8x8≤14005.9x1+5.8x2+5.7x3+6.3x4+6.5x5+6x6+6.6x7+6.4x8≤21125x1+3.6x2+3.7x3+4.0x4+3.8x5+3.0x6+4.1x7+3.4x8≤7005.8x1+6.2x2+5.7x3+6.4x4+6.3x5+6x6+6.5x7+6.2x8≤21145x1+5.7x2+4.7x3+6.0x4+5.9x5+5.2x6+6.2x7+5.6x8≤13963.9x1+3.8x2+4x3+4.1x4+3.7x5+3.5x6+4.1x7+3.6x8≤13841x1+4x2+4.0x3+4.3x4+4.2x5+3.8x6+4.3x7+4.3x8≤13882.5x1+2.9x2+2.7x3+3.0x4+3.0x5+2.5x6+3.1x7+2.8x8≤7008x1+2.9x2+2.7x3+3.2x4+3.0x5+2.5x6+3.2x7+3x8≤00X1≥10,X7≥10,X3≥5,X6≤60,X2－X4≥3Xi=0,i=1,2,…,8以上约束条件中，第一条为工人工时约束，其余为设备约束或产品要求约束。利用单纯形法求解如下：(X1=10，X2=3，X3=5，X4=0，X5=22.343，X6=60，X7=10，X8=80.508目标函数的最优值为：Z=2879.265。这就是说，为了使生产按排利润最大，月生产应如下按排：第一～第八种排气管分别按排10000,3000,5000,0,22343,60000,10000,80508根。这样月最大可获利润2879265元。4对计算结果的分析（1）以上结果虽然满足客户的要求，从经济的角度，不安排第四种排气管的生产。但从市场的角度来说，显然这种安排是不可取的，应当对已有的资源进行适当调整以满足多方面要求。（2）由计算结果表中可以明显看出，表示设备约束的松弛变量S2～S11中，只有S5=0，说明唯有单面铣工序的时间全部用完，其它工序均有富余。而且组合钻、攻丝、扩孔等工序的闲置时间还很长。（3）从线性规划的对偶性质可知：机会成本（费用）的经济意义是，该资源每增加（或减少）1个单位—这里是1个台时，会使总利润增加（或减少）的值，此解除单面铣外的所有工序其机会费用为均为0，即其它工序时间增加，对总利润均不产生影响，这一结论与工序时间有空闲是一致的，同时，也说明单面铣工序当前能力不足是主要矛盾，设法增加单面铣的可利用时间，可大幅度地提高总利润。（4）如果第四种排气管要生产，途径有二个，一是提高它的价格，二是降低它的成本，以增加该产品的利润。由灵敏度表中可以看出，只要将其利润由15.568元/1000根提高至15.5733元/1000根第四种排气管的生产就会产生经济效益。（5）建议将组合钻床、攻丝机床分别调拨出车间各2台，卧铣、平面铣、扩孔钻、摇臂钻各调拨出车间1台。或增加以上设备以外的设备各一台，调拨出车间钻床、攻丝机床各一台，同时配备相应的工人和管理人员。这样，既能充分利用资源，又能多生产、多创造效益。