第六章 生产能力规划与设计第六章 生产能力规划与设计

第六章 生产能力规划与设计第六章 生产能力规划与设计第一节 生产能力第二节 生产能力规划的步骤第三节 生产能力的决策方法第四节 学习效应与学习曲线

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一、企业生产能力的概念和种类一、企业生产能力的概念和种类

生产能力的定义：◦广义：人员能力、设施能力、物料供应能力和

管理能力的总和。 人员能力是指人员数量、实际工作时间、出勤率、技

术水平等诸因素的组合； 设施能力是指设备和生产运作面积的数量、水平、开

动率和完好率等诸因素的组合； 物料供应能力是指采购、运输、存储等要素的组合； 管理能力包括管理人员经验的成熟程度与应用管理理

论、方法的水平和工作态度。

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狭义 :◦设施设备的能力。◦指一个企业在一定的生产运作组织条件下，

企业内部各个生产运作环节综合平衡以后能够产出一定种类的产品或服务的最大数量。（设施设备的最大产出率）

◦生产运作能力主要是指狭义的能力。

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生产能力的种类◦设计能力：企业基本建设或改扩建时设计任务

书和技术文件中所规定的生产能力。◦查定能力：在企业产品方向、固定资产、协作

关系、资源供应、劳动状况等方面，发生了某些重大变化后，原来的设计能力已不能反映实际情况时，重新调查核定的能力。

◦计划能力：企业在计划期内，充分考虑了现有的生产技术条件，并考虑到计划年度内能够实现的各种技术组织措施的效果来计算的。

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“最大”能力◦技术上的“最大”

除设备所需的正常维修、保养时间以外，设备连续运转时的产出能力。

◦经济上的“最大” 一个组织在使用合理的人员、合理的时间安排的

条件下，设备的最大产出能力。

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“最佳”能力◦经济上的最大能力称为 “最佳”能力

◦技术上的最大可能能力称为“最大”能力

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能力的利用率◦指设施、设备、人员等生产运作能力被利

用的平均程度，其基本表达式为：

◦平均产出和生产运作能力必须用相同的单位表示才有意义

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平均产出

利用率能力

能力的利用率不应该是百分之百而应留有一定的富余，该富余量被称为能力的缓冲（ capacity cushion ）。

能力缓冲 =1 一利用率

◦制造业缓冲小，资本集约度高，设备昂贵◦服务业缓冲大，顾客到达随机，忙闲不均

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当需求的不确定性较大，而生产系统资源的灵活性又较小时，较大的缓冲量就是必要的。

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二、生产运作能力的度量 二、生产运作能力的度量 基本度量

◦产出量度量◦原料处理量度量◦投入量度量

◦选择用哪种方式进行度量？

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行业 投入 产出

汽车制造 劳动工时、机器工作时

每班生产汽车数

钢铁厂 炉膛尺寸 每天生产钢铁吨数

机械配件厂 设备小时、机械设备数

每天生产各种另配件数

农业 农田数 每年每亩生产谷物吨数

饭馆 餐桌数、座位数 每天接待的客人数

医院 病床数 每天诊疗费收入

◦在以产品对象专业化为生产运作组织方式的企业组织中，通常以产出为度量单位 例如，上述的汽车厂。在这种情况下，产出的品种比较少，产出有明确的度量。

◦而在产品品种较多、数量较少、采取工艺对象专业化的生产组织方式的企业中，则用投入进行度量更方便 。 例如，用拥有的设备数量，每月的可利用设备机时

等。

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三、生产能力的核算三、生产能力的核算根据系统分析方法，首先先确定各工

作中心（构成系统的各环节）的能力，然后依据系统流程中各中心的关系推算出系统能力。

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1 、工艺专业化工作中心生产能力的核算

2 、产品专业化工作中心生产能力的核算

3 、系统生产能力的确定

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1 、工艺专业化工作中心生产能力的核算◦工作中心特点 内部设施种类相同 设备（工作地）为并联的连接关系 相互替代

◦生产单一品种◦生产多品种

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（（ 11 ）生产单一品种时生产能力的核算原理）生产单一品种时生产能力的核算原理

以产品的实际产量计量计算公式：

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0/ /eM F S T F S T

（（ 22 ）生产多品种时生产能力的核算原理）生产多品种时生产能力的核算原理

以最大工时数表示以产量表示

◦代表产品法◦假定产品法

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①①代表产品法代表产品法

特点：确定某种产品为代表产品，其他产品按工作量折算成代表产品，然后计算出工作中心的生产能力

计算步骤：◦计算换算系数◦计算以代表产品表示的产量 Niki

◦计算按代表产品表示的产量比重◦计算生产能力

0/i ik T T

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例题：某工作中心共有 8 台同种设备，生产 4 种产品。全年有效工时为 4650 小时，各种产品的计划产量 及其在该工作中心的单位台时数 分别如下：

求该工作中心的生产能力。

iN

iT

20

280 200 120 100A B C DN N N N 台 台 台 台

25 50 75 100A B C DT T T T 小时/台 小时/台 小时/台 小时/台

思考：◦假如 会出现什么问题？

200 200D DT N 小时/台 or 台

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②②假定产品法假定产品法

特点：各产品按照一定比例，构成一个不存在的假定产品，计算生产能力，然后再换算成实际成品的能力

计算步骤：◦ 计算各产品的产量比例◦ 计算假定产品的台时数◦ 计算假定产品表示的生产能力◦ 计算实际产品的能力

以上一例题为例

/i i iN N

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本质◦将多产品转化为单一产品

注意◦产量结构发生变化，以产量表示的生产能

力发生变化◦先预设产量方案，推算所需能力，再与工

作中心可提供的能力相比较、平衡，最后确定产量方案

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2 、产品专业化工作中心生产能力的核算◦工作中心特点

内部设备种类不同 设备（工作地）为串联的连接关系

◦以关键设备（能力最小的设备）的能力为标准，即加工工时最长

◦方法0/eM F S T

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例：某企业的一条齿轮加工流水生产线，有 7 道工序，各工序的单件定额时间为：

其中第 6 、 7 道工序为 3 台机床，其余工序均为一台机床，求此流水线的生产能力。

1 2 3 42.20 3.54 3.54 2.41T T T T

5 6 73.50 9.93 9.93T T T

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3 、系统生产能力的确定◦根据工作中心的生产能力及连接关系逐级推算

◦瓶颈资源与非瓶颈资源

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一、生产能力规划的含义一、生产能力规划的含义生产能力规划：

◦提供一种方法来确定由资本密集型资源—设备、工具、设施和总体劳动力规模等—综合形成的总体生产能力的大小，从而为实现企业的长期竞争战略政策提供有力的支持。

生产能力规划的时间性◦长期、中期、短期

生产能力规划的层次性◦公司、工厂、车间

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二、产能规划需解决的基本问题二、产能规划需解决的基本问题

基本问题：◦需要何种生产能力？◦需要多大生产能力？◦何时需要？

能力决策的重要性◦是经理必须做出的重要决策之一◦对于满足其生产和服务未来需求的能力具有实

实在在的作用

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策略

规模经济原理在能力规划中的运用 规模经济原理的一般理解：生产规模（或设施规模）越大，产出的平均成本越低

◦“适度规模” 当规模扩大到一定地步时，管理、协调的复杂性急剧增加，生产效率也有可能降低从而使总成本又变高

在给定的设施规模下，还存在一个最优的生产运作水平问题

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三、能力扩大的时间与规模 三、能力扩大的时间与规模 何时扩大能力，扩大多少 ？积极策略

◦能力扩大时间超前于需求，每次扩大的规模较大，但两次扩大之间的时间间隔较长

消极策略 ◦能力的扩大时间滞后于需求，每次扩大的

规模较小，但扩大次数较多，即两次扩大之间的时间间隔较短

中间策略

30

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能力闲置部分 预测需求

时间

能力

图：积极策略

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时间

能力

能力短缺部分 预测需求

图：消极策略

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时间

能力

预测需求能力闲置部分

能力短缺部分

图：中间策略

企业选择什么样的策略来扩大能力 ？积极策略

◦ 在学习效应比较强、规模经济有其优势时◦ 可以使企业降低成本，取得价格上的竞争优势，还可以扩

大市场占有率 消极策略

◦ 保守型、稳妥型策略，其风险性较小◦ 中小企业不愿意冒风险，通过追随其它成功企业的作法，尽量提高投资回收率等方法来维持企业的生存和稳步发展，

◦长此以往，会带来市场占有率的降低。中间策略

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四、能力规划的一般步骤 四、能力规划的一般步骤 （一）估计未来的能力需求（二）确定需求与现有能力之间的差（三）制定候选的能力计划方案（四）评价每个方案（定性及定量

的），作出最后选择

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（一）估计未来的能力需求（一）估计未来的能力需求

在制定能力计划时，首先要进行需求预测。

对市场需求所作的预测必须转变为一种能与能力直接进行比较的度量。

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需求量

0

时间

增长

需求量

0

时间

下降

市场需求趋势

需求量

0

时间

周期性

需求量

0

时间

稳定

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n

ii

in

ii SQ

DPDR

11

1. 计算每年所需的设备小时数 （产品数转换为设备小时数）

R——每年所需的全部设备小时数； Di——每年所需的产品 i 或服务 i 的数量； Pi——产品 i 或服务 i 所需的加工（处理）时间； Qi——产品 i 每批的加工数量（即：产品或服务 i 的批量） Si——产品 i 的标准的作业交换时间（在服务中，重换一种 业务时所需的准备时间） n——产品或服务的种类数

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2. 计算每台设备可提供的工作小时数 N= （工作时数 / 天） ×（工作日 / 年） 考虑到其实际利用率 , 调整工作时数 H=N(1-c) H— 某设备一年可提供实际工作时数（正常工作时数）

N— 某设备一年可提供理论工作时数 C— 缓冲量（用百分数表示）

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3. 算出所需设备数 RM

H

R——每年所需的全部设备小时数H——某设备一年可提供的实际工作时数（已考虑缓冲）

在其它类型的企业组织中，也可以用类似的方法来计算能力需求。◦例如，剧院的市场需求可转换成对剧院座位的需求◦银行的顾客需求转换为对柜台设置数的需求

但一般来说，在相同的计划期内，服务需求比产品需求更难预测，它们往往在一天的不同时间段内也有很大变化。◦邮局业务在不同月份、不同日子、一天内的不同小时内都

不同，此外还要考虑非常复杂的各种邮件的混合问题。◦饭店顾客的到达和离去必须以小时为单位监控，以保持房

间的可利用性。某饭店经理曾说：“我们销售的是时间，你不可能把饭店的房间摆在架子上”，这是对饭店运作能力特点的最生动描述。

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例：某机械厂的机械加工车间生产某产品，根据预测一年所需产品数及相关数据，如图所示。每台机床一年工作260 天，每天工作 8 小时，能力缓冲为 10% ，问所需配备多少机床？

产品 1 产品 2 产品 3

年需求（件） 1000 2000 3000

每件加工时间（h）

5 4 3

每批加工数量（件）

10 10 10

标准作业交换时间（h）

2 2 2

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解：R= （ 1000×5+2000×4+3000×3 ） + （ 1000/10×2+2000/10×2+3000/10×2 ） =5000+8000+9000+200+400+600=23200（ h ）N=8×260=2080(h)H=N(1-c)=2080×0.9=1872(h)M=23200 / 1872=12.39≈13 （台）

(( 二二 )) 计算需求与现有能力之间的差计算需求与现有能力之间的差 当需求＞现有能力

◦扩大能力当需求＜现有能力

◦（ 1 ）扩大需求（ 2 ）调剂设备（ 3 ）改型

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扩大能力要注意：◦当一个生产运作系统包括多个环节或多个

工序时，能力的计划和选择就需要格外谨慎。

◦例如： 70 年代西方发达国家的航空业 满足需求的关键因素在于航班次数的增加，而不

是每一航班所拥有的座位数。 顾客需求总量可用“座位数 X 航班次数／年”

来表达，只扩大前者而忽视后者则遭到了失败

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◦在制造业企业中，能力扩大同样必须考虑到各工序能力的平衡。 富余环节与瓶颈环节，且富余环节和瓶颈

环节又随着产品品种和制造工艺的改变而变化。

企业的整体生产能力是由瓶颈环节的能力所决定的

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(( 三三 ) ) 制定候选方案制定候选方案 处理能力与需求之差的方法可有多种。

◦最简单的一种是：不考虑能力扩大，任由这部分顾客或订单失去。

◦其它方法包括能力扩大规模和时间的多种方案，包括积极策略，消极策略或中间策略的选择，也包括新设施地点的选择，还包括是否考虑使用加班、外包等临时措施，等等。

◦一般来说，至少应给出 3 ～ 5 个候选方案。

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(( 四四 ) ) 评价每个候选方案评价每个候选方案 评价包括两方面：定量评价和定性评价。◦定量评价主要是从财务的角度，以所要进行的投资为基准，比较各种方案给企业带来的收益以及投资回收情况。

◦定性评价主要是考虑不能用财务分析来判断的其它因素 例如，是否与企业的整体战略相符，与竞争策略

的关系，技术变化因素等。 可对未来进行一系列的假设

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一、成本数量分析一、成本数量分析成本数量分析研究的是成本、收入与产量

间的关系，其关系如下：◦总成本 = 固定成本 + 变动成本 = 固定成

本 + ( 单位变动成本 *生产量 )

例：

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方 案 固定成本 单位变动成本

方案 A 250, 000 11

方案 B 100, 000 30

方案 C 150, 000 20

50

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

0 5000 10000 15000 20000

总成本

Q1

Q2

Q1为 BC交点： 100000+30Q1=150000+20Q1 ，得 Q1=5000Q2为 CA交点： 150000+20Q2=250000+11Q2 ，得Q2=11111

二、回收年限法二、回收年限法一种计算原始投资的成本回收时间，适用于强调资金回收速度之厂商，并未考虑到还本后的现金流量与设备残值为较粗略的方法。

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三、净现值法三、净现值法净现值，是指特定方案未来现金流入的现值

与未来现金流出的现值之间的差额。所有未来现金流入和流出都要按预定贴现率折算为它们的现值，然后再计算它们的差额。

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n

k

n

k

OINPV

0k

k

0k

k

i1i1

四、辅助决策工具四、辅助决策工具————决策树决策树 制定长期能力计划的需求预测，预测结果的不确定性通常很大，因为：◦①预测时期的跨度越大，预测结果的准确

性越低◦②如果有其它同行参与竞争，需求的不确

定性会变得更大、更难以预测（同行的竞争策略往往是保密的）

◦③某一时期内的需求并不是均匀地分布在该时间段内，而是可能有高峰有低谷。

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决策树是由各个候选决策方案和每个方案所可能产生的结果所组成的一个图解式模型，这个图解式模型看起来像树一样，因此而得名。◦决策树模型包括一系列节点和从节点发射

出来的分支 ◦模型应从左向右读

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◦ 决策树画出之后，求解则应从右向左进行： （ 1 ）事件节点的经营结果期望值等于每一事

件的经营结果乘其概率，再求和。 （ 2 ）在决策节点，选择经营结果最好的候选

方案为被选择方案。 （ 3 ）未被选中的事件应划两小短横钱表示除去。

（ 4 ）重复上述步骤，直至到达最后边的决策点。

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例题：某百货公司准备在一个选定的新地区开设一个分店，现有两个关于分店规模的方案：大规模方案和小规模方案。该地区的市场需求有两种可能：需求很大和需求较小，概率分别为 0.6和0.4 。

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大需求 (0.6)

小需求(0.4)

听之任之

促销2

大需求 (0.6)

160000

242000

小需求 (0.4)1

544000

小规模2 扩大

维持223000

270000

200000

270000

反 映 热 烈(0.7)

反 映 一 般(0.3) 20000

220000160000

40000

800000

544000

大规模

一、学习效应的含义 一、学习效应的含义 指当一个人或一个组织重复地做某一

产品时，做单位产品所需的时间会随着产品生产数量的增加而逐渐减少，然后才趋于稳定。◦学习阶段，单位产品的生产时间随产品数

量的增加逐渐减少；◦标准阶段，学习效应可忽略不计，可用标准时间进行生产。

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learning curves （反映这类变化趋势的曲线，表示单位产品的直接劳动时间和累积产量之间的关系 ）

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学习阶段 标准阶段

产品数量

单位产品劳动时间

◦“制造进步函数”（manufacturing Progress function ）和“经验曲线”（ experience curve ）

◦所描述的是单位产品的附加成本与累积数量之间的关系。

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二、两种学习效应：个人学习效应和二、两种学习效应：个人学习效应和组织学习 效应组织学习 效应个人学习效应

◦ 指当一个人重复地做某一产品时，由于动作逐渐熟练，或者逐渐摸索到一些更有效的作业方法后，做一件产品所需的工作时间（即直接劳动时间）会随着产品累积数量的增加而减少。

组织学习效应◦ 是指管理方面的学习，指一个企业在产品设计、工艺

设计、自动化水平提高、生产组织以及其它资本投资等方面的经验积累过程，也是一个不断改进管理方法，提高人员作业效率的过程。

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三、学习曲线产生的背景三、学习曲线产生的背景二次世界大战时的飞机制造业。“ 学习率”：在飞机生产中，产量加倍过程中的学习率是 80％。

1936 年美国康乃尔 (Cornell) 大学的莱特博士首先在航空科学期刊上发表了有关学习曲线的文章

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四、学习曲线的运用 四、学习曲线的运用 帮助企业较精确地估计对生产能力的

需求，制定相应的能力计划帮助企业制定产品的成本计划

◦估计随着累积产量的增加成本降低的可能性

◦低成本竞争策略，为了维持一定的利润，必须有足够的产量，尽快增加产量。

防止竞争对手进入自己的市场

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先参加者

后参加者

时间

后参入者的学习阶段

学习阶段的价格低于成本

学习曲线如使用不当有一定风险 ◦管理人员往往容易忘记环境动态变化的特

性，环境变化中的不测因素有可能影响学习规律，从而给企业带来损失。

◦例：道格拉斯飞机制造公司被麦克唐纳（McDon－ nell ）兼并的事例

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五、学习曲线的建立五、学习曲线的建立基本假设：

◦（ 1 ）生产第 n＋ l个产品所需的直接劳动时间总是少于第 n个

◦（ 2 ）当累积生产数量增加时，所需直接劳动时间按照一个递减的速率减少

◦（ 3 ）时间的减少服从指数分布

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数学模型：

式中 ——第一个产品的直接劳动时间 ——第 n 个产品的直接劳动时间 n —— 累积生产数量 b ——lgr/lg2 r —— 学习率

1b

nT T n

nT1T

某柴油机车厂，其某种产品的第一件生产时间是 50000h ，根据以往的经验，这类产品的学习率是 80％。现在想要：

①估计第 40 个产品所需的生产时间； ②计算前 40 个产品的平均单件生产

时间； ③描绘学习曲线。

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①根据公式，可求出第 40 个产品所需的生产时间：

②前 40 个产品的平均单件生产时间可这样计算：

◦ A实际上与具体的产品无关，只与学习率 r与数量 n有关，称为平均单件生产时间因子，因此可预先制成表格备查。

◦ 当 n= 40，学习率 =80 ％时， A=0.429 84。故，平均单件生产时间 =50 000×0.42984=21492（ h ）

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lg0.8/lg 240 50000 40 50000 0.30488 15244( )T h

T 1

1 1 1 1

1 1

/ 40 ( 2 3 40 ) / 40

2 3 40 /40 ( , )

b b bi

b b b

T T T T T T

T A r n

③ 学习曲线的描绘◦可用对数模型来描点

求几个点，连成平滑线◦通过学习曲线的基本规律来描绘

即：第 2 个产品的生产时间是第一个的 80％，第 4 个是第 2 个的 80％，第 8 个是第 4 个的80％等等。

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六、学习率的确定 六、学习率的确定

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如果数据齐备且合理，那么学习率就可利用对数模型来求解。其必要条件是要知道第 1 件和第 n件产品的生产时间 （ 1 ）计算 b

∵Tn=T1·nb ，∴ nb=Tn/T1

blgn=lg(Tn/ T1) b=lg(Tn/T1)/lgn

(2)求 r ∵b=lgr/lg2 ∴r=10blg2

1

1 loglg

lglgb

T

T

n

TT nn

n

1

2)(log

1

22

22T

Tr T

T

b

应用：首先满足两个基本假定：◦一是生产过程中确实存在着“学习曲线”

现象；◦二是学习率的可预测性，即学习现象是规则的，因而学习率是能够预测的

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如果没有上述数据，即在某种产品未开始生产之前就想估计学习率，这种估计通常带有较强的主观性。◦一是根据本企业过去生产过的类似产品进行估计。如果工艺等比较类似，就认为具有相同的学习率。

◦二是把它看作与该产业平均学习率相同。

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注意：◦①盲目地接受产业平均学习率有时是很危险

的，因为对于不同的企业，有时会有相当不同的学习率。

◦②影响各企业学习率的主要因素之一是看生产运作是以设备速率为基础，还是以人的速率为基础。

◦ ③影响学习率的另一个因素是产品的复杂性。◦ ④资本投入的比率也会影响学习率。

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七、提高学习率的一般指导方针七、提高学习率的一般指导方针改善个人的操作水平

◦合理选择员工◦合理的培训◦激励◦工作专业化◦一次完成一项或很少的作业◦使用能够辅助或支持操作的工具或设备◦能够提供快速而简单响应帮助的方法◦让员工协助重新设计他们的工作

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组织学习组织同样也在学习，从工业工程（ IE ）角度考虑组织学习对于企业间的竞争也是关键的

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