模块【3】
生产物流组织
技术与方法
1、了解生产过程与物流类型，理解合理组组织生产过程与物流的目的与基
本要求；
2、了解生产车间单位组织形式、厂区布局方法，掌握运输路线、工艺设备
顺序分析与调整方法（从至表法）；
3、掌握工序间移动方式及加工周期计算方法，运用各种类型的生产作业排
序模型；
4、运用EXCEL工具，突破生产和物流组织的分析与计算技能“瓶颈”，并运
用于整个物流领域的相似问题。
学习目标
模块【3】生产物流组织技术与方法
40
认识生产过程与生产物流
1生产过程与生产物流
?生产过程是指从原材料投入生产、加工，使之转化成为成品出产的一系列有序的生产活动的
运行过程。
?生产过程伴随着物流过程，对企业生产过程的管理，必然涉及对企业供应、生产、销售物流的管
理与协调；
?企业生产物流过程融于生产过程，对企业生产物流的管理，必然要求其与生产过程的需求相适应，
保证和促进生产过程的高效率低成本运行。
2企业生产过程构成
企业生产过程由基本生产、辅助生产、生产技术准备、生产服务四个部分构成；每一过程与生产
物流都有紧密的联系。
2.1生产技术准备过程
?生产技术准备过程是指产品在投入生产前所进行的各种生产技术准备工作。如产品设计、工艺设
计、工艺装备的设计与制造、标准化工作、定额工作、调整劳动组织和设备布置等。
?生产技术准备是合理组织生产过程的必要环节，为实现生产物流高效、顺畅提供前提与保证。
2.2基本生产过程
?基本生产过程是企业生产过程和生产物流的核心，是对原材料直接的加工制造以及传送，使其转
化成符合市场需求和客户需要的产品的过程。如纺织企业的纺纱、织布；钢铁企业的炼铁、炼钢、轧钢；
机械制造企业的铸造、加工、装配等。基本生产过程包括劳动过程与自然过程。1
?基本生产过程按产品结构和工艺特点不同，分为工艺流程式和加工装配式两种类型，其物流
过程呈现连续或间歇的特点。
图3.1.1基本生产类型与物流特点
1劳动过程是指由人和机器协同作业的过程，耗费人力、物力、空间、时间；
自然过程是指借助自然力的作用，使劳动对象完成某种物理、化学变化的过程，如自然冷却（加热件）、自然干燥（油漆）、
自然时效（酿酒发酵）等，不耗费人力、物力，但需耗费空间、时间。
基本生产
类型
原材料投入到成品出产，按固定的流
程，连续不间断地加工。
如：炼油、炼钢、
化工生产等
原材料按照一定的工艺程序，经过毛
坯、零件加工，然后进行部装、组装、
试车、检验，最后形成产品。物流过
程可以是间歇性、不连续的。
如：机械、家具、
电子产品制造等
工艺
流程式
加工
装配式
单元3.1
单元【3.1】认识生产过程与生产物流
41
?基本生产类型按照其工艺性质不同可以划分为若干工艺阶段。
图3.1.2工艺阶段划分示例
?每一生产阶段根据加工工艺、加工设备的不同又可分为若干工序。
?工序是指一个或一组工人在同一个工作地（或机器），对一个或多个工件所进行的连续加工的作
业过程。工序按期作用分为工艺工序、检验工序和运输工序。
图3.1.3工序划分及界定
工序划分正确与否，对于制定合理的生产流程和物流方向，提高生产效率和物流效率，缩短生产周期
等具有直接的影响。工序是工艺过程最基本的组成单位，是核定劳动定额、配备工人、编制生产作业计划
和生产进度控制、质量管理、成本核算的重要节点。
2.3辅助生产过程
?为保证基本生产过程的正常进行所必需的各种辅助生产活动。——如机械制造企业中的动力生
产、工具制造、设备维修等。
?辅助生产过程本身也是包括产品生产和物流过程，是保证基本生产过程顺利进行的生产作业。其
生产的产品（如动力、工具、维修等）是为了满足基本生产的需要，而不作为企业主产品销售。
?辅助生产若与基本生产不相协调，必然降低生产物流的效率和质量，甚至会造成生产过程和物流
过程的中断，因此，辅助生产过程是基本生产过程的十分重要的技术保证。
2.4生产服务过程
?生产服务过程的主要内容是物流过程，包括原材料、半成品、产成品的供应、运输、处理和仓储
保管等，其服务的及时性和质量，影响基本生产的生产和物流过程的效率与质量。
?企业生产若时常会出现供应不及时或供应过剩的现象，其中相当一部分原因是由于生产服务过程
没有很好地贯彻准时供应(JIT)、储备量经济合理的的原则。
工艺阶段
划分
机械生产
毛坯制造（铸造、锻压、切割）?
机械加工（机床加工、冲压、热处理）?
装配（部件装配、整车装配）
纺织生产清花?纺纱?织布?印染?整理
鞋服生产裁断（裁剪）?针车?成型
工序
划分
工艺工序使劳动对象发生物理的、化学的、形状的变化的作业，包括劳动过程和自然过程。
检验工序对原材料、半成品、成品的质量进行检验的作业。
运输工序在工艺工序之间、工艺工序与检验工序之间运送劳动对象（原材料、半成品、成品）的作业。
模块【3】生产物流组织技术与方法
42
?生产加工物流从供应开始，进入各个工序、各个生产阶段（工段），完成成品的生产，各个工序
或生产阶段之间形成需求、供应的网链结构。因此。各个工序必须为其下一道工序提高准时地供应或服务。
3生产物流类型
生产过程伴随着物流过程。生产物流按照其形态和运动状态的不同划分为不同的类型。
?按照物品的形态，生产物流类型分为原材料、在制品、半成品、成品；
?按照物品的运动状态，生产物流类型可分为周转流动状态和储存静止状态
?周转流动状态包括工艺在制品（生产线）、周转在制品（工序间）、运输在制品（车间）；
?储存静止状态包括库存原材料、积压在制品（生产线、工序间）、储存半成品、成品（仓库）。
图3.1.4生产物流过程、形态及类型示意
4企业生产过程和物流合理化组织的目的与要求。
4.1生产过程组织：研究工业企业怎样从空间上和时间上合理地组织产品生产，将生产活动中各项
生产要素有机地组织起来，使生产过程能以尽可能少的劳动消耗和劳动占用，生产出尽可能多的符合市场
需要的产品，从而获得最好的经济效益。这是企业生产管理的重要内容。
4.2合理组织生产与物流过程的目的是：使产品在生产过程中行程最短、时间最省、耗
费最小，效益最高。
?行程最短：通过厂区布局、车间设备布置、运输路线设计，使得产品在生产过程中的流动路线
顺畅，与工艺生产顺序相适应，减少以至消除“逆向物流”。
?时间最省：通过生产作业过程的计划、组织与控制，使各工序加工时间衔接顺畅，减少和消除
不必要的等待或停顿的时间，缩短产品从原材料投入到成品出产的生产周期，降低在制品和库存数量，降
低资金与生产、库存场所的占用，提高资金周转率。
?耗费最小：按照准时制(JIT)与精益生产(LP)基本思想，全面考核生产、运输、库存各个环节和
过程，“杜绝一切浪费”，即减少以至消除任何不创造价值的作业，实现最低的生产和物流成本。]
原材料
（原材料）
仓库
在制品半成品成品物流形态
运动状态
加工
环节
运输、检验
处理、储存
周转、等待
检验、运输
（周转）
仓库
运输、检验
处理、储存
出库
入库（成品）
仓库
出库
运输、检验
处理、储存
交货
出库
入库采购
供应
单元【3.1】认识生产过程与生产物流
43
?效益最高：通过科学的组织和管理，使得企业经济效益、社会效益（包括生态环境保护）相协
调，同时使员工获得意的收益，这是企业经营目的和增强竞争力的内在驱动力。
4.3合理组织生产与物流过程，必须努力实现以下基本要求：
（1）生产与物流过程的连续性：指生产对象在各个环节个工序之间连续不断地完成加工作业，
减少以至消除不必要的停顿与等待。因此，必须通过生产计划、主生产进度计划、生产作业计划的编制和
实施，生产控制语调度，使各工序（生产阶段）的加工物流在时间和数量有机衔接。
（2）生产与物流过程的平行性：指批量生产的对象在各生产环节中，采取平行作业，缩短生产
周期。在交货期紧迫的情况下，平行生产作业显得更为有效。
（3）生产与物流过程的均衡性：指生产环节在相同的时间段内，完成大致相同或逐渐增加的，
又称为节奏性。均衡性要求通过科学制定生产计划，防止前紧后松、前松后紧或时松时紧的状况，防止机
器闲置、人员懒散或过于紧张，防止因赶工造成的机器过度磨损、产品质量下降、生产安全事故发生。生
产物流的均衡性取决于销售物流需求的均衡性，受供应物流均衡性的制约，同时生产物流的均衡性又影响
了销售物流、供应物流的均衡性，
（4）生产与物流过程的比例性：指各生产环节的能力与生产任务相匹配，使得个生产环节的效
率相等或接近，是实现生产连续性、提高设备利用率和劳动生产效率的重要前提。要通过生产能力核定与
匹配，寻找和]消除“瓶颈”环节（扩大生产能力或业务外包），对“富余”环节采取缩减生产能力或承接
外包业务，进行生产能力的调节。
（5）生产与物流过程的适应性：指生产与物流系统能够适应市场需求的变化，又称为生产与物
流系统的“柔性”。即是在对生产系统不做大幅度调整的前提下，能够适应多品种小批量的生产，比具有
较高的生产能力。现代生产组织的“成组生产”、“柔性制造中心”等，是实行生产与物流过程柔性的重
要技术与方法。
（6）生产与物流过程的信息化：市场需求的波动性是现代经济的显著特征。市场需求的不均衡
性与生产系统效率（连续性、均衡性、比例性）要求之间处于动态矛盾之中，只能通过提高生产与物流系
统“柔性”，去适应市场需求的波动，而不是相反。提高生产与物流系统的“柔性”，必须充分运用现代
信息技术，构建企业销售、生产、供应信息一体化平台，如企业制造资源(ERP)、柔性制造中心等，提高
生产与物流系统的效率与效益。
模块【3】生产物流组织技术与方法
44
生产物流的空间组织
1厂区布局与运输路线设计与调整
1.1厂区布局
厂区布局是指在选定的厂区范围内，按照生产与物流过程组织的目标与要求，运用系统观点，统筹兼
顾，对工厂的生产车间、仓库、服务设施、场地、办公场所等空间位置进行设计或调整，精心安排，合理
配置，提高生产与物流过程的效率。
1.1.1厂区布局的原则
厂区布局必须考虑整体效果，一般应遵循以下三条原则：
(1)符合工艺顺序的原则
首先应该按照生产工艺顺序考虑厂区总体布局，分析物料流向，从原材料进厂、入库、配送，到在制
品、半成品在工艺环节之间运输周转，再到成品的出线、入库、运输，整个流程应当顺畅，运输距离要短
直，尽可能避免迂回和逆向物流。
(2)经济合理的原则
厂区布局应当在满足工艺顺序的前提下，寻求最小运输量的布局方案，并充分利用场地面积。在平面
布局上，基本生产过程（产品加工过程）是主体，与它有密切联系的生产部门要尽可能与其邻近，如辅助
生产车间和仓储配送部门应该围绕基本生产车间安排，以缩短运输路线，减少运送量。在立体布局上，应
当考虑立体运输的合理安排，充分利用重力，减少动力的浪费。
(3)安全和环保的原则
厂区布局还应当要有利于生产的安全有序，有利于职工的身心健康。在厂区内，应当重视人流、车流
和物流的分离，使得车流、货物装卸快捷高效。并能避免安全事故的发生；易燃易爆物品库应远离人群密
集区，并有安全防范措施，有足够的消防安全设施；对“三废”的处理和处置要符合环保要求；还要对防
火、防涝、防盗等进行综合考虑、设计或调整。
1.1.2厂区布局的基本要求
?厂区平面和立体布局合理，节省占地面积，留有充分的美化、绿化场地，环境整洁、美观；
?厂区道路顺畅，人流、车流、物流分离，物流的入口与出口与厂区外界的交通衔接良好；
?生产与物流路线顺畅，运输距离最短、运输量最小，尽量消除迂回于逆向运输；
?具有最良好的工作环境，符合通风透气、安全、防火、卫生标准，三废、噪音的排放、处理负荷
环保要求；
?符合企业发展规划，具有足够的灵活性和必要的余地，适应生产经营变化。
单元3.2
单元【3.2】生产物流的空间组织
45
关系代码
原因代码
1.2厂区布置的方法
1.2.1物料流向图法——按照原材料、在制品、产成品在生产过程中的流动方向，考虑产区布局。
如，机械制造厂的平面一般布局：
图3.2.1机械制造厂物料流向图
1.2.2作业相关图法——考虑生产系统各组成部分之间的相互关联，按照关系密切程度安排生产
单位区域的相邻布局。
?关系密切程度由6个等级区分，用字母表示，并赋予一定的分值；用数字表示关系密切程度的原
因。如表3.2.1和表3.2.2所示。
?运用《作业相关图(EXCEL)模版》绘制相关图，表示各生产单位之间的关系密切程度与原因。
1原材料库1X2
2成品库A3X1.3.4I4
3毛坯车间U1.3X5AAU6
4机加工车间1.2.3X1.2.3XU7AXUO8
5装配车间1.2.3AUO31EUO32
6中间零件库1.3UO33UO34
7餐厅O35U36
8管理办公室678
图3.2.2企业生产活动相关图
原
材
料
进
厂
仓
库
铸造
车间
锻压
车间
机加工
车间
装配
车间
成品
仓库
成品
出厂
热处理车间
表3.2.1关系密切程度评价表
关系密切程度代号分值
非常重要A6
恨重要E5
重要I4
一般O3
不重要U2
不可接近X1
表3.2.2关系密切程度原因及代号
关系密切程度的原因代号
便于物品流动1
便于传递信息2
便于工作联系3
便于管理4
有利于环境5
便于人员流动6
模块【3】生产物流组织技术与方法
46
?编制密切程度及积分统计表
表3.2.3企业生产活动相关程度评价表
生产活动12345678得分
1原材料库XAIXUUO19
2成品库XXUAXUO16
3毛坯车间AXAXXUO20
4机加工车间IUAAAUO29
5装配车间XAXAEUO24
6中间零件库UXXAEUO20
7餐厅UUUUUUU14
8管理办公室OOOOOOU20
?厂区布局：根据上述图标分析，机加工车间积分最高，应首先确定其位置；毛坯车间、中间库车
间、、装配车间与机加工车间时A类关系，所以应布置与其邻近；同理，原材料库应与毛坯车间临近布置；
成品库车间应与装配车间临近布置，中间零件库应当与装配车间尽量邻近布置（E类关系）。
?绘制厂区平面布局草图。根据厂区地形和各生产单位的需要面积，考虑人流、车流、物流分离及
厂区美观，综合考虑厂区布局，绘制厂区平面布置图。
图3.2.3厂区平面规划图
机加工
车间
毛坯车间
中间零件库
装配车间
原材料库
管理办公楼
成品库
食堂、餐厅
装卸、
堆料
车流道路厂
外
公
路
单元【3.2】生产物流的空间组织
47
1.2.3物料运量比较法——比较各生产单位之间的运量大小，相互运量较大的单位尽量邻近布置，
以减少总运量。
?某企业有6个生产单位，各单位之间的运量如下表所示：
表3.2.4物料运量表单位：吨/日
至
从010203040506
011111
0284113
03268
04261018
051212
060
013818121162
?根据上表数据绘制运量相关图
注：表示2吨运量表示1吨运量
图3.2.4运量相关图
?厂区布局：根据以上图标，04、05、06单位之间、01、02单位之间运量最大，应当分别邻近布
置；02、03之间运量较大，应当尽量邻近布置；03与04、02与06之间运量较小，可以较大距离布置。
1.2.4综合法——综合运用物流流向图法、作业相关图和物料运量比较法进行厂区平面布局：
?当物料运量不是很大时，以生产活动相关图法为主，适当考虑物料的流向和运量；
?当运量很大时，以物料运量比较法为主，适当考虑物料的流向和生产单位关系密切的程度。
?物流流向图法、作业相关图和物料运量比较法还可以运用于库区布局和库房布局设
计，根据物流的方向、运量与相关性进行布局设计。
010203
0405
06
模块【3】生产物流组织技术与方法
48
2企业生产单位（车间）的组织与布置
2.1生产单位组织形式
企业根据产品需求、工艺特点及资源分布，按照不同形式构成生产单位。与此相对应，在不同形式的
生产单位内，设备的布置、物流形式就具有不同的特点。
2.1.1工艺专业化形式
工艺专业化即工艺原则，又称其机群式布置。即把相同设备或同类工艺过程集中布置，对不同产品或
零件进行同类工艺的加工。其优点是：对品种变换的适应性较强，设备及生产面积利用率较高，便于对工
艺进行专业化技术管理。其缺点是，物流经历的路线复杂，运输距离长运量大，并且有较多的迂回或逆向
物流；产品（零件）停放时间长，增加在制品数量，生产周期长，占用较多的流动资金，各单位计划协调
复杂。
工艺专业化使用于产品品种多、单个品种产量较小的订货型生产。
图3.2.5通用机械制造企业工艺专业化生产单位图3.2.6工艺专业化（机群式）设备布置及物流形式
2.1.2对象专业化形式
对象专业化即对象原则，又称产品式布置。即把制造某种产品所需要的各种不同类型的设备，按工艺
加工顺序布置，在一个生产单位内，由不同设备对同类产品基本完成不同工艺的加工。其优点是：加工和
物流路线顺畅，减少迂回或逆向物料，运输距离短运量小，；产品（零件）停留时间少，减少在制品数量，
缩短生产周期，资金周转快；各单位之间计划协调少，质量责任明确。其缺点是：对产品变换的适应性不
强，当同一产品或同类产品的产量低时，设备与生产面积利用率低；同时，难以对工艺技术进行专业化管
理。
对象专业化形式适用于品种少、批量大的备货型生产。对象专业化进一步发展便为流水生产线。
A
B
AB
铸造车间锻造车间下料车间
金工车间冲压车间焊接车间
热处理车间装配车间
单元【3.2】生产物流的空间组织
49
图3.2.7汽车制造企业对象专业化生产单位
图3.2.8对象专业化（产品式）设备布置及物流形式
2.1.3成组生产单元
成组生产单元是结合了上述两种形式的特点，根据成组技术原理，对产品或零件按照其特征的相似性
进行分组归类，将具有相似性的零件组成一个生产单元，集中布置所需设备，并按工艺顺序排列。负荷不
足的设备，则集中布置，供几个生产单位共同使用。
成组工艺形式吸取了工艺专业化和对象专业化的优点，并有效地避免各自的缺点，在满足品种多样化
的基础，形成批量生产并具有较高的生产效率，提高生产系统的柔性和适应性；简化零件的加工流程，减
少物流迂回和逆向路线，减少运输量。
成组生产单元适用于多品种中小批量的生产类型。在当今市场需求多样化、产品需求个性化的环境下，
研究和运用成组技术对提高企业市场适应性、提高生产效率和经济效益，具有十分重要的意义。
图3.2.9(a)运用成组技术之前的加工与物流路线图3.2.9(b)运用成组技术之后的加工与物料路线
AA
BB
毛坯车间
总装车间
箱
体
车
间
丝
杆
车
间
弹
簧
车
间
轴
类
车
间
轴
类
车
间
模块【3】生产物流组织技术与方法
50
3设备布置的方法——从至表法
生产单位的组织形式确定之后，接着必须考虑车间、工段内部的设备相对位置，使得物流路线顺畅、
运输距离最短、总运量最小。解决这一问题单凭经验和试验的方法容易造成设备安装或运行上的浪费。从
至表法综合运用上述的物流流向图法、作业相关图和物料运量比较法，定性与定量相结合，分析和研究物
流流向、运量和相关性的交叉影响，尤其在产品多样化、工序、设备复杂的环境，更是解决设备布置的有
效工具。
?零件工艺路线图。根据车间设备排列的初始方案及加工零件的工艺路线，绘制出工艺路线图：
设备
零件号A毛坯库B铣床C车床D钻床E镗床F磨床G压床H检验台
001
002
003
004
图3.2.9零件加工路线图
?运用《从至表(EXCEL)分析摸版》，输入零件加工路线，生成初始从至表；假定相邻设备两两之
间距离相等（均为一格单位长度），计算运量(正向从至运量、逆向从至运量及总运量)。
表3.2.5(a)初始从至表
工序顺序
A
毛
坯
库
B
铣
床
C
车
床
D
钻
床
E
镗
床
F
磨
床
G
压
床
J
检
验
台
从
至
数
运输量
至
从
工序
编码ABCDEFGJ合计
正向
从至
逆向
从至
工序编码12345678
A122416
B21130
C321380
D41140
E521350
F62240
G71113012
J800
合计01313234174012
运量合计52
①②③
④⑤
①②
③④⑤⑥
①②③④
①②
③④⑤⑥
⑥
单元【3.2】生产物流的空间组织
51
?从至表优化：从至数表示零件的移送方向和次数，列为起始工序，行为终止工序。对角线上方表
示正向物流，对角线下方表示逆向物流；行列交汇点（单元格）越靠近对角线，表示运输距离越短，反之
则越长。从至表优化的思路是：右上角较大的从至数尽量向对角线靠拢（即缩小运输距离），较小的从至
数向左下角或右上角疏散；总运量最小化，并使逆向物料的运量尽量减少。
?进行数次调整，即可得满意的从至表。设备顺序A?C?G?E?F?J?D?B，总运量降
低38.5%，逆向运量减少50%。
表3.2.5(b)满意从至表
工序顺序
A
毛
坯
库
C
车
床
G
压
床
E
镗
床
F
磨
床
J
检
验
台
D
钻
床
B
铣
床
从
至
数
运输量
至
从
工序
编码ACGEFJDB合计
正向
从至
逆向
从至
工序编码12345678
A12246
C212350
G3111391
E421340
F52220
J6000
D71101
B8114
合计0333241117266
运量合计32
模块【3】生产物流组织技术与方法
52
生产物流的时间组织
1产品在工序间的移动方式
【实例3.3.1】设某零件加工批量为4件，经过四道工序M1、M2、M3、M4加工，各工序单件时
间分别为10、5、15、20分钟。零件在工序间的移动方式不同，则加工周期不同。
1.1顺序移动方式
移动方式：整批移动，即一批零件在前工序全部加工完毕后，整批移送到后道工序进行加工。
加工周期计算公式?
?
??m
ii
tkT
1顺
式中：it——工件在第i工序单件加工工时，i=1,2,…,m
m——工序数目
k——批量（下同）
本例，4,4,20,15,5,104321??????nktttt，则T顺＝200(分钟)，移动方式如图：
图3.3.1(a)顺序移动方式及周期
1.2平行移动方式
移动方式：单件移动，即每件产品在前道工序加工完毕后，立即移送到后道工序继续加工，产品在各
道工序实行平行作业。
加工周期计算公式??
L
m
ii
ttT????
?
1-k
1平
式中：Lt——单件时间最长的工序单件加工工时
本例，20?Lt，则T平＝110（分钟），移动方式如图：
图3.3.1(b)平行移动方式及周期
单元3.3
10
5
15
20
10
5
15
20
10
5
15
20
10
5
15
20
020406080100120140160180200
M1
M2
M3
M4
10
5
15
20
10
5
15
20
10
5
15
20
10
5
15
20
020406080100
M1
M2
M3
M4
单元【3.4】非流水型排序(n/m/G/Fmax)
53
1.3平行顺序移动方式
移动方式：分批移动，顺序移动与平行移动方式相结合，即每件产品在前道工序加工完毕后，立即移
送或分批移送到后道工序继续加工，并使各道对整批零件加工时间是连续的。
具体移动方法：若后道工序但见时间小于前道工序，则采取成批移动方式，保证最后一个零件连续加
工，其余工件加工时间往前推移；若后道工序单件时间不小于前道工序，则采取平行移动方式，即前道工
序加工完毕后立即移送后道工序加工。
加工周期计算公式???????
?ss
m
ii
tktkT)1(
1平顺
式中：st——相邻两工序，单件时间较短的工序单件加工工时。
本例，????15,5,5?st，20??
ss
t，则T平顺＝125（分钟），移动方式如图：
图3.3.1(c)平行顺序移动方式及周期
?移动方式比较
表3.3.1移动方式特征及适用范围
移动方式
考虑因素顺序移动平行移动平行顺序移动
特征
加工周期长短较短
(实例)200ˊ(100%)115ˊ(缩短42.5%)125ˊ(缩短37.5%)
辅助运输量少多较少
设备利用率高较低高
适用
范围
生产类型单件小批√大量大批√√
生产任务缓√急√√
专业化形式
工艺原则√
对象原则√√
流水生产√√
调整设备时间短√√长√
零件加工时间短√长√√
10
5
15
20
10
5
15
20
10
5
15
20
10
5
15
20
020406080100120
M1
M2
M3
M4
模块【3】生产物流组织技术与方法
54
2作业排序
?排序(Sequencing)即是确定零件在机器上的加工顺序。
2.1n种零件在一台机床上的作业排序（N／1排序）
【实例3.3.1】假设有一台机床(或一名工人)同时接到8项加工零件，每项零件需要加工的时间不
同，交货期限也不同，具体情况如表11.1
表3.3.2生产任务、加工时间与交货期限
零件名称??iJ12345678Σ
加工时间（天）??iP10631487645
交货期限（天）??iD3520118625289
8种零件共需加工时间45天，而最长的交货限期是35天。因此，没有可能使全部加工零件都按期完
成。问题是如何来安排加工顺序使脱期的零件最少，或总的脱期天数最少。
分析参数
第i项零件完成的时间?????
?
?i
k
kPiA
1
，即零件的完工期
第i项零件脱期的时间????????0max，iDiAin??，若零件完工期大于交货期，即出现脱期（延迟交货）。
第i项零件的紧迫性??????iPiDi???，即交货期限与加工时间的差额，若其值越小，说明任务的紧迫
性越大。
对作业任务进行排序遵循的原则主要有：
1、按先到先做原则(FCFS)安排
2.按最小加工时间原则(SPT)安排
3.按交货期优先原则(EDD)安排
4.按紧迫性优先原则(SST)安排
5.Moore法则
Moore法则是使脱期项目最少的安排施工顺序的法则。考虑将某一项或几项任务外包加工，并使外包
加工的任务数量最小，保证其他任务按期完成。其方法是：按交货期优先法则逐项安排，先安排交货限期
最早的工作，如不脱期，接下去按交货优先原则继续安排；如果遇到脱期，就将这项任务放到最后施工，
再接下去按交货期优先原则继续安排，这一项任务计算下来要脱期时也同样处理。这样安排出的施工顺序
必然是脱期项目最少。
排序过程及结果见《生产物流实验5——作业排序的EXCEL模版操作与应用》
单元【3.4】非流水型排序(n/m/G/Fmax)
55
2.2n种零件在m台设备(N／M)生产的最大流程时间(Fmax)
2.2.1计算Fmax的几个假定条件：
?设备用M1，M2，…Mk，…，表示，k＝1，2，3，…m
零件用J1，J2，…，Ji…，表示，i＝1，2，3，…n
Pik表示第i个零件在第k个设备上的加工时间，构成一个加工时间矩阵，如：
表3.3.3(a)加工时间(Pik)矩阵
零件j(i)
设备M(k)123456
M1Pi1423142
M2Pi2456745
M3Pi3587555
M4Pi4424331
?设备M1不发生空闲，即连续加工；各工件加工的按照M(k)工序路线，即属于流水型排序；.
?对其它设备，能对某一工件加工必须具备2个条件：机器必须完成排前一位的工件的加工；要加
工的工件的上道工序已经完工。
2.2.2最长作业流程时间计算
如对6个工件，按照J(6)、J(1)、J(5)、J(2)、J(4)、J(3)排序，计算最长流程时间
表3.3.3(b)最长流程时间计算
j(i)
M(k)
J6J1J5J2J4J3
t1t2t3t1t2t3t1t2t3t1t2t3t1t2t3t1t2t3
M1Pi10220460410021201130316
M2Pi225704110415052007270633
M3Pi3751205170522083005350742
M4Pi41211344211325523233384446
t1——加工等待时间；t2——加工作业时间；t3——加工结束时间（最大流程时间），下同。
kt1为工序M(k)在结束对上一个工件加工，开始对下一件工序加工之间所等待的时间。
?第1道工序M1连续加工，对所有工件加工的等待时间kt1为0；
?各道工序对第1个加工工件J(6)的加工时连续的，等待时间kt1等于上道工序的完工时间13?kt；
?其余工序对其他工件的加工等待时间??032111,max????kkkttt，表示工件加工开始时间要等待
本工件上道工序加工结束，同时要等待本工序对前一工件加工结束。如M4工序，对J(6)加工在第13时点
结束，但j(1)在M3工序应在第17时点才能结束，故应加工等待时间为4个时点。
模块【3】生产物流组织技术与方法
56
kt3为各道工序对各工件J(i)加工结束时间，即各工件到M(k)的最大流程时间；最后一个工件J(3)在
最后一道工序M4的加工结束时间，则为全部工件完工的最大流程时间，本例对预定的生产任务的总完工
期是46个试点。
可以验证，不同的作业排序的最大流程时间即总完工期各异。作业排序的目的就是寻找使最大流程时
间即总完工期达到最小的方案，达到利润最大、成本最低或设备利用率最高的优化目标。
2.2.3运用《最大流程时间（EXCEL）分析模版》，分析作业流程并创建图表：
图3.3.2作业排序、加工流程及最大流程时间
2.3n种零件在二台设备的流水型作业排序(N/2/F/Fmax)
2.3.1约翰逊（S.M.Johnsom）—贝尔曼(R.Bellman)规则
【实例3.3.2】两台不同设备加工多种零件，它们的工艺顺序相同.，即M1?M2。现假设有五种零件均
要经过“先车后铣”两道工序，这些零件的工时定额如下表所示：
表3.3.4(a)工时定额表
工件名称J(i)
工序名称M(i)ABCDE
M1车床加工（小时）P1(i)581047
M2铣床加工（小时）P2(i)119336
确定作业顺序，使最大流程时间（即完工期）最短。
1)在公式定额表中寻找最小值（如果有多个最小值，可任取一个）；
2)如果上述最小值属于M1行，则对应零件应尽先安排；如果上述最小值属于M2行，则对应零件应
尽后安排；
3)将已经排定的零件排除，再重复前两步，直到全部零件排完为止。
根据上述规则，分析步骤：
?寻找最小值3，对应工件D，在M2行，移至最后，删除D列——J(5)=D
J6
J6
J6
J6
J1
J1
J1
J1
J5
J5
J5
J5
J2
J2
J2
J2
J4
J4
J4
J3
J3
J3
J3
J4
0246810121416182022242628303234363840424446
M1
M2
M3
M4
单元【3.4】非流水型排序(n/m/G/Fmax)
57
?继续寻找最小值3，对应工件C，在M2行，移至最后(在D前)，删除C列——J(4)=C
?继续寻找最小值5，对应工件A，在M1行，移至最前，删除A列——J(1)=A
?继续寻找最小值6，对应工件E，在M2行，移至最后（在C前），删除E列——J(3)=E
?剩余工件B——J(2)=B，排序完毕。即：
作业排序：J(i)={A?B?E?C?D}
2.3.2Johnsom算法改进
?将所有P1(i)≤P2(i)的零件按P1(i)值不减的顺序（升序）排成一个序列J1。
?将所有P1(i)＞P2(i)的零件按P2(i)值不增的顺序（降序）排成一个序列J2。
?将J1放到J2之前，就构成了最优加工顺序
表3.3.4(b)Johnsom改进算法
工件名称J(i)
工序名称M(i)ABCDE
M1车床加工（小时）P1(i)581047
M2铣床加工（小时）P2(i)119336
J1P1(i)≤P2(i)A(1)B(2)
J2P1(i)＞P2(i)C(4)D(5)E(3)
作业排序：J(i)={A?B?E?C?D}
2.3.3Johnsom算法的Excel模版
【实验】运用Excel建立《Johnsom算法》模版，对作业进行自动排序，并计算最长流
程时间，并创建作业排序与流程图表。
表3.3.4(c)作业排序及最长作业流程时间分析
j(i)
M(k)
ABECD
t1t2t3t1t2t3t1t2t3t1t2t3t1t2t3
M1P1(i)05508130720010300434
M2P2(i)511160925063103340337
t1——加工等待时间；t2——加工作业时间；t3——加工结束时间（最大流程时间）
A,5
A,11
B,8
B,9
E,7
E,6
C,10
C,3D,3
D,4
02468101214161820222426283032343638
M1
M2
工
序
时间
图3.3.3n/2/F/Fmax流水型排序及作业流程
模块【3】生产物流组织技术与方法
58
2.4n种零件在三台设备的流水型作业排序(N/3/F/Fmax)
2.4.1约翰逊—贝尔曼拓展法
【实例3.3.3】设有A、B、C三台加工设备，加工工时定额如下表所示：
表3.3.5(a)工序矩阵单位：天
j(i)
M(k)J1J2J3J4
MAtiA158612min{tiA}＝6
MBtiB3156max{tkB}＝6
MCtiC41057max{tkC}＝4
约翰逊—贝尔曼拓展法：在满足：min{tiA}≥max{tkB}或min{tiC}≥max{tkB}两条件（即所有工
件的中间工序加工时间不大于前工序或后工序）之一的情况下，可将三台设备转换为两台假想设备G与
H，且：
tiG=tiA+tiB
tiH=tiB+tiC
本例符合：mintiA≥maxtkB条件，可以应用约翰逊—贝尔曼拓展法。
2.4.2运用Excel《约翰逊—贝尔曼拓展法》模版
【实验】运用Excel《约翰逊—贝尔曼拓展法》模版，
表3.3.5(b)作业排序及流程时间分析
J(i)
M(k)
J2J4J3J1
t1t2t3t1t2t3t1t2t3t1t2t3
M1p1k08801220062601541
M2p2k81911626053110344
M3p3k91019773305386448
作业排序：J(i)={J2?J4?J3?j1}，最大作业流程时间即总完工期为48天。
t1——加工等待时间；t2——加工作业时间；t3——加工结束时间（最大流程时间）
图3.3.4作业排序(n/32/F/Fmax)及作业流程
工
序
J2,8
J2,10
J4,12
J4,6
J4,7
J3,6
J3,5
J3,5
J1,15
J1,3
J1,4
J2,1
024681012141618202224262830323436384042444648
M1
M2
M3
时间t
单元【3.4】非流水型排序(n/m/G/Fmax)
59
2.5n种零件在m台设备的流水型排序(N/m/P/Fmax)
用分支定界法可以保证得到一般n／m／P／Fmax问题的最优解。但对于实际生产中规模较大的问题，
计算量相当大，以至用计算机也无法求解。同时，还需考虑经济性。如果为了求最优解付出的代价超过了
这个最优解所带来的好处，也是不值得的。为了解决生产实际中的排序问题，人们提出了各种启发式算法。
启发式算法以小的计算量得到足够好的结果.
2.5.1Palmer(帕尔姆)法
1965年，D．S．Palmer提出按斜度指标排列工件的启发式算法，称之为Palmer法。工件按下式计
算斜度指标：
??ikmkipmk??????12/)1(?k＝l，2，…，n
式中，m为机器数；ikp为工件i在M(k)上的加工时间。
按照各工件i?不增的顺序排列工件，可得出令人满意的顺序。
2.5.2【实验】运用《作业排序Palmer法》EXCEL模版求解4/3/F/Fmax排序。
表3.3.6作业排序及流程时间分析
J(i)
J1J2J3J4M(k)k
Pi111263
Pi228429
Pi334582
m=3
λi=332-1
作业排序：J(i)={J1?J2?J3?j4}，总完工期为28天或：J(i)={J2?J1?J3?j4}，总完工期为28天
第一方案：J(i)={J1?J2?J3?j4}
图3.3.5(a)Palmer作业排序(4/3/F/Fmax)及作业流程
第二方案：J(i)={J2?J1?J3?j4}：与上一方案相比，完工期均为28天，但其中第3工序的设备有停
歇现象，因此第1方案略显完善。
J1,4
J2,2
J2,4
J2,5
J3,2
J3,8
J4,3
J4,9
J4,2
J1,1
J1,8
J3,6
0246810121416182022242628
M1
M2
M3
时间t
工
序
模块【3】生产物流组织技术与方法
60
图3.3.5(b)Palmer作业排序(4/3/F/Fmax)及作业流程
2.5.3关键工序法
总工时最大的工序为关键工序，根据一定规则对工件进行分组和排列，可得到近似最优的作业排序方
案。
2.5.4运用《作业排序关键工件法》EXCEL模版求解4／3／P／Fmax排序。
表3.3.7(a)关键工序作业排序分析
j(i)123456pk分析参数
M(k)kJ1J2J3J4J5J6
关键工序
π=4M11Pi138891231
M22Pi2132247533
M33Pi37161096048排序
参数
n1
组内工序
数目M44Pi4157810111465
M55Pi5346911134
工序
分组
PAiPi1
PBiPi1=Pim23002214023
PCiPi1>Pim04600032
作业排序J(i)={J6?J5?J4?J1?J3?J2}
步骤1：计算并寻找关键工序，?
?
?m
ikik
pp
1
，加工任务承担最多即kp值最大的工序为关键工序。
此例M4为关键工序，π=4；
步骤2：工序分组。将工序按以下规则分为3组，并在组内排序
A组：imipp?1，即首工序＜尾工序（排序参数n1=1），求各工件在关键工序之前的加工时间之和，
????11?kikiApP，根据计算数值按不减顺序排列；此例，A组只有工序J6；
B组：imipp?1，即首工序＞尾工序（排序参数n1=3），求各工件在关键工序之后的加工时间之和，
????mkikiCpP1?，根据计算数值按不增顺序排列；此例，C组按J3、J2排列；
B组：imipp?1，即首工序＝尾工序（排序参数n1=２）；若A组工序数目大于C组，B组工序按C
组规则，反之，按照A组规则求和并排列。本例按（A组规则）J5、J4、J1排列。
工
序M1
J2,5
J1,8
J1,4
J3,2
J3,8
J4,3
J4,9
J4,2
J2,2
J2,4
J1,1
J3,6
0246810121416182022242628
M2
M3
时间t
单元【3.4】非流水型排序(n/m/G/Fmax)
61
表3.3.7(b)作业流程时间分析
j(i)J6J5J4J2J3J1
M(k)t1t2t3t1t2t3t1t2t3t1t2t3t1t2t3t1t2t3
M1Pi10220130912031508230831
M2Pi2257071404180133102330235
M3Pi37077620092927380104801664
M4Pi47142101132010420155708650772
M5Pi521113201339951636056711476
步骤3：工序排列。按A组、B组、C组顺序合并；，即为全部工件的排序方案，本例作业排序
J(i)={J6?J5?J4?J1?J3?J2}，最大流程时间为76单位时间。
图3.3.6关键工序排序及作业流程
2.5.5关键工件法
与关键工序法相似，总工时最大的工件为关键工件，其余工件按照一定规则排列在关键零件之前或之
后，可得到近似最优的加工顺序安排方案。
步骤1：分别工件i，计算?
?
?m
kiki
pp
1
，找出ip最长的工件，作为关键工件C。
步骤2：对其余工件，若imipp?1，则按1ip不增顺序排列（SA）；若imipp?1，则按imp不减顺序排
列（SB）
步骤3：按组合J(i)={SA，C，SB}作业排序，即为近优解。
表3.3.8关键工件法作业排序流程
j(i)
M(k)J1J2J3J4
M1Pi13263
M2Pi28429
M3Pi34582
???mkikipp1
13111614
作业排序J(i)={J2?J2?J3?J4}
J6,5
J6,0
J6,14
J6,11
J5,7
J5,6
J5,11
J4,9
J4,9
J4,10
J4,9
J2,13
J2,7
J2,15
J3,8
J3,10
J3,8
J3,6
J1,8
J1,16
J1,7
J6,2
J5,1
J5,1
J4,
4
J2,3
J2,3
J3
,2
J1,2
J1,4
06121824303642485460667278
1
2
3
4
5
工
序
时间t
模块【3】生产物流组织技术与方法
62
2.5.6CDS排序法
由H.G.Campbell，R.A.Dudek，和M.L.Smith三人合作提出，受国际上公认的一种比较有效的启发
式算法，简称CDS法。即是将Johnson算法用于一般的n/m/P/Fmax问题，得到(ｍ－1)个加工顺序，取其
中优者。
【实例3.3.4】设某零件组有6种零件，其工艺过程换工序时间如下表所示：
表3.3.9零件工序矩阵
工件j(i)
M(k)J1J2J3J4J5J6
M1Pi13129456
M2Pi27468510
M3Pi34871512
M4Pi45711592
求解思路：
排序方案方案思路作业排序组合
方案1选取首、尾位两工序(即M1，Mm)，按Johnsom算法排序M1M
4
方案2将首、尾各2工序合并(即M1+M2，Mm-1+Mm-2)作为2个假定工序，按Johnsom算法排序M1+M2M
3+M4
方案3将首、尾各3工序合并(即M1+M2+M3，Mm-2+Mm-1+Mm)作为2个假定工序，按Johnsom算法排序M1+M2+M3M
2+M3+M4
………………
方案（m-1）将首、尾各(m-1)工序合并(即M1+M2+…+Mm-1，M
2+M3+…+Mm)作为2个假定工序，按Johnsom算法排序
M1+M2+…+Mm-1
M2+M3+…+Mm
进行m-1次排序，比较m-1个方案的最大作业流程时间，其中最大作业流程时间最小者，即为近似最
优的排序方案。
【实验】运用Excel建立DSC法作业排序模版，分析各方案排序结果：
按方案1，作业排序J(i)={J1?J4?J5?J3?J2?J6}，最大作业流程时间63天；
按方案2，作业排序J(i)={J5?J3?J2?J6?J1?J4}，最大作业流程时间68天；
按方案3，作业排序J(i)={J4?J1?J5?J6?J3?J2}，最大作业流程时间67天；
通过比较，选择第一方案排序的结果。其最大流程时间分析如下：
单元【3.4】非流水型排序(n/m/G/Fmax)
63
表3.3.10CDS法作业排序及最大流程时间
J1J4J5J3J2J6备注
M133475129211233639作业
时间
最大作业
流程时间
M27108185236294371049
M34141195287368451261
M45195249371148755263
图3.3.6DSC法作业排序及流程
J1,7
J1,4
J1,5
J4,4
J4,8
J4,1
J4,5
J5,5
J5,5
J5,5
J5,9
J3,9
J3,6
J3,7
J3,11
J2,12
J2,4
J2,8
J2,7
J6,6
J6,10
J6,12
J6,2
J1,3
0481216202428323640444852566064
M1
M2
M3
M4
工
序
时间t
模块【3】生产物流组织技术与方法
64
非流水型排序(n/m/G/Fmax)
（选学提高模块）
非流水型作业排序，又称为单件车间排序，是生产和物流过程经常遇到，但处理最为复杂的问题。对
于一般的n／m／G／Fmax（m≥3），从理论上讲，可以采用整数规划、分支定界法等方法求解，但计算量
太大，尚无适用价值。比较简便的方法，可以采用坐标法、Johnsom发和启发法。
1坐标图法（“艾克斯”图解法）
【实例3.3.3】设有J1、J2两种零件，在A、B、C、D四种机床上加工，其工艺顺序及所需时间如
表12-8所示，要求合理安排每台机床上零件的加工顺序，以便使总流程时间最短（A、B、C、D四种机床
各一台）。
零件工艺顺序与工时定额
J1
机床M1M2M3M4
加工工时2182
J2
工艺顺序机床ADBC
加工工时1414
图解步骤：
(1)在x轴、y轴上，按照等距离标出时间单位（小时），沿x轴标出工件J1的加工顺序，沿y轴
标出工件J2的加工顺序。
图3.4.1(a)零件加工顺序示意图
单元3.4
单元【3.4】非流水型排序(n/m/G/Fmax)
65
(2)标出干涉区。若两个工件同时开始按各自顺序连续加工，凡在同一台设备需要同时加工J1、
J2两工件时，属于相互干涉（干扰）的时间，称为干涉区。如图阴影部分区域。
(3)绘制加工路线。
绘制首先加工J1的路线。从O开始，沿x轴M1干涉区下沿绘直线，代表只能加工J1，而J2只能
延后加工（等待）；A代表M1加工完毕，进入无干涉区，绘制45°斜线，表示不与J2加工发生冲突；到B
点又遇到干涉区，J1已经在M3设备加工，沿x轴平行线向右绘制直线，表示J1继续加工，J2延后加工
（等待）；到C点后，又进入无干涉区，绘制45°斜线，此时J1在M4加工，J2在M3加工；到达D点，
表示J1加工完毕；从D到E表示只有J2在加工。J1的加工路线是OA（J2等待）?AB?BC（J2延后）
?CD。
按照以上方法，会直首先加工J2的加工路线AO?（J1等待）?BA???CB?（J2等待）?CD?DE。
(4)绘制加工进度图（甘特图）
绘制方案1（首先加工J1）的进度图，最大流程时间15小时。
图3.4.1(b)零件加工进度图(首先加工J1)
绘制方案2（首先加工J2）的进度图，最大流程时间15小时。
图3.4.1(c)零件加工进度图(首先加工J2)
上述分析表明，首先安排J1加工，比首先安排J2可以缩短1个小时工期，因此，选择方案1。
2矩阵法
1、问题描述
根据生产工艺和生产计划资料，将工件加工过程用(i，j，k)表示，即工件J(i)的第G(j)道工序是在机
器M(k)上进行
模块【3】生产物流组织技术与方法
66
工序
G(i)
产品J(i)、设备M(k)，加工时间
设备加工顺序
J1J2
1M1(4)(1,1,1)=4M3(5)(2,1,3)=5M1J1，J2{(1,1,1),(2,2,1)}
2M3(6)(1,2,3)=6M1(7)(2,2,1)=7M2J1，J2{(1,3,2),(2,3,2)}
3M2(2)(1,3,2)=2M2(2)(2,3,2)=2M3J2，J1{(2,1,3),(1,2,3}
2、运用甘特图，根据工艺顺序，绘制作业进程图。
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