生產與作業管理 產品設計與製程選擇 - 製造業 指導教授 : 盧淵源 教授 組員︰ M 鍾睿瀚

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1 生產與作業管理 產品設計與製程選擇 - 製造業 指導教授 : 盧淵源 教授 組員︰ M994012032 鍾睿瀚

2 流程選擇 流程類型（依據流程的作業內容來分類） 轉換流程 加工流程 組裝流程 測試流程

3 流程選擇 流程結構 Hayes與Wheelwright定義四種主要的流程結構 零工式流程 批次流程
小量生產多樣的產品，且大部分產品的製造步驟並不相同 批次流程 標準化的零工式流程，應用於產品線相當穩定的企業，不論是依據顧客訂單生產或是計劃生產，每樣產品是以週期批次的方式生產

4 流程選擇 流程結構 Hayes與Wheelwright定義四種主要的流程結構 裝配線 連續流程
各工作站間以非連續、固定的速度，按照一定的順序完成產品的生產方式 連續流程 對同性質的物料，進行加工處理

5 流程選擇 產品流程矩陣 產品結構 效能指標 產品生命週期 彈性(高) 流程結構 單位成本(高) I 印刷廠 零工 法式餐廳 II 重機械
流程生命週期 階段 流程結構 少量.低標準化 常僅有一種 多種產品 少量 一些主要產品 多量 多量.高標準化 日常用品 I 零工 II 批次 III 組裝線 IV 連續流程 沒有 (不可行) 彈性(高) 單位成本(高) 彈性(低） 單位成本(低) 印刷廠 法式餐廳 重機械 咖啡 汽車組裝 漢堡 製糖 煉油廠 產品結構 產品生命週期 效能指標

6 損益平衡分析 特定流程設備的選擇 鑽孔機 轉印機 一般用途 特殊用途

7 損益平衡分析 設備選擇的主要決策變數 決策變數 考慮因素 初期投資 價格 製造商 適用現行的模式 空間需求 供應和支援設備 的需求 彈性
一般與特殊目的設備的比例 產出率 實際與估計產能比 整備需求 複雜性 換線的速度 產品品質 規格的一致性 不良率 維護 頻率 零件的供應力 作業需求 易用程度 安全性 人體工學的影響 過時 市場現況 修改為其他用途 人員的需求 直接與間接人員 的比例 技能與訓練 在製品 緩衝庫存的時間與需求

8 損益平衡分析 適用的情況 Break-even analysis是選擇流程或設備時的分析工具，且透過損益平衡圖我們可以清楚的了解到，產品在不同銷售量或產量下的利潤或損失。

9 損益平衡圖

10 損益平衡分析 有一家製造商有下列幾種方案取得生產所需的 機械零件 範例6.1 向外購買零件，成本為200美元/單位
有一家製造商有下列幾種方案取得生產所需的　 　機械零件 向外購買零件，成本為200美元/單位 使用半自動車床之成本：固定成本為80000美元，變動成本為75美元/單位。 使用加工中心之成本：固定成本為200000美元，變動成本為15美元/單位。 總成本＝$200 X需求量 總成本＝$80000$75 X需求量 總成本＝$200000$15 X需求量

11 損益平衡分析 範例6.1 A B 結果依需求生產量來選取方案(成本極小化) 0 ~ 640 單位時，選方案一，外購
Sales=300xQ TC = 200xQ 50 100 150 200 250 300 金額 數量 TC=80,000+75xQ C 外購 半自動化車床 收益 TC=200,000+15xQ 加工中心 A 損益平衡點 A 之計算︰ 80,000+75xQ=200,000+15xQ Q = 2,000 成本極小化 D B 利潤最大化原則 損益平衡點 B 之計算︰ 200xQ=80,000+75xQ Q = 640 結果依需求生產量來選取方案(成本極小化) 0 ~ 單位時，選方案一，外購 640 ~ 2000 單位時，選方案二，半自動化車床 2000單位 以上時，選方案三、機器中心 35

12 損益平衡分析的延申 損益平衡分析使用方法 一、方程式法 二、圖解法 三、邊際貢獻法

13 損益平衡分析的假設 總成本區分為不隨產出水準變動之固定成本及會隨產出水準變動之變動成本兩部分。
在攸關範圍內，總收入及總成本與產出單位之關係呈線性。 只產銷單一產品，如有多種產品時，其產銷售組合比例維持不變。

14 A B TC=80,000+75xQ TC=200,000+15xQ 邊際貢獻法下損益平衡點之計算︰ 1.外購：0÷ (300-200)=0
50 100 150 200 250 300 金額 數量 Sales=300xQ TC = 200xQ TC=80,000+75xQ C 外購 半自動化車床 收益 702 TC=200,000+15xQ 機器中心 A 損益平衡點 A 之計算︰ 80,000+75xQ=200,000+15xQ Q = 2,000 成本極小化 356 D 利潤最大化原則 B 損益平衡點 B 之計算︰ 200xQ=80,000+75xQ Q = 640 邊際貢獻法下損益平衡點之計算︰ 1.外購：0÷ ( )=0 2.半自動化車床：80,000 ÷(300-75)≒356 3.機器中心： 200,000 ÷(300-15)≒702 35

15 一、方程式法 (equation method)
損益平衡分析使用方法 一、方程式法 (equation method) 銷貨＝變動成本及費用＋固定成本及費用＋利潤 銷貨（TR）＝單位售價（UR）×銷量（Q） 總成本（TC）＝單位變動成本（UVC）×銷量（Q） ＋固定成本及費用（TFC） 損益兩平時TR＝TC 即UR‧Q＝UVC‧Q＋TFC

16 二、圖解法 畫圖步驟： (1)標示出座標圖，橫座標表示銷售單位，縱座標表示金額。 (2)畫出總成本線。 (3)畫出總收入線。
二、圖解法  畫圖步驟： (1)標示出座標圖，橫座標表示銷售單位，縱座標表示金額。 (2)畫出總成本線。 (3)畫出總收入線。 (4)總成本線與總收入線交會點即為損益兩平點。

17 利量圖（PV graph）的功用 透過利量圖可以顯示出產出水準改變時，對營業利益的影響。（表達售價或變動成本改變，對利潤與損益兩平點所造成之影響） 邊際貢獻率＝(單位邊際貢獻/ 單位銷貨收入) ＝利量率

18 利量圖 畫圖步驟 ： 1.橫座標為主，先畫出一條以0為起點以目前銷貨為終點之基本線(銷售線)。 2.找出產出水準為0的固定成本，此即為在此產出水準時的營業損失點。 3.找出損益兩平點。 4.連接2與3兩點此線即為利量線。 5.超過損益兩平點時，每單位增加一單位邊際貢獻的營業利益。

19 (contribution margin method)
三.邊際貢獻法 (contribution margin method) ∵ UR ×Q － UVC ×Q － TFC ＝ 0 (UR － UVC)×Q ＝ TFC TFC TFC 固定成本 ∴Q ＝ ＝ ＝ UR － UVC @CM 每單位邊際貢獻

20 CONTRIBUTION INCOME STATEMETN
Benchmark Paper Company Contribution Income Statement For a Monthly Volume of 5,400 Cartons Sales (5,400*$8.00)…………………………..銷貨收入……………………$43,200 Less variable costs: 減 : 變動成本 Direct materials (5,400*$1.00)……………..直接原料………..$5,400 Direct labor (5,400*$0.25)…………………..直接人工………. 1,350 Manufacturing overhead (5,400*$1.25)….變動製造費用...…...6,750 Selling and administrative(5,400*$0.50)…變動銷管費用.…….2, (16,200) Contribution margin……………………………邊際貢獻…… $27,000 Less fixed costs: Manufacturing overhead……………………固定製造費用……$5,000 Selling and administrative………………… 固定銷管費用……10, (15,000) Profit……………………………………………………………………………. $12,000

21 公式應用(一) Multiple-product cost-volume-profit analysis Fixed costs
Break – even unit sales volume = unit contribution margin 總固定成本 15,000 損益兩平銷售量點 = = = 3,000 unit 5 每單位邊際貢獻 Multiple-product cost-volume-profit analysis Fixed costs Dollar break-even point = contribution Margin ratio 總固定成本 15,000 損益兩平銷售額 = = = $24,000 邊際貢獻率 0.625(62.5%)

22 TYPICAL COST-VOLUM-PROFIT GRAPH
PROFIT-VOLUM GRAPH

23 邊際貢獻法（考慮到營業利益目標 ） 邊際貢獻法（考慮到所得稅） 總固定成本＋期望獲利 Q ＝ 單位邊際貢獻 TR ＝
總固定成本＋期望獲利 Q ＝ 單位邊際貢獻 TR ＝ 單位邊際貢獻 / 單位售價 邊際貢獻率 邊際貢獻法（考慮到所得稅） 期望獲利 總固定成本 ＋ (1 － t )

24 公式應用(二) 期望獲利…18,000 Fixed costs + Desired Profit Break – even
unit sales volume = unit contribution margin 總固定成本+期望獲利 15,000+18,000 損益兩平銷售量 = = = 6,600 unit 5 單位邊際貢獻 期望稅後獲利…18,000 (假設稅率40%) Fixed costs + (Desired after- tax profit /[1 - Tax rate]) Break – even unit sales volume = unit Contribution margin 總固定成本+期望稅後獲利 15,000+18,000*/(1-40%) 損益兩平銷售量 = = = 單位邊際貢獻 5 9,000 unit

25 高變動低固定 vs 高固定低變動

26 製造流程設計 評估工廠內移動原物料、零件、組件等特定製程 之方法 規劃工具 裝配圖 (Assembly drawings) 組裝程序圖
(Assembly charts) 程序單 (Route sheets) 流程圖 (Flow process charts)

27 製造流程設計 裝配圖

28 製造流程設計 組裝程序圖 4 5 6 7 8 9 10 3 2 1 11 12 SA-1 SA-2 A-6 A-7 A-4 A-2 A-1
氣嘴 連接器嘴邊緣 連鎖 彈簧間隔器 護墊(2) 彈簧 固定環 氧氣閥探針 探針墊片 探針固定環 蓋子 透氣口組裝 組裝透氣口與閥體 組裝阻絕環至閥體 檢驗 固定環至氣嘴 組裝氧氣探針 氣體被覆 最後組裝

29 製造流程設計 程序單 物料規格 採購存貨數量 每次採購數量 重量 零件名稱 用途 組裝編號 次組裝編號 零件編號 日期編號 供應日期 員工
作業編號 作業描述 部門 機器 整備時間 每件小時比率 工具

30 製造流程設計 流程圖

31 製造流程設計 範例6.2 某公司提供幾家大型汽車製造商零件，這個零件是由15位工人每天工作8小時，以每小時150件的速度進行組裝。員工薪水採小組式按件計酬，每完成一個合格的零件，可獲得0.3美元，且這些工資平均分配給每位員工，如果管理者認為需要則額外增加生產班次(15人)。 該公司所提供零件分為兩種，一為鑄模部門所生產，另一項則委外生產。公司有11部機器可供生產零件，而同時間只能有六部機器運作，每部機器每小時可生產25件， 每完成一件合格成品每作業員即可獲得0.2美元。 作業員的加班成本比正常班多50%，亦即每完成一成品工資為得0.3美元。 鑄造人員可以彈性工作，現有6名作業員，公司可以至多從其他部門調度4名員工。 鑄造每一零件的物料成本為0.1美元，電力成本為0.02美元；而委外生產的零件成本為每件0.3美元 廠房租金每星期100美元，管理、維護和行政人員週薪為1000美元，生產機器折舊每星期50美元。

32 範例6.2解說-生產流程 鑄造零件 外購零件 最後組裝 鑄造零件存貨 外購零件存貨 最後 產品

33 範例6.2解說 依第2題看來鑄造產能為10000件 該流程的產能(每週生產的零件數目) ，每一流程階段的產能是否能平衡？
鑄模流程的產能＝6部機器×每小時25件×每天8小時×每周5天 ＝每周6000件 裝配流程的產能＝每小時150件×每天8小時×每周5天 如果鑄模流程所使用的機器，從原來的6部增加為10部，而最後的組裝作業不變，則全部流程的產能是多少？ 10部機器鑄造產能＝10部機器×25件/每小時×8小時/每天×5天/每週 ＝10000件/每週 由於最後組裝人員不變，因此即便產能增加為10000件，組裝成品為6000件，因此整 體產能仍為6000。 假如公司將增加第二班的組裝作業時間，每天增加8小時，則新產能為何？ 依第2題看來鑄造產能為10000件 而增加後的組裝產能＝150件/每小時×16小時/每天×5天/每週 ＝12000件/每週 由於產能最最小產出決定，因此產能為10000件，而根據實際的情況，仍有其他因素影響。

34 當產能分別為每週6000件及每週10000件時，分別計算其產出的單位成本。
項目 計算（每件） 成本 鑄造原料 0.1×6000 600 外購零件 0.3×6000 1800 電力成本 0.02×6000 120 鑄造作業員 0.2×6000 1200 組裝作業員 租金 100/每週 100 管理 1000/每週 1000 折舊 50/每週 50 總成本 6670 項目 計算（每件） 成本 鑄造原料 0.1×10000 1000 外購零件 0.3×10000 3000 電力成本 0.02×10000 200 鑄造作業員 0.2×10000 2000 組裝作業員 租金 100/每週 100 管理 1000/每週 折舊 50/每週 50 總成本 10350 單位成本=每週總成本/每週生產數量=6670/6000=1.11 單位成本=每週總成本/每週生產數量=10350/10000=1.04 當以較大的產量分攤固定成本時,每單位的成本可因此而降低

35 CIM系統 ( Computer Integrated Manufacturing System)

36 物料及存貨控制 其他功能 產品分析研發 財務 設計CAD 主電腦 市場與銷售 人員 資訊系統 設備 製造CAM CIM系統概念圖
CIM系統是基於傳統製造流程，再加上新的資訊技術、管理技術、彈性製造技術、自動化技術而組成的整合性系統，它將工廠內所有資源，包括機台、人員、製程、原物料、半成品等用現代資訊技術加以整合，將現場生產活動以資訊化資料的方式呈現在包括廠長及各生產及工程部門主管，再加上製造流程控制及遠端機台控制，生管人員可以將當天的生產會議指示輸入CIM系統內，就可以立刻變更現場機台生產條件，而且幾乎可以立刻回饋現場狀態以生產資料及報表形式給各主管參考及作決策判斷，如圖１所示。 人員 資訊系統 設備 製造CAM CIM系統概念圖

37 CIM基本子系統及功能模組 說明 MES系統 Automation IT基礎系統 表:CIM系統基本系統及功能模組
WIP( Work In Process) 在製品追蹤系統 EMS( Equipment Management System) 機台管理系統 MCS( Material Control System) 自動化物流管理系統 RPT( Reporting) 生產報表系統 FMB( FAB Monitor Board) 工廠狀態即時顯示系統 RTD( Real Time Dispatch) 自動化即時派工系統 EDC( Engineer Data Collection) 工程資料收集系統 SIS( Set UP System) CIM系統基本設定功能 SPC( Statistic Process Control) 即時性統計製程管制系統 Automation Batch type 單機型態自動化連線機台 Inline Type 連續型多機台生產線自動化連線 IT基礎系統 UNIX Server Farm UNIX大型主機群 Windows Server Farm 分散式windows PC主機群 Workstation 現場工作站 Network 工廠高速網路系統 Database 大型資料庫 表:CIM系統基本系統及功能模組

38 CIM具代表性的重要功能模組 1、產品追蹤功能(Tracking)
(1)CIM系統大量運用1維條碼(Barcode)及2維條碼 (Vericode)於在製品及載具上，生產機台及自動搬運系統讀取資料，並對CIM系統作回報/查詢的動作(WIP Tracking功能) 。 (2)CIM系統能夠蒐集現場生產情報，也可以下達生產指示，並將相關資訊透過現場工作站通知現場作業人員。

39 2、生產活動監控功能(Monitoring)
(1)利用即時SPC( Statistic Process Control)功能，CIM系統隨時將製程的狀態與設定的標準加以比較，如發生異常則立即中斷生產，並透過通知相關人員處理。如此可以避免大量品質異常，造成工廠不必要的損失，並確保產品品質。 (2)利用EMS( Equipment Management System)系統，工廠管理人員可以針對關鍵生產設備或是瓶頸機台(Bottleneck)作嚴密的監察，有異常或是閒置(Idle)的狀況，可以隨時回報相關負責工程師或主管，以機動調整現場生產活動。 (3)利用EMS系統可以收集並分析機台的稼動率及MTTR( Mean Time To Repair)等相關績效指標，或是安排機台保養及相關備品更換的時程規劃，紀錄保養工時及耗材使用頻率，幫助工程主管做出正確的決策。

40 3、生產流程控制功能(Controlling)
因為CIM系統進一步將製程中各個獨立的自動化物料搬運備，自動檢測設備及自動化生產設備整合起來，構成一套完整的自動化系統。生管人員只需要使用CIM系統的基本設定功能SIS( Setup Interface System)搭配RTD( Real Time Dispatch)，便可以掌握致成排程規則(Dispatch Rules)及設定各種產品的生產目標。 ex：調整生產優先度(Priority)或是暫停出貨(Hold)等。 而製程研發人員可以根據工程變更通知(ECN, Engineering Change Notification)透過SIS系統 調整各機台生產製程條件及檢驗規格，以提升 整廠的生產效率及生產品質及良率。

41 (4)生產報表管理功能(Reporting)
現場資訊自動即時收集除了提供做現場監督、控制之外，最重要的功能是做為現場管理之用。RPT系統(Reporting)將現場即時收集的資料，以及監督控制的狀況都存入資料庫中，不但有最新的狀況，也有長期儲存的歷史資料，利用資料庫強大的查詢、分析、報表功能，使得傳統 人工方式無法達到的管理功能得以實現。

42 手動生產模式CIM系統架構圖 UIS DB Server Network UTC PC
在手動生產模式(Manuel Mode)下,生產線的操作員使用現場PC上的UIC( User Interface Client )程式,透過網路連結位於電腦機房Server主機上的UIS ( User Interface Server) 程式,UIS程式負責查詢並修改資料庫(DB: Data Base)內的資料,以完成一筆交易流程(Transaction):例如在製品(WIP: Work In Process)查詢,生產預約(Reserve),機台排程設定(RTD: Real Time Dispatch),報廢輸入(Scarp),暫停生產(Hold),製程資料回傳(EDC: Engineering Data Collecting),或是製程開始/完成宣告(Move In/Move Out)等等. UTC PC 手動生產模式CIM系統架構圖

43 Network CIM手動生產模式系統元件相依性關係圖 UIS UIC DB PC Server
整個系統最底層是網路服務,讓不同地方的機器可以透過網路服務來互相傳遞資料,因為Network是所有系統的基礎,也應該是第一個被檢查的對象.若查出是Network發生異常,則我們可以不用再浪費時間檢查其他系統了,要確認網路服務是否正常,最重要的因素是確認網路設備狀態是否正常,目前工廠內最重要的網路服務設備有Main-Code及Hub兩種,客服人員可以藉由監控系統設備(Devices)來得知網路是否正常,不同的設備發生異常,造成的結果會不一樣.例如Hub異常,影響的範圍是局部性的 Network CIM手動生產模式系統元件相依性關係圖

44 工廠自動化程度 生產模式 機台自動化程式 排程 選貨 物流搬運 執行製程 收集生產資料 匯整生產報表 沒有導入CIM系統 Run　Card(工單生產模式) OFF-LINE MODE:單機作業,沒有任何連線收送資訊功能 生管根據生產會議指示製作派工單交給現場執行 現場人員依照工單生產 人工搬運 人工操作機台 人工記錄資料 交接班後填寫報表交給工廠助理匯整資料 有導入CIM系統 機台沒有與CIM系統連線 Manual Mode(手動生產模式) 生管根據生產會議指示將派工條件輸入CIM系統 現場提供CIM工作站讓現場人員查詢派工條件以及WIP 人工搬運或是AVG搬運 人工方式操作機台 人工紀錄,然後至CIM工作站輸入資料 CIM自動彙整報表 機台與CIM系統連線 Semi-Auto Mode (半自動生產模式) 系統排列WIP選或建議清單,由現場人員執行選擇 AVG搬運 人工作最後確認後按下[確認],機台自動依照預設條件生產 機台透過連線自動回報生產資料 Full-Auto Mode(全自動化生產模式) 系統根據預設排程自動選擇WIP[RTD: Time Dispatch] AGV自動送到機台 機台根據WIP條碼比對系統資料後,自動依照預設條件完成製程 CIM自動匯整報表