工厂物理学
工厂物理学Chapter_7_3
• Worst Case:
CTworst w T0 1 TH worst T0
• Practical Worst Case:
w THPWC rb , W0 w 1
w 1 CTPWC T0 rb
APIC Dr. David Ben-Arieh
2
Labor Constrained Systems
Full Flexibility with Workers Tied to Jobs:
• WIP limited by number of workers (n) • capacity of line is n/T0 • Best case achieves capacity and has workers in “zones” • ample capacity case also achieves full capacity with “pick and run” policy (“single point of contact”). • This is an ideal situation!
© Wallace J. Hopp, Mark L. Spearman, 1996, 2000
APIC Dr. David Ben-Arieh
5
Ample Capacity Case: Analysis
Cycle time is T0
Throughput is n/ T0 (for n employees in the line) Note: This is an ideal situation, and can only deteriorate Thus: The maximal capacity of a line staffed with n crosstrained operators with identical work rate is:
工厂物理学Chapter_8_2
APIC Dr. David Ben-Arieh
© Wallace J. Hopp, Mark L. Spearman, 1996, 2000
14
Queueing Measures
ca = the CV of inter-arrival times. m = the number of machines.
Note: a station can be described with 5 parameters.
re = the rate of the station in jobs per unit time = m/te. ce = the CV of effective process times.
9
What about Batch Arrivals
Assume that jobs arrive on a pallet of 16 jobs once every 8 hours. Proposition 1: Since there is no randomness CV is 0.
WIP = the averag WIPq = the expected WIP (in jobs) in queue.
APIC Dr. David Ben-Arieh
© Wallace J. Hopp, Mark L. Spearman, 1996, 2000
M: exponential (Markovian) distribution G: completely general distribution D: constant (deterministic) distribution.
工厂物理学中文版
工厂物理学中文版摘要：1.数的运算基本概念2.加法运算公式3.减法运算公式4.乘法运算公式5.除法运算公式6.混合运算公式正文：1.数的运算基本概念在数学中，数的运算是指对两个或多个数进行加、减、乘、除等操作，得到一个新的数值的过程。
数的运算是数学中最基本的概念之一，它为我们解决实际问题提供了有力的工具。
2.加法运算公式加法运算公式是指将两个数相加得到一个新的数值的公式。
在数学中，加法运算是最基本的运算之一。
加法运算公式可以表示为：a + b = c，其中a、b 为加数，c 为和。
3.减法运算公式减法运算公式是指将两个数相减得到一个新的数值的公式。
在数学中，减法运算是加法运算的逆运算。
减法运算公式可以表示为：a - b = c，其中a、b 为被减数和减数，c 为差。
4.乘法运算公式乘法运算公式是指将两个数相乘得到一个新的数值的公式。
在数学中，乘法运算是一种非常常见的运算。
乘法运算公式可以表示为：a ×b = c，其中a、b 为乘数和被乘数，c 为积。
5.除法运算公式除法运算公式是指将两个数相除得到一个新的数值的公式。
在数学中，除法运算是乘法运算的逆运算。
除法运算公式可以表示为：a ÷b = c，其中a、b 为被除数和除数，c 为商。
6.混合运算公式混合运算公式是指将多个数的加、减、乘、除运算组合在一起，得到一个新的数值的公式。
在数学中，混合运算公式可以表示为：(a + b) ×c ÷d = e，其中a、b、c、d、e 为参与运算的数值。
总结：数的运算公式是数学中非常基础的概念，通过学习这些公式，我们可以更好地理解和解决实际问题。
工厂物理学中文版
工厂物理学中文版（原创实用版）目录1.工厂物理学概述2.工厂物理学的发展历程3.工厂物理学的研究领域与应用4.工厂物理学在我国的发展现状与前景正文一、工厂物理学概述工厂物理学，作为物理学的一个重要分支，主要研究工厂生产过程中的物理现象及其规律。
它涉及到工厂生产过程中的力学、热力学、电磁学、光学等诸多物理学领域，旨在通过科学的方法，提高生产效率、降低能耗、减少环境污染，从而实现可持续发展。
二、工厂物理学的发展历程工厂物理学起源于 18 世纪末 19 世纪初的工业革命时期，这一时期，机器工业迅速发展，生产过程中的物理问题逐渐引起人们的关注。
随着科学技术的进步，工厂物理学不断发展壮大，研究领域也不断拓展。
在 20 世纪中后期，工厂物理学逐渐与计算机科学、自动化技术等新兴领域相结合，形成了一门综合性学科。
三、工厂物理学的研究领域与应用工厂物理学的研究领域广泛，包括但不限于以下几个方面：1.工厂生产过程中的力学问题：如机械设备的结构设计、强度分析、振动与噪声控制等；2.热力学问题：如热能的转换与利用、热力学循环的优化等；3.电磁学问题：如电气设备的设计与运行、电磁兼容性分析等；4.光学问题：如光学传感器的应用、光纤通信在工厂自动化中的应用等。
工厂物理学在实际应用中具有很高的价值，可以有效提高生产效率、降低能耗、减少环境污染，从而实现可持续发展。
四、工厂物理学在我国的发展现状与前景我国在工厂物理学领域的研究与应用起步较晚，但近年来发展迅速。
政府和企业越来越重视工厂物理学在提高生产效率、降低能耗、减少环境污染方面的重要作用，不断加大投入，推动科技创新。
目前，我国在工厂物理学领域的研究已取得一定成果，但在某些方面仍需加强。
未来，随着我国经济的持续发展，工厂物理学在提高生产效率、降低能耗、减少环境污染方面的作用将更加突出。
工厂物理学
XJTU-IE, 2007.9-2008.9, M: xuchen.xuchen@(徐琛), lucifer_tcl@(李慰祖)第零章工厂物理学？完美的方法和混乱的目标似乎是这个时代的特征。
——阿尔伯特·爱因斯坦0.1简短的回答0.2什么是工厂物理学，为什么要研究工厂物理学？0.3简言之，工厂物理学（factory physics）是对制造系统基本行为的系统描述（a systematic description of the underlying behavior ofthe manufacturing systems）。
理解这一点可以帮助管理者和工程师根据制造系统的自然趋势去进行以下的工作：1. 识别改善目前系统的机会。
2. 设计有效的新系统。
3. 为协调不同领域的政策而做出必要的权衡。
0.2详细的回答上面对工厂物理学的定义很简洁的，还留下很多内容没有说出来。
为了给这本书的研究内容提供一个更加精确的描述，我们并通过识别那些我们所关注的制造环境从而将这些需要阐述其研究焦点和研究领域，更加详细地定义工厂物理学的意义和用途，问题一一放到实际背景中来回答。
0.2.1焦点：制造管理为了回答我们为什么需要学工厂物理学，我们首先需要回答为什么要学习制造。
毕竟，人们经常听到说美国正在转向服务在20 世纪50 年代，制造业从业人员占整个社会型经济，因而制造部门所占的比重将日趋缩小。
从表面上看这种说法似乎是正确的：劳动人口的50%，但是到了1985 年这个比例就下降到20%左右。
从某些方面来说，这表明制造业具有与这个世纪早期农业的经历极为相似的一种趋势。
（1|2）1929 年，农业从业人员占社会劳动人口的29%；到了1985 年，就只有3%了。
这期间发生了从低生产力、低报酬的农业到高生产力、高报酬的制造业的职业转型，实现了全民生活水准的巨大提高。
据此，支持这个推论的人宣称，我们目前正从一个以制造业为基础的劳动力模式转变为具有更高生产力的以服务业为基础的劳动力模式，并且预期可以达到更高的生活水平。
工厂物理学Chapter02
4
Notation
D demand rate (units per year)
c unit production cost, not counting setup or inventory costs (dollars per unit) fixed or setup cost to place an order (dollars)
1
EOQ History
• Introduced in 1913 by Ford W. Harris, “How Many Parts to Make at Once”
• Interest on capital tied up in wages, material and overhead sets a maximum limit to the quantity of parts which can be profitably manufactured at one time; “set-up” costs on the job fix the minimum. Experience has shown one manager a way to determine the economical size of lots.
A
h holding cost (dollars per year); if the holding cost is consists entirely of interest on money tied up in inventory, then h = ic where i is an annual interest rate. Q the unknown size of the production lot size
工厂物理学之阻塞效应
控制物料质量
02
确保物料质量符合要求，避免高粘度物料进入输送系统。
定期维护保养
03
对输送设备进行定期检查和维护，清理管道内积料和杂质，保
持设备良好运行状态。
03 工厂中阻塞效应的实例分 析
机械系统中的阻塞效应
总结词
机械系统中的阻塞效应是指由于机械部件之间的相互摩擦、碰撞或限制，导致系 统无法正常运转的现象。
阻塞效应的预测与仿真模拟
总结词
通过建立数学模型和仿真模拟，预测不 同条件下阻塞效应的表现和影响。
VS
详细描述
利用计算机仿真技术，模拟工厂物理环境 中的各种工况和条件，预测阻塞效应的发 生和发展趋势。通过对比不同参数和条件 下的模拟结果，找出影响阻塞效应的关键 因素，为实际应用提供理论支持和实践指 导。
阻塞效应与其他物理现象的交叉研究
要点一
总结词
要点二
详细描述
研究阻塞效应与其他物理现象之间的相互作用和影响，以 寻求更全面的解决方案。
工厂物理学中存在许多物理现象，如流体动力学、热力学 、电磁学等。阻塞效应与其他物理现象之间可能存在相互 作用和影响。通过交叉研究这些物理现象，可以更全面地 理解阻塞效应的本质和表现，从而提出更有效的解决方案 。此外，这种交叉研究还可以促进不同领域之间的交流与 合作，推动工厂物理学的发展。
详细描述
在工厂的流体系统中，阻塞效应表现为流体流动不畅、流量不稳定或压力波动。这可能是由于管道堵塞、阀门故 障或流体物性变化等原因造成的。例如，管道内的杂质会导致流体流动受阻，阀门关闭不严会导致流量不稳定。
电场中的阻塞效应
总结词
电场中的阻塞效应是指电子在电场中受到阻碍，导致电流减小或传导受阻的现 象。
工厂物理学
工厂物理学什么是工厂物理学工厂物理学是一门研究工厂内部工作流程、物理布局和生产效率的学科。
它关注如何优化工厂的布置和操作，以提高生产效率、降低成本和减少资源浪费。
工厂物理学结合了物理学、工程学和数据分析等知识，通过研究和分析工厂内部的物理环境和过程，来寻找改进和优化的方法。
工厂物理学的重要性在现代制造业中，工厂物理学的重要性不言而喻。
工厂是产品的制造中心，优化工厂的物理布局和流程，可以显著提升生产效率和质量，降低生产成本，提高企业竞争力。
通过工厂物理学的研究和分析，可以找出生产过程中的瓶颈和问题，提供解决方案，提高整体生产效率。
工厂物理学可以帮助企业进行生产线的规划和优化，提升物料的流动效率和生产效果。
此外，工厂物理学还可以通过研究工人的工作环境和工作流程，提高工作效率，减少人力资源的浪费。
工厂物理学的研究内容非常广泛，涵盖了多个领域。
下面是一些常见的研究内容：1.物流和布局：研究如何优化物料的流动和管理，以提高生产效率和减少浪费。
包括物料的运输、储存和分配等方面的研究。
2.生产线优化：研究如何优化生产线的布局和流程，以提高生产效率和产品质量。
包括生产线的平衡、作业分配和工艺优化等方面的研究。
3.工人工作环境：研究如何改善工人的工作环境，提高工作效率和工作满意度。
包括工作站设计、工作安排和工作流程等方面的研究。
4.数据分析和优化：利用数据分析工具和方法，研究如何优化工厂的生产过程和资源利用。
包括数据采集、分析和决策优化等方面的研究。
工厂物理学的理论和方法已经在许多企业中得到了应用，并取得了显著的效果。
下面是一些工厂物理学应用的案例：1.布局优化：通过分析工厂的物理布局和工作流程，发现了生产线上的瓶颈并进行了优化。
通过重新布局和改进生产线的物料流动，企业实现了生产效率的大幅提升，并减少了生产成本。
2.工作环境改造：通过改善工人的工作环境和工作条件，企业提高了工人的工作效率和满意度。
例如，改善工作站的设计和调整工作时间，使得工人的工作负荷更加均衡，减少了工人的疲劳和错误率。
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XJTU-IE, 2007.9-2008.9, M: xuchen.xuchen@(徐琛), lucifer_tcl@(李慰祖)第八章 变动性基础上帝不掷骰子。
——阿尔伯特·爱因斯坦不要吩咐上帝该做什么。
——尼尔斯·波尔8.1 引言由里特定律（TH = WIP/CT ）得出，周期时间长在制品水平高，或者周期时间短在制品水平低，可能达到相同的产出。
当然，周期时间短在制品水平低的制造系统更优，是什么原因导致这种不同呢？大量实例表明，答案是变动性。
当运行在最佳情形（best case ）下，第七章的硬币制造系统会以= 4（临界在制品数量）的在制品水平实现最大产出（0.5件/小时）；但是当处于实际最差情形（practical worst case ）时，它要求27件在制品以实现90%的产能（57件在制品实现95%的产能）；当处于最差情形（worst case ）状态，甚至连90%的产出都不可能实现。
为什么存在这么大的差别呢？那就是变动性！0W 作为工厂的一部分，Briar Patch 制造厂有两个非常相似的工站。
它们都是由一台机器组成，该机器以4件/小时的产出运行；它们都是为了满足相同的需求，平均工作量为69件/天（2.875件/小时）；而且它们都存在定期的随机停机。
然而，对于Hare X19机器的工站，停机不会频繁发生，一旦发生便会持续很长时间；对于包括Tortoise 2000机器的另一个工站，停机会更加频繁而时间会相应更短。
两种机器都能达到75%的利用率（即机器正常工作的时间）。
因此，这两个工站的产量都是4×0.75= 3件/小时。
既然产量相同且满足相同的需求，那它们是不是应该有相同的绩效——周期时间、在制品数量、提前期、客户服务水平？不是。
事实证明，在所有这些绩效指标上，Hare X19都要比Tortoise 2000差。
为什么？答案依旧是变动性！变动性存在于所有的制造系统中，并且对绩效会产生很大的影响。
（248|249）由于这个原因，测度、理解和控制变动性的能力对于有效的制造管理是至关重要的。
这一章，我们将介绍描述制造系统变动性的基本工具以及直觉的知识。
下一章，我们将深入探索变动性降低系统绩效的方式以及对其进行控制的方法。
8.2 变动性与随机性确切地讲，什么是变动性？书面定义是一组实体的不均匀性（the quality of nonuniformity of a class of entities ）。
例如，一组体重完全相同的人群在体重上就不存在变动性，然而体重差异很大的一组人在这方面则是高度变动性的。
在制造系统中，很多属性存在变动性，如物理尺寸、运行时间、机器失效/修复时间、产品质量测度、温度、材料硬度、生产准备时间等等都是易于产生不均匀性的例子。
变动性与随机性（randomness）密切相关（但不相同）。
因此，为了理解变动性的产生原因和影响，必须掌握随机性的定义和相关概念——概率（probability）。
在这一章，我们将尽可能用非量化（loose）和直觉的方式来研究必要的概念。
然而，为了保证精确性，有几点我们必须运用正式语言来描述可能性，通过均值（mean）和标准差（standard deviation）体现的随机变量（random variable）的概念和特性在这点上尤为必要。
对这一术语感到陌生的读者在开始本章之前可以参考附表2A中对概率基础知识的回顾。
正如前面所提及的，最差情形和实际最差情形均代表绩效被变动性削弱的系统，然而最差情形下的变动性是可预测的——不良控制的结果——而变动性在实际最差情形里是不可预测的、随机的。
为了理解其中的不同，我们必须区分可控的变动与随机的变动。
可控的变动（controllable variation）是由决策直接导致的。
比如，当一个工厂生产几种产品时，产品描述（如，它们的物理尺寸、制造时间等）将存在变动性。
同样，当材料按批量搬运到下一工序时，首先完成的部件将不得不比最后完成的等待更长的时间才被搬运，因此批量搬运情况下等待时间将比每次搬运一件更具有变动性。
与此相反，随机的变动（random variation）是由超出我们即时控制的事件产生的结果。
例如，客户需求的时间间隔通常是无法控制的，因此我们应该在各个特定工站的波动范围内预测其工作量。
同样，我们不知道一台机器何时会出故障。
由于在作业完成之前必须等待机器恢复，这样便增加了有效加工时间（effective process time）。
既然此类突发事件无法预测和控制（至少在短期内如此），机器中断就由于随机性增加了有效加工时间的变动性。
尽管两种变动都会影响工厂的正常生产，随机变动的影响更隐蔽且需要更精密的工具来刻画。
由于这个原因，本章我们将主要集中于随机变动。
8.2.1 随机性的根源很遗憾的是，随机性这个概念困扰着大多数人（也包括哲学家）。
独立于与初始环境的事情怎么会发生呢？难道这没有违反因果对等的原则吗？（249|250）完全透彻地讨论这一哲学难题超出我们的能力范围，因而针对随机性的特性进行一些基本观察会更有趣。
随机性的一种解释是因为我们拥有的信息不完整（或不完全），系统因而表现出随机地行为。
这一观点的潜在前提是：当我们理解了所有的物理定律并对宇宙有了完整刻画的时候，理论上来讲从那时开始我们便能确定地预测宇宙发展的各个细节。
随机性的另一种解释是宇宙的运行实际上就是随机的。
也就是说，对宇宙和物理定律的完整刻画是不足以预测未来的，这些至多能对将要发生的事情提供统计估计，而且相同的初始环境也可能产生不同的结果。
由于这一解释明显违反了因果对等原则，哲学界对此进行了严厉的批判，但是它的支持者已经指出，因果原则可以通过定义其他不受随机性影响的更为基本的量度来修正。
1在20世纪初的物理学界，这两个学派之间的争论变得异常激烈。
爱因斯坦支持第一种观点（知识不足）并强调说“上帝从不掷骰子”；而玻尔和其他人则相信第二种观点（随机的宇宙 random universe），并建议爱因斯坦“不要吩咐上帝该做什么”。
（见普朗克1936年对这一争议的讨论）近些年，实验证据已趋向于支持随机性宇宙的看法，这对一些哲学家来说无疑是巨大的打击。
不管随机性是自然存在的还是知识缺乏所导致的，其影响都一样——生活中的许多方面包括制造管理，都是难以预测的。
这意味着管理活动的结果永远得不到保证。
事实上，在相同的环境下，运用相同的控制政策也会因时间不同而产生不同的结果。
这并非意味着我们应该放弃对工厂的管理，只是表明我们应该集中于寻找稳健政策，它1一些数量，如量子数（quantum number），定义明确并且确定了随机现象，如位置和速度的概率分布，而不是实际结果。
在大部分时间是起作用的。
稳健政策不同于最适用特定环境的最佳政策，它几乎从来不是最佳的而通常是“比较好”的。
相反，最佳政策可能会在针对其设计的特性环境里非常有用，但是在其他很多环境中表现极其不佳。
面对随机性，管理者用来识别有效的稳健政策的最有力工具是良好的概率直觉。
遗憾的是，这种直觉很不常见。
本章的主要目的就是培养这样一种重要技能。
8.2.2 概率直觉直觉在日常生活的许多方面起着重要作用，我们做的大多数决定都是基于某种形式的直觉。
例如，汽车转向时我们会减速，这是经过一段时间的驾驶产生的直觉而不是对汽车物理结构的详细了解；我们决定是否融资购置住房，取决于对经济的直觉而非正式的经济分析；我们决定申请加薪的时机，主要根据对老板心情的直觉而不是基于对其心理倾向分析的深奥理论。
许多情况下，对于“首因（first-order）”效应我们的直觉是相当有用的。
例如，当我们加速产线瓶颈（最忙的工站）而不改变其他部分时，我们期望获得更多的产品。
（250|251）这种直觉通常来自于行动时自认为的不存在随机性的确定性（deterministic）世界。
用概率统计的话说，这一推理主要基于第一属性（first moment）或其中的随机变量的均值（mean）。
只要均值的变化（如，提高机器的平均速度）与其中的随机性高度相关，首因直觉通常表现良好。
而对于第二属性（即，包含随机变量变动的数量），我们的直觉就贫乏得多。
例如，哪一个的加工时间有更多变动，一个部件还是一批部件？哪一种机器故障更具有破坏性，短期、高频还是长期、低频？在哪里削减加工时间的变动性更能改进产线的绩效，接近线首还是线尾？与发现加快瓶颈速率可以增加产出相比，以上问题和其他涉及变动性并与工厂运营相关的问题需要更为微妙的直觉。
因为对于第二属性人们通常缺乏已建立的良好直觉，他们常常会曲解随机现象。
发生在学校的一个典型例子是，在第一次考试中成绩低的学生会在第二次考试中取得相对进步，而第一次得到高分的学生则会在第二次表现得相比较差。
这是向均值回归（regression to the mean）现象的一个实例。
第一次考试的极端分数（极高或极低）有可能，至少是部分由于随机性（如，侥幸或倒霉的猜题、测试当日头痛等等）。
既然对于某个学生，随机性的影响不大可能连续两次导致极端现象，那么第一次成绩极端的学生有可能在第二次得到更为正常的分数。
遗憾的是，许多老师就此认为终于获得差学生的进步却正在失去好学生。
现实中，简单的随机性也能很好地说明这种影响。
对向均值回归的总体趋势的曲解也会发生在制造经理之中。
在特别低的产出时期后，经理可能会做出苛刻的评价和处分。
当然，产量提升了。
类似地，超额绩效和表扬之后，产量下降——很显著的原因是员工开始自满了。
当然，只要随机性存在，即使没有任何变动，同样的行为——由好变坏和由坏变好——随时有可能发生。
除了前两个属性（均值和方差），随机现象还受到第三（偏态）、第四（峰态）甚至更高属性的影响。
这些高级属性的影响通常不如前两个的显著，因此我们将仅集中在均值和方差。
此外，正如上面所提到的，由于均值的影响相当直观而方差的影响隐蔽得多，我们将侧重于对方差的刻画。
8.3 加工时间变动性工厂物理学中首先提到的随机变量是工站中工件的有效加工时间（effective processtime ）。
在此我们使用实际这个标签是因为指的是我们“看到”加工任务在工站处的时间。
这样做是因为：从逻辑角度看，当工件在机器Ａ处加工，机器Ｂ因等待而处于空闲时，工件事实上是正在加工还是因机器A 的原因（正在修理、启动、因质量问题返工或等待作业员从休息中回来）而被延迟都无关紧要。
（251|252）对于Ｂ而言，所有的影响都是一样的。
因此，我们将这些和其他影响合并到一个总的变动性量度中。
8.3.1 变动性的量度与分类为了有效分析变动性，必须要能够对其量化。
主要通过统计学中的标准量度来定义工厂物理学中的一系列变动性的种类。