某变速箱厂总平面设施布置设计

一、基本情况公司有地16000m2，厂区南北为200m，东西宽80m，该厂预计需要工人300人，计划建成年产100000套变速箱的生产厂。1、变速箱的结构及有关参数变速箱由39个零件构成，装配图见图1、2、3所示。每个零件、组件的名称、材料、单件重量及年需求量均列于表1中。图1 减速器装配图（1）图2 减速器装配图（2）图3 减速器装配图（3）表1 变速箱零件明细表工厂名称：变速箱厂产品名称变速箱产品编号110计划年产量100000序号零件名称零件代号自制外购材料总计划需求量零件图号形状单件重量/kg说明39垫圈65Mn2000000.00438螺母Q2352000000.01137螺栓Q2353000000.03236销352000000.02235防松垫片Q2151000000.01034轴端盖圆Q2351000000.05033螺栓Q2352000000.02032通气器Q2351000000.03031视孔盖Q2151000000.05030垫片橡胶纸1000000.00429机盖HT2001000002.50028垫圈65Mn6000000.00627螺母Q2356000000.01626螺栓Q2356000000.10325机座HT2001000003.00024轴承2000000.45023挡油圈Q2152000000.00422毡封油圈羊毛毡1000000.00421键Q2751000000.08020定距环Q2351000000.09019密封盖Q2351000000.05018可穿透端盖HT1501000000.04017调整垫片08F2000000.00416螺塞Q2351000000.03215垫片橡胶纸1000000.00414游标尺1000000.05013大齿轮401000001.00012键Q2751000000.08011轴Q2751000000.80010轴承2000000.4509螺栓Q23524000000.0258端盖HT2001000000.0507毡封油圈羊毛毡1000000.0046齿轮轴Q2751000001.4005键Q2751000000.0404螺栓Q23512000000.0143密封盖Q2351000000.0202可穿透端盖HT2001000000.0401调整垫片08F2000000.0102、作业单位的划分根据变速箱的结构及工艺特点，设立如表2所示的11个作业单位，分别承担原料储存、备料、热处理、加工与装配、产品性能试验、生产管理等各项生产任务。表2 作业单位建筑汇总表序号作业单位名称用途建筑面积/（m x m）备注1原材料库储存钢材，铸锭20 x 30露天2铸造车间铸造12 x 243热处理车间热处理12 x 124机加工车间车、铣、钻12 x 365精密车间精镗、磨销12 x 366标准件、半成品库储存外购件、半成品12 x 247组装车间组装变速箱12 x 368锻造车间锻造12 x 249成品库成品储存12 x 1210办公、服务楼办公楼、食堂等80 x 6011设备维修车间机床维修12 x 243、变速箱生产工艺过程变速箱结果比较简单，因此，生产工艺过程也比较简单，总的工艺过程可分为：零、组件的制作与外购；半成品暂存、组装；性能试验与成品存储等阶段。零件的制作与外购：变速箱上的标准件、异型件如塑料护盖、铝制标牌等都是采用外购、外协的方法获得，入厂后由半成品库保存，其他零件由本厂自制，其工艺过程分别见表3至表8所示。表中各工艺加工前工件重量=该工序加工后工件的重量/该工序材料利用率。表3 机盖加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量机盖29HT2002.500100000250000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2铸造车间铸造803机加工车间粗铣、镗、钻804精密车间精铣、镗985半成品库暂存表4 机座加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量机座25HT2003.000100000300000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2铸造车间铸造803机加工车间粗铣、镗、钻804精密车间精铣、镗985半成品库暂存表5 大齿轮加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量大齿轮13401.000100000100000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2锻造车间锻造803机加工车间粗铣、插齿、钻804热处理车间渗碳淬火5机加工车间磨986半成品库暂存表6 轴加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量轴11Q2750.80010000080000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间粗车、磨、铣803精密车间精车954热处理车间渗碳淬火5机加工车间磨986半成品库暂存表7 齿轮轴加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量齿轮轴6Q2751.400100000140000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间粗车、磨、铣803精密车间精车954热处理车间渗碳淬火5机加工车间磨986半成品库暂存表8 端盖加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量/kg年产总质量端盖8HT2000.0501000005000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2铸造车间铸造603机加工车间精车80标准件、外购件与半成品暂存：生产出的零、组件经检验合格后，送入半成品库暂存。定期订购的标准件和外协件均存放在半成品库。组装：所有零件、组件在组装车间集中组装成变速箱成品。性能测试：所有组装出的变速箱均需进行性能试验，不合格的就在组装车间进行修复，合格后送入成品库，即不考虑成品组装不了的情况。产品存储：所有合格变速箱存放在成品库等待出厂。二、产品产量分析生产的产品品种的多少及每种产品产量的高低，决定了工厂的生产类型，进而影响着工厂设备的布置形式。根据以上已知条件可知，待布置设计的变速箱厂的产品品种单一，产量较大，其年产量为100000台，属于大批量生产，适合按产品的原则布置，宜采用流水线的组织形式。三、产品工艺过程分析1、计算物流量通过对产品的加工、组装、检验等各种加工阶段以及各工艺过程路线的分析，计算每个工艺过程各工序加工前工件单位质量及产生的废料重量，并根据全年生产量计算全年物流量。具体计算过程如表1所示。产品名称毛重/kg废料/kg铸造废料锻造废料机加工废料精加工废料全年总质量机盖2.500/（0.8*0.8*0.98）=3.98603.9860*0.2=0.79723.9860*0.8*0.2=0.63783.9860*0.8*0.8*0.02=0.05101.486*100000=148600机座3.000/(0.8*0.8*0.98)=4.78324.7832*0.2=0.95664.7832*0.8*0.2=0.76534.7832*0.8*0.8*0.02=0.06121.783*100000=178310大齿轮1.000/(0.8*0.8*0.98)=1.59441.5944*0.2=0.31891.5944*0.8*0.2+1.5944*0.8*0.8*0.02=0.02040.595*100000=59440轴0.800/(0.8*0.95*0.98)=1.07411.074*0.2+1.074*0.8*0.95*0.02=0.01631.074*0.8*0.05=0.04300.274*100000=27410齿轮轴1.400/(0.8*0.95*0.98)=1.87971.8797*0.2+1.8797*0.8*0.95*0.02=0.02861.8797*0.8*0.05=0.07520.480*10000=47970端盖0.050/(0.6*0.8)=0.10420.10424*0.4=0.04170.10424*0.6*0.2=0.01250.0542*100000=54202、绘制各零件的工艺过程图根据各零件的加工工艺过程与物流量，绘制各零件的工艺过程如图1图6所示。图中序号分别为：1原材料库，2铸造车间，3热处理车间，4机加工车间，5精密车间，6半成品库，8锻造车间。2废料16图1 机盖物流量45废料废料3.98600.79720.63780.05103.18882.55102.500原材料 2废料16图2 机座物流量45废料废料4.78320.95660.76530.06133.82663.06133.000原材料8废料1图3 大齿轮物流量43废料1.59440.25511.27551.02046废料0.02041.00044原材料0.3189 44废料1图4 轴物流量53废料1.07410.21480.04300.85930.81636废料0.01630.8004原材料图6 端盖物流量0.0417原材料4废料1图5 齿轮轴物流量53废料1.8797037590.07521.50381.42866废料0.02861.4004原材料 2废料14废料0.10420.01250.06250.0503、绘制产品总工艺过程图变速箱总的生产过程可分为零件的加工阶段总装阶段性能实验阶段，所有零件，组件在组装车间集中组装。将变速箱所有工艺过程汇总在一张图上，得到变速箱总工艺过程如图7所示。该图清楚的表示出变速器生产的全过程以及各工序单位之间的物流情况，为进一步进行深入的物流分析奠定了基础。1245624566661616116124434685534645346479720840086001796002500003000001780050001150001000008000094800140000398600废料318880255100637805100废料废料478320382660306130废料废料废料956607653061304170废料废料1250104206250159440107410127550102040废料废料废料204025510318908593081630废料废料废料2148043001630187970150380142860废料废料废料37590752028607912992001299200图 7 变速箱总工艺过程图注：装配顺序为：齿轮轴轴端盖箱体基座机盖外购件外购件外购件原材料原材料外购件原材料原材料外购件原材料外购件原材料四、物流分析1、绘制从至表根据变速箱工艺过程表，绘制出变速箱工艺过程物流从至表。如表所示。表 变速箱加工工艺从至表 （单位：t） 至从123456789合计原材料库铸造车间热处理车间机加工车间精密车间半成品库组装车间锻造车间成品库1原材料库887.3295.4159.51342.22铸造车间707.7707.73热处理车间326.6551.14机加工车间102.0797.5320.0127.61347.15精密车间224.5550.0774.56半成品库1299.21299.27组装车间1299.21299.28锻造车间127.6127.69成品库合计887.3326.51457.31022870.01299.2287.11299.27448.6编制（日期）审核（日期）2、绘制物流强度汇总表根据产品的工艺过程和物流从至表，统计各单位之间的物流强度，并将物流强度汇总到物流强度汇总表之中。表 物流强度汇总表序号作业单位对（路线）物流强度/t序号作业单位对（路线）物流强度/t112887.3745797.7214295.4846320.0318159.5948127.6424707.71056550.0534326.611671299.2635224.512791299.23、划分物流强度等级将各作业单位对的物流强度按大小排序，自从达填入物流强度分析表中，根据物流强度分别划分物流强度等级。作业单位对或称为物流路线的物流强度等级，应按物流路线比例或承担的物流量比例来去确定。针对变速箱的工艺过程图，利用表5-2中统计的物流量，按由小到大的顺序绘制物流强度分析表5-3，表5-2中未出现的作业单位之间不存在固定的物流，因此，物流强度等级为U级。表5-3物流强度分析表序号作业单位对（路线）物流强度（单位：t） 150 300 450 600 750 900 1050 1200物流强度等级167A279A312E445E524E656I734I846I914O1035O1118O1248O4、绘制作业单位物流相关图根据以上分析，绘制作业单位物流相关表，如图5-1所示。图5-1作业单位物流相关图五、作业单位非物流相互关系分析针对变速箱生产特点，制定各作业单位间相互关系密切程度理由如表6-1所示。根据表6-2制定变速箱“基准相互关系”（见表6-2），在此基础上建立非物流作业单位相互关系图，如图6-1所示。表6-1变速箱各作业单位关系密切程度理由编号理由编号理由1工作流程的连续性5安全及污染2生产服务6振动，噪声，烟尘3物料搬运7人员联系4管理方便8信息传递表6-2作业单位基准相互关系等级表符号含义说明比例A绝对重要25E特别重要310I重要515 O一般密切程度1025U不重要4580X负的密切程度不希望接近图6-1作业单位非物流相关图六、作业单位综合相互关系分析从表5-4和表6-3可知，变速箱厂作业单位物流相互关系关与非物流相互关系不一致。为了确定各作业单位之间综合相互关系密切程度，需要将两表合作后再进行分析判断。其合并过程如下：1、选取加权值加权值的大小反映工厂布置时考虑因素的侧重点，对于变速箱厂来说，物流因素（m）影响并不明显大于其它非物流因素（n）的影响，因此，取加权值m:n=1:12、综合相互关系的计算根据该厂各作业单位对之间物流与非物流关系等级的高低进行量化，并加权求和，求出综合相互关系如表7-1所示。当作业单位数目为11时，总作业单位对数为：N=11*（11-1）/2=55,式中，N为作业单位对数。因此，表7-1中将有55各作业单位对，即将有55个相互关系。表7-1作业单位之间综合相互关系计算表作业单位对关系密切综合关系物流关系 加权值：1非物流关系 加权值：1分数等级分数等级分数等级123E4A7E130U2I2O141O3E4I150U0U0U160U0U0U170U0U0U181O2I3O190U0U0U 1100U2I2O 1110U0U0U230U0U0U243E3E6E250U0U0U260U0U0U270U0U0U280U0U0U290U0U0U 2100U-1X-1X 2110U1O1O342I2I4I351O0U1U360U0U0U370U0U0U380U0U0U390U0U0U 3100U-1X-1X 3110U1O1U453E3E6E462I3E5I470U0U0U481O0U1U490U0U0U 4100U-1X-1X 4110U1O1U562I2I4I570U0U0U580U0U0U590U0U0U 5100U-1X-1X 5110U1O1U674A4A8A680U0U0U690U0U0U 6100U1O1U 6110U1O1U780U0U0U794A4A8A 7100U3E3O 7110U1O1U890U0U0U 8100U-1X-1X 8110U1O1U 9100U1O1U 9110U0U0U 10110U1O1U3、划分关系密级在表7-1中，综合关系分数取值范围为 -18，按分数排列得出各分数段所占比例如表7-2所示，在此基础上与表7-3中推荐的综合相互关系密级程度划分比例进行对比，若各等级相差太大，则需要对表7-1中作业单位对之间的关系密切程度作适当的调整，使各等级比例与表7-3中推荐的比例尽量接近。表7-2综合相互关系密级等级划分总分关系等级作业单位对数百分比（%）8A23.667E35.445I47.423O59.101U3665.4-1X59.1表7-3综合相互关系密级与划分比例关系等级符号作业单位对数比例（%）绝对必要靠近A13特别重要靠近E25重要I38一般O515不重要U2085不希望靠近X0104、建立作业单位综合相互关系表将图7-1中的综合相互关系总分转化为关系密级等级，绘制成作业单位综合相互关系图，如图7-1所示。图7-1作业单位综合相关关系图七、工厂总平面布置1、综合接近程度由于变速箱厂作业单位之间相互关系数目较多，为绘图方便，先计算各作业单位的综合接近程度，如表8-1所示。综合接近程度分数越高，说明该作业单位越应该靠近布置图的中心;分数越低，说明该作业单位应该远离布置图的中心，最好处于布置图的边缘。因此，布置设计应该按综合接近程度分数高低顺序进行，即按综合接近程度分数高低顺序来布置作业单位顺序。表8-1综合接近程度排序表 至从1234567891011原材料库铸造车间热处理车间机加工车间精密车间半成品库组装车间锻造车间成品库办公服务楼设备维修车间1原材料库E/3O/1I/2U/0U/0U/0O/1U/0O/1U/02铸造车间E/3U/0E/3U/0U/0U/0U/0U/0X/-1O/1 3热处理车间O/1U/0I/2U/0U/0U/0U/0U/0X/-1U/04机加工车间I/2E/3I/2E/3I/2U/0U/0U/0X/-1U/05精密车间U/0U/0U/0E/3I/2U/0U/0U/0X/-1U/06半成品库U/0U/0U/0I/2I/2A/4U/0U/0U/0U/07组装车间U/0U/0U/0U/0U/0A/4U/0A/4O/1U/08锻造车间O/1U/0U/0U/0U/0U/0U/0U/0X/-1U/09成品库U/0U/0U/0U/0U/0U/0A/4U/0U/0U/010办公服务楼O/1X/-1X/-1X/-1X/-1U/0O/1X/-1U/0U/011设备维修车间U/0O/1U/0U/0U/0U/0U/0U/0U/0U/0综合接近程度8621148904-31排序3581742106119根据表8-1综合接近程度排序表得各作业单位布置顺序依次为：4. 原材料库 ，7. 成品库 ，1. 机加工车间，6. 设备维修车间 ，2. 半成品库 ，9. 锻造车间 ，5. 铸造车间 ，3.组装车间 ，11. 办公服务楼， 8. 精密车间 ， 10. 热处理车间 2、作业单位位置相互图在绘制作业单位位置关系图时，作业单位之间的相互关系用表8-2所示的连线类型来表示，用相应符号来表示作业单位，以便区分作业单位的性质。变速箱作业单位位置相关关系如图8-2表示。表8-2关系密切表示法符号系数值线条数密切程度等级颜色规范A4/ / / /绝对必要红E3/ / /特别重要桔黄I2/ /重要绿O1/一般蓝U0不重要不着色X-1 _ _ _ _ _ _ 不希望棕XX-2 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 极不希望黑图8-1变速箱厂作业单位位置相关图3、作业单位面积相关图选取绘图比例1：1000，绘制单位为mm，变速箱作业单位面积相关图，如图8-2所示。图8-2 变速箱厂作业单位面积相关图4、作业单位面积相关关系图的调整根据变速箱的特点，考虑相关规定以及各方面的限制条件，得到变速箱厂平面布置方案见附录。(初步布置方案应至少有两个)八、方案的评价与选择（我们的课程设计要求采用理论阐述的形式对方案的评价与选择，即用一段文字阐述选择某个方案的具体理由，如节约成本等经济方面的理由、提高企业生产系统效率方面的理由.诸如此类，应能令人信服）运用加权因素法对变速箱厂进行评价，其评价过程和评价结果如表9-1所示。表9-1加权因素评价表 评价因素方案 12相对重要性ai等级得分等级得分物流效率与方便性A4E310空间利用率E3E38辅助服务部门的综合效率I2I29工作环境安全与舒适E3I25管理的方便性I2I28布置方案的可扩展性O1E37人员联系E3E37外观I2I24环境保护E3I26信息传递I2I23综合得分 Tj173166综合排序12由综合排序可选出方案一为最佳方案，因此选此方案为变速箱厂的总体布置方案。九、仿真分析十、设计体会和心得十一、参考文献【1】邹安全.企业物流工程.北京：中国物质出版社，1995，3【2】蒋祖华.工业工程专业课程设计指导.北京：机械工业出版社，1999，12【3】齐二石.工业工程学. 天津：天津科技出版社，2003，1【4】吴青一.物流学.北京：北京科技大学出版社，1995，【5】朱耀祥.设施规划与物流.北京：机械工业出版社，1992，8十二、附录附录 最终方案一附录 最终方案二