设施布置设计概况

2002.110 设 施 布 置 设 计2002.111目 录l设施布置的内容、目标l实现目标的方法l设施布置的决策依据l 如何选取设施布置型式来适应市场变化l设施选址l生产类型的划分l设施布置的基本形式2002.112 目 录l流水线的布置设计l装配线的时间平衡l自动线l问题以及任务l如何选取设施布置型式来适应市场变化l如何避免工序交错流动、制成品混杂l布置的定量分析l计算机辅助设施布置与设计2002.113 设施布置的内容设施布置的内容l一、工厂总体布置设计：l 解决工厂各个组成部分，包括生产车间、辅助生产车间、仓库、l 动力站、办公场所等作业单位相互位置l 解决运输线路、管线、绿化及设施美化的相互位置；l 解决物料的流向和流程、厂内外运输联接及运输方式。2002.114l二、车间布置设计：l 解决各生产工段、辅助服务部门、储存设施等作业单位相互位置l解决工作、设备、通道、管线间的相互位置l解决物料搬运流程和运输方式。l三、设备布置设计2002.115例：办公室布置会计部会计部经理经理项目组项目组投资部投资部投资投资.会计会计2002.116急诊室的布置外科放射E.R.床位药房结账/出口E.R.实验室E.R.办公室病人病人 B 心脏起博心脏起博Patient A-broken leg大厅通道2002.117成组单元2002.1182002.119商场布置办公室办公室小车小车付款处付款处杂货店杂货店肉类肉类牛奶牛奶冷冻食品部面包2002.1110布置仓库地区地区传送带传送带货车货车货车货车订单获取订单获取2002.1111装配线2002.1112设施布置的目标l1、总体目标：在已确定的空间场所内，将物流全过程的人员、设备、物料所需的空间做最适当的分配和最有效的组合。l2、具体目标：l最好的工艺流程：保证工艺流程畅通，生产时间短，生产连续。最少的物料搬运费用：运输路线简化，避免往返和交叉。l最有效地利用空间：使建筑设备和单位制品的占有空间小。l最好的柔性：设施布置适应产品需求的变化、工艺和设备的更新。最舒适的作业环境：保证安全，满足生理、心理要求。l最便捷的管理：使有密切关系或性质相近的作业单位布置在一个区域或靠近布置。2002.1113 实现目标的方法l明确战略思路生产系统的目标本身经常难以捉摸l系统最优不如系统合理生产系统的目标本身经常难以捉摸l建立学习型组织理性与感性结合l如：对性质相近的作业单位布置在一个区域可满足 管理的方便性和组织结构的合理化，却可能导致物流量的增大；l 满足尽量减少运输和交叉的目标，却可能违反柔性目标2002.1114设施布置的决策依据 l 公司目标布置应达到的目标是存储费用、劳动力、闲置设备保 持在一定的水平之下，从而达到预期的产量和利润，但它们的相对重要性却不完全相同（决策中的货比三家现象）。用户需求我们关心的是当前与未来的需求量水平及产品品种搭配（产品策略不同，则布置策略也将明显不同）。加工过程这是所选择布置类型的主要约束条件。空间利用布置总是约束在建筑物内的实际范围内。生产能力当公司目标、用户需求、加工过程和空间有效利用率确定后，便可估算所需的生产能力和重新布置后所获得的生产能力（应适当选择生产能力的测定单位，如机械车间可用机器小时，大学可用学生数/年，酒店可用房间床位数）。最理想的布置应能适应环境的变化最理想的布置应能适应环境的变化2002.1115如何选取设施布置型式来适应市场变化如何选取设施布置型式来适应市场变化产品的变化大规模定制模式大规模生产模式持续改善模式创新模式动态的静态的静态的动态的连接开发模块化更新过程的变化图一：生产模式的演变2002.1116设施选址l联邦快递（Federal Express）公司的发展l质量线圈（Quality Coils）公司的墨西哥分公司的倒闭2002.1117设施选址 设施布局的原则：设施布局的原则：l成本最低原则l专业化分工协作原则l分散与集中原则l重点开发原则吸引外资原则设施选择考虑的因素：设施选择考虑的因素：l成本因素：运输、原料供应、动力及能源、水供应、劳动力素质l非成本因素：气候和地理、环保、政策2002.1118设施选址流程图国家国家 1995 Corel Corp.地区地区 1995 Corel Corp.地点地点 1995 Corel Corp.2002.1119设施选址举例BMW 为什么决定将他的第一个在国外的制造厂设在美国的South Carolina.1995 Corel Corp.2002.1120选择国家时考虑的因素l市场美国是世界上最大的豪华汽车市场市场的增长(婴儿潮)l劳动力更低的劳动力生产成本l$17/hr.(U.S.)vs.$27(Germany)更高的劳动生产率l11 天假期(U.S.)vs.31(Germany)l其它更低的运输费用($2,500/car less)新厂和新设备将会提高劳动生产率(lower cost/car$2,000-3000)2002.1121地区选择是考虑的因素l劳动者South Carolina 的低成本(SC)l当地政府的鼓励$135000，000，000联邦税和州税的减免从机场到工厂之间都是自由贸易区l进口部件和出口汽车时均免税2002.1122国家的全球竞争力排名lFinland.lUnited States.lNetherlands.lGermany.lCanada.llJapan.llBrazil.llRussia.llEcuador.lBangladesh.lHonduras.lBolivia.1 2 3 41115355872737475 2001 Ranking2002.1123影响国家选择的因素l政府法规、政策；政治风险l文化与经济l市场定位l劳动力的数量,工作态度,生产率,成本l原材料、能量的来源,l汇率和货币风险 1995 Corel Corp.2002.1124地区选择适应考虑的因素l合作的态度l地区的吸引力(文化、税收、气候、等)l劳动力的数量、成本l公共事业l地方的环保法规等l当地政府的接受程度l原材料的获取l市场的位置l土地和建筑的成本 1995 Corel Corp.2002.1125地点选择适应考虑的因素l面积大小和成本l交通运输条件（航空、铁路、水运、高速公路）l地区限制l公共服务l环境影响l。1995 Corel Corp.2002.1126设施选址的方法l优缺点比较法l重心法l线性规划法l德尔菲分析模型l其他方法2002.1127生产类型的划分生产类型按产品产量分少品种大批量生产多品种小批量生产中品种批量生产定制生产按产品预测程度分订货生产存货生产图二：不同的生产类型2002.1128设施布置的基本型式设施布置移动式布置成组布置工艺原则布置产品原则布置固定式布置2002.1129产品原则布置l一、产品原则布置的概念l按加工产品（零件、部件）为对象划分生产单位l二、产品原则布置的特点l不同类型的设备、不同工种的工人、不同加工方法的加工、完成产品全部或大部分工艺过程、专用设备、专用工装、流水线或自动线l三、产品原则布置的方式仓库钳工剪板机磨床车床滚齿钻孔打压车床车床钻孔装配仓库2002.1130产品原则布置优缺点比较 优点：l1、由于布置符合工艺过程，物流 l 畅通l2、由于上下工序衔接，存放量少l3、物料搬运工作量少l4、可做到作业专业化，对工人技l 能要求不高，易于培训l5、生产计划简单，易于控制l6、可使用专用设备和机械化、自l 动化搬运方法l 缺点：l1、设备发生故障时引起整个生产l 线中断l2、产品设计变化将引起布置的重l 大调整l3、生产线速度取决于最慢的机器l4、生产线有的机器负荷不满，造l 成相对投资较大l5、生产线重复作业，工人易产生l 厌倦l6、维修和保养费用高2002.1131工艺原则布置l一、工艺原则布置的概念l按加工工艺的特点划分生产单位l二、工艺原则布置的特点l同类型的设备、同工种的工人、同一加工方法、完成产品某一工艺过程加工、通用设备、通用工装、机群式布置l三、适用范围l适合多品种小批量生产的产品布置原则：l四、工艺原则布置的方式2002.1132工艺原则布置方式车床组LLLL钻床组ZZZZ铣床组MMMM磨床组GGGG其他滚齿机焊接焊接2002.11332002.1134工艺原则布置优缺点比较 优点：l1、机器利用率高，可减少 l 设备数量l2、设备和人员柔性程度高，l 更改产品和数量方便l3、操作人员作业多样化，l 有利于提高工作兴趣和职 业满足感 缺点：l1、由于流程较长，搬运路l 线不确定，运费高l2、生产计划与控制较复杂，l 要求员工素质的提高l3、库存量相对较大2002.1135 成组原则布置l一、成组原则的概念l 把完成一组相似零件的所有或极大部分加工工序的多种机床组成机器群，以此为一个单元，再在其周围配置其他必要设备一种布置形式。l二、成组原则布置形式NCLLMMLDDNCLLLDD加工单元1G加工单元3AAA加工单元22002.1136成组原则布置优缺点比较 优点：l1、由于产品成组，设备利用率高l2、流程通畅，运输距离较短，搬 运量少l3、有利于发挥班组合作精神l4、有利于扩大员工的作业技能l5、兼有产品原则布置和工艺布置 的优点 缺点：l1、需要较高的生产控制水平以平l 衡各单元之间的生产流程l2、若单元间流程不平衡，需中间 储存，增加了物料搬运l3、班组成员需掌握所有作业技能l4、减少了使用专用设备的机会l5、兼有产品原则布置和工艺原则l 布置的缺点2002.1137 流水线的布置设计 流水线的分类2002.1138如何避免工序交错流动、制成品混杂？一、考虑要素：l 最重要的是要考虑出、入口的位置由于外部条件或原有布置的限制，需要按照 给定的出入口位置来规划流动模式。l 此外还应考虑场址、建筑物的轮廓尺寸、生产流程的特点和生产线长度、通道的设置等。2002.1139问题及任务l问题：产品原则布置、成组原则布置和工艺原则布 置哪种布置难度更大？l练习：按下图出入口位置各设置两套流动线模式。2002.1140如何选取设施布置型式来适应市场变化l一种现象：l 某中档次轿车车型中使用了110种散热片，300种烟灰缸、437种仪表盘，1200种车内地毯，6000种紧固件l思考与讨论：l 零件激增的原因和后果是什么？l 如何进行模块化设计 按功能分割模块化？2002.1141 如何选取设施布置型式来适应市场变化l模块化设施布置：模块化设施布置：l 由标准化、模块化的建筑物、工作站和物料搬运设施等组成设施布置型式，可很好地解决实际的设施设计缺乏柔性的问题。l 目前，被欧美广泛采用的方法是利用一个横向“脊柱”联接的模块结构，脊柱周围设置若干与之联接的、标准尺寸的模块。2002.1142柔性布置举例脊柱ACBDE脊柱型模块建筑装配模块装配模块装配模块修整模块办公室模块试验面积沃尔沃汽车装配模块工厂2002.1143布置的定量分析 1、系统化布置设计（System Layout Planning）-定量与定性分析相结合2、成组单元布置DCA方法3、费用矩阵法4、计算机辅助设施布置设计方法：CORELAP、CRAFT、LOGIC等2002.1144成组单元的布置根据相似加工工艺和设计特点进行成组划分.它可以和JIT(Just-in-Time),TQM(Total Quality Management),TEI(Total Employee Involvement)等先进的生产模式相结合.需要考虑的重要因素有:选择-机器设备和产品的类型设计设施布置,加工工艺,物料搬运设备操作(加工过程)堆放地的面积,生产计划,生产模式(推动或拉动式)控制作业测定方法2002.1145成组单元的选定l分类和编码设计参数l工艺流程的分析 作业顺序和工艺流程l分组的方法-DCA(direct clustering algorithm)l枚举法l数学优化建模2002.1146 DCA举例2002.11472002.11482002.1149Cell 1Cell 2Cell 3瓶颈2002.11502002.11512002.1152布置的定量分析应用布置的定量分析应用 l 例：一玩具厂有8个部门，设所有部门有相同的面积，整体建筑如下图。此外，所有物料均可用标准尺寸的托盘装运，邻近部门之间运输费是搬运一个装载量为1元。该如何布置这八个部门。13742658160m80m2002.1153费用矩阵方法的案例分析l步骤1：决定部门之间预期的装载量，如下表。2002.1154费用矩阵方法的案例分析l步骤2：决定布置费用，如下表。2002.1155费用矩阵方法的案例分析l步骤3：研究由于部门布置变化而将减少的搬运费用。通过合理试验次数，得出最优解。如下图：163247582002.1156费用矩阵方法的案例分析步骤4：对最优布置的分析l 1、发运与收货部门接近工厂的中心区不现实l 2、塑料熔合部门紧接油漆部门不安全l 3、小玩具装配与大玩具装配位于工厂两端不省时（装配工）l 此外，基本假设可能有下述问题：l 1、部门面积或形状不一定相等l 2、部门出入口没有限制l 3、物料搬运方法不可能完全一样 2002.1157费用矩阵方法的案例分析l步骤5：得出最终布置方案。如下图：586234172002.1158计算机辅助设施布置方法l新建设施的布置lCORELAP和ALDEPl现有设施的改进布置lCRAFT和COFAD2002.1159计算机辅助相关布置图法lComputerized relationship layout planningl输入：部门数、部门面积、相关图及每一部门的总接近度TCRl选择：将TCR最高值的部门进行布置，然后布置与该部门关系最密切的部门l定位：将TCR最高的部门布置在图的中央，然后布置的各组成部门都放在位置分数最高的位置2002.1160总密切度TCRlTotal closed ratingl每个部门与其它部门之间的密切程度的总和lA，E，I，O，U 的值可以用分值表示：l如：5，4，3，2，1l指一个部门与它相邻部门的每个密切度的评分值之和l若发生两个以上部门与该部门有相同关系等级时，由各部门的总密切度TCR作为排列先后顺序的依据位置分数解 结2002.1161CORELAP举例代号部门面积与其它部门密切度总密切度TCR1材料库1000U,E,I,U132热加工2000U,O,O,U103机加工2000E,O,A,O174装配1000I,O,A,U155发送1000U,U,O,U92002.1162CORELAP举例241233534-125定位顺序:2002.1163计算机确定设施相对位置法CRAFTlComputerized relation allocation of facilities techniquel输入：初始布置，物料流量，部门距离，搬运费，固定部门的数目与位置l目标：最低运输费用的布置方案2002.1164l方法-部门位置的交换l l 面积相仿的部门l 具有共同边界的部门l相互交换或三方交换降低运输费用2002.1165CRAFT举例部门面积11000220003200041000510001223345122335442233152002.1166引入Guillotine 剪切的LOGIC方法lLayout Optimization with Guillotine Layout Optimization with Guillotine Induced CutsInduced Cuts l输入t:从至表l以搬运距离和搬运费用为目标l矩形和连续的作业部门l适用:新建和改建项目2002.11672002.11682002.11692002.11702002.1171新建布置的图形构造法l1960s Krejcirik,1970s Seppanen and Moore,Muthers SLP连接图63712002.1172新建布置的图形分析方法l不考虑距离因素,部门的形状和尺寸要求l曲线不能相交l权重的取值大小对结果的影响很大2002.1173新建布置的图形分析方法l第一步:选择具有最大权重值的作业部门对l选择第三个作业部门进入布置l选择第四个作业部门进入平面图形的某一侧l针对有交叉的图形,从新调整块状布置2002.1174Relationship ChartRelationship Diagram2002.11752002.117677商业软件包示例2002.1178FactoryCAD-2D and 3D2002.1179FactoryCAD2002.1180FactoryFLOW2002.1181FactoryFLOW2002.1182FactoryPLAN2002.1183FactoryOPT2002.1184VisFactory