第5章--设施布置与设计--物流工程新版-教学课件

物流工程物流工程第十三讲第十三讲主主讲教教师：孙宝宝凤学学时：48第5章 设施布置与设计Facility Layout and Design本 章 主 要 内 容o5.1 设施布置概述o5.2 基本布置类型o5.3 流动模式与空间需求o5.4 流水线平衡与设计o5.5 单元式布置5.1 5.1 设施布置概述设施布置概述一、设施布置决策的依据一、设施布置决策的依据解决布置决策问题解决布置决策问题,主要取决于以下方面主要取决于以下方面:(1)(1)系统应达到的目标。系统应达到的目标。(2)(2)系统对产品和服务的需求。系统对产品和服务的需求。(3)(3)加工过程的要求。加工过程的要求。(4)(4)建筑物或场所的有效空间。建筑物或场所的有效空间。5.1 5.1 设施布置概述设施布置概述二、设施布置设计的含义和内容二、设施布置设计的含义和内容 目目标标:将将人人员员、设设备备和和物物料料所所需需要要的的空空间间做做最最适适当当的的分分配配和和最最有有效效的的组组织织,以以获获得得最最大大的的经经济效益。济效益。设施布置包括设施布置包括工厂总体布置工厂总体布置和和车间布置车间布置。5.1 5.1 设施布置概述设施布置概述 作业单位作业单位(Activity)(Activity)概念：指布置图中各个不同的工作区或存在物概念：指布置图中各个不同的工作区或存在物,是是设施的基本区划。可大至一个建筑物或一个车间，设施的基本区划。可大至一个建筑物或一个车间，亦可小至一个出入口或一台机器亦可小至一个出入口或一台机器如何划分，须如何划分，须看规划设计工作所处的阶段或层次。看规划设计工作所处的阶段或层次。例如：例如：Facility,Department,WorkFacility,Department,Work Center Center（Work Work stationstation）,FMS,FMS 5.1 5.1 设施布置概述设施布置概述作业单位作业单位 划分：划分：对于对于新的项目新的项目,规划设计人员要逐个确规划设计人员要逐个确定所有的作业单位。定所有的作业单位。对对于于现现有有设设施施,可可以以使使用用原原有有组组成成部部分的名称划分作业单位或进行新的分合分的名称划分作业单位或进行新的分合8作业单位的层次宏观-微观的多次轮回详详细细布布置置图图部门部门部门部门设施工作中心工作中心工作中心工作地工作地工作地块块状状布布置置图图工作地工作地布置图布置图工厂总平工厂总平面布置图面布置图车间布车间布置图置图设设备备布布置置图图5.1 5.1 设施布置概述设施布置概述三、设施布置的目标三、设施布置的目标设施布置的主要目标是设施布置的主要目标是:(1)(1)符合工艺过程的要求。符合工艺过程的要求。(2)(2)最有效地利用空间。最有效地利用空间。(3)(3)物料搬运费用最少。物料搬运费用最少。(4)(4)保持生产和安排的柔性。保持生产和安排的柔性。(5)(5)适应组织结构的合理化和管理的方便。适应组织结构的合理化和管理的方便。(6)(6)为职工提供方便、安全、舒适的作业环境。为职工提供方便、安全、舒适的作业环境。5.2 5.2 基本布置类型基本布置类型1.按工作流程形式分类按工作流程形式分类 (1)工艺原则布置工艺原则布置(Process Layout)(2)产品原则布置产品原则布置(Product Layout)(3)定位原则布置定位原则布置(Fixed Layout)(4)成组原则布置成组原则布置(Group Layout)5.2 5.2 基本布置类型基本布置类型四种布置形式之间的关系四种布置形式之间的关系移动式布置移动式布置成组原则布置成组原则布置工艺原则布置工艺原则布置产品原则布置产品原则布置固定式布置固定式布置设施布置设施布置物流工程物流工程第十四讲第十四讲主主讲教教师：孙宝宝凤学学时：485.3 5.3 流动模式与空间需求流动模式与空间需求一一 流动模式流动模式流动模式可以分为水平和竖直的，如是单层设施，就只用考虑水平流动模式，多层设施布置，还要考虑竖直模式。但总的来说，水平模式是最基本的。流动模式可以从流动模式可以从 工作站内工作站内、部门内部门内和和部门间部门间 三个层次来考察。三个层次来考察。5.3 5.3 流动模式与空间需求流动模式与空间需求o流动模式流动模式:工作站内工作站内考虑工作站内的流动模式要用动作分析和人因工程。工作站内的流动应当：Simultaneous同时:协调手、手臂和脚的动作coordinated use of hands,arms and feet.Symmetrical对称:协调身体两边的动作Natural自然:移动是连续的、曲线式的并利用运动惯量Rhythmical and Habitual节奏性和习惯性:移动应当方法得当 且有先后次序，要减少手、眼和肌肉的负担与疲劳5.3 5.3 流动模式与空间需求流动模式与空间需求o流动模式流动模式:部门内部门内部门内的流动模式取决于部门的类型对产品原则布置和成组单元布置，流动模式就是产品流前流（End-to-end）、背流（Back-to-back）、折返流（Front-to-front）、环流（Circular）和角流（Odd-angle）1 machine/operator1 machine/operator2 machines/operator1 machine/operatorMore than 2 machines/operatorEND-TO-ENDBACK-TO-BACKFRONT-TO-FRONTCIRCULARODD-ANGLE5.3 5.3 流动模式与空间需求流动模式与空间需求o5种基本的流动模式 部门间部门间直线形直线形 L形形 U形形 环形环形 S形形Flow PatternsStoreTurningMillingPressPlateAssemblyWarehouse Stores Turning MillingWarehouse AssemblyPlatePressStores Press Plate Assembly Turning MillingWarehouseStores Milling Warehouse Turning Press Plate AssemblyStraight-line flowU-shaped flowW-shaped flowS-shaped flow考虑出入口位置的设施内流动考虑出入口位置的设施内流动At the same locationOn adjacent sideso有效流动的原则有效流动的原则:1.有向流的路径最大化原则2.最小流量原则3.流动成本最小化原则流动的规划流动的规划*5.3 5.3 流动模式与空间需求流动模式与空间需求二二 空间与人员需求空间与人员需求确定空间需求确定空间需求l采用“从下到上”的系统的方法。l对制造和办公设施，空间需求的确定要先从单个工作站开始，然后才是工作站集合而成的部门需求。l在确定仓储作业的空间需求时，则要考虑库存水平、存储单位、存储方法和策略、设备需求、建筑物条件和人员需求。l因为存在多种不确定因素，各部门人员为求稳妥，给出的空间需求数据都偏大。工作站空间 设备、物料、人员入口部门空间o并非各工作站空间的简单相加o工作站之间有很多空间可共享o通道需求：n货物最大面积 1.5m2 加30-40%5.4 5.4 流水线平衡与设计流水线平衡与设计o5.4.1 流水线相关概念1 期量标准 也称作业计划标准，是经过科学分析和运算，对加工对象在生产过程中的运动所规定的一组时间和数量标准。流水线期量标准包括：节拍、作业指示图表、在制品占用量定额。物流工程物流工程第十五讲第十五讲主主讲教教师：孙宝宝凤学学时：485.4 5.4 流水线平衡与设计流水线平衡与设计（1）节拍（take time）指流水生产一件产品所需的时间，即一天的工作时间除以一天要生产产品的数量。节拍是不能测量的，而是要计算的。n节拍=每日有效工作时间/计划每日产量 利用节拍，我们能够平衡不同资源的负荷并识别瓶颈。而通常把流水线中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈”（Bottleneck），瓶颈限制了流水线的产出速度。概念比较 节拍周期时间节距时间o周期时间周期时间（Cycle Time）反映流水线的生产速度，以生产一件产品所需要的时间（秒）来表示。o周期时间是可以测量的，它可以小于、大于或等于节拍时间。o在组织同步化生产过程中，一定要追求生产周期与生产节拍的基本一致，否则会产生浪费。o周期时间是生产效率的指标，比较稳定，它受一定时期的设备加工能力、劳动力配置情况、工艺方法等因素影响，只能通过管理和技术改进才能缩短。o节距时间(Pitch Time)是流水线传送带流过两相邻工作站的时间，一般取节距时间等于周期时间（2）作业指示图表o为确保流水线按规定的节拍工作，必须对每个工作地详细规定它的工作制度，编制作业指示图表o最常见的是SOP（Standard Operation Procedure），即标准作业程序或作业指导书，将作业标准操作步骤和要求以统一的格式描述出来，用来指导和规范日常的作业。SOP2.50s节拍规则节拍规则o50s节拍的优越性体现在四个方面：1）生产率（Productive）2）安全与人因工程（Safety&Ergonomics）3)质量（Quality）4）员工士气（Morale）流水线分类流水线分类o流水线可按多种形式分类，如按生产对象、移动方式、转换方式、节拍等。分类标志对象移动方式对象移动方式对象数目对象数目对象轮换方式对象轮换方式连续程度连续程度节奏性节奏性机械化程度机械化程度连续流水线连续流水线间断流水线间断流水线自动流水线自动流水线手工流水线手工流水线机械化流水线机械化流水线粗略节拍流水线粗略节拍流水线自由节拍流水线自由节拍流水线强制节拍流水线强制节拍流水线固定流水线固定流水线移动流水线移动流水线流水线Assembly line单一对象流水线单一对象流水线多对象流水线多对象流水线可变流水线可变流水线不变流水线不变流水线成组流水线成组流水线Better5.4.2 流水线平衡 流水线平衡流水线平衡(装配线平衡装配线平衡)目的：使各个工作地点目的：使各个工作地点的未工作时间的未工作时间闲置时间闲置时间最少。最少。萨尔凡森的装配线平衡原则萨尔凡森的装配线平衡原则：在规定的装配线速：在规定的装配线速度下，使总的空闲时间最少，或使做一度下，使总的空闲时间最少，或使做一 额定额定工作量的操作人员数最少以使平衡延迟最少。工作量的操作人员数最少以使平衡延迟最少。5.4 5.4 流水线平衡与设计流水线平衡与设计 在在装装配配线线的的布布置置中中,为为使使装装配配线线达达到到均均衡衡流流动动,使使在在装装配配线线上上操操作作的的工工人人停停工工时时间间最最短短。往往往往面临面临两个问题两个问题:v 在在给给定定的的周周期期时时间间内内,求求工工作作地地点点的的最最小小数数量量-布布置置问题；问题；v 在已定的工作地点数量条件下在已定的工作地点数量条件下,求最小的求最小的周期时间周期时间-编制进度表问题编制进度表问题。1问题的描述 o装配一个工件所需要的所有工艺分为n项作业（tasks），它们形成集合V=1,n。作业是最小的独立工作单元，对一项作业j，都有一个作业时间tj。o由于装配工艺的要求，作业顺序并不是任意的，而是有一定的先后次序，我们可以用先后次序图（Precedence Graph，也称前列图）来表示。o可行的平衡方案要满足先后次序约束。集合Sk表示分配给工作站k的所有作业，这些作业的合计时间为该工作站时间。o流水线100%平衡时，所有工作站的周期时间都等于流水线周期时间C。o如果不是100%平衡时，工作站的周期时间只能小于流水线周期时间，这时会有非生产性的空闲时间（Idle Time）。对工作站k，它的空闲时间为Ct(Sk)。显然要提高平衡率，必须尽量降低全部工作站的空闲时间。o为组合优化问题，难以求解，常用启发式算法 物流工程物流工程第十六讲第十六讲主主讲教教师：孙宝宝凤学学时：481问题的描述 o装配一个工件所需要的所有工艺分为n项作业（tasks），它们形成集合V=1,n。作业是最小的独立工作单元，对一项作业j，都有一个作业时间tj。o由于装配工艺的要求，作业顺序并不是任意的，而是有一定的先后次序，我们可以用先后次序图（Precedence Graph，也称前列图）来表示。o可行的平衡方案要满足先后次序约束。集合Sk表示分配给工作站k的所有作业，这些作业的合计时间为该工作站时间。o流水线100%平衡时，所有工作站的周期时间都等于流水线周期时间C。o如果不是100%平衡时，工作站的周期时间只能小于流水线周期时间，这时会有非生产性的空闲时间（Idle Time）。对工作站k，它的空闲时间为Ct(Sk)。显然要提高平衡率，必须尽量降低全部工作站的空闲时间。o为组合优化问题，难以求解，常用启发式算法 o生产周期时间和最少工作站（或工作地点）数目，接下来才是按不同方法确定工作站的作业分配。o第一步：确定工作周期时间C=H/QnH每天生产时间；nQ每天在H时间内要求的产量；o第二步：确定最少工作站数目K0n注意实际分配工作站数mK0）；ntsum 完成一件产品全部作业的时间总和。o完成工作站分配后，要计算流水线效率（也称为平衡率）。流水线效率为全部作业的时间总和与实际工作站总数m与周期时间乘积的百分比，即：2基本平衡方法*简单的手工作业简单的手工作业*各作业各配置各作业各配置1名作业人员名作业人员*日工作时间日工作时间:480分分*Neck（瓶瓶颈颈）作业作业:第第5号工程号工程(42秒秒)*流水线平衡率流水线平衡率 LB=(30+32+31+33+42+33+34+35+31+36)/(4210)100%=337/420 100%=80.2%12345678910510152025303540时时间间 (Seconds)313231334233343531362基本平衡方法 o以例说明o某手推车要在一个传送带流水线上组装，每天需生产500辆，每天的生产时间为420min。下图是该手推车的装配网络图（双代号），请根据周期时间和作业次序限制，求使工作地数量最小的平衡方式。o确定工作站节拍=42060500=50.4（s），则周期时间C也要达到50.4s。o计算满足节拍要求的最少工作站理论值（取不少于计算值的最小整数）oK0=tsum/C=(45+11+9+50+15+12+12+12+12+8+9)50.4=19550.4=3.874 o选择作业分配规则，以确定流水线平衡。o规则1：优先分配后续作业较多的作业o 先对作业进行排序 o分配各工作站的作业，分配结果如下作作业剩余的未剩余的未分配分配时间工作站工作站1作作业时间可行的可行的遗留作留作业最多的最多的后后续作作业操作操作时间最最长的作的作业A455.4C=50.4K0=4无无工作站工作站2D500.4无无作作业时间A45B11C9D50E15F12G12H12I12J8K9工作站工作站3B1139.4C,EC,EEE1524.4C,H,ICC915.4F,G,H,IF,G,H,IF,G,H,IF123.4工作站工作站4G1238.4H,IH,IH1226.4II1214.4JJ86.4工作站工作站5k941.4计算流水线平衡后的效率计算流水线平衡后的效率E1=195(550.4)=77%合合计195高吗？高吗？由于平衡效率不高，根据规则2“优先分配操作时间最长的作业”来确定作作业剩余的未剩余的未分配分配时间工作站工作站1作作业时间可行的可行的遗留作留作业最多的最多的后后续作作业操作操作时间最最长的作的作业D500.4C=50.4K0=4无无工作站工作站2A455.4无无作作业时间A45B11C9D50E15F12G12H12I12J8K9工作站工作站3E1535.4B,H,IBH,IH1223.4B,III1211.4BF,G,H,IF,G,H,IB110.4工作站工作站4C941.4F,GF,GF1229.4GG1217.4JJ89.4k90.4合合计19525613444476F,GGK工作站间时长优先工作站间时长优先工作站内考虑约束工作站内考虑约束计算流水线平衡后的效率计算流水线平衡后的效率E2=195(450.4)=97%433韩格逊-伯尼法o也称位置加权法或矩阵法。o首先根据先后次序图求出每个作业单元的位置权值(Ranked Positional Weight)作业时间与其后续所有作业时间的总和，然后根据位置权值的高低进行作业安排，优先安排权值高的作业，从而尽量减少工作站数。o例现拟在传送带上组装某部件。该部件每天需组装369台，每天的生产时间480min。装配顺序及装配时间如下表。根据周期时间和作业顺序限制，求工作站数最少情况下的平衡流动及装配线效率。44作业作业时间紧前工序说明150s-吊运箱体、定位2251装入齿轮3202放入前浮动膜片4302放入后膜片5253,4安装后盖6255安装前盖7126拧紧螺栓、螺母8146拧紧螺栓、螺母9207,8装连接盘45解 共4步(1)确定周期时间和最少工作站数将已知的数据（该部件每天需组装369台，每天的生产时间480min）代入得周期时间：C=H/Q=480*60/369=78 秒用下式计算满足周期时何要求的最少工作站数：K=t/C=(502520 302525121420)/78=2.833故最少需3个工作站。46(2)画出其先后次序图和先后次序矩阵表。依照装配程序表的要求可以画出先后次序图。图中圆圈为作业，箭头为操作顺序。47装配先后次序矩阵表1234567891234567890+1-1领先+1+1+1+1+1+1+1+1延后-10+1+1+1+1+1+1+1-1-100+1+1+1+1+1-1-100+1+1+1+1+1-1-1-1-10+1+1+1+1-1-1-1-1-10+1+1+1-1-1-1-1-1-10+10-1-1-1-1-1-10+10-1-1-1-1-1-10-1-148(3)完成位置权值计算1234567891234567890+1-1+1+1+1+1+1+1+10+1+1+1+1+1+1+1-1-100+1+1+1+1+1-1-100+1+1+1+1+1-1-1-1-10+1+1+1+1-1-1-1-1-10+1+1+1-1-1-1-1-1-10+10-1-1-1-1-1-10+10-1-1-1-1-1-10-1-1Ti 秒502520302525121420pwa2211711161269671323420141225253020255020ti位置权值pwa 为该单元及所有带+1单元时间之和位置权值矩阵表位置权值矩阵表49(4)分配工作站的作业，平衡装配线工作站K112223333单元时间ti 秒502520302525121420装配线平衡表装配线平衡表123456789单元i2211711161269671323420位置权值pwa-1223,45667,8紧前单元工作站时间ti 秒507550307525513971平衡延迟秒283284835327397递减顺序按位置权值按位置权值递减的次序，递减的次序，在满足先后在满足先后次序限制的次序限制的条件下，指条件下，指派尽可能多派尽可能多的单元至一的单元至一工作站，直工作站，直至接近该站至接近该站的周期时间。的周期时间。=周期时间(78秒)-工作站时间50装配线效率=完成作业所需时间总和/（实际工作站总数*节拍）=l我国企业的普通流水线平衡率一般在80%左右，而日本等国家的先进企业普遍在90%以上。4流水线平衡问题进一步探讨 (a)先后次序图(b)工作站及周期时间(c)平衡的工作站作业分配 图5-11 流水线平衡问题的线段表示 o流水线平衡问题与下料问题都是属于切割与装箱问题o自平衡装配线与消防队传递作业法（Bucket brigades）。GATECHo与传统流水线平衡找瓶颈再分配的方法不同，这种方法吸取蚂蚁、蜜蜂等社会性动物传递作业的本能经验，按工作量来自平衡流水线，协调人员劳动强度。n如同消防队救火时传递水桶一样，工人按作业快慢排序，最慢的排在流水线的始端，最快的在终端。n装配启动时，每一工人都独立开始一件产品的装配。最后的工人（最快）完成之后，接手他前面人的产品，如此传递，第一个工人再开始新的一件装配。n这样所有工人都会获得最佳工作量分配，整个流水线产出率最高oBucket brigades方法不需要复杂的测时和平衡工作，生产灵活，产出率高，值得研究 物流工程物流工程第十七讲第十七讲主主讲教教师：孙宝宝凤学学时：48o平面布置o搬运设备o传送带与工作站布置类型5.4.3 流水线设计 o传送带速度计算o设计示例551、流水线的平面布置设计o进行流水线平面布置设计时应遵循以下原则：n有利于工人操作方便；n在制品运动路线最短；n有利于流水线之间的自然衔接；n有利于生产面积的充分利用。o流水线的形状直接反映流动模式。流水线的形状直接反映流动模式。每种形状的流水线在工作站的布置上又有单列和双列之分。56流水线单列和双列直线布置示意图 2 流水线物料搬运设备 o流水线最典型的物料搬运设备就是传送带o强制节拍流水线物料搬运设备:n分配式传送带：单件制品的加工时间有轻微的变化，以一定保险在制品量来保证流水线的流畅性。o适合于产量较大的小型产品的生产 n连续工作传送带：按照节拍要求的速度运行，产品的加工和装配都在传送带上进行，o用于产量较大的大型产品的生产 n脉冲式传送带：时停时开，停止时进行加工和装配，开动和停止的周期与流水线的节拍相符，o适用于工序时间较长、产量不太大、产品精度要求较高的产品加工或装配 o自由节拍流水线：以一定量的在制品调节节拍的抖动。除了可以采用传送带外，还可以用滑道、滚道、手推车、运输箱等装置o粗略节拍流水线：不采用自动化的物料搬运设备，可变路线的MHE，缓冲区3 传送带与工作站的布置类型 4 传送带速度的计算 oSc=Ls/C Sc为传送带速度，Ls为工作站沿传送带方向的长度，C为周期时间 o流水线传送带的长度：nL=m Ls+XnL为传送带长度，m为工作站数量，X为传送带两端的富裕量。o例如某产品装配每个工作站需要1200mm的长度，该产品的周期时间为1.5分钟，则传送带速度为0.8米/分。而且此时每件产品在传送带上的间隔应为1.2米（称为节距线）。o若工作站长度不一，取平均值，或传送带分段处理例o某流水线设计日产量为800件，工作时间为8小时制，其中午餐休息45分钟，上下午另外各休息10分钟。已知传送带上共有16个工作站，各工作站的平均间距为1.44米。生产线的移动率为95%，产品的装配合格率为97%。试确定：1）该流水线的节拍；2）传送带速度。1）节拍=(860-45-10-10)0.95/(8000.97)0.5分钟，则周期时间也取0.5分钟 2）按5.6式有，传送带速度=Sc=Ls/C=1.44/0.5=2.88米/分 5 流水线设计示例流水线设计示例 o转向档臂分流的传送带设计大大简化了物料搬运工作，并有助于流水线平衡o中间是传送带，两边各布置有一个长工作台。o当工件接近铆接台时，传送带上的转向机自动使工件在工作台的左端积累o 4号工作站内的作业周期时间较长，所以流水线采用双列双位布置，共4个工位，需要4名操作者。o机械式转向机的档臂自动将一个工件从队列中分离，送入2号操作者的工位。第一个工件分离之后，剩下三个仍随传送带并列前行，直到第二个转向机位。接着队列中的第二个工件被转向档臂导向4号操作者的工位。剩下的两个工件继续随传送带前进，分别先后自动地导向3号和5号操作者。某流水线设计的部分某流水线设计的部分示意图示意图某流水线设计的部分示意图某流水线设计的部分示意图5.5 单元式布置o5.5.1 精益生产与单元式布置o5.5.2 单元的形成o5.5.3 单元生产线的3种不同类型o5.5.4 单元生产线布置与设计5.5 单元式布置o单元式布置（Cellular layout）是单元生产的硬件要求之一。o单元生产是当代最新、最有效的生产组织方式，为日本和欧美企业所广泛采用。o单元生产是对“精益生产”认识不断深化的产物，采用单元生产的企业，在布置、人才培养、物料控制上发生了极大的改变。o在小批量多品种生产的残酷环境下，单元式布置放弃了传送带，但却是达到了甚至超过了大量生产条件下传送带流水线的效果，看不见的传送带5.5.1 精益生产与单元式布置 o精益生产起源于日本的丰田JIT生产方式，是在经营、组织、管理、产品和供销等都形成的与传统大量生产方式不同的一整套思想和做法。MIT概括总结为Lean Production”。oLP的基本目的是在一个企业里同时获得极高的生产率、极佳的产品质量和很大的生产柔性。oLP考虑生产中的各种物流，如设备外围的、各生产线之间的仓库内的、生产和装配之间的、生产和进料之间、装配和发货之间等等，和生产环节的无缝衔接、紧凑运行。o看板方式来协调生产、物流及其信息系统，有条不紊地进行搬运、仓储、摆放和加工装配。oJIT重视和追求一切生产活动的可视化、简化、柔性化、组织化和标准化，消除浪费是精益生产和JIT的首要任务66o准时制强调“一个流”生产,最高境界 即在制品最少，生产批量和转移批量都只有一个o根据李特尔法则：生产周期=存货数量生产节拍。在生产节拍相对固定的情况下，要缩短生产周期，就需要降低存货数量。o精益生产在布置中的表现：采用单元布置的单元制造（Cellular Manufacturing）就是一种创新。o单元布置中机器设备按工艺顺序采用U型排列，减少了移动的浪费，使得物料和零部件能以最小的移动和延迟顺畅地完成生产过程。o进行单元式布置需要如下的措施或要求：n按产品或零件簇来构建生产单元n采用一个流生产，尽量使库存最少，距离最短n培养多能工，增加人员灵活性，改进员工之间的交流n采用防呆设备和柔性的、可移动的设备 物流工程物流工程第十八讲第十八讲主主讲教教师：孙宝宝凤学学时：485.3.2 单元的形成 o单元生产就是采用制造单元制造单元的生产方式。o制造单元的成功实现需要解决选择、设计、运作和控制选择、设计、运作和控制等方面的问题。o选择选择是指对某一特定单元确定它的机器和零件类型，也就是单元形成。o制造单元可以通过多种方式形成，最常见的形成方法形成方法就是将生产同一零件族的机器、人员、物料、工具和物料搬运及存储设备分组。o分组分组可基于基于工艺路线、加工机床、设计属性和物料搬运成本等，具体方法有分类和编码法、生产流程分析法、簇聚法、启发式方法和数学模型法等。o介绍Singh和Rajamani提出的直接簇聚算法直接簇聚算法DCA。直接簇聚算法(DCA法)将行、列排序。将行、列排序。将机器-零件矩阵每行、列的1相加。各行以行总和递减的方式从上到下排列，各列以列总和递增的方式从左到右排列。如果行或列的总和相同，再以零件号或机器号递减方式排列。列移动。列移动。从矩阵的第一行开始，将第一行有1值的各列移到矩阵左边。对下面各行重复上述过程，直到不能再移动 行移动。行移动。从矩阵的最左列开始，如果有可能形成由1组成的集中块，就将行向上移动，对后面各列重复上述过程。形成单元。形成单元。查看是否有单元形成，每个零件的所有加工都在该单元内进行。o单元形成时可能会产生单元形成时可能会产生“瓶颈瓶颈”机器，即一台机器由两个单元共机器，即一台机器由两个单元共用。当存在瓶颈时，用。当存在瓶颈时，n将瓶颈机器置于单元间的边界处，以方便零件从一个单元搬到邻将瓶颈机器置于单元间的边界处，以方便零件从一个单元搬到邻近单元近单元n重新考察需要由瓶颈机器加工的零件能否由其他设计或方法来代重新考察需要由瓶颈机器加工的零件能否由其他设计或方法来代替替n将零件外协加工将零件外协加工n这些方法都不能解决，增加瓶颈机器的台数这些方法都不能解决，增加瓶颈机器的台数例o左：AH八种零件在12台机器的加工情况，o右：12台机器采用工艺原则布置，图中只列出ABC三种零件的加工路线就已零乱不堪。o试利用单元形成方法将其改为单元式布置。o采用DCA法形成的单元下左所示，o注意机器6和12为瓶颈机器o瓶颈机器置于两单元交界处，如下右所示。5.3.3 单元生产线的三种不同类型 单元生产线的三种形态：o屋台式o逐兔式o分割式73一、屋台式单元生产线一、屋台式单元生产线o屋台式单元生产线屋台式单元生产线，指的是一位作业员拥有一条单独的生产线。屋台式命名来源于一种日本的小吃作坊。日本一些售卖小吃的摊贩，有一台活动的食品制作车，加工食品的食材、炊具全部放在车上，当顾客有需要时老板当场制作。这么小的车子，老板当然只有一位。这种食品制作车，就叫屋台。o屋台式单元生产线，屋台式单元生产线，作业员就是生产线的老板，自己负责全部生产，这是典型的“一人完结”作业。74应用o屋台式单元生产线无疑是平衡率最高平衡率最高的生产线了，因为平衡率达到了100。o已经有很多日本公司采用屋台式了。这种形态的单元生产线广泛应用应用在以下领域领域：n以复印机、电视机为代表的电子装配行业；n以服装裁剪为代表的服装加工行业；n使用小型机器设备的机加工行业。o缺憾：缺憾：平衡率高达100%，意味着极高的生产效率，极低的库存水平，那么，为什么屋台式仅仅限于上述领域呢？其主要原因在于屋台式有两项极高的要求：n机器设备数量充足n员工技能多样75二、逐兔式单元生产线二、逐兔式单元生产线 Rabbit Chasingo逐兔式单元生产线，作业员仍然采用一人完结式作业方法，每个人从头做到尾。与屋台式不同的是，逐兔式并没有采用一个人一条生产线的做法，而是采用了多人共用一条生产线的方式。这些人并不进行工序分割，并不是静止不动的，而是仍然采用一人完结方式，进行你追我赶的作业。这种你追我赶的作业，类似于龟兔赛跑，因此称之为逐兔式单元生产线。76作业方法：一人完结 互相追赶生产布局：U型布局优点：优点：o一个人独占一条生产线可以不受任何阻碍地进行“一人完结”，那么，多人共用一条生产线呢？当然只能是互相追赶了。o有互相追赶就会有生产线不平衡的问题。但挡路情况并不多，就好比滑冰比赛中一圈又一圈地滑冰。在高水平的比赛中，大家实力相当，很长时间才发生一次超越o在传统的传送带方式下，每位作业员都不动，从生产线平衡率这个角度看，这是最糟情形，因为瓶颈工序的员工永远在阻碍其他员工的效率发挥，在不断增加在制品。缺憾：缺憾：o逐兔式单元生产线很好地弥补了屋台式单元生产线对设备数量要求过高的缺陷。但是，由于作业员还是采用一人完结作业方式，为此，这种方式对于员工技能多样化的要求并没有降低。要想再进一步降低对员工的要求，还需要采用分割式单元生产线。77三、分割式单元生产线三、分割式单元生产线o多人共用一条生产线，与逐兔式相比更进一步的是，部分放弃了一人完结的作业方法，转而根据员工的技能现状来尽可能合并生产作业。o一个完整的工艺流程，由几位作业员分工完成，因此称之为分割式单元生产线。78分割式单元生产线特点：分割式单元生产线特点：o分割式单元生产采取分工作业，降低了对员工多能化的要求。o采用U型布置，既便于实现灵活的作业组合和分割，中间不同的工位的操作者也可以方便地互相帮助，从而提高平衡率，降低库存。o分割式的生产线平衡率没有“屋台式”和“逐兔式”高，因此必然存在生产瓶颈，在瓶颈与非瓶颈之间就会存在在制品。o在制品的出现是必然的，但是可以人为地控制在制品的数量。o分割式单元生产线更普遍，因为这种方式投入少，无须大量设备，人员也不需要进一步培训。四、单元生产方式的共性与优势四、单元生产方式的共性与优势 一）操作者巡回作业、站立作业一）操作者巡回作业、站立作业n单元生产中机器设备不动，操作者移动，在制品随操作者移动，也称为流线化生产、多制程作业。n操作者手上只拿着一个在制品，做完一道工序后立即转入下一道工序，在单元内“转圈”。n因为要移动，只能采用效率比较高的站立式作业，以给操作者更大的空间来采取高效率的作业动作。站立作业使得操作者可以互相协助，从而提高生产线平衡率。二）生产线逆时针流水化排布二）生产线逆时针流水化排布n生产线按逆时针排布一是员工能够采用一人完结作业方式，n逆时针排布适合右撇子，当员工进行下一道加工作业时，工装夹具或者零部件在左侧，员工作业并不方便，员工就会走到下一工位。巡回的目的也就达到了。三）生产线出入口一致三）生产线出入口一致n单元生产线也称为U型生产线，单元生产线的原料入口和成品出口安排得足够接近，n出入口一致，减少了操作者的空手浪费，可以同时处理成品产出作业和原材料投入作业。n出入口一致还有利于生产线平衡。Why U?1.出入口一致有利于减少空手浪费。假设出入口不一致，作业员采用巡回作业，那么当一件产品生产完了，要去重新取一件原材料来加工的时候，作业员就会空手（手上没有材料可以生产）从成品产出口走到原材料投材料入口，这段时间是浪费。如果出入口一致的话，作业员立刻就可以取到新的原材料进行加工，从而避免了空手浪费。2.出入口一致有利于生产线平衡。在分割式单元生产的情况下，要为每位作业员分配工作任务。由于出入口一致，各工序非常接近，从而为一个人同时操作多道工序提供了可能。这就提高了工序分配的灵活性，从而取得更高的生产线平衡率。3.对大多数右撇子，反时针更顺手。81优势优势一）生产能力变更灵活一）生产能力变更灵活o面对由于市场需求的变化，单元生产线应对灵活。如果生产能力需要增加一倍，最简单的办法就是增加一条单元线，这尤其适用于屋台式单元生产线。o对于分割式和逐兔式单元生产线，还可采用增减人力的办法来对应产量的变化o增加操作者，“一个萝卜一个坑”，即可达到普通流水线的高速运转；减少人员可采用一人的屋台式实现低速运转。二）实施单元生产可以降低人工成本二）实施单元生产可以降低人工成本oU型布置减少了手取放的浪费，节约人工成本；o平衡率的提高带来高的产能利用率，节约设备成本；o单元生产无传送带，不会因为传送带异常而影响整条单元生产线，减少了异常成本。三）实施单元生产可以有效减少生产场地面积三）实施单元生产可以有效减少生产场地面积o取消传送带节省空间o缩减工位间隙节省空间o在制品少节省空间o布局优化节省空间。大量实践证明,实施单元改造后至少可以减少50%的生产面积。5.3.4 单元生产线布置与设计 o关心加工对象之外，也要考虑机器柔性水平、单元布置、物料搬运方式与设备、工夹具的类型与数量等o单元生产线布置原则：“不落地生根、不寄人篱下、不离群索居”o“两个遵守、两个回避”。n两个遵守：逆时针排布、出入口一致。n两个回避：孤岛型布局、鸟笼型布局。孤岛式 鸟笼式(a)二人三线组合；(b)三人二线组合；(c)二人内外线组合 86单单 元元 案案 例例o某户外灯组装生产线，共有30位装配工人1.每小时标准产量为400台，每天工作8小时2.所有的装配工具为简单工具，如电动起子板手，粘贴胶带等，没有贵重，测试设备及仪器。3.员工流动率低，平均年资3年以上。4.每天约有3个机型更换，每次换线约停止生产20分钟5.每个员工将产品自输送带拿至工作台及放回输送带上各要1.5秒。你认为有何改善妙方？87原方法：（1）每天工作时换线3次，浪费20分360分1小时 有效生产时间8H1H7H 产量 400台/H 7H/天2800台/天（2）原有TAKT TIME3600秒/4009秒 原有TAKT TIME4200秒/40010.5秒 每个工人搬运1.5秒23秒 有附加价值组装时间为10.5秒-3秒7.5秒（3）所有每台需工时 10.5秒/人30人315秒总时间有附加价值时间 7.5秒/人30人225秒 组 装无附加价值时间 3秒/人30人90秒 搬 运88建议方法：(1)如分成三小组操作，每组每天换线1次有效生产时间8H-20分7H40分(2)将原有工作量分组 10个工人组装 225秒10人22.5秒再加上自输送带取放产品共3秒 则新的TACT TIME=22.5秒3秒25.5秒(3)产量则为 7H40分25.5秒1082台/10人每10人小组产量为1082台/组原有30人可分为3小组则 则总产量为 1082台/组3组3246台(4)产能为原来之 3246台2800台116116产能提升产能提升16