设施规划与物流分析课程设计指导书

设施规划与物流分析课程设计设计指导书师大学商学院33 / 34第一章 课程设计的目的和要求第一节 绪论设施规划与物流分析是工业工程专业一门重要的主干专业课程。设施规划是工业工程学科中公认的重要研究领域和分支之一。设施规划特别是其中的工厂设计着重研究工厂总平面布置、车间布置及物料搬运等容,其目标是通过对工厂各组成部分相互关系的分析,进行合理布置,得到高效运行的生产系统,获得最佳的经济效益和社会效益。由于社会需要的多样性,生产不同产品工厂的模式必然存在着差异,这就给工厂布置设计带来了难题。系统布置设计方法提供了一种以作业单位物流与非物流的相互关系分析为主线的规划设计方法,采用一套表达力极强的图例符号和简明表格,通过一套条理清晰的设计程序进行工厂布置设计。这种方法为设施设计人员与生产管理人员广泛采用,实践效果良好。系统布置设计不是一种严密的设计理论,而是一套实践性非常强的设计模式和规的设计程序。学习和掌握系统布置设计方法最有效的手段就是直接参与设计工作。第二节 课程设计目的和要求一、课程设计的目的设施规划与物流分析课程设计是设施规划与物流分析课程的重要实践性教学环节,是综合运用所学专业知识,完成工厂布置设计工作而进行的一次基本训练。其目的是：1能正确运用工业工程基本原理及有关专业知识,学会由产品入手对工厂生产系统进行调研分析的方法。2通过对某工厂布置设计的实际操作,熟悉系统布置设计方法中的各种图例符号和表格,掌握系统布置设计方法的规设计程序。3通过课程设计,培养学生学会如何编写有关技术文件。4通过课程设计,初步树立正确的设计思想,培养学生运用所学专业知识分析和解实际技术问题的能力。学生通过设施规划与物流分析课程的学习和生产实习,对设施的布置、流水线布置的原理方法等有一定的了解后,将理论与实际结合起来,运用所学的基础知识和专业知识,解决实际问题,培养学生分析问题、解决问题的能力,锻炼学生实际动手能力,使学生得到全面发展。二、课程设计容概况根据设施规划与物流分析课程设计的主要目标,本课程设计应该包括以下两个部分：一是问题分析部分；二是给定工厂布置设计部分。具体容如下：1、问题分析,完成下列工作：分析产品构成,明确主要产品零部件明细表。针对35种主要产品加工工艺过程绘制详细工艺过程图,并注明各工序间的物料搬运量。绘制各生产车间、仓储部门之间的物料流程图。作业单位调查,针对各种不同的部门编制相应容的调查表。对于生产车间,主要调查产品,产量,设备类型与台数、物料流动模式、建筑物结构型式与占地面积等；对于职能管理部门主要调查职责、人员构成、设备配备、办公室面积等；对于仓储部门,应调查储存物品,储存方式、占地面积大小等；对于辅助服务部门,主要调查工作性质、功能、占地面积大小等。当上述数据调查有困难时,可以简单地从工厂平面布置图中直接取得各部门的占地面积的大小。绘制工厂现有平面布置图。对现有平面布置进行分析,找出不合理处,并提出改进意见。2、工厂布置设计,针对给定的工厂实例,结合问题分析阶段的成果完成下列工作：产品分析,产品产最分析,确定生产类型。生产工艺过程分析,绘制工艺过程图。进行物流分析,得到物流相关表。进行作业单位相互关系分析,得到作业单位相互关系表。将作业单位物流相关表与非物流相互关系表加权合并,求出作业单位综合相互关系表。绘制作业单位位置相关图。绘制作业单位面积相关图。参考现场调研的情况,列出影响布置的修正因素与实际限制条件。产生三套布置方案。布置方案的自我评价,从物流效率、工艺流程要求及生产变化的适应性等方面对各方案进行评价比较,得出最佳方案。课程设计的答辩和成绩评定,给指导教师和学生提供设计评价的依据。第三节 课程设计进度计划本课程设计计划用二周时间完成,进度计划如下。1物流关系与非物流关系分析3天；2绘制作业单位位置相关图和作业单位面积相关图 2天；3设计初始方案并优化 2天；4编写设计说明书及绘制CAD图 3天。第四节 课程设计成绩评定课程设计成绩按优,良,中,及格和不及格记分。第二章 课程设计题目与设计步骤和要求第一节 课程设计任务书一、设计题目液压转向器厂总平面布置设计。二、原始给定条件现有一叉车修理厂,占地面积为16000M2,厂区南北长为200M,东西宽为80M,所处地理位置如图2-1所示。该厂职工人数300人,计划改建成年产6000套液压转向器的生产厂,需要完成工厂总平面布置设计。1、 液压转向器结构及有关参数液压转向器的基本结构如图2-2所示,由22个零、组件构成,每个零、组件的名称、材料、单件重量及年需求量均列于表2-1中。2、 作业单位划分根据液压转向器结构及工艺特点,液压转向器厂设立如表2-2所示11个工作单位,分别承担原材料存储、备料、热处理、加工与装配、产品性能试验、生产管理与服务等各项生产任务。3、 液压转向器生产工艺过程由于液压转向器结构比较简单,因此其生产工艺过程也很简单,总的工艺过程可分为零、组件制作与外购,半成品暂存,组装,性能实验与成品储存等阶段。1零、组件制作与外购 液压转向器上的标准件、异形件如塑料护盖、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。其它零件由本厂自制,其工艺过程分别见表2-3至表2-15。表中各工序加工前工件重量为：该工序加工后工件重量/该工序材料利用率2标准件、外购件与半成品暂存 生产出的零、组件经车间检验合格后,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。4、 自然气象条件自然气象等条件按学校附近条件加以考虑。北公 路公路比例：1：2000图2-1 待建液压转向器厂厂区图表2-1 零件明细表工厂名称：液压转向器厂共1页产品名称液压转向器产品代号计划年产量6000第1页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尺寸单件重量kg说明1连接块组件2060000.092前盖HT25060000.903X型密封圈橡胶62000.044挡环2060000.035滑环2060000.036弹簧片65Mn420000.017拔销65Mn62000.028联动轴4560000.279网体HT25060007.0010阀芯4560000.611阀套2060000.5612隔盘2060000.3213限位柱4560000.0114定子40Cr60001.2015转子4560000.6016后盖2060000.8017螺栓45360000.0218O型密封圈橡胶210000.0119限位螺栓4560000.0220油堵塑料280000.0121标牌铝60000.0122护盖塑料66000.01编制日期审核日期表2-2 作业单位建筑物汇总表序号作业单位名称用途建筑面积m2结构型式备注1原材料库储存钢材、铸锭2030露天2铸造车间铸造12243热处理车间热处理12124机加工车间车、铣、钻削18365精密车间精镗、磨削12366标准件、半成品库储存外构件、半成品12247组装车间组装转向器12368性能试验室转向器性能检验12129成品库成品储存121210办公、服务楼办公室、食堂等806011设备维修车间机床维修1224表2-3液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量连接块组件1200.096000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2机加工车间车、镗、压装553半成品库暂存表2-4液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量前盖2HT2500.906000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库准备铸锭2铸造车间铸造603机加工车间粗镗、钻804精密车间精镗955半成品库暂存表2-5液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量挡环4200.036000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2机加工车间车削403半成品库暂存表2-6液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量滑环5200.036000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2机加工车间车削403半成品库暂存表2-7液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量联动器8450.276000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2机加工车间车、铣403精密车间精磨994半成品库暂存表2-8液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量阀体9HT2507.006000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库准备铸锭2铸造车间铸造603机加工车间粗铣、镗704精密车间精镗905半成品库暂存表2-9液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量阀芯10450.66000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2机加工车间粗车、钻、铣703热处理车间热处理4精密车间精磨995半成品库暂存表2-10液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量阀套11200.566000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2机加工车间车削803半成品库暂存表2-11液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量隔盘12200.326000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2机加工车间铣、钻803半成品库暂存表2-12液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量限位柱13450.016000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2机加工车间车镗703热处理车间热处理4精密车间端磨995半成品库暂存表2-13液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量定子1440Cr1.206000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2热处理车间退火3机加工车间车、钻、插、铣504热处理车间调质5精密车间研磨996半成品库暂存表2-14液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量转子15450.606000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2热处理车间正火3机加工车间车、铣、钻704热处理车间淬火5精密车间研磨996半成品库暂存表2-15液压转向器零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量计划年产量年总产量后盖16200.806000序号作业单位名称工序容工序材料利用率1原材料库备料2机加工车间车、钻803半成品库暂存第二节 课程设计的步骤良好的设计程序是工厂总平面布置设计成功的关键,可保证设计质量,减少设计中的反复。总平面布置设计步骤如下：一、 建立方案前的准备；1、 整理资料形成产品零件明细表2、 整理资料形成建筑物一览表3、 整理资料形成工艺表4、 整理资料并作分析形成含物流和非物流相关表,并给出物流非物流比重二、 问题分析；1、 分析、绘制面积相关图2、 分析、绘制位置相关图3、 制作布置图作业单位块三、 方案设计；1、 构建一个初始布置方案2、 根据面积相关图进行分析调整3、 根据位置相关图进行分析调整4、 优化布置图,并依据位置相关土、计算结果和工艺的分析作调整四、 图形绘制；1、 运用CAD软件详细绘制面积相关图和位置相关图2、 运用CAD软件详细绘制布置图3个,需反映优化过程3、 完成图形输出第三章 系统布置设计第一节概述一、工厂设计研究围设施规划与设计是一种对企业的设备、物料以及人员所需空间进行合理分配和有效组合的技术,其研究对象相当广泛,不仅涉及到工矿企业,还包括学校、医院、商店等各行各业。就工厂设计而言,主要包括厂址选择,工厂平面布置,物料搬运与仓储、能源管理和办公室布置等研究容。1、厂址选择新建与扩建工厂时,首先要对未来的厂址进行选择,一是要确定工厂坐落的地区,二是要确定工厂在该地区的具体位置。关于地区的选择,一般受当地工业布局的限制及社会宏观经济的约束。影响工厂位置的因素很多,可分为定量的成本因素和定性的非成本因素。重要的成本因素包括：运输成本；原材料的供应成本；动力能源和水的供应量及成本；：土地成本和建筑成本；劳动力资源的供应量、素质及成本；其他各类社会服务成本等。定性的非成本因素包括：当地的气候、地理环境、政策法规、社会因素及科技发展水平等。其中包括环境保护、防止污染等。建设新厂时,工厂的位置应尽量适应工厂未来发展的需要；对于改、扩建工厂,应充分考虑原有厂房的利用。2、工厂布置工厂布置主要包括工厂总平面布置和车间布置两个方面。工厂总平面布置要对工厂的生产车间、物料储运部门、管理部门和生产服务部门的建筑物、场地和道路等,按照各部门之间相互关系的密切程度做出合理的安排。车间布置主要是考虑工艺过程、物流量等因素,对机器设备,运输通道等做出合理的布局。工厂布置是工厂设计的核心容。3、物料搬运工厂的物料搬运涉及到全厂工艺过程、搬运作业、仓库管理、信息系统等各个方面,现代物料搬运的重要特征是把物料搬运过程中的所有环节,当作一个整体的物流系统来考虑,并与工厂布置密切结合,使工厂物料流动与转移更趋合理,减少物料和能源消耗,缩短物料流动周期,提高产品质量,节省劳动力,最终实现系统总体效益最优化。二、工厂布置的目标任何一种系统的设计工作必须具备4个目标,即可行性、经济性、安全性和柔性。一家工厂就是一个复杂的生产系统,因此,工厂设计当然应追求这4个目标。对于工厂布置来说,主要表现在：1必须满足生产工艺过程的需要。2减少物料搬运。3减少设备投资。4提高在制品的周转率。5充分利用现有空间。6有效发挥人力及设备的生产能力。7生产系统必须具备较大的加工围,适应多种产品的生产。当产品品种变化时,生产系统调整要简便柔性。8维持良好的工作环境,确保操作人员舒适安全地工作。三、工厂布置的基本设计原则为了达到上述的工厂布置目标,在根据当地规划要求确定适当的厂址位置的前提下,应根据下列原则进行工厂布置。1、工厂总平面布置设计原则1满足生产要求,工艺流程合理。工厂总体布局应满足生产要求,符合工艺过程,减少物流量,同时重视各部门之间的-关系密切程度。具体布置模式有两种：按功能划分厂区,即将工厂的各部门按生产性质、卫生,防火与运输要求的相似性,将工厂划分为若干功能区段。如中、大型机械工厂的厂区,可划分为加工装配区,备料热加工区,动力区、仓库设施区及厂前区等。这种布置模式的优点是各区域功能明确,相互干扰少,环境条件好,但是,这种布置模式难以完全满足工艺流程和物流合理化的要求。采用系统布置设计模式,即按各部门之间物流与非物流相互关系的密切程度进行系统布置,因此可以避免物料搬运的往返交叉,节省搬运时间与费用。2适应工厂外运输要求,线路短捷顺直。工厂总平面布置要与工厂部运输方式相适应。根据生产产品产量特点,可以采用铁路运输、道路运输、带式运输或管道运输等。根据选定的运输方式,运输设备及技术要求等,合理地确定运输线路及与之有关部门的位置。厂道路承担着物料运输,人流输送,消防通行的任务,还具有划分厂区的功能；道路系统的布局对厂区绿化、美化,排水设施布置,工程管线铺设,也有重大影响。工厂部运输方式,道路布局等应与厂外运输方式相适应,这也是工厂总平面布置应给予重视的问题。3合理用地节约用地是我国的一项基本国策。工业企业建设中,在确保生产和安全的前提下,应尽量合理地节约建设用地。在工厂总平面布置时可以采取如下措施： 根据运输、防火、安全,卫生、绿化等要求,台理确定通道宽度以及各部门建筑物之间的距离,力求总体布局紧凑合理。 在满足生产工艺要求的前提下,将联系密切的生产厂房进行合并,建成联合厂房。此外,可以采用多层建筑或适宜的建筑物外形。 适当预留发展用地。4充分注意防火、防爆、防振与防噪声安全生产是工厂布局首先要考虑的问题,在某些危险部门之间应留出适当的防火、防爆间距。振动会影响精密作业车间的生产,因此精密车间必须远离振源或采用必要的隔振措施。如机械厂的精加工车间及计量部门应远离锻造车间或冲压车间。噪声不仅影响工作,而且还会摧残人的身体健康。因此,在工厂总平面布置时要考虑防噪声问题,一是可以采取隔音措施,降低噪声源发出的噪声级；二是可以采取使人员多的部门远离噪声源的方法。5利用风象、朝向的自然条件,减小环境污染生产中产生的有害烟雾和粉尘会严重影响工作人员的身体健康,并会造成环境污染。进行工厂总平面布置前,必须了解当地全年各季节风向的分布和变化转换规律,绘制成风象图,拽出全年占优势的盛行风向及最小风频风向。如我国北方大部分地区春,夏季盛行东南风,秋,冬季盛行西北风。散发有害烟雾或粉尘的车间,应分布在两盛行风向间的最小频风向的上风侧。另外,建筑物的朝向也是工厂总平面布置时应注意的问题,特别是对日照、采光和自然通风要求较高的建筑物,更应注意这个问题。6充分利用地形、地貌、地质条件。7考虑建筑群体的空间组织和造型,注意美学效果。8考虑建筑施工的便利条件。上述设计原则涉及面非常广,往往存在相互矛盾的情况,应结合具体条件分别考虑。2、车间布置设计原则1确定设备布置形式根据车间的生产纲领,分析产品产量关系,从而确定生产类型是大量生产、成批生产还是单件生产,由此决定车间设备布置形式是采用流水线式,成组单元式还是机群式。2满足工艺流程要求车间布置应保证工艺流程顺畅,物料搬运方便,减少或避免往返交叉物流现象。3实行定置管理,确保工作环境整洁,安全车间布置时,除对主要生产设备安排。适当位置外,还需对其它所有组成部分包括在制品暂存地,废品废料存放地,检验试验用地、工人工作地,通道及辅助部门如办公室,生活卫生设施等安排出合理的位置,确保工作环境整洁及生产安全。4选择适当的建筑形式 根据工艺流程要求及产品特点,配备适当等级的起重运输设备,进一步确定建筑物高度、跨度、柱距及形状。5采光、照明、通风,采暖、防尘、防噪声。6具备适当的柔性,适应生产的变化。四、工厂布置方法由于工厂布置中需要考虑的因素很多,其中很大一部分因素不能用定量的方法表示,而且工厂布置又是多目标的,往往存在相互矛盾的要求。因此,许多布置都依赖于设计人员的经验,否则无法确保布置成果的合理性。而良好的布置设计与拙劣的布置设计之间的实际施工费用相差无几,但两者日后生产作业的效率、质量、成本与安全却有极大的不同。如何确保工厂布置合理、延长布置方案的使用寿命周期,是工厂布置设计人员长期以来一直探索的课题。美国R.Muther提出的系统布置设计SLP法提供了一整套具有清晰条理性和严密逻辑性的分析方法。SLP法采用作业单位间关系密级与相互关系表、图来研究各种因素对布置设计的影响,使布置设计由定性阶段发展到了定量阶段,受到广大设计人员的欢迎,在许多领域都得到了广泛应用。第二节 系统布置设计模式一、系统布置设计基本要素一般讲,工厂布置设计就是在根据社会需要确定出某些待生产的产品及其产量以及确定厂址的前提下,完成工厂总平面布置和车间布置,提供布置方案的实施。产品及产量由决策部门在设计纲领中作出规定；厂址的确定主要由经营决策人员根据某些社会因素,经济因素及自然条件做出决策；建厂工作则主要由土建施工人员来完成,与设施布置设计人员直接相关的任务是总平面布置和车间布置。如图3-1所示,为了完成工厂总平面布置和车间布置,需要从产品户及产量Q出发,首先对产品组成进行分析,确定各零、部件生产类型,制定出各个零部件的加工、装配工艺流程；根据工艺流程各阶段的特点划分出生产车间,并根据生产需要设置必要的职能管理部门及附属生产与生活服务部门。整个工厂就是由生产车间、职能管理部门、附属生产及生活服务部门以及为使生产连续进行而：设置的仓储部门这几类作业单位所构成。然后,由工厂布置设计人员来完成工厂总平面布置及车间布置。制定工艺路线R作业单位划分S制定作业计划T布置设计方法布置方案产品P产品Q定量约束条件定性约束条件图31工厂设计过程在图3-1所示的工厂设计过程中,基本给定条件为产品P及产量Q,涉及到布置设计方法布置方案定量约束条件定性约束条件PQRST图32工厂布置模型了除平面布置设计以外的如制定加工,装配工艺过程等多种专业技术问题,要求多种专业技术人员配合协作来完成。为了突出平面布置设计,可把平面布置前各阶段工作的结果作为给定要素来处理,包括工艺流程R,辅助服务部门S及生产时间安排T,这样就形成了单纯的工厂布置模型,如图3-2所示。在RMuther提出的系统布置设计中,把产品P,产量Q,生产路线R、辅助服务部门S及生产时间安排T作为给定的基本要素,成为布置设计工作的基本出发点。1、产品P是指待布置工厂将生产的商品,原材料或者加工的零件和成品等。这些资料由生产纲领和产品设计提供,包括项目。品种类型,材料、产品特性等。产品这一要素影响着生产系统的组成及其各作业单位间的相互关系、生产设备的类型,物料搬运方式等。2、产量Q产量指所生产的产品的数量,也由生产纲领和产品设计提供,可用件数,重量、体积等来表示。产量Q这一要素影响着生产系统的规模,设备的数量、运输量、建筑物面积的大小等。3、生产路线R为了完成产品的加工,必须制定加工工艺流程,形成生产路线,可用工艺过程表、工艺过程图、设备表等表示,它影响着各作业单位之间的关系、物料搬运路线、仓库及堆放地的位置等。4、辅助服务部门S 在实施系统布置工作以前,必须对生产系统的组成情况有一个总体的规划,可以大体上分为生产车间、职能管理部门、辅助生产部门,生活服务部门及仓储部门等；可以把除生产车间以外的所有作业单位统称为辅助服务部门S,包括工具,维修、动力、收货、发运、铁路专用路线、办公室、食堂等,这些作业单位构成生产系统的生产支持系统部分,在某种意义上加强了生产能力。有时,辅助服务部门的占地总面积接近甚至大于生产车间所占面积,所以布置设计时应给予足够的重视。5、时间T时间要素是指在什么时侯,用多少时间生产出产品,包括各工序的操作时间,更换批量的次数。在工艺过程设计中,根据时间因素确定生产所需各类设备的数量,占地面积的大小和操作人员数量,来平衡各工序的生产时间。二、系统布置设计模式任何一种系统设计过程都是反复迭代,逐步细化的寻求最优解的过程,工厂布置设计更是如此设计步骤的正确与否往往是工厂布置设计能否成功的关键,系统布置设计SLP模式就是一种人们广为采用的、成功的设计方法。系统布置设计是一种逻辑性强、条理清楚的布置设计方法,分为确定位置、总体区划、详细布置及实施4个阶段,在总体区划和详细布置两个阶段采用相同的SLP设计程序。1、确定位置在新建、扩建或改建工厂或车间时,首先应确定出新厂房坐落的地区位置。在这个阶段中,首先要明确待建工厂的产品、计划生产能力,参考同类工厂确定待建工厂的规模,从待选的新地区或现有工厂中确定出可供利用的厂址。2、总体区划。总体区划又叫区域划分,就是在巳确定的厂址上规划出一个总体布局。此阶段中,首先应明确各生产车间,职能管理部门、辅助服务部门及仓储部门等作业单位的工作任务与功能,确定其总体占地面积及外形尺寸。在确定了各作业单位之间的相互关系后,把基本物流模式和区域划分结合起来进行布置。3、详细布置详细布置一般是指一个作业单位部机器及设备的布置。在详细布置阶段,要根据每台设备、生产单元及公用、服务单元的相互关系,确定出各自的位置。4、实施在完成详细布置设计后,经上级批准可以进行施工设计,绘制大量的详细安装图,编制搬迁,安装计划,按计划进行机器设备及辅助装置的搬迁、安装施工工作。在系统布置设计过程中,上述4个阶段的顺序交叉进行。在确定位置阶段,就必须大体确定各主要部门的外形尺寸,以便确定工厂总体形状柑占地面积；在总体区划阶段,就有必要对某些影响重大的作业单位进行较详细的布置。整个设计过程中,随着阶段的进展,数据资料逐步齐全,从而能发现前期设计中存在的问题,通过调整修正,逐步细化完善设计。在系统布置设计4个阶段中,阶段I与阶段由其它专业人员负责,系统布置设计人员应积极参与；阶段和阶段由系统布置设计人员来完成。因此,可以说工厂布置包括工厂总平面布置及车间布置或车间平面布置两项容。在系统布置设计阶段和阶段,采用相同的设计步骤系统布置设计SLP程序。在SLP程序中,一般经过下列步骤：1准备原始资料在系统布置设计开始时,首先必须明确给出基本要素产品P,产量Q、生产工艺过程R、辅助服务部门S及时间安排T等这些原始资料,同时也需要对作业单位的划分情况进行分析,通过分解与合并,得到最佳的作业单位划分状况。所有这些均作为系统布置设计的原始资料。2物流分析与作业单位相互关系分析针对某些以生产流程为主的工厂,物料移动是工艺过程的主要部分时,如一般的机械制造厂,物流分析是布置设计中最重要的方面；对某些辅助服务部门或某些物流量较小的工厂,各作业单位之间的相互关系：对布置设计就显得更重要；介于上述两者之间的情况,则需要综合考虑作业单位之间物流与非物流的相互关系。物流分析的结果可以用物流强度等级及物流相关表来表示。非物流的作业单位间的相互关系可以用关系密级及相互关系表来表示。在需要综合考虑作业单位间物流与非物流的相互关系时,可以采用简单加权的方法将物流相关表及作业单位间相互关系表综合成综合相互关系表。3绘制作业单位位置相关图根据物流相关表与作业单位相互关系表,考虑每对作业单位间相互关系等级的高低,决定两作业单位相对位置的远近,得出各作业单位之间的相对位置关系,有些资料上也称之为拓朴关系。这时并未考虑各作业单位具体的占地面积,从而得到的仅是作业单位位置相关图。4作业单位占地面积计算各作业单位所需占地面积与设备、人员、通道及辅助装置等有关,计算出的面积应与可用面积相适应。5绘制作业单位面积相关图把各作业单位占地面积附加到作业单位位置相关图上,就形成了作业单位面积相关图。6修正作业单位面积相关图只是一个原始布置图,还需要根据其它因素进行调整与修正。此时需要考虑的修正因素包括物料搬运方式、操作方式、储存周期等,同时还需要考虑实际限制条件,如成本、安全和职工倾向等方面是否允许。考虑了各种修正因素与实际限制条件后,对面积图进行调整,得出数个有价值的可行方案。7方案评价与择优针对得到的数个方案,需要进行费用及其他因素评价。通过对各方案的比较评价,选出或修正设计方案,得到布置方案图。第三节 基本要素分析一、产品P产量Q分析企业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。如表31所示,表中列出了大量生产、成批生产及单件生产情况不的生产特点及设备布置类型。表31 生产类型特点大量生产流水线生产成批生产单件生产需求条件品种品种较少,产品的品种,规格一般企业自己决定品种较多,产品品种、规格由企业或用户决定品种较多,产品品种、规格多由用户决定,产品功能有某些特殊要求质量质量变动少,要求有互换性质量要求稳定,但每批质量可以改进每种产品都要求有自己的规格和质量标准产量产量大,可以根据国家计划或市场需求预测,预先确定销售出产量产量较小,可以分批轮番生产,可以根据市场预测和订货确定出产量产量小,由顾客订货时确定产量技术特点设备多采用专用设备部分采用专用设备采用通用设备工艺装备专用工艺装备部分专用工艺装备通用工艺装备工序能力通过更换程序能够生产多种规格产品,各工序能力要平衡通过更换程序,能够生产许多品种,主要工序能力要平衡通过更换程序,能够生产许多品种,各工序能力不需要平衡运输使用传送带使用卡车、吊车使用吊车、手推车零件互换性互换选配部分钳工修配钳工修配标准化原材料、零件工序和操作要求标准化对规格化,通用化零件要求标准化对规格化、通用化零件要求标准化生产管理特点设备布置产品原则对象原则混合原则成组原则工艺原则劳动分工分工较细一定分工粗略分工工人技术水平专业操作专业操作多工序多面手计划安排精确比较细致粗略,临时派工库存用库存成品调节产量用在制品调节生产用库存原材料、零部件调节生产维修、保养采用强制的或预防修理保养制度采用预防修理保养制度关键设备采用计划维修制,一般设备可采用事故维修生产周期短较短长劳动生产率高较高低成本低中高生产适应性差较差强机械制造业设备布置的基本形式一般如图33所示,按产品在制造过程中的位置是否变化分为产品移动式和产品固定式两大类。产品移动式布置又可分为产品原则布置、工艺原则布置及成组原则布置三种形式。设备布置形式固定式布置移动式布置产品布置流水线布置工艺布置机群式布置成组布置单元布置柔性布置图33 设备布置基本形式每一种设备布置形式各有特点,分别适应不同的生产类型：1产品原则布置产品原则布置也称为流水线布置或对象原则布置。当产品品种很少而生产数量又很大时,应按产品的加工工艺过程顺序配置设备,形成流水生产线,这是大量生产中典型的设备布置方式。由于产品原则布置是按产品的加工、装配工艺过程顺序配置各道工序所需设备,人员及物料,因此能最大限度地满足固定品种产品的生产过程对空间和时向的客观要求,生产效率非常高,单件产品生产成本低,但生产适应性即柔性差,适用于少品种大量生产。2工艺原则布置 工艺原则布置也称为机群式布置。这种布置形式的特点就是把同种类型的设备和人员集中布置在一个地方,如车床工段,铣床工段、刨床工段及磨床工段,就是分别把车床,铣床、刨床和磨床集中布置在一个地方。这种布置方式便于调整设备和人员,容易适应产品的变化,生产系统的柔性大大增加。但是,当工件需要多种设备进行加工时,就不得不往返于各工序之间,增加了产品搬运次数与搬运距离,常常带来物料交叉搬运与逆向流动的问题。这种布置形式通常适用于单件生产。3成组原则布置 成组原则布置又称为混合原则布置。在产品品种较多,每种产品的产量又是中等程度的情况下,将工件按其外形与加工工艺的相似性进行编码分组,同组零件用相近的工艺过程进行加工。同时,将设备成组布置,即把使用频率高的机器群按工艺过程顺序组合布置成成组制造单元,整个生产系统由数个成组制造单元构成。这种布置方式既有流水线的生产效率,又有机群式布置的柔性,可以提高设备开动率,减少物流量及加工时间,成组原则布置适用于多品种、中小批量的生产类型。现代成组原则布置包括柔性制造单元和柔性制造系统两种方式。4固定工位式布置 产品固定工位式布置适用于大型设备如飞机、轮船的制造过程。产品固定在一个固定位置上,所需设备、人员、物料均围绕产品布置,这种布置方式在一般场合很少应用。综上所述,产品品种的多少、产量的高低直接决定了设备布置的形式,图2-6直观反映了产品产量与设备布置形式的关系。因此,只有对产品产量关系进行深入分析,才能产生恰当的设备布置方式。随着社会的进步,社会需求正向着多样化发展。因而,工厂的生产类型也趋向多品种、中小批量方向发展,只生产单品种产品的工厂不再具有竞争力。对于一个工厂来说,不同的产品的生产也是不均衡的,往往30%的产品品种占去70%的产量,而30%的产量却分散在70%的产品品种中。准确地把握产品产量的关系是工厂布置的基础。一般,产品P产量Q分析分为两个步骤,即1将各种产品、材料或有关生产项目分组归类；2统计或计算每一组或类的产品的数量。需要说明的是产量的计算单位应该反映出生产过程的重复性,如件数、重量或体积等。二、工艺过程R分析如前所述,不同的生产类型应采取不同的设备布置形式。对于大量生产,多采用专用设备及专用工艺装备,按工艺过程顺序排列设备,形成高效的流水生产线；对于单件小批生产,设备按其类型及功能集中布置,以获得向的适应性,工厂生产车间的划分也是在此基础上实现的；对于成批生产,特别是按成组方式组织生产的情况,设备布置相当复杂,与产品生产工艺过程零部件加工、装配工艺过程密切相关。此外,工厂生产的产品多数情况下都是经网络状的多条工艺过程制造出来的,各条工艺过程往往互不相干,因此常由不同的生产车间来完成。也就是说,工艺过程决定了生产车间的划分状况,其他辅助服务部门的设置也大多受生产工艺过程的影响。产品的工艺过程是由产品的组成、零件的形状与加工精度要求、装配要求、现有加工设备与加工方法等因素决定的,必须在深入了解产品组成、各部分加工要求后,才能制定出切实可行的加工工艺过程。1、产品组成分析在机械制造业中,产品大多是机器设备,这样的产品组成是很复杂的,一般由多个零部件构成一个产品,因此,产品生产的工艺过程也是因其组成的不同而千变万化。对于每一种产品,都应由产品装配图出发,按加工、装配过程的相反顺序,对产品进行分解。完整的产品可以按其功能结构分解成数个部件或组件,每个部组件又是由多个零件组成；有些零件可能需要自制,而另一些零件甚至部件可能直接外购,只有需要的零部件才需要编制加工、装配工艺过程。2、工艺过程设计产品的工艺过程与产品的类型密切相关,不同的产品其工艺过程存在着极大的差别,因此,工艺过程的设计需要由专业技术人员来完成。制定出工艺过程后,需填写工艺路线卡,其中需要注明每道工序名称、设备、标准作业时间及计算产量等。3、设备选择在制定工艺过程时,必须选择加工设备。设备的类型及功能对工艺过程有很大影响,如加工中心可以将分散在多台通机床上的加工工序集中在一起,大大简化了工艺过程。设备选择是建厂工作中极其重要的一个组成部分,而且设备又是企业的一项长期投资,受到企业的普遍重视。设备选择一般应考虑以下因素：1可行性 所选择的设备必须满足生产需要。根据工艺过程设计要以确定出工厂所需设备的加工围、加工精度等级及生产能力要求,这些都是设备选择的基本要求。在东路这些基本要求的前提下,适当考虑生产发展的需要选定设备型号及规格。2经济性 在东路生产需要的前提下,经济性是设备选择的一个重要因素,应在适当考虑技术发展趋势下,以较低资金投入,购买一定性能的设备,以减少设备投资。3可维护性 企业使用的设备具有较低的故障率,一旦出了故障,应能尽快发现故障原因,并进行维修。另外,设备的生产厂家应能提供完善的技术服务。设备类型确定后,应按下式计算所需同设备数据,即上式中,计划产量为计划周期计划产量,如件/班或件/日等；单件工时为设备生产一件工件所需时间；工作时间是计划周期开机时间。考虑负荷率、成品率及故障率后计算出所需设备数量,将所有采用同一设备写成的工序所需设备数量累加后,得出实际所需设备数量。三、作业单位的划分任何一个企业都是由多个生产车间、职能管理部门、仓储部门及其他辅助服务部门组成的,通常把企业的各级组成统称为作业单位。每一个作业单位又可以细分成更小一级的作业单位,如生产车间可细分成数个工段,每个工段又是由多个加工中心或生产单元构成,那么生产单元就是更小一级的作业单位。在进行工厂总平面布置时,作业单位是指转眼间、科室一级的部门。一个好的企业应该有一个良好的组织结构,每个作业单位承担着明确的任务,作业单位之间既相互独立又相互联系,共同为企业整体利益服务。1、生产车间生产车间也称为生产部门,直接承担着企业的加工、装配生产任务,是将原材料转化为产品的部门。生产车间是企业的基本组成部分。采用SLP法进行工厂总平面布置时,需要估算出每个作业单位的占地面积。对于生产车间来说,明确了工艺过程后,考虑各项因素估算出其占地面积。2,仓储部门仓储部门包括原材料仓库、标准件与外购件库、半成品中间仓库及成品库等,是企业生产连续进行的保证。由于库存不但占用企业的空间,而且更重要的是占用企业大量的流动资金,因此,现代企业生产都把减小库存作为经营管理方面追求的目标。仓储部门的占地面积与物品储备量及存储方式有关,需要考虑各项因素,估算仓储部门占地面积。3、辅助服务部门辅助服务部门一般可分为辅助生产部门如工具,机修车间,生活服务部门如食堂及其它服务部门如车库、传达室等。辅助生产部门承担专用工装,夹具的制造与锥修任务,生产不定型,因此,一般采取机群式设备布置方式,其占地面积的估算方法与一般生产车间相似。生活服务部门也称为后勤服务部门,其占地面积大小取决于使用人数的多少及设备占地空间的大小。4、职能管理部门职能管理部门包括生产,技术,质检、人事、供销等部门,负责生产协调与控制等工作。对于大、中型企业,职能管理机构通常是非常庞大的。在工厂布置设计过程中,必须给各职能管理部门的办公室安排出合理的占地面积,一般考虑办公室人员多少,办公用具,如写字台、文件柜等因素,估算出办公室占地面积大小。工厂的办公室一般都集中安排在同一个多层办公楼,这样有利于减小占地面积且方便人员联系。第四节物流分析一、概述据资料统计分析,产品制造费用的20%50%。是用作物料搬运的,而物料搬运工作量直接与工厂布置情况有关,有效的布置大约能减少搬运费用的30%左右。工厂布置的优劣不仅直接影响着整个生产系统的运转,而且通过对物料搬运成本的影响,成为决定产品生产成本高低的关键因素之一。也就是说,在满足生产工艺流程的前提下,减少物料搬运工作量是工厂布置设计中最为重要的目标之一。因此,在实现工厂布置之前必须就生产系统各作业单位之间的物流状态做出深入的分析。二、物流分析容与方法物流分析包括确定物料在生产过程中每个必要的工序之间移动的最有效顺序及其移动的强度或数量。一个有效的工艺流程是指物料在工艺过程按顺序一直不断地向前移动直至完成,中间没有过多的迂回或倒流。当物料移动是工艺过程的主要部分时,物流分析就是工厂布置设计的核心问题。针对不同的生产类型,应采用不同的物流分析方法。1工艺过程图在大批量生产中,产品品种很少,用标准符号绘制的工艺流程图直观地反映出工厂生产的详细情况,此时,进行物流分析只需在工艺过程图上注明各道工序之间的物流量,就可以清楚地表现出工厂生产过程中的物料搬运情况。另外,对于某些规模较小的工厂,不论产量如何,只要产品比较单一,都可以用工艺过程图进行物流分析。2多种产品工艺过程表在多品种且批量较大的情况下,如产品品种为10种左右,将各产品的生产工艺流程汇总在一表上,就形成了多种产品工艺过程表。在这表上各产品工艺路线并列绘出,可以反映出各个产品的物流途径。3成组方法当产品品种达到数十种时,若生产类型为中、小批量生产,进行物流分析时就有必要采用成组方法,按产品结构与工艺过程的相似性进行归类分组,然后对每一类产品采用工艺过程图进行物流分析；或者采用多种产品工艺过程表表示各组产品的生产工艺过程,再做进一步的物流分析。4从至表当产品品种很多、产量很小,且零件、物料数量又很大时,可以用一方阵图表来表示各作业单位之间的物料移动方向和物流量。表中,方阵的行表示物料移动的源,称为从；列表示物料移动的目的地,称为至；行列交叉点标明由源到目的地的物流量,这就是从至表,从中可看出各作业单位之间的物流状况。具体情况见设施与物流分析教材。如上所述,不同的分析方法应用于不同的生产类型,其目的是为了工作方便,在物流分析时,应根据具体情况选择恰当的分析方法。三、物流强度根据前面的定义,物流分析包括确定物料移动的顺序和移动量两个方面。如果通过工艺流程分析能够正确地确定各工序或作业单位之间的相互关系,那么各条路线上的物料移动量就是反映工序或作业单位之间相互密切程度的基本衡量标准。我们把一定时间周期的物料移动量称为物流强度。对于相似的物料,可以用重量、体积、托盘或货箱作为计量单位。当比较不同性质的物料搬运状况时,各种物料的物流强度大小应酌情考虑物料搬运的困难程度。四、工艺过程图任何物料在其加工过程中进行移动时,有五种基本形态。1操作 处于成形,处理、装配,拆卸等操作过程中。2运输 处于移动或运输中。3检验 处于计数。试验、校验或检验中。4停滞 等待其它操作完成。5储存 处于储存中。用一些标准的符号直观地表示物料在加工过程中的移动状态,就形成了工艺过程图。在工艺过程中表示物料的基本符号见基础工业工程教材中的容。工艺过程图可以用来详细描述产品生产过程中各工序之间的关系,也可以用来描述全厂各部门之间的工艺流程。在描述全厂各部门之间产品工艺流程时,用操作符号表示加工与装配等生产车间；用储存符号表示仓储部门；用检验符号表示检验、试车部门。五、多种产品工艺过程表1、多种产品工艺过程表的形式为了表示所有产品的生产过程,就需要为每一种产品绘制一份工艺过程图,但是当产品较多时,各自独立的工艺过程图难以用来研究各种产品生产过程之间的相关部分,这里就需要把工艺过程图汇总成多种产品工艺过程表。具体形式见基础工业工程上的多种产品工艺过程表。2、作业单位最佳顺序的求解作业单位最佳顺序的求解可以应用线性规划等数学方法来实现,也可以采取下列步骤,人工近似求解作业单位的最佳顺序。1按照各产品的物流强度大小顺序,在多种产品工艺过