设施布置设计(工厂布局设计).ppt

第五章工厂布局设计,本章主要内容,1、工厂布局设计概述：内容，原则，方法2、工厂布局形式，工厂流动模式3、产品原则布置设计：流水线形式，流水线平衡4、系统布置设计（SLP）模式概述5、流程分析技术：作业单位相互关系图6、SLP求解7、服务设施布置：办公室布置和零售店布置,引导案例,12600多个零件,12.6公里,36700道工序,367元,引导案例,东风汽车公司前身是70年代开始建设的第二汽车制造厂，位于湖北省十堰市。22个专业厂分布于十堰市各山坳内，布局十分分散，东西距离近30公里。没有考虑大物流量生产所必需遵循的“移动距离最小原则”，在生产系统规划与设计中没有进行正确的物流分析，工厂布置分散，22专业厂分散在山坳。由于零件工艺线路长，专业厂相互之间复杂的协作关系，加上厂房车间地域上的分散，东风公司的生产组织极其复杂，物流始终是压在企业肩上的一个重担。十堰基地也给东风汽车公司的后续发展带来障碍，公司不得不另址规划其载重车和轿车的生产厂址，不过，通过总结教训和学习，从襄樊到武汉，公司工厂布置与设计已经发生了质的飞跃。,5.1工厂布局设计概述1.工厂布局的内容和原则,（1）工厂布局的内容工厂总体平面布置解决工厂各个组成部分，包括生产车间、辅助生产车间、仓库、动力站、办公室等各种作业单位和运输线路设施的相互关系，解决物料流向和流程、厂内外运输的连接。车间布置解决工作地、设备、通道、管线之间和相互位置，解决物料搬运的流程及运输方式。,（2）设施布置设计的总原则整体综合原则(设计时应将设施布置有影响的所有因素都考虑进去，以达到优化的方案)移动距离最小原则流动性原则(设施布置应使在制品在生产过程中流动顺畅，消除无谓停滞，力求生产流程连续化)空间利用原则(生产区域或储存区域的空间安排，都应力求充分有效地利用空间。)柔性原则(应考虑各种因素变化可能带来的布置变更，以便于以后的扩展和调整)安全原则,（3）工厂总体布置设计的要求满足生产要求，工艺流程合理；适应工厂内外运输要求，线路短捷顺直；合理用地；充分注意防火、防爆、防损与防噪；利用气候等自然条件，减少环境污染。,（4）车间布置设计的要求确定设备布置的形式；满足工艺流程要求；实行定置管理、确保工作环境整洁、安全；选择适当的建筑形式。,5.2生产设施布局形式,可按设施类别分为生产设施和服务设施两大类，再来细分布置形式。生产设施的三种基本的布置形式：固定式布置产品原则布置工艺原则布置成组原则,服务设施的三种基本的布置形式：零售店布置办公室布置仓库布置,1.工厂布局的形式,（1）产品原则布置（流水线布置）当产品品种少批量大时，应当按照产品的加工工艺过程顺序来配置设备，形成流水生产线或装配线。,图1产品原则布置示意图,图2汽车后桥加工生产线,图3汽车装配生产线,图4汽车焊接生产线,产品原则布置的基础标准化及作业分工。整个产品被分解成一系列标准化的作业，由专门的人力及加工设备来完成。,产品原则布置的优点产品产出率高，单位产品成本低；每一产品都按工艺流程布置设备，因此加工件经过的路程最直接、最短，无用的停滞时间也最少；由于操作人员效率高且所需培训少；生产管理和采购、库存控制等工作也相对简单。,产品原则布置的缺点要求较多的设备，而设备的利用率相对较低；对产品种类及产量变化、设备故障等情况的响应较差；线上工作重复单调乏味，缺乏提升机会，可能会导致工人的心理问题或职业伤害；为了避免停产，设备备用件的库存可能比较大。,（2）工艺布置原则（机群式）把同类型的设备和人员集中布置在一个地方。,图4工艺原则布置示意图,图5钻削加工工段,图5车削加工工段,（3）固定式布置原则（项目布置）主要是工程项目和大型产品生产采用的一种布置形式。它的加工对象位置，生产工人和设备都随加工产品所在的某一位置而转移。如工程建设、飞机厂、造船厂、重型机器厂等。,图6固定式布置,固定式布置缺点：场地空间有限；不同的工作时期，物料和人员需求不一样，这给生产组织和管理带来较大困难；物料需求量是动态的。,（4）成组布置原则（混合布置）成组技术就是识别和利用产品零部件的相似性，将零件分类。一系列相似工艺要求的零件组成零件族。针对一个零件族的设备要求所形成的一系列机器，称作机器组（制造单元）。成组原则布置可以认为是产品原则布置的缩影，是将工艺原则布置系统转化为接近产品原则布置系统。,成组原则布置的特点加工时间较短、物流效率较高；在制品较低、准备时间较短；具有工艺原则布置的柔性。,图7板材加工FMS,表不同布置类型的特征,图8产品变化、产量和布置关系图,产品种类P,2.工厂流动模式工厂流动模式：工厂（车间）内部物料和人员流动的方向，反映工厂（车间）的出口和入口的布置以及工厂面积。,图9基本流动模式,5.3产品原则布置设计流水线的设计包括：技术设计是指工艺路线、工艺规程的制订、专用设备的设计、设备改装设计、专用工具设计、运输传送装置的设计以及信号装置的设计等。组织设计是指流水线的节拍和生产速度的确定、设备需要量和负荷的计算、工序同期化设计、工人配备、生产对象运输传送方式的设计、流水线平面设计、流水线工作制度、服务组织和标准计划图表的制订等等。,1.流水线的平面布置设计（1）流水线平面布置设计原则：有利于工人操作方便；在制品运动路线最短；有利于流水线之间的自然衔接；有利于生产面积的充分利用。,（2）流水线的布置模式单列直线形流水线双列直线形流水线,图10流水线单列和双列直线布置示意图,图11单列直线流水线布置,图12双列直线流水线布置,2.流水线生产平衡（1）生产线平衡的定义,生产线的平衡：要根据产品设定工作站数目，再将各工作单元分配到工作站，并使各工作站分配的工作量大致平衡，而每个操作工人在工作站上完成指定工作单元的工作，同时要使得生产线所需得工作地和用工人数最少的方案。按萨尔凡森提出“在规定的装配线速度下，使总的空闲时间最少，或使做一额定工作量的操作人数最少以使平衡延迟最少”的原则进行装配线平衡调整。,为什么生产线平衡？,浪费时间资源；忙闲不均，引起矛盾；浪费人力资源。,节省时间；提高效率；降低成本。,生产线平衡,5分/件,装配线平衡（工序同期化）流水线的节拍确定以后，要根据节拍来调节工艺过程，使各道工序的时间与流水线的节拍基本相等或成整数倍比例关系。,装配线平衡步骤确定装配线节拍（生产周期）计算装配线上需要的最少工作站的数目组织工作站（作业分配）,确定工作周期时间CC=H/Q式中：H每天（计划期内）有效生产时间；Q每天在H时间内要求的产量；,（2）生产周期的确定,例题1某流水线计划日产量为150件，采用两班制，每班规定有21分钟停歇时间，计划不合格品率为2，计算该流水线的节拍。,（3）工作站数目的确定,确定最少工作站（工作地点）数目K，K=t/C式中：K最少工作站数；t完成作业所需时间总量。,组织工作站需满足的条件：保证各工序之间的先后顺序。每个工作站的作业时间不能大于节拍。每个工作站的作业时间应尽量相等和接近节拍。应使工作站的数目最少。,工序同期化的措施有：提高设备的生产效率。可以通过改装设备、改变设备型号同时加工几个制件来提高生产效率；改进工艺装备。采用快速安装卡具、模具，减少装夹零件的辅助时间；改进工作地布置与操作方法，减少辅助作业时间；提高工人的工作熟练程度和效率；详细地进行工序的合并与分解。,例题2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。,表某部件装配顺序,作业123456789作业时间（s）502520302525121420紧前工序1223.45667.8说明吊运装入放入前放入安装安装拧紧螺拧紧螺安装箱体定位齿轮浮动膜片后膜片后盖前盖栓螺母栓螺母连接盘,解1)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。,图12装配前后次序图,先后次序矩阵表。,图13先后次序矩阵图,延后-1,领先+1,无先后关系0,2）完成位置权值矩阵作业的位置权数等于该作业及其后续作业（+1）的时间总和。,图14位置权值矩阵,3）确定周期时间与最少工作站数,周期时间C：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=(502520302525121420)/78=2.833故最少需3个工作站。,4）分配各工作站的作业，进行装配线平衡,按位置权值递减的次序，在满足先后次序限制的条件下，指派尽可能多的单元至一工作站，直至接近该站的周期时间。,工作站K,112223333,单元i,紧前单元,单元时间Ti,工作站时间Ti,位置权值,平衡延迟78-Ti,124356879,1223.45667.8,2211711261169671343220,502530202525141220,507530507525395171,283482835339277,装配线效率=完成作业所需时间总和/（实际工作站总数*时间周期）,5.4系统布置设计,1.工厂布局设计的方法,（1）摆样法（2）数学模型法（3）系统布置设计（SLP）,2系统布置设计（SLP）模式准备原始资料物流分析与作业单位相互关系分析绘制作业单位位置相关图作业单位占地面积计算绘制作业单位面积相关图修正方案评价与择优,工厂布局的基本原始资料产品和产量P、Q工艺过程R辅助服务部门S时间安排T,5.5物流分析技术1、工艺过程（流程）图2、多产品工艺过程表3、重组方法4、从至表,标准件,0.02,图15变速器加工工艺过程（t）,1、工艺过程图工艺过程图描述产品生产过程中各工序之间的关系，或者是全厂各部门之间的工艺流程。对大批量，少品种的情况。,1,9,5,原材料,0.2,0.23,0.1,0.1,废料,0.15,0.08,0.05,图16随车工具箱加工工艺过程（t）,2,1,4,10,标准件,原材料,0.01,0.4,0.81,1.2,废料,图17车体加工工艺过程（t）,1,4,5,原材料,0.35,0.15,0.2,废料,0.2,图18液压缸加工工艺过程（t）,0.2,图19叉车生产工艺过程（t）,2、多产品工艺过程表对较大批量，多品种的情况（10种），将各产品的生产工艺流程汇总成表。,图26多种产品工艺过程表,3、成组方法对中小批量，品种达到数十品种的情况，将各产品按产品结构与工艺过程相似性进行归类分组。对每一类产品采用工艺过程图进行物流分析，也可用多产品工艺过程表。,2、作业单位相互关系图（1）作业单位是指工厂或服务中作布局设计时需要确定位置的单元。总平面布局设计：厂房、车间、仓库等；详细设计：机器、装配台、检验站等。,（2）作业单位相互关系图,图20作业单位相互关系图的基本原理,6和1的关系,图21作业单位相互关系等级,图22工厂布局作业单位关系图实例,5.6SLP法求解1、物流分析与物流相关表,（1）物流强度等级,表叉车总装厂物流强度汇总表,表叉车总装厂物流强度等级表,（2）物流相关表,3、作业单位相互关系分析,（1）作业单位相互关系的决定因素及相互关系等级的划分,作业单位相互关系的决定因素物流和工艺流程作业性质相似；使用相同的设备；使用同一场所；使用相同的文件档案；使用系统的公用设施；使用同一组人员；工作联系频繁程度。,作业单位相互关系等级的划分,（2）作业单位综合相互关系表,1)作业单位非物流相互关系表建立基准相互关系分析作业单位非物流关系；建立作业单位非物流关系表。,基准相互关系,建立作业单位非物流关系表。,2)作业单位综合相互关系的建立进行物流分析，求得作业单位物流相关表表；确定作业单位非物流关系表；确定物流与非物流相互关系的相对重要性；量化物流强度等级和非物流的密切程度等级；计算量化的所有作业单位之间的综合相互关系。综合关系等级划分（任何一级物流相互关系与X级非物流相互关系等级合并时都不应超过O级）；调整，建立综合相互关系表,综合相互关系等级与划分比例,例题3叉车总装厂作业单位综合相互关系的建立,1）物流分析,2）非物流分析,3）加权值的选取，取m：n1：14）综合相互关系计算,任何一级物流相互关系与X级非物流相互关系等级合并时都不应超过O级,5）划分综合关系密级,4.建立作业单位综合相互关系表,3、作业单位相互位置关系图（平面方案的确定）,方法：Muther线型图法（SLP法）适合分离厂房的工厂总平面布置Tompkins关系表技术（联合厂房）,在SLP中，工厂总平面布置并不直接去考虑各作业单位的建筑物占地面积及其外形几何形状，而是从各作业单位间相互关系密切程度出发，安排各作业单位之间的相对位置，关系密级高的作业单位之间距离近，关系密级低的作业单位之间距离远，由此形成作业单位位置相关图。,（1）Muther线型图法,缪瑟提出的SLP中采用了线型图来“试错”生成平面布置图。作业单位综合接近程度等于该作业单位与其它所有作业单位之间量化的关系密级的综合。分值越高，说明该作业单位越应靠近布置图的中心位置，越低则越往边缘。,（1）Muther线型图法,缪瑟提出的SLP中采用了线型图来“试错”生成平面布置图。,Muther线型图法步骤1）计算作业单位综合接近程度表；2）根据作业单位等级表示方式来绘制相关图。首先处理相互关系密级为A的作业单位对，并按综合接近程度顺序来布置。其次处理相互关系密级为E的作业单位对。,第一步A级作业单位对A级关系8-11、4-5、11-12，其接近程度排序为8、4、11、12、5。将8布置在中央，并处理8-11作业单位对。,8,11,布置4，4-8，4-11为I、O级。,4,处理与4有关的A级有4-5。,5,处理8、11与5的关系，为U级。,处理11，12作业单位，11-12是A级关系,12,处理12作业单位与其它已布置单位。,第二步处理E级关系E级关系1-4、1-5、1-6、2-10、3-8、4-7、5-9、7-8、8-10，其接近程度顺序8、4、1、7、3、9、5、10、2、6首先处理与8的E级关系，7-8，3-8，8-10。处理7与8、4、11、12、5的关系E、E、I、U、U,7,处理3与8为E级,3,处理3与图中作业单位关系，3-7是I级关系,处理10与8为E级,10,处理10与图中作业单位关系，10-5是X级关系,处理作业单位4，1-4，4-7为E级，考虑1与其它作业单位关系，1与3、4、5都为E。,处理作业单位4，1-4，4-7为E级，考虑1与其它作业单位关系，1与3、4、5都为E。,处理作业单位4与图中作业单位关系，4与11为0级。,处理作业单位6，6-1是E级，与其它图中作业单位关系，6-4为O级。,6,处理作业单位2，2-10是E级，与其它图中作业单位关系，2-5，2-6为X级,2-1，2-3为I级。,2,以此类推处理其它单位（等级）。,（2）Tompkins关系表技术,Tompkins介绍了一种关系表技术，逻辑条理较强，它的主要步骤如下：先将综合关系相关图转化为关系工作表(RelationshipWorksheet)将每个作业单位制作出一个相同面积的拼块分析得到拼块图(DimensionlessBlockDiagram)在拼块图上作流程分析(FlowAnalysis)将拼块图转化为面积图。,例题4下面结合某小型工具箱制造厂的例子讲述这种方法。已知该厂各作业单位相关图已确定如下图所示，试作出它的布置。,图25作业单位综合关系相关图,1）关系工作表是对相关图的进一步总结，它每行列出一个作业单位，AEIOUX各成一列，将与之形成AEIOUX各级关系的其他单位分列在各列之中，如一列中有多种关系，以逗号隔开。完成的关系表如表所示，其中最重要的是A、E和X列。,2）无面积拼块图对每一个作业单位作一个同样大小的方块，称为无面积拼块。在拼块上，将作业单位代号写在正中央，名称写在代号上面，“X=”写在代号下面；四个角分别放置与之成A、E、I、O级关系的，U级关系不用考虑。,图26无面积拼块示例,2,63,10AE制造1X=无IO9,11,13,144,5,12,图26无面积拼块示例,3）无面积拼块布置摆放时，先找出关系最重要的，即A最多的，若A级数量相同，再比较E的。将此块先放于中央位置。摆放规则是：A级关系要边靠边放，E级关系至少角靠角，X级关系不能靠边也不能靠角。,2,63,101,1,32,1,546,比较E级,11110,2,43,比较新加入块的A级,65,3,76,84,1011,比较新加入块的A级,4,87,748,1213,149,91312,比较其它级,9,12,1413,13,914,多种方案,图26完成后的4种方案,a,b,c,d,评价方法：如果A级的没有靠近，则罚2分；X级的边靠边也罚2分；A级的只角靠角，罚1分；X级角靠角，E级没有角靠角也罚1分。,a,4和6两个E级罚2分,特点：因为A级关系边靠边，在完全空时有四种选择，所以最后的布置图有多种方案。比线型图方法试错的次数要少得多，而且不存在线条的长短问题，更容易操作。,4）物流流程分析有一个明确的物流流程：即收货(5)原料库(6)制造(1)焊接(2)油漆(3)装配(4)成品库(7)发货(8)。,a,b,c,d,4、作业单位面积相关图,在面积相关图主要考虑两个问题：一是将各作业单位面积需求汇总，根据场地的要求，确定建筑的基本形状；二是在此形状上按各作业单位的面积需求进行分配，结合上面布置图，作出有面积的块状布置图。,（1）面积的确定,1）计算法根据每台设备和作业所需的面积，加上辅助设施、材料储存、维修、通道以及人员所需的面积。2）概略布置法利用设备的样片或模型进行概略布置。3）指标趋势及延伸法将过去某一时期每台设备、每个公式计算的面积指标化成曲线，延伸预测未来的面积指标。,（2）作业单位厂房平面设计,1）根据实际需求确定厂房平面形式；2）防火、消防安全设计；3）根据生产要求、生产者心理和生理要求，结合当地的气候进行采光、通风设计。4）根据车间生产性质，可以进行厂房合并。,（3）辅助服务部门布置设计,1）工厂辅助服务部门设施有：工厂出入口；行政管理部门；生活服务设施；检测与技术部门；交通服务设施；社会服务设施。,2）工厂辅助服务部门具体设计原则：工厂管理服务设施应面向城市主干道，便于社会联系；工厂服务部门的建筑平面和空间应相对集中，灵活、合理布置，以便人员、信息联系；建筑形式、色调应符合城市规划要求，与邻近建筑协调；应妥善处理与周围道路、停车场、广场、绿化设施设计；面向社会的产品展销、维修部门应有直接对外的入口和对厂内的内门；应做到人流物流分开。,例题5,（4）作业单位面积相关图的确定,图27面积需求表,总需求为1800平方米，按长宽比为1:2得厂房尺寸为3060米。以66=36平方米为基本单元格，则总共有50个单元格，各作业单位圆整后的单元格数如表中“单元格数”列。这样，面积块状布置就是在此50个格子上分配各作业单位。,需要的面积受到实际可能或其他因素的限制，因此必须对所需面积进行适当调整，使之既符合建筑物的整体外形，又符合各作业单位面积的需要。压缩一些不必要的面积，也可进行新的组合。,例题6以叉车为例，来说明。,（4）作业单位面积相关图的绘制,1）选择合适的比例。2）将作业单位位置相关图放大到坐标纸。3）按综合接近程度值的大小顺序，由大到小依次将各单位布置到图上。4）调整和修正，得到作业单位面积相关图。,图28叉车总装厂作业单位面积相关图,（5）作业单位面积相关图的调整,1）修正因素物料搬运方法(物料搬运设备种类、搬运系统模式以及运输单元)；建筑特征；道路。,2）实际条件限制给定厂区面积的大小；建设成本；厂区现有的建筑物的利用；政策法规等方面。,图29叉车总装厂总平面布置图（一）,图30叉车总装厂总平面布置图（二）,图31叉车总装厂总平面布置图（三）,5、方案评价与选择,技术评价技术先进性物流状况（物流距离分析）,（1）单项指标比较评价法,经济评价财务评价财务内部收益率、投资回收期和固定资产借贷偿还期国民经济评价经济内部收益率、经济净现值和净现值率不确定性分析盈亏平衡分析、敏感性分析和概率分析,优缺点比较法,（2）综合指标比较评价法,优缺点比较表,加权因素比较法可以把提供比较的各项因素进行综合比较，合理地确定各个因素的权数和客观地对每个方案的各个因素打分。程序是：1）明确要评价的方案。2）选定考虑的因素并准备评分表。3）确定每个因素的相对重要性。4）给每个方案每个因素评分。5）计算加权分。,（2）综合指标比较评价法,最常用的评价因素：1）适应性和通用性。2）物流效率。3）物料运输效率。4）储存效率。5）场地利用率。6）辅助部门的综合效率。7）工作环境和员工满意程度。8）安全管理。9）产品质量10）设备利用率。11）与企业的长远发展规划相协调性,5.7详细布置,对工厂设施和设备进行详细的布置。,5.8工作地布置,1.工作地存在的问题及解决方法,5.9服务设施布置,服务设施的主要特点：不生产有形产品，提供有形的产品，或者涉及到物品。服务系统主要涉及的是人员、信息和商品的流动。服务设施的布置主要有两种，即办公室布置、零售店布置。办公室布置主要考虑信息和人员的流动，零售店布置则考虑人员和商品的流动。,1、办公室布置,（1）办公室布置的特点办公室布置强调信息流和纸面文件处理流程，并考虑到人员的需要。灵活性：组织的人员变动和机构变化都会带来办公室布置的变化。,（2）办公室布置形式模块化布置单独办公室布置,模块化布置：模块式布置：便于交流，一定的私密性；节省空间，灵活组合；外观统一、漂亮。,图32办公室模块化布置图,2、零售店布置,零售店布置(layoutforretailers)是指店内展示商品的安排方法，它不仅仅是各商品的摆放位置，还要考虑展示能吸引顾客，包含很多艺术的因素。,（1）零售店布置形式网格式(Gridlayout)自由式(Freestylelayout)精品店式(Boutiquelayout),网格式布置,网格式以矩阵网格方式安排柜台，通道都是平行的。特点：网格式布置能有效利用销售空间，创造整洁的环境，并能简化购物活动。,图33网格式零售店布置图,自由式布置,自由式采用不同形状和大小的柜台（货架）展示。特点：有一个轻松、友好的购物气氛，能够鼓励顾客更长时间的逗留和购买，并增加顾客冲动性购买的机会。,图34自由式零售店布置图,精品店式布置,精品店式布置将商店划分为一系列相对独立的购物区，每一区域都有自己的主题，就像在一个大店里布置一系列专买店一样。,图35精品店式零售店布置图,（1）零售店布置方法商店应尽可能地将商品展示得吸引人；空间充裕的展示为商品提供了一个开放的视线，并能减少店内失窃的发生；充分利用楼层区位价值来布置；充分利用通道区位价值来布置；冲动性购买的商品和方便货物应当摆放在店的前部；销售区与非销售区分开。,（2）楼层区位价值,商店内的空间的各部分在创造销售收入上并不相同，我们可以用空间价值来区分。,图36楼层区位价值,（3）通道区位价值,通道的布置对吸引顾客也有很大影响，沿主通道摆放的商品一般销量会更高。,图37通道区位价值,图38超市布置示意图,工厂布局设计机械与运载工程学院,思考题,1、工厂生产设施布局的几种形式，它们各自有哪些特点？2、设施布置设计的流程？,