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1、.专业整理.第二章 系统布置设计第一节 概 述一、工厂设计研究范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内容。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
2、的供应成本、动力能源和水的供应量及成本、土地因素成本和建筑成本、劳动力资源的供应量、素质及成本、税收成本、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，其中还包括环境保护、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，应充分考虑现厂房的利用。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
3、道等做出合理的布局。工厂布置是工厂设计的核心内容。3、物料搬运工厂内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(包括运输、装卸、储存、加工、装配和包装等)，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
4、)必须满足生产工艺过程的需要 (可行性)。2)减少物料搬运 (经济性)。3)减少设备投资 (经济性)。4)提高在制品的周转率 (经济性)。5)充分利用现有空间 (经济性)。6)有效发挥人力及设备的生产能力 (经济性)。7)生产系统必须具备较大的加工范围，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(安全性)。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，
5、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:1)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。2)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)适应工厂内外运输要求，线路短捷顺直 工厂总平面布置要与工厂内部
6、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的部门的位置。厂内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。工厂内部运输方式、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：1)根据运输、防火、安全、卫生、绿化等要求
7、，合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。2)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。3)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音问题，一可以采取隔音措施，降低噪声源发出的噪声级；二可以采
8、取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，找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风频风向的上风侧，如图2-1所示。a)b)c) 图2-1 风象与污染建筑位置关系另外，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
9、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
10、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
11、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 (SLP)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
12、。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2-2所示，为了完成工厂总平面布置和车间布置，需要从产品P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
13、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制定作业计划T作业单位划分S产品P产量Q布置设计方法布置方案定量约束条件定性约束条件图2-2 工厂设计过程图在图2-2所示的工厂设计过程中，基本给定条件(要素)为产品P及产量Q，涉及到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。定性约束条件布置方案布置设计方法定量约束条件PQRST图2-3 工厂布置模型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2-3所示。在R.M
14、uther提出的系统布置设计 (SLP)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(原始资料)，成为布置设计工作的基本出发点。1、产品P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
15、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(卡)、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候、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
