202X年系統化厂房布置的方法及技术

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1、 1 系统化厂房布置 工厂布置的方法和技术 一直是工业工程领域不断探索的问题 自工业革命以来研究出了许多手工设计 数字分析和图解技术 60年代以来 又发展了计算机辅助工厂布置 在众多的布置方法中 以R 缪瑟提出的系统布置设计SLP SystemLayoutPlanning 最为著名 应用十分普遍 这种方法不仅适用于工厂和生产系统设计 还可以用于医院 学校 百货商店 办公楼等设施设计 2 一 阶段结构 系统布置设计采用四个阶段进行 称为 布置设计四阶段 3 二 程序模式 4 三 设施布置设计的要素分析 影响布置设计的因素众多 基本要素可以归纳为5项 P产品 或材料或服务 Q数量 R生产路线 工艺

2、过程 S助服务部门 T时间 或时间安排 五个要素分别回答以下问题 P 生产什么 Q 生产多少 R 怎么生产 T 何时生产 S 用什么支持生产 5 五要素对设施布置的影响 1 P产品或材料或服务 Production 指规划设计的对象所生产的产品 原材料 加工的零部件或提供服务的项目 包括原材料 进厂物料 工序间储备 产品 辅助材料 废品 废料 切屑 包装材料等 产品这一要素影响着设施的组成及其相互关系 设备的类型 物料搬运的方式等 2 Q数量或产量 Quantity 指所生产 供应或使用的材料或产品的数量或服务的工作量 这一要素影响着设施规模 设备数量 运输量 建筑物面积等 6 3 R生产路线

3、或工艺过程 Route 指根据所生产的产品品种 数量等设计出的工艺流程 物流路线 工序顺序等 可以用设备表 工艺路线卡 工艺过程图等表示 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 S辅助服务部门 SupportingService 指保证生产正常运行的辅助服务性活动 设施以及服务的人员 包括道路 生活设施 消防设施 照明 采暖通风 办公室 生产管理 质量控制及废物处理等 它是生产的支持系统 从某种意义上来说对生产系统的正常运行起着举足轻重的作用 5 T时间或时间安排 Time 指在什么时候 用多长的时间生产出产品 包括作业 工序 流动 周转等标准时间 这些因素决定着

4、设备的数量 需要的面积和入员 工序的平衡安排等 7 影响设施布置设计的其他要素 包括城市规划 外部协作条件 交通运输条件 地质水文条件 自然气候条件以及关于职业安全和卫生 环境保护等方面的规程 标准和技术规范等 8 四 物料分类及产品 产量分析 现象 物料种类繁多 可运性不相同 问题 如何统计量一物流系统中性质 特征各不相同的物料数量 如何区分各物料的重要等级程度 如何确定设施布置的型式 1 物流量的计算 1 定义 在一定时间内 一年或一个月 通过两设施间的物料数量 可以用重量 体积 托盘或货箱来表示 2 计算方法 方法一 当量物流量 用物料的某一特征 重量 几何形状 装载和包装形式等 来估算

5、物流量 可用下式表示 f q n其中 f 当量物流量q 每个标准搬运单元的当量吨数n 单位时间内两设施间流动的标准单元数例 载重为两吨的标准载重箱 载一箱锻件为2当量吨 载一箱壳体也为2当量吨 9 方法二 玛格 magnitude 用可运性衡量当量物流量 标准的1玛格 一块干燥的木块 体积为5 5 5立方厘米 可以方便地用手拿住 一包香烟 0 5mag一个电话亭 50mag一个低堆垛的托盘 1200cm 1200cm 38mag玛格的计算 M A A B C D E F 4其中 A 基本值 通过计算物料体积后查玛格曲线得出 B 密度修整系数C 形状修整系数D 损伤危险程度修整系数E 状态 物理

6、 化学 修整系数F 价值因素 若不考虑 则F 0 10 2 物料的分类 把相同或相似性质的物料归并成类 可大大简化物流分析 可依次采用两种分类方法 方法一 按物料的基本形态进行分类固体 成箱液体 成桶气体 成瓶方法二 按影响物料可运性的物理特征进行分类 包括 外形尺寸 重量 形状 损坏可能性 状态 热 湿 粘 脏 数量 时限性 季节性 突发性 关键 抓住有决定性的影响特征 11 3 产品 产量 P Q 分析产品产量分析是为了确定设施基本布置形式而采用的综合分析方法 同时也是物料重要等级分类的方法 下图是一种典型的 8 2原则 下的PQ分析结果 12 练习 下列三图应分别采用何种布置型式 13

7、五 物流分析 物流分析是设施布置设计的另一个基本分析 即工艺流程和物流路线的分析 分析的基本手段有工艺过程图 作业程序图 多种产品工艺过程图 从 至表和物料流程图等 1 工艺过程图 OperationProcessChart 工艺过程图就是把工艺路线卡和装配程序图汇总到 起而形成的一种流程图 绘制过程先在图的右上部从第 个装配作业的主要组件开始 在垂直线上按工艺路线卡的作业顺序用圆圈表示加工和装配 用正方形表示检验 其它零部件 如果自制 分别用垂直线画出其作业顺序 如果外购 则分别用水平线进入装配作业 14 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 也可以描述全厂各部门之间的工

8、艺流程 其重要作用是在分析工艺过程的基础上 通过产品加工 组装 检验等各加工阶段及加工路线的分析 可以计算出每个工艺过程的各工序 作业单位 间的物流强度 从而为作业单位位置的确定找到基础数据 工艺过程分析 毛坯重0 49 经热处理的毛坯重0 19 机加工中需返回热处理的为0 1由此可知 1 4之间的物流强度为0 3 15 2 多种产品工艺过程图企业生产的产品品种多 特别是只进行成形加工处理生产 而不考虑装配时 可以采用多种产品工艺过程图来分析确定其物料流 从该过程图中可以看到平面布置的雏形 多种产品工艺过程图是将所有零件或产品的工序都汇总在一张图表上 通过分析 调整图表上的工序 使彼此之间有最

9、大物流量的工序尽量靠近 直至获得最佳工艺安排顺序 当零件数量很多时 可以利用成组原理对零件分组 形成一张多种产品工艺过程图 对于同组的零件 可以再分类用工艺过程图或多种产品工艺过程图进行物流分析 多种产品工艺过程图分析主要通过作业单位的排序 求得物流顺流程度W的最大值 其中 W的计算式为Wjk为产品Pj的工序Rjk与Rjk 1之间的物流强度Djk为权值 工序相邻 且物料移动为直接正向时 取权值为2工序不相邻 且物料倒流时 取权值为 2 16 示例2 最佳顺序多种产品工艺过程表 17 3 从至表 From ToChart 从至表通常用以表示建筑物之间 部门之间或机器之间的物流量 物料搬运总量等

10、表上横行和竖行的标题内 按同样顺序列出全部作业单位 建筑物 机器 部门 将每个产品或零件在两个作业单位之间的移动 分别用字母表示产品或零件 数字代表搬运总量 填入两个作业单位横行和竖行相交的方格内 注意 从图表的左上角至右下角 划一条对角线 零件前进记在右上方 退回记在左下方 如下图 18 19 20 原始条件 一叉车厂 占地面积为16000平方米 厂区南北长200米 东西宽80米 该厂有员工300人 计划改建成年产60000套液压转向器的生产厂 已知 作业单位的基本区划和零部件加工工艺过程 并通过工艺过程图统计出了各作业单位的物流强度 结果添入从至表 案例 某液压转向器厂的设施布置 21 示

11、例一 液压转向器厂的作业单位建筑物汇总表 22 示例二 液压转向器加工工艺从至表 23 六 作业单位相互关系分析 设施布置设计要根据部门之间在工艺流程如业务往来中的密切程度 决定相互位置 各部门 作业单位 之间存在着物流关系 非物流关系两种关系 物流关系可以用物流强度来表示两个作业单位之间的关系密切程度 非物流关系无法定量表示 只能通过定性分析加以区分 24 1 作业单位物流相关表的绘制 1 划分物流强度等级 由于直接分析大量物流数据比较困难 而且也没必要 因此 SLP中将物流强度转化为5个等级 分别用符号A E I O U表示 当产品品种少时用工艺过程图进行物流分析 产品品种多时 用从至表或

12、多工艺过程表对实际设施间的物流量进行统计 25 示例 液压转向器物流强度分析表 由从至表得出 26 2 构造作业物流相关表 示例 27 2 作业单位非物流相互关系表的构造 基本思路 根据经验确定作业单位非物流相互关系密切程度后 利用与物流相关表相同的表格形式 建立非物流相互关系表 通常可以从以下几个方面加以考虑 1 工作流程 2 作业性质 3 使用设备情况 4 使用场地情况 5 监督和管理 6 安全 卫生 7 联系频繁程度 8 躁声 振动 9 公用设施相同 10 文件信息往来情况 28 1 确定作业单位相互关系等级 2 列出作业单位相互关系密切理由 示例 29 3 建立非物流作业单位相互关系表

13、 示例 30 3 建立作业单位综合相互关系表 工厂中 作业单位之间物流相互关系与非物流相互关系往往并不一致 为了确定各作业单位之间综合相互关系密切程度 须将两个表进行合并 求出合成的相互关系 综合作业相互关系 然后从各作业单位之间的综合相互关系出发 实现各作业单位的合理布置 1 确定物流 m 与非物流 n 相互关系的相对重要性 加权取值 一般地m n不应超过1 3或3 1 当比值大于3 1时 说明物流关系占主导地位 工厂布置时只需考虑物流相互关系的影响 2 综合相互关系计算 根据作业单位对之间物流与非物流关系等级的高低进行量化 并加权求和 求出综合相互关系 3 综合相互关系的等级划分 综合计算

14、得出的是量值 须经过等级划分 才能建立与物流相互关系表相似的综合相互关系表 31 示例 液压转向器作业单位综合相互关系计算表 示例中须计算55对作业单位 计算分数在1 8之间 由此得综合相互等级划分表如下 32 建立作业单位综合相互关系表 示例 33 七 作业单位位置相互关系分析 在SLP中 设施布置并不直接去考虑各作业单位的占地面积和几何形状 而是从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 关系密切等级高的作业单位之间距离近 等级低的距离远 问题 作业单位间必然会出现密切等级相同的作业单位对 这会给位置分析造成困难 怎么办 引入综合接近程度的概念 某一作业单位综合接近程度

15、等于该作业单位与其他所有作业单位间量化后的关系密切等级之和 综合接近程度值的高低反映了该作业单位在布置图中是应该处于中心位置还是处于边缘位置 34 1 如何计算综合接近程度 将作业单位综合相互关系表变换成类似于从至表一样的三角矩阵 然后量化关系等级 示例 液压转向器综合接近程度排序表 35 2 如何绘制作业单位位置相关图 第一步 处理关系密级为A的作业单位对 按各作业单位综合接近程度的高低排序 找出综合接近程度最高的布置在中心位置 依次处理作业单位对 第二步 处理关系密级为E的作业对 最后重点调整X级作业单位对的相互位置示例 1 找出综合接近程度最高的作业单位 是4 机加工车间 将其布置在中心

16、位置 2 找出A级作业对 1 2 7 8 其综合接近分值排序为7 1 8 2 因7和4关系为U 故考虑1和4关系为I 由此画出A级关系位置图 36 示例 液压转向器作业单位位置相关图 37 七 面积的确定 在实际的设施布置设计过程中 常因受到现有厂房或可利用土地面积与形状的限制等 不得不把需要的面积与可利用的面积结合起来考虑 因而面积的设定方法有下列几种 1 计算法 按照设备和作业所需的面积 加上辅助设施 材料存储 维修 通道以及人员等所需面积得到该单位的总面积 2 标准面积法 采用某种工业标准求得所需的面积 3 概略布置法应用模板或设备模型进行布置并确定面积 4 比率趋向预测法 将过去各个时期每台设备 每个工时或每个单位的面积作为基础 按未来产量和人员的发展预测要求 按比例扩大来设定面积 一般来说 需要的面积常常受到实际条件的限制 必须进行适当的调整 使之与可用面积相适应 调整的方式 可以是压缩某些不很重要的面积 也可以进行新的组合 此外 做面积相关图时需考虑流动模式的选择 38 八 布置修正 所谓修正条件 是指诸如运输方式 贮存设备 场地环境 人的要求 厂房特性 辅助设施和管理控制