第五章_工厂设施规划与设计

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1、1,第五章 工厂设施规划与设计,第一节 设施规划与设计概述第二节 系统布置设计(SLP) 第三节 螺旋法求解,2,第一节 设施规划与设计概述,一、设施规划与设计的目标与原则 一个设施是一个有机的整体，由相互关联的子系统组成，因此必须以设施系统自身的目标作为整个规划设计活动的中心。不论是新设施的规划还是旧设施的再规划，典型的目标是： (1) 简化加工过程。 (2) 有效地利用设备、空间、能源和人力资源。 (3) 最大限度地减少物料搬运。 (4) 缩短生产周期。 (5) 力求投资最低。 (6) 为职工提供方便、舒适、安全和符合职业卫生的 条件。,3,为了达到上述目标，现代设施规划与设计应遵循如下原

2、则： (1) 减少或消除不必要的作业； (2) 以流动的观点作为设施规划的出发点； (3) 运用系统的概念； (4) 重视人的因素； (5) 设施规划设计是从宏观到微观，又从微 观到宏观的反复迭代、并行设计的过程。,4,二、设施规划与设计的阶段结构,5,三、设施规划设计方法,摆样法。数学模型法。图解法。系统布置设计（SLP）法。,6,1. 摆样法。 利用二维平面比例模拟方法，按一定比例制成的样片在同一比例的平面上表示设施系统的组成、设施、机器或活动。 适用于较简单的布局设计，对复杂的系统该法就不能十分准确，而且花费时间较多。,7,2. 数学模型法。 运用运筹学、系统工程中的模型优化技术（线性规

3、划、随机规划、多目标规划、运输问题、排队论等）研究最优布局方案，为工业工程师提供数学模型，以提高系统布置的精确性和效率。 存在两大困难 a）当问题的条件过于复杂时，简化的数学模型很难得出符合实际要求的准确结果； b）布局设计最终希望得到布局图，但用数学模型得不到。,8,3. 图解法。 有螺线规划法、简化布置规划法及运输形成图等。 其优点在于将摆样法与数学模型法结合起来，但在实践上现在较少应用。,9,3. 系统布置设计SLP （Systematic Layout Planning）法。 是当前工厂布局设计的主流方法。,10,四、工厂布局的基本原始资料,工厂布局设计需要的主要原始资料是产品及其生产

4、纲领和生产工艺过程。次要资料有两种，即支持生产的辅助服务部门和时间的安排。 (1) 产品 (P) 和产量 (Q)。 产品及其产量是指工厂要生产的产品型号、系列、规格、产量和年生产量，这些因素影响到设施的组成及其相互关系、选用设备的类型、物料搬运的方式等，如图5-2所示。在图5-2 P-Q曲线中：,11, Q/P比值大（A区域），适用于大量生产方式，加工机床按产品原则布置。, Q/P比值小（C区域），适用于单件小批量生产方式，加工机床按工艺原则布置。, Q/P比值适中（B区域），适用于中小批量生产方式，加工机床按成组原则布置。,12, Q/P比值大（A区域），适用于大量生产方式，加工机床按产品原

5、则布置。 Q/P比值小（C区域），适用于单件小批量生产方式，加工机床按工艺原则布置。 Q/P比值适中（B区域），适用于中小批量生产方式，加工机床按成组原则布置。,13,(2) 工艺过程 (R，Route)。由熟悉本行业先进生产工艺的工程技术人员或专业咨询公司提供的工艺过程表、工艺路线卡、装配工艺卡等工艺文件。(3) 辅助服务部门 (S，Service)。是指支持生产运行的工厂各辅助部门，如工具领取和维修部门、动力部门、各公用设施管理部门等。,14,(4) 时间安排 (T，Time)。是指产品的生产周期、投产的批量与批次、各种操作时间定额标准等。这些数据资料可以在设计过程中用以估算设备的数量、需

6、要的面积和人员、各生产单位之间的平衡等。 有了以上P、Q、R、S、T等五方面的原始资料，就能着手布局设计。,15,第二节 系统布置设计(SLP),一、阶段结构 在制造业中，工厂布局设计主要是确定工厂的生产部门、辅助服务部门和管理部门的位置。合理和有效的工厂布置对提高企业的生产效益、降低成本起着重要的作用。最具代表性的工厂布局设计方法是R缪瑟 (RMuther) 提出的“系统布置设计(SLP)”法，该方法提出了作业单位相互关系密级表示法，使布置设计由定性阶段发展到定量阶段。在缪瑟提出的系统布置设计 (SLP) 中，正是把产品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

7、 (原始资料)，作为布置设计工作的基本出发点。系统布置设计 (SLP) 程序如图5-3所示。,16,系统布置设计 (SLP) 程序,17,二、工艺过程图在这里我们将详细介绍产品生产过程中各工序之间的关系，以及描述全厂各部门之间的工艺流程。下面我们以电瓶叉车总装厂为例，说明如何运用工艺过程图来进行物流分析的方法与步骤。(1) 变速器的加工与组装。 (2) 随车工具箱的加工。 (3) 车体加工。 (4) 液压缸加工。 步骤(1)(4)的工艺图如图(5-4)(5-7)所示。,18,变速器加工工艺过程图 (单位：t),1.原材料库2.油料库3.标准件、外购件库4.机加工车间5.热处理车间6.焊接车间7

8、.变速器车间8.总装车间9.工具车间10.油漆车间11.试车车间12.成品库13.办公服务楼14.车库,19,1.原材料库2.油料库3.标准件、外购件库4.机加工车间5.热处理车间6.焊接车间7.变速器车间8.总装车间9.工具车间10.油漆车间11.试车车间12.成品库13.办公服务楼14.车库,20,将上述机加工阶段、总装、试车、成品储存阶段工艺流程绘制在一起，就得到了叉车总装厂全厂工艺过程图，如图5-8所示。该图清楚地表现了叉车生产的全过程及各作业单位之间的物流情况，为进一步进行深入的物流分析奠定了基础。需要说明的是若要计算全年的物流量，图5-8中各数据还需乘上全年叉车总产量。,21,（2

9、）多品种工艺过程图 ( 叉车生产工艺过程图 ),22,例1. 阀体,23,例2. 转子,24,三、物流分析与物流相关表 采用SLP法进行工厂布置时，通过划分等级的方法，来研究物流状况，在此基础上，引入物流相关表，以简洁明了的形式表示工厂总体物流状况。 (1) 物流强度等级。 SLP中将物流强度转化成五个等级，分别用符号A、E、I、O、U来表示。作业单位对(或称为物流路线)的物流强度等级应按物流路线比例或承担的物流量比例来确定，可参考表5-2来划分。,25,26,（2）多品种工艺过程图 ( 叉车生产工艺过程图 ),27,针对前述电瓶叉车总装厂的实例，我们来讨论物流强度等级划分。根据表5-2中给出

10、的数据划分出物流强度等级，绘制成表5-3。,28,29,30,31,调整后：A:44.6%, E:32.031, I:15.753, O:11.872,32,(2) 物流相关表。 为了能够简单明了地表示所有作业单位之间的物流相互关系，我们仿照从至表结构构造一种作业单位之间物流相互关系表，在行与列的相交方格中填入行作业单位与列作业单位间的物流强度等级。SLP的物流相关表，如表5-4所示。,33,表5-4 电瓶叉车总装厂作业单位物流相关表,34,四、作业单位相互关系分析 当物流状况对企业的生产有重大影响时，物流分析就是工厂布置的重要依据，但是也不能忽视非物流因素的影响。尤其是当物流对生产影响不大或

11、没有固定的物流时，工厂布置就不能依赖于物流分析。,35,1作业单位相互关系决定因素及相互关系等级划分 作业单位间相互关系密切程度的典型影响因素一般可以考虑以下几个方面：,物流。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。,使用相同的公用设施。 使用同一组人员。 工作联系频繁程度。 监督和管理方便。 噪声、振动、烟尘、危险 品的影响。 服务的频繁和紧急程度。,36,确定了作业单位相互关系密切程度的影响因素以后，就可以给出各作业单位间的关系密切程度等级，在SLP中作业单位间相互关系密切程度等级划分为A、E、I、O、U、X，其含义及比例如表5-5所示。,37,2.作

12、业单位综合相互关系表(1) 作业单位非物流相互关系表。 选择作业单位非物流相互关系影响因素。在评价作业单位非物流相互关系时，首先应制定出一套“基准相互关系”，如表5-6所示。,38,39,确定了各作业单位非物流相互关系密切程度以后，利用与物流相关表相同的表格形式建立作业单位相互关系表，表中的每一个菱形框格填人相应的两个作业单位之间的相互关系密切程度等级，上半部用密切程度等级符号表示密切程度，下半部用数字表示确定密切程度等级的理由。在此基础上建立如表5-7所示的非物流的各作业单位相互关系表。,40,表5-7 叉车总装厂作业单位非物流相互关系表,41,(2) 作业单位综合相互关系。 在大多数工厂中

13、，各作业单位之间既有物流联系也有非物流的联系，两作业单位之间的相互关系应包括物流关系与非物流关系。因此在SLP中，要将作业单位间物流的相互关系与非物流的相互关系进行合并，求出合成的相互关系综合相互关系，然后由各作业单位间综合相互关系出发，实现各作业单位的合理布置。,42,(3) 作业单位综合相互关系表的建立步骤。一般按照下列步骤求得作业单位综合相互关系表： 进行物流分析，求得作业单位物流相关表。 确定作业单位间非物流相互关系影响因素及等级，求得作业单位相互关系表。 确定物流与非物流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

14、厂布置时只需考虑物流相互关系的影响。 。,43, 量化物流强度等级和非物流的密切程度等级。 对于表5-4及表5-7，一般取A=4，E=3，I=2，O=1，U=0，X=1，得出量化以后的物流相关表及非物流相互关系表。 当作业单位数目为N时，总的作业单位对数可用下式计算： P=N(N-1)/2 计算量化的所有作业单位之间综合相互关系。具体方法如下： 设任意两个作业单位分别为Ai和Aj (i j)，其量化的物流相互关系等级为MRij，量化的非物流的相互关系密切程度等级为NRij，则作业单位Ai与Aj之间综合相互关系密切程度数量值TRij=mMRijnNRij。,44, 综合相互关系等级划分。TRij是一个量值，需要经过等级划分，才能建立出与物流相关表相似的符号化的作业单位综合相互关系表。综合相互关系的等级划分为A、E、I、O、U、X。 表5-8给出了综合相互关系等级及划分比例.,45,应该注意X级关系密级的处理，任何一级物流相互关系等级与X级非物流相互关系等级合并时都不应超过O级。对于某些极不希望靠近的作业单位之间的相互关系可以定为XX级，即绝对不能相互接近。 经过调整，建立综合相互关系表。,46,(4) 以叉车总装厂为例，建立作业单位综合相互关系表,加权值选取 ：由于物流影响并不明显大于其他方面的 影响，因此取加权值m:n=1:1。 综合相互关系计算,