设施布置设计 工厂 布局 设计

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1、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

2、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。

3、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

4、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

5、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。

6、,（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

7、。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

8、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

9、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

10、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C C=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。

11、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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 作业时

12、间（s） 50 25 20 30 25 25 12 14 20 紧前工序 1 2 2 3.4 5 6 6 7.8 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

13、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=(502520 302525121420)/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,1 1 2 2 2 3 3 3 3,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,1 2 4 3 5 6 8 7 9, 1 2 2 3.4 5 6 6 7.8,221 171 126 116 96

14、71 34 32 20,50 25 30 20 25 25 14 12 20,50 75 30 50 75 25 39 51 71,28 3 48 28 3 53 39 27 7,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

15、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