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1、1引言设施布置设计是物流系统分析的重要一环，它受到生产物流系统及其他设计环节的影响，也对生产物流系统及其他设计环节产生影响。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。设施规划总的是使人力，财力，物力和人流，物流，信息流得到最合理、最经济、最有效的配置和安排，即要确保规划的企业能以最小投入得到最大的收益。无论新设施的规划还是旧设施的再规划，一致目标是：（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上诉目
2、标之间往往存在冲突。要用恰当的指标对每一个方案进行综合评价，达到总体目标的最优化。为达到最优化方案由如下考虑：（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，又冲微观到宏观的反复迭代、并行设计的过程1.1 原始给定条件本文种原始给定条件主要有：（1）工厂占地 5400平方米，南北 90 米，东西 60 米。（2）计划年产量为10000件。2 基本要素2.1 作业单位明细表工厂各个单位部门的占地面积大小与其建筑物外形尺寸对布置设计影响很大。根据生产工艺流程、设备占地面积大小、物流模式及其通道、人员活动区域、
3、建筑结构等因素加以确定具体布局。根据生产工艺过程需要，本厂由如下表2.1 所示的作业单位构成。表 2.1 作业单位明细表工厂名称发动机连杆活塞机构制造厂产品名称连杆活塞机构计划产量10000 序号零件名称自制外购材料单件重量(kg) 生产量1 活塞ZL401 1.000 2 活塞环合金铸铁0.080 3 活塞销20Cr 0.080 4 连杆40 1.500 10000 5 连杆螺栓ML40Cr 0.025 6 连杆轴瓦（含连杆瓦、盖）铜铅合金、低碳合金钢3.000 2.2 作业单元的划分根据连杆组的结构及其工艺特点，设立如表2.2 所示的 8 个单位部门，分别承担备料、锻压、特处理、加工、暂存
4、、装配和储存成品等各项生产任务。作业单位建筑汇总表2.2 如下：表 2.2 建筑单位汇总表序列作业单位名称用途建筑面积（平方米）1 原材料库储存钢材与铸锭等20x20=400 2 锻造车间锻造10x20=200 3 热处理车间热处理（调质）10x20=200 4 加工车间车，铣，钻，滚齿10x20=200 5 精密车间镗削，磨削，剃齿10x20=200 6 标准件与半成品库储存外购、标准件、半成品10x20=200 7 装配车间装配成型20x20=400 8 成品库储存成品10x20=200 2.3 生产工艺过程活塞连杆组由活塞组和连杆组两部分构成。( 一) 活塞组由活塞、活塞环、活塞销、活塞
5、销卡环等零件组成。1. 活塞由顶部、头部和裙部3 部分组成。活塞头部是活塞环槽以上的部分，共有三道环槽，上面两道用以安装气环，下面一道用以安装油环。第一环槽镶奥氏体铸铁耐磨圈，油环槽内有4 个4mm 的油孔，对称分布在活塞销孔两侧。第一道环槽为梯形槽，第二道、第三道环槽为矩形糟。第一道环槽槽口宽 3. 0mm，第二环槽宽 2.385mm ，第三环槽 ( 油环槽 ) 宽 4mm 。活塞裙部为鼓形椭圆，椭圆长轴( 与活塞销垂直方向 )与短轴 ( 与活塞销平行方向 )长度相差为 0.35mm ，安装在缸体上的喷油嘴喷出的压力机油冷却活塞的裙部。活塞的材料为共晶硅铝合金或铝锌合金。2. 活塞环有两道气
6、环和一道油环。第一道活塞环截面为梯形桶面环，梯形角度为15，采用球墨铸铁制造，圆周表面镀铬以提高耐磨性和抗拉缸能力。第二道活塞环为锥面扭曲环，顶面有内斜45切口，外圆呈锥面，锥面角为90。第二环采用合金铸铁制造。第三道环为胀圈式组合油环，其内设衬环，以提高油环的弹力，油环本体采用合金铸铁制造，螺旋衬环的材料为 65Mn弹簧钢丝。3. 活塞销采用低碳合金钢 (20Cr) ，内外圆表面渗透碳淬火活塞销的装配：活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套的连接配合，采用“全浮式”，即在发动机运转过程中，活塞销不仅可以在连杆小头衬套内，还可以在销座孔内缓慢地转动，以使活塞销各部分磨损均匀。注意事项：当活塞销直径超
7、出使用极限时，应更换新活塞销。活塞销与活塞装配时，先将铝合金活塞在水或机油中加热至50-70，保温一段时间，取出抹干净后，将涂抹有15W/40润滑油的活塞销用手掌心平稳地推入活塞销座孔和连杆小头。活塞销推入锥座孔后，其端面不得超过卡环槽。活塞、活塞销、连杆装配成组合件后，连杆、活塞销能自由摆动，活塞销与活塞销座孔之间，在工作状态下呈“浮式”，活塞销可在销座孔内缓慢转动。( 二) 连杆组连杆组主要由连杆、连杆轴瓦（含连杆盖）和连杆螺栓组成。连杆组的功用是连接活塞和曲轴，将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。1. 连杆(1) 工作条件及要求工作时，连杆承受活塞销传来的
8、气体作用力以及连杆本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力，这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此，连杆受到压缩、拉伸和弯曲等交变载荷的作用，这就要求连杆的质量尽可能小并具有足够的刚度和强度。如强度不足，会发生连杆螺栓、大头盖及杆身断裂，造成严重事故。如刚度不足，会使连杆大头变形失圆，导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损；还会使连杆杆身弯曲，造成活塞与气缸偏磨，活塞环漏气和窜油等。连杆采用合金钢模锻而成，断面是工字形。(2) 结构连杆由连杆小头、杆身，、连杆大头三部分组成连杆小头与活塞销相连，连杆通过小头，用活塞销与活塞连接，柴油机工作时，连杆与活塞销可以相对自由转动，连杆小头上压入铜铅双金属衬套，以
9、提高耐磨性。连杆小头的顶上有一个集油孔，曲轴旋转激溅起来的机油、甩到活塞内腔的顶部，冷却活塞后，落下时，一部分机油通过集油孔流入连杆小头内孔润滑活塞销。此外，活塞冷却喷嘴喷出的机油冷却活塞后，其中一部分机油也通过集油孔流入连杆小头内孔润滑活塞销。连杆杆身采用工字形断面，这样可以使之在最小重量下具有最大的强度和刚度。连杆大头连杆通过连杆大头与连杆轴颈相连，连杆大头为斜切口(68) 分开式，被分开的部分称为连杆盖。2. 连杆轴瓦采用铜铅合金薄壁轴瓦，内表面镀铅锡合金，以提高其耐磨性，外表面镀锡以防锈。3. 连杆螺栓连杆螺栓是承受交变拉伸载荷的重要零件。连杆螺栓采用ML40Cr材料制造。2.4 自制
10、零件制造工艺过程表 2.3 连杆生产过程表连杆生产过程工序内容机床设备作业单位名称序号模锻2 调质3 粗、精铣两平面立式双头回转铣床4 粗、精铣结合面立式双头回转铣床磨两平面立轴圆台平面磨床5 磨结合面立轴矩台平面磨床钻、扩、铰小头孔、孔口倒角立式五工位机床连杆体两件粗镗大头孔，倒角卧式三工位机床钻、攻螺纹孔，钻、铰定位孔卧式五工位机床4 精镗定位孔5 连杆制造设备过程以及作业单位如表2.3 。连杆制造过程如下表2.4 。表 2.4 连杆加工工艺过程表零件名称零件序号材料单件质量(kg) 年总产量（件）连杆4 45 1.500 10000 步骤对应单位序列及其作业单位工序大致内容工序材料利用率
11、（% ）1 1 原材料库备料2 2 锻造车间模锻80 3 3 热处理车间调质4 4 加工车间粗、精铣；攻螺纹、铰90 5 5 精密车间磨、钻孔、倒角；精镗95 6 6 标准件与半成品库暂存2.5 产品产量分析生产的产品品种的多少以及每种产品产量的高低，决定了工厂的生产类型，进而影响着工厂设备的布置形式。根据以上已知条件可知，待布置设计的工厂产品品种单一，产量较大，年产量为10000 台，属于大批量生产，适合按产品的原则布置，宜采用流水线的组织形式。2.6 产品工艺过程分析通过对产品的加工、组装等阶段以及各工艺过程路线的分析，计算每个工艺过程加工前工件的单位质量以及产生的废料重量。表 2.5 全
12、年生产量计算全年废料物流量零件名称毛重（kg）废料 (kg ）锻造废料机加工废料精加工废料总废料全年连杆2.193 0.439 0.176 0.078 0.693 6930 根据零件加工工艺与物流量，绘制工艺过程如图2.1 所示。图 2.1 连杆物流量3 物流分析3.1 绘制从至表当物料移动式工艺过程的主要部分时，物流分析就是工厂布局设计的核心工作，也是物料搬运分析的开始。零部件物流是该部件在工厂内移动时所走过的路线，物流分析不仅腰考虑每个零部件在工厂内的路线，还要遵循两个最小和两个避免的原则：两个最小原则，即经过距离最小和物流成本最小。两个避免原则，即避免迂回和避免十字交叉。从至表是以一定顺
13、序按行排列物料移动的起始作业工序，以相同顺序按列排列物料移动的终止工序，行列相交的方格中记录从起始作业单位到终止作业单位的各种物料搬运量的总和。表 3.1 物流强度从至表至12345678从原材料库锻造车间热处理车间加工车间精密车间半成品库装配车间成品库合计1原材料库21930219302锻造车间17450174503热处理车间17450174504加工车间15780157805精密车间15000150006半成品库56850568507装配车间56850568508成品库0合计021930174501745015780150005685056850201313.2 物流强度等级划分表 3.2
14、 物流强度等级划分表物流等级强度符号含义物流比例（% ）承担物流量比例（ % ）超高物流量A 绝对重要10 40 特高物流量E 特别重要20 30 较大物流量I 重要30 20 一般物流量O 一般密切程度40 10 可忽略物流量U 不重要- - 3.3 物流相关图依照从至表构造一种表示所有作业单位相关系的关系表，在行与列相交方格中填入单位间物流强度等级。作业单位7装配车间UA8成品库AU5精密车间UUUEUU6U标准件与半成品库UUUU4加工车间UUEUUU3热处理车间UUEUU1原材料库A2锻造车间E图 3.3 物流相关图4 非物流分析4.1 作业单位非物流相关影响因素表 4.1 作业单位相
15、关理由表序列理由1 工作流程连续性2 生产服务3 物料搬运4 管理方便5 安全与污染6 公共设备设施7 振动8 人员联系确定各个作业之间影响相互的因素，做出表4.2 表 4.2 作业单位间相互关系等级对应符号含义比例（ % ）A 绝对重要212 E 特别重要10 20 I 重要15 30 O 一般密切程度20 40 U 不重要35 80 4.2 非物流相关图图 4.1 非物流相关图5 综合相互关系分析在 SLP中，要将作业单位物流间的相互关系与非物流进行合并，求出合成的相互关系-综合相互关系，然后由各个作业单位综合相互关系出发，实现各作业单位的合理布置。5.1 综合相互关系计算表由以上给出的自
16、行车厂作业单位物流相关图与作业单位非物流相关图，为了确定作业单位之间综合相互关系密切程度，需要合并。(1) 加权值选取加权值的大小反应出布置时考虑因素的侧重点，对于连杆来说，物流因素(M)的影响并不明显大于其他非物流因素(N) 的影响，因此，取加权值M:N=1:1 (2) 综合关系计算根据工厂各个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。表 5.1 作业单位综合相互关系计算表序号作业单位对关系密切程度综合关系物流关系非物流关系等级分值等级分值总分值等级1 12 A 4 A 4 8 A 2 13 U 0 U 0 0 U 3 14 U 0 U 0 0 U 4
17、15 U 0 U 0 0 U 5 16 U 0 U 0 0 U 6 17 U 0 U 0 0 U 7 18 U 0 U 0 0 U 8 23 E 3 E 3 6 E 9 24 U 0 U 0 0 U 10 25 U 0 U 0 0 U 11 26 U 0 U 0 0 U 12 27 U 0 U 0 0 U 13 28 U 0 U 0 0 U 14 34 E 3 E 3 6 E 15 35 U 0 U 0 0 U 16 36 U 0 U 0 0 U 17 37 U 0 U 0 0 U 18 38 U 0 U 0 0 U 19 45 E 3 E 3 6 E 20 46 U 0 U 0 0 U 21
18、 47 U 0 U 0 0 U 22 48 U 0 U 0 0 U 23 56 E 3 E 3 6 E 24 57 U 0 U 0 0 U 25 58 U 0 U 0 0 U 26 67 A 4 A 4 8 A 27 68 U 0 U 0 0 U 28 78 A 4 A 4 8 A 对表 5.1 的数据整理统计，得到表5.2 如下：表 5.2 综合相互关系等级划分总分对应符号含义作业单位对数百分数78 A 绝对重要3 11 56 E 特别重要4 14 34 I 重要0 0 02 O 一般密切程度0 0 0 U 不重要21 75 合计28 100 5.2 综合相互关系图图 5.1 综合相互关系图
19、6 综合相关关系在 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以及其形状，而使从各个作业单位间相互关系密切程度出发，安排各个作业单位之间相对位置。关系密切极高的作业单位之间距离近，关系密切极低的作业单位之间距离远。由此形成作业单位位置相关图。依据 SLP思想，首先根据综合相互关系级别高低按A,E,I,O,U级别顺序先确定不同级别作业单位位置，而同一级别的作业单位按综合接近程度分值高低顺序来进行布置。为此，要按综合接近程度分值高低顺序为作业单位排序，其结果如表6.1 所示：表 6.1 综合接近程度排序表代号12345678代号原材料库锻造车间热处理车间加工车间精密车间半成
20、品库装配车间成品库1原材料库A/4U/0U/0U/0U/0U/0U/02锻造车间A/4E/3U/0U/0U/0U/0U/03热处理车间U/0E/3E/3U/0U/0U/0U/04加工车间U/0U/0E/3E/3U/0U/0U/05精密车间U/0U/0U/0E/3E/3U/0U/06半成品库U/0U/0U/0U/0E/3A/4U/07装配车间U/0U/0U/0U/0U/0A/4A/48成品库U/0U/0U/0U/0U/0U/0A/44766678473456218接近程度排列次序根据综合接近程度排序表，可以看出各个作业单元的重要程度，并作出作业单元相关图。图 6.1 各单元综合相关图7 工厂总平
21、面布置图根据图 6.1 和各种方案进行全面评价，得出了最佳方案如图7.1 所示。我们这种将车间安排在一起的联合厂房是当今设计布置的一个趋势，它可以节约占地面积、节省工程费用、方便生产管理，方便物流和物料搬运，可以进行集中供应各种资源，而且还有较大的调整余地。图 7.1 工厂总平面布置方案结束语设施布置设计在实施设施规划与物流分析中占有重要地位，他得好坏直接影响整个系统的物流、信息流、生产能力、生产效率、生产成本以及生产安全。对于工厂总体布置而言，他主要考虑工厂各个组成部分包括生产车间、辅助生产车间、仓库等。系统布置设计法（SLP ）是从分析原始资料开始，考虑原始数据中P（产品）、 Q(产量)
22、、R(生产路线 )、S(辅助部门 ) 、T(时间安排 ) 以及他们之间的作业单位相互关系和物流关系，是当前工厂布局设计主要应用的方法，本文就是根据SLP法对发动机的活塞连杆组加工厂各基本设施进行布置，尽量减少生产过程中得物流量。首先对已知的原始数据进行分析，确定工件的生产工艺过程，然后绘制工艺过程兔，分析加工过程中得物流量。接着进行物流分析，绘制从至表、作业单元相互关系表以及作业单元非物流关系表。最后进行综合相互关系计算，汇总成相互关系图。在得知作业单元相互关系后，绘制成此厂的作业单位位置相关图。参 考 文 献1 朱刚. 物流设施与规划问题 D. 北京：清华大学， 1996. 南理工泰科院 08机械工业工程班0138
