第六章 设施布置方法

FP&D第六章设施布置方法6.1设施布置设计的方法6.2系统化布置程序模式6.3作业单位相互关系图6.4SLP求解6.5计算机化布置方法6.6案例分析FP&D6.1设施布置设计的方法设施的规划与设计是设计生产系统和服务系统的一项重要内容。我国习惯于用“工厂设计”一词代表工业设施规划与设计，随着工业工程学科的发展，非工业设施，包括各种服务设施的规划与设计日益受到关注，如医院、机场、超市、餐厅、办公室的布置规划。工厂布局（PlantLayout）是设施规划与设计的核心研究内容，也是物流系统设计分析的重要一环，其布局设计方法可分为：1）摆样法——最早的布局方法，是二维平面内的比例模拟法。方法简单，但不够准确，且花费时间较多。2）数学模型法——运用运筹学、系统工程中的模型优化技术研究最优布局方案。对于复杂问题简化模型难以得出准确结果，且无法得到布局图。3）图解法——产生于20世纪50年代，有螺线规划法、简化布置法及运输行程图等。优点是将摆样法与数学模型法结合起来，但实践应用少。4）系统化布置设计（SystematicLayoutPlanning，SLP）——1961年，RichardMuther提出了SLP（SystematicLayoutPlanning）方法，通过作业单位相互关系的等级（密级）表示法，使设施布置由定性阶段发展到定量阶段，是当前工厂布局设计的主流方法。FP&D6.2系统化布置设计程序模式原始资料：P、Q、R、S、T及作业单位1．物流分析2．作业关系3．相互关系图5．可用面积6．面积相关图7．修正因素8．实际条件限制9．评价方案X方案Z方案Y选出的最佳布置方案4．所需面积系统化布置设计（SLP）模式（程序）图FP&D6.2系统化布置设计程序模式Muther将研究工程布置问题的依据和切入点，归纳为5个基本要素，抓住这些就是解决问题的“钥匙”。五个基本要素是：（1）产品（P,Product）（2）产量(Q,Quantity)（3）生产路线（或工艺过程）(R,Route)（4）辅助、服务部门(S,Service)（5）时间安排(T,Time)在PQRST五个基本要素中，P、Q两个基本要素是其他一切特征和条件的基础。PQRST分析P：物料Q：数量R：路线S：辅助服务WHYT：时间FP&D6.3作业单位相互关系图作业单位（Activity），这是一个含义泛指的术语，英文原意可以是一类活动、工作或业务，也可以是一个组织或机构；在设施规划中的专门含义是表示要在工厂或服务中作布局设计时需要确定位置的一些事物，在不同的设计层次或不同的情况下，它包括部门、区域、职能部门、工作中心、建筑、机床或设备组、操作等。例如，对一个工厂的总平面设计，即布局设计时，其作业单位为厂房、车间、仓库等；对一个车间作详细布置设计时，作业单位为机器、装配台、检查站等。作业单位相互关系图（ActivityRelationshipChart），就是在对作业单位关系密切程度进行评价基础上所作出的图表。FP&D6.3作业单位相互关系图作业单位相互关系图示例：1）作业单位名称记在左边行内；每个作业单位行作上下45°倾斜，任意两个作业单位相交得到唯一一个单元格。2）小菱形单元格被虚线所分割，上半格用AEIOUX六个字母表示相互关系的重要程度或密切程度，下半格表示重要程度的理由的编码（一般情况下，非物流相关图使用）。作业单位名称序号1234567FP&D6.3作业单位相互关系图具体实例：FP&D6.3作业单位相互关系图对很多制造业的工厂来说，例如冶炼厂、钢铁厂等，其原材料、辅料和成品的物流量多，物流强度大；但对一些电子厂或宝石加工厂，尤其是服务行业的企业，需要搬运的物料很少，物流相对不重要，但非物流关系还是存在的。所以，各作业单位之间物流和非物流的相互关系均可用作业单位关系图进行评价和分析。FP&D6.3作业单位相互关系图物流强度等级划分与非物流关系密级划分如下表所示。物流强度等级符号物流路线比例(％)承担的物流量比例(％)超高物流强度特高物流强度较大物流强度一般物流强度可忽略搬运AEIOU1020304040302010符号含义说明比例(％)A绝对重要2—5E特别重要3～10I重要5～15O一般密切程度10一25U不重要45—80X负的密切程度不希望接近、酌情而定FP&D6.3作业单位相互关系图评级及评价时，相对重要性或数量等级的图例符号元音字母系数值线条数密切程度颜色规范A4绝对必要红E3特别重要桔黄I2重要绿O1一般蓝U0不重要不着色X-1不希望棕XX-2，-3，-4…极不希望黑FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例叉车生产工艺过程分为零部件加工阶段—总装阶段—试车阶段—成品储存阶段。电瓶叉车由总装厂负责完成重点零部件的加工及总装工作，其他如转向桥、驱动桥、液压回路及平衡重由协作厂负责制造。为此，总厂设置了包括原材料库、机加工车间、总装车间等14个部门。依照工艺过程，各个部门负责不同阶段的工作。现在，由我们利用工艺过程图进行物流分析，进而完成电瓶叉车总厂的总体布置设计。FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例一（1）变速器的加工和组装变速器由箱体、轴类零件、齿轮类零件及其他杂件和标准件等组成。变速器的制作工艺过程分为零件制作——组装两个阶段。轴类及齿轮类零件经过备料、退火、粗加工、热处理、精加工等工序，箱体毛坯由协作厂制作，经机加工车间加工送变速器组装车间；杂件的制作经备料、机加工两个阶段。变速器成品重0.31t，其中标准件0.01t，箱体、齿轮、轴及杂件总重0.3t，加工过程金属利用率为60%，即毛坯总重0.50t，经退火处理的毛坯重量为0.20t，机加工中返回热处理车间再进行热处理的为0.1t，整个机加工中金属切除率为40%。图1变速器加工工艺过程（单位：t）13547废料0.20.31标准件原材料0.30.010.020.30.500.10.20(0.3)FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例（2）随车工具箱的加工随车工具箱共重0.1t，其中一部分经备料、退火、粗加工、热处理、精加工等工艺流程完成加工，而另一部分只进行简单的冲压加工即可。工艺过程图图2随车工具箱加工工艺过程（单位：t）159废料0.1原材料0.10.050.20.080.15(0.23)FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例（3）车体的加工车体为焊接件，经备料、焊接、喷漆完成加工。工艺过程图图3车体加工工艺过程（单位：t）12610废料0.400.81原材料0.011.20FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例（4）液压缸的加工液压缸经备料、退火、粗加工、热处理、精加工等工序完成加工。工艺过程图图4液压缸加工工艺过程（单位：t）154废料0.150.2原材料0.350.2FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例将上述机加工阶段、总装、试车、成品贮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。该图清楚地表明了叉车生产的全过程及各作业单位之间的物流情况。若计算全年物流量，需要乘上全年叉车总产量。工艺过程图13547废料0.20.31标准件原材料0.30.010.020.30.500.10.20(0.3)159废料0.1原材料0.10.050.20.080.15(0.23)12610废料0.400.81油漆原材料0.011.20154废料0.150.2原材料0.350.23原材料1.812原材料0.06811123.243.30.01FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例二根据工艺过程图得到从至表FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例统计各作业单位间的物流总量（正反两个方向），然后按照物流强度大小排序，根据物流强度等级比例划分表划分各作业单位对的物流强度等级。FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例作出电瓶叉车总装厂作业单位物流相关图（表）：从物流系统优化的角度讲，物流相关表中物流强度等级高的作业单位之间的距离应尽量缩小，即彼此相互接近，而物流强度等级低的作业单位之间的距离可以适当加大。原材料库存油料库外购件库机加工车间热处理车间焊接车间变速器车间UUIEEUUUUUUUUUOEUIUUU总装车间工具车间油漆车间试车车间成品库办公服务楼车库OEAUUUUUUUUUUUUAUUUUUUUUIEOUUUIUUOUUUEUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUEUUUUUU1234567891011121314UFP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例三当物流状况对企业生产有重大影响时，物流分析就是工厂布置的重要依据，但是当物流对生产影响不大或没有固定的物流时，工厂布置便不能依赖于物流分析，而应当考虑其他因素对各作业单位间相互关系的影响。作业单位非物流相互关系密切程度的典型影响因素有：①作业性质相似性；②使用相同的设备；③使用同一场所；④使用相同的文件档案；⑤使用相同的公用设施；⑥使用同一组人员；⑦工作联系频繁程度；⑧监督和管理方便；⑨噪声、振动、烟尘、危险品的影响；⑩服务的频繁和紧急程度。根据作业单位非物流相互关系等级划分表，划分作业单位相互关系等级，并做出作业单位非物流相关图。FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例原材料库存油料库外购件库机加工车间热处理车间焊接车间变速器车间总装车间工具车间油漆车间试车车间成品库办公服务楼车库1234567891011121314E4E4E4I3UA1UUE1I1UO2I2I3X5E3U4X5UUUUA1I2UUUI2UE1UUE6UUUUE1UUUUE1UX5UI1I2UX5UUUUI4I2UX5UUUUX5O2UX5UUI4O2I1UUE4O2UUO4I3UI2A1X5UI2UO4UO4E3I8FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例四在大多数企业中，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包括物流关系和非物流关系。因此，要将作业单位间的物流关系与非物流关系进行合并，求出合成的相系关系——综合相互关系，然后由综合相系关系出发，实现各作业单位的合理布置。（1）确定物流和非物流相互关系的相对重要性。一般来说，物流与非物流相互关系的相对重要性的比值m:n应在1:3~3:1之间。当小于1:3时，说明物流对生产的影响非常小，工厂布置时只考虑非物流的相互关系；当比值大于3时，说明物流占主导地位，工厂布置时只需考虑物流相互关系的影响。实际工作中，根据物流与非物流相互关系的相对重要性取m:n=3:1，2:1，1:1，1:2，1:3，我们把m:n称为加权值。作业单位综合相互关系FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例（2）量化物流强度等级和非物流的密切程度等级。对于物流与非物流相关图，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关表。（3）计算量化的所有作业单位之间的综合相互关系。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，量化的非物流相互关系密切程度等级为NRij，则作业单位Ai和Aj之间综合相互关系密切程度数量值为TRij=m×MRij+n×NRij。作业单位综合相互关系FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例作业单位综合相互关系（4）综合相互关系等级划分。TRij值是一个量值，需要经过等级划分，才能建立出与物流相关图类似的符号化的作业单位综合相互关系图。综合相互关系的等级划分为A、E、I、O、U、X，各级别TRij值逐渐递减，且各级别对应的作业单位对数应符合一定的比例。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。对某一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，即绝对不能相互靠近。FP&D6.4SLP求解：以电瓶叉车总装厂为例作业单位综合相互关系叉车总装厂中物流影响并不明显大于其他因素的影响，因此取权值m:n=1:1；得出综合关系数值后，按照等级比例表，当分值为7~8时