第二章--生产系统设施规划与布置

-19-第二章生产系统设施规划与布置作为企业进行正常生产活动的前提条件，生产系统设施规划与布置是指在选定企业厂址之后，对企业各生产单元、设备布局以及内部运输线路等进行统筹规划，从而制定出最有利于当前生产经营活动，并使得各项资源得到优化配置的一系列活动。生产系统设施规划与布置作为制造系统设计的重要组成部分,它和设备利用率、零部件生产/等待/周转时间以及生产线运营效率等都有密切关系。2.1生产系统设计要求生产系统设计是企业进行正常生产的一个前提条件，它是指对于厂址选择、生产部门布置、设备布置等的决策过程。生产系统的设计常常是针对一个新建的企业或是改扩建老厂时所进行的工作。对于一个新建立工厂的生产系统而言，首先应该分析该企业的外部环境，通过对诸如市场销售、原料供应、资金来源、交通条件等因素的综合考虑，确定出合理的厂址，然后对生产系统的组成及其相互关系进行分析，最终得到合理的布置方案；而对于老厂的扩建、改建等而言，生产系统的设计与分析也是起着极其重要的作用。随着产品品种的变化以及新技术的采用，老企业往往都需要不断进行技术改造来调整或扩建原有的生产线，从而改进原有的生产线布置。一旦生产系统设计不合理，会直接影响到企业的生产能力和经营水平。为了提高经济效益，各企业在生产中不仅需要各生产工序的加工时间衔接紧密，使得生产过程能够有节奏、协调生产，还应尽可能保证平行作业，这样才能大大缩短生产时间，提高整个工作效率。所以企业在设计生产系统时首先必须考虑到如何合理组织生产过程的问题，从而根据对该生产系统的组织结构及其产品的具体生产过程，就可衡量一个生产系统设计的可行性及其运行的有效性。一般而言，体现一个生产系统设计合理性的指标包括生产过程的连续性、比例性、节奏性、平行性及经济性等。1.连续性连续性是指在不同加工阶段、具有多个工序的产品的生产过程在时间上紧密衔接并一直保持连续生产。即产品在生产过程中始终处于运动状态，不发生或很少发生不必要的停顿和等待时间。连续性包括空间上的连续性和时间上的流畅性。其中，空间上的连续性要求生产过程的各个环节在空间布置上合理紧凑，尽可能缩短产品的加工时间。时间上的流畅性则要求产品在生产过程的各个环节始终处于连续流畅状态，没有或很少发生不必要停顿与等待的现象。生产过程的连续性和企业的布局设置、生产技术水平和管理组织工作有着密切的关系。如果企业的布局设计非常合理，而且在生产中采用了先进的科学技术来提高生产的机械化、自动化水平，加之对于产品的各个生产环节进行了合理组织，则该企业更容易实现生产过程的连续性。保持和提高生产过程的连续性，不仅能够有效缩短产品的生产周期，减少在制品数量，第二章生产系统设施规划与布置加速资金的周转，还有利于更好地利用设备和生产面积，减少产品加工过程中因停机等待可能产生的各种损失。2.比例性比例性又称为协调性，它是指为了适应产品的加工要求，产品加工时的各阶段、各工序之间在生产能力上保持适当的比例关系。即各个生产环节的工人人数、机器设备、生产面积的生产能力都必须互相协调、互相适应，使各个生产环节的工人人数、设备数量和生产效率等不会发生脱节和比例失调的现象。要保持生产过程的比例性，就要求企业在设计生产系统时，必须限定各生产环节的合理生产能力，并在日常生产中加强企业的生产计划调度，从而保证生产能力的综合平衡。同时对于生产中的薄弱环节需要及时采取有效措施加以修正。只有这样，才能使各生产环节保持必要的比例关系。生产过程的比例性原则是保证企业生产顺利进行、合理组织生产过程的前提，它是企业实现连续生产的基础。实现生产过程的比例性，有利于企业充分利用现有各项资源，提高工时利用率，减少产品在生产过程中的停顿、等待时间，还能够有效提高劳动生产率，既能提高各产品的产量，还可降低产品的生产成本。3.节奏性节奏性又称为均衡性，它是指产品从开始被加工到最后完工的各工艺阶段，通过合理计划使得生产过程保持有节奏地均衡进行。在生产过程中节奏性表现为在各个工艺阶段的相等时间间隔内，生产的产品数量大致相等或呈递增的趋势。产品的生产过程能够有节奏地进行，就是要实现不同工艺阶段的资源负荷应该保持相对稳定，不会出现前松后紧或前紧后松的现象。这就为生产过程的组织管理水平提出了更高的要求，在具体实施中需要企业的各个生产、管理部门之间互相协调一致，根据生产计划的安排，合理组织好各个生产环节的工作。实现生产的节奏性，可以保证生产能力的有效利用，避免了现有资源的浪费及因生产导致的资金积压。4.平行性平行性是指产品在生产过程的各工艺阶段、各工序实行平行交叉作业。其中，平行作业是指相同的在制品同时在数台相同的设备上进行加工；交叉作业是指一批在制品在上道工序还未加工完时，将已完成的部分在制品转到下道工序加工。保持平行性的前提是要求各生产过程之间在生产能力上维持一定的比例关系。无论是对于一个生产环节的基本生产环节或是辅助生产环节，还是对于产品的各道生产工序、工艺阶段，平行性只有在产能平衡的条件下才能得以实现。实现生产过程的平行性，从时间上缩短了产品的生产过程，通过平行交叉作业来合理组织生产，减少了工时的浪费和损失，使得产品的生产周期大大缩短，并保证了生产过程在时间上的紧密衔接。5.适应性生产运作与管理-21-适应性又称为柔性，它是指产品的生产过程能够适应市场的变化，及时调整生产方式或生产能力来不断满足社会的需求。为了保证生产过程具有适应性，从而体现出产品加工过程中所具有的灵活性、可变性和可调节性，那么在生产系统设计中不仅需要满足不同产品的加工需求，而且应尽量以最少的资源、用最短的时间从一种产品的生产切换为另一种产品的生产，从而适应市场多样化、个性化的要求。实现生产过程的适应性，有利于企业更加灵活地适应市场的变化，更大限度地满足市场的需求，从而得以在激烈的市场竞争中维持正常的生产秩序。6.经济性经济性是根据企业的生产管理目标所提出的生产系统设计要求，它是指在生产过程中以追求企业经济效益最大化为目的，利用最少的生产费用并占用最少的资金来进行产品的加工。针对新产品生产的需求，在对原有生产系统进行重建、补充时应尽量节省投资费用。而为了保证生产过程的经济性，在产品生产过程中还要节约产品的各项生产成本，减少资源浪费，有效利用资金。实现生产过程的经济性，可从产品的加工、运输、销售等各个环节来减少产品成本，对各项资源进行统筹安排，最终为提高企业的经济效益提供了物质保障。2.2生产系统的空间设计2.2.1车间布置设计车间布置是按照一定的布置原则，来确定车间内部各组成部分及设备间的相互位置，使它们能够组成一个有机整体，实现车间的具体功能和任务。根据布置对象的不同，可将车间布置分为车间总体布置和车间设备布置两部分。其中，车间总体布置是对企业各个组成部分进行总体安排，来确定各部分的位置。在车间各个组成部分中，如何来选定车间内各设备的具体位置就是对车间进行设备布置。下面分别介绍车间布置原则和常见的车间布置方法。1.车间布置原则车间布置应遵循的原则有：均衡性原则、灵活性原则、流畅性原则、高效性原则、安全性原则等。1)均衡性原则车间布置应尽可能符合生产过程的需要，合理规划车间内组成部分和设备的位置，使加工路线最短，设备、人力负荷均衡。2)灵活性原则车间布置要考虑到及时适应产品需求的变化，还应满足工艺和设备的更新及扩大生产能力的需要。3)流畅性原则车间布置应充分结合生产类型及设备特点，使得产品加工流程顺畅，避免工序间的往返第二章生产系统设施规划与布置交叉流动。4)高效性原则车间布置要因地制宜地排列设备，既要保证车间的空间利用率尽可能最大，又要提高设备、设施等的综合利用率，实现高效生产。5)安全性原则车间布置要方便工人安全生产，要留有足够的空间供工人工作、活动等，为职工提供方便、安全的工作环境，满足劳动法、环境保护法等规章要求，为企业能够正常生产经营奠定基础。2.车间布置方法常用的车间布置方法包括作业相关图法、从至表法、物料流向图法等。根据布置形式的不同，企业可采用相应的布置方法。1)作业相关图法当某些定性因素对车间布置决策起着决定性作用时，一般应采用作业相关图法进行布置。该方法是穆德所提出，根据企业各组成部分之间相互联系的紧密程度来对车间进行布置。该方法的主要步骤由三个步骤组成：(1)首先将各部门关系的紧密程度分为Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｏ、Ｕ、Ｘ六个等级，各等级的含义如表2-1所示。表2-1关系密切程度等级表代号密切程度A绝对重要E特别重要I重要O一般U不重要X不予考虑(2)然后列出如表2-2所示的各等级所对应的关系密切原因及其代号。表2-2关系密切程度原因表代号密切程度的原因代号密切程度1使用共同原始记录6工作流程连续2共用人员7做类似工作3共用场地8共用设备4人员接触频繁9其他5文件交换频繁10不安全或令人不愉快(3)根据表2-1和表2-2提供的资料，得到各待布置部门间的关系。接着，按照关系越密切越应靠近布置的原则，通过构造关系树或计算关系密切程度积分，结合所布置部门的实际面积，最终制定出合理的车间布置方案。例2-1.某工厂欲将其下属的九个部门布置在一个矩形区域内，已知各部门间的关系密切程度如图2-1所示，经布置后他们各自的面积如表2-3所示，请制定出合理的布置方案。解：首先，从A关系出现最多的部门—原料库开始，根据图2-1构造该部门的A关系树，如图2-2所示；然后，画出所有部门的A关系树，如图2-3所示；接着，画出所有部门的X关系树，如图2-4所示；随后可根据所得关系树用实验法布置所有部门，绘制出如图2-5所示的初始生产运作与管理-23-布置方案。根据表2-3中各部门的实际面积，对方案加以调整，得到如图2-6所示的最终布置方案。表2-3各部门的面积编号名称面积编号名称面积1办公楼356宿舍区802生产车间1207工具库753组装车间458原料库454维修车间409成品库455食堂38图2-1各部门间的联系表第二章生产系统设施规划与布置2)从至表法从至表法是一种常用的车间布置方法，它通过一种矩阵式图表的形式来记录车间各部门间或车间内各设备间的物料运输情况，以车间或设备之间物料的搬运量为基础进行车间布置。因其表达清晰、阅读方便，所以得到广泛应用。从至表法进行车间布置的依据是从至表，根据其所含数据的意义不同，从至表被分为三类：表中数据表示从出发部门至到达部门次数的称为运输次数从至表；表中数据表示从出发部门至到达部门距离的称为距离从至表；表中数据表示从出发部门至到达部门运输成本的叫做运输成本从至表。借助所得到的从至表，利用从至表法就可进行车间各组成部分和车间内设备的布置，其具体布置过程可由三个步骤组成：(1)根据初始布置方案编制从至表。表中数据距离对角线的格数表示两工作地间的距离单位数，因而，越靠近对角线的方格，两工作地间距离越小。(2)计算总的运输成本从至表，求得各部门(或设备)间的紧密相邻关系。(3)改进从至表，求最佳部门布置方案。其中，最佳布置方案所满足的条件是：从至次数最多的两个部门(或设备)，应该尽可能的靠近。例2-2.某工厂欲对其下属的六个部门(或车间内六台设备)重新布置，已知原始布置方案如图2-7所示，各部门(或设备)间每月的运输次数、运输成本分别表2-4、表2-5所示，请制定出合理的布置方案。解：首先计算部门(或设备)每月的运输成本，计算公式为：1ijijCnc其中，1C为所求的每月运输成本，ijn表示第i个部门(或设备)向第j个部门(或设备)每月运输的次数，ijc表示第i个部门(或设备)向第j个部门(或设备)运输的单位成本。计算图2-6最终布置方案办公楼1生产车间2成品库9组装车间3维修车间4原料库8工具库7食堂5宿舍区6生产运作与管理-25-结果如表2-6所示。然后计算部门(或设备)间每月总的的运输成本，计算公式为2ijijijCnc其中，2C表示所求的各部门(或设备)每月总的运输成本，计算结果如表2-7所示。根据表2-7中所列的各部门(或设备)每月总运输成本，对其按照从大到小的次序进行排列后，选取排在前五位的排序结果如表2-8所示。表2-8相邻部门间联系表编