工厂布局设计

数字化企业工厂布局设计数字化企业本章主要内容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数字化企业设施设计信息系统设计布置设计物料搬运系统设计建筑设计公用工程设计设施规划与设计场（厂址）选择数字化企业引导案例12600多个零件12.6公里36700道工序367元数字化企业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。数字化企业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。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。数字化企业（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)安全原则数字化企业（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。数字化企业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仓库布置数字化企业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数字化企业图2汽车后桥加工生产线数字化企业图3汽车装配生产线数字化企业图4汽车焊接生产线数字化企业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。数字化企业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。数字化企业（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数字化企业图5钻削加工工段数字化企业图5车削加工工段数字化企业优点缺点①机器利用率高②设备和人员的柔性程度高，更改产品品种和数量方便③设备投资相对较少④操作人员作业多样化①物流量大②生产计划与控制较复杂③搬运距离长，有回流，生产周期长④库存量相对较大⑤员工技能要求高数字化企业（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固定式布置数字化企业固定式布置缺点：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。数字化企业（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。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。数字化企业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数字化企业表不同布置类型的特征布置形式生产时间产品原则布置在制品技术水平产品柔性机器利用率工人利用率单位产品成本维护性设备投资规模工艺原则布置成组原则布置固定式布置短低低低高高低难大长高高高中.低高高易小短低中.高中.高中.高高低中中中中混合高中中高－－数字化企业图8产品变化、产量和布置关系图产品数量产品原则布置成组原则布置工艺原则布置产品种类P数字化企业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。a)直线形b)L形c)U形d)环形e)S形f)S形图9基本流动模式数字化企业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。数字化企业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。数字化企业（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数字化企业图11单列直线流水线布置数字化企业图12双列直线流水线布置数字化企业2.流水线生产平衡（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。数字化企业为什么生产线平衡？232.82.54.512345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/件数字化企业装配线平衡（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）数字化企业确定工作周期时间CC=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。数字化企业（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。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。数字化企业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。数字化企业例题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123456789作业时间（s）502520302525121420紧前工序－1223.45667.8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数字化企业解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装配前后次序图数字化企业先后次序矩阵表。图13先后次序矩阵图延后-1领先+1无先后关系0数字化企业+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1+1123456789PWa123456789Ti502520302525121420000000000000022117111612696713234202）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位置权值矩阵数字化企业3）确定周期时间与最少工作站数周期时间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=(50＋25＋20＋30＋25＋25＋12＋14＋20)/78=2.83≈3故最少需3个工作站。数字化企业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K112223333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-∑Ti124356879－1223.45667.82211711261169671343220502530202525141220507530507525395171283482835339277数字化企业装配线效率=完成作业所需时间总和/（实际工作站总数*时间周期）数字化企业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方案评价与择优数字化企业原始资料：P、Q、R、S、T及作业单位1.物流分析2．作业单位相互关系3.相互关系图解9XZ4．所需面积5．可用面积6.面积相关图解7．修正因素8．实际条件限制方案X方案Z方案Y9．评价选出的最佳布置方案数字化企业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►时间安排T数字化企业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、从至表数字化企业标准件0.023145原材料0.50.30.20.010.10.20.30.370.31废料图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。数字化企业195原材料0.20.230.10.1废料0.150.080.05图16随车工具箱加工工艺过程（t）数字化企业21410标准件原材料0.010.40.811.2废料图17车