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第5章 生产和服务设施布置 chapter 5 facility layout 第一节概述 一、概念：在给定的空间范围内，为生产运 作系统内部各个生产作业单位和辅助设施及 车间内部生产设备安排合适的位置，使系统 运行有效、安全与经济。 二、布置的重要性： 它们需要投入大量的资金和精力 它们具有长期性，改起来不太容易； 它们对短期运作的费用和效率有很大影响 。 三、布置再设计最常见的原因： 1 无效率的运作（例如，高成本，瓶颈）:工厂布局 2 意外事故； 3 产品或服务设计上的改变； 4 引入新产品或服务； 5 产量或产出构成上的改变； 6 方法或设备的改变； 7 环境或其他法律要求的改变； 8. 情绪问题 四、设施布置的基本问题： 1.应包括哪些经济活动单元？ 2.每个单元需要多大空间？ 3.每个单元空间的形状如何？ 4.每个单元在设施范围内的位置？ 第2节 厂区/车间布置 一、厂区布置：即对构成企业的生产单位作平面或 立面布置,是在选定厂址、确定生产单位构成之 后进行的一项重要的生产空间组织工作 1、目标 最短的运输路线 最大的灵活性 最有效的面积利用 最良好的工作环境 最合理的发展余地 2、影响因素 生产类型和生产规模 地形地貌、地质条件 生产单位的构成数量与规模 外部环境条件，如公路、铁路、河 流等 企业远景发展 环保等 影响因素 是什么? 3、方法 物料运量图法 作业相关图法: 计算机平面布置规划法 模型法： 步骤: 1根据原材料、在制品在生产过程中的流 向，初步布置各个生产车间和生产服务单 位的相对位置，给出初步物流图。 2统计车间之间的物料流量，制定物料运 量表。 3按运量大小进行初试布置，将车间之间 运输量大的安排在相邻位置，并考虑其它 因素进行改进和调整。 物料运量图法 01 02 0304 05 7 6+4=10 5+6=11 2+2=4 2+2=4 2 2 1 1 物料运量图法 0102030405 765 2 2 6 4 4 2 1 2 1 物料运量图法 0102 03 0405 7 6 5 2 2 6 4 4 2 12 符号密切程度 a e i o u x 绝对重要 特别重要 重要 一般 不重要 不予考虑 2）作业相关法 作业相关法 其它 9 共用设备 8 做类似的工作 7 工作流程连续 6 文件交换频繁 5 人员接触频繁 4 共用场地 3 共用人员 2 使用共同的原始记录 1 代号 关系密切原因 作业相关法：快餐店布置 部门6 a部门5 ao部门4 xax部门3 aiue部门2 ouxaa部门1 部门6部门5部门4部门3部门2部门1 绝对重要 a： 1-2 1-3 3-5 2-6 4-6 5-6 最多a的是 6 不予考虑 x： 1-4 3-6 3-4 最多x的是3、4 作业相关法：快餐店布置 6 4 5 2 1 3 部门1 部门2 部门6 部门5部门3部门4 二、车间布置： 生产车间通常由生产、辅助、 仓库、通道、管理、服务等部分组 成，其中生产部分又要根据生产过 程的要求，安排若干设备与工作地 。 即要按一定的原则，正确确定 车间内部各组成单位（如工段、班 组）以及工作地、设备之间的相互 位置。 要求： 1）设备和工作地的布置应尽可能符合生 产过程的流向和工艺顺序，使加工路线 最短，便于物料运输，避免物流上的迂 回，曲折或倒流； 2）充分、合理地利用车间面积； 3）便于工人作业，留有足够面积供工人 走动、操作、放置工具物品，物流运送 与走行通道分开，工作环境符合采光、 照明、卫生、防污染等要求。 车间布置类型： 按对象布置（product layout)：产品 原则布置。 按工艺布置（process layout)：机群 式布置 固定式布置 (fixed position layout) 混合布置 典型的布置形式 m1 m2 m3 m4 线切割 钻 车铣 焊接磨油漆 入 口 铣 出 口 产品原则布置 工艺专业化原则布置： 按工艺原则布置车间是将同类生产设备集 中布置在一起，组成一个工作中心，对产 品进行相同工艺的加工，适用于多品种中 小批量生产。不同的产品要求选择不同的 工艺路线，进度安排以及运输路线。为了 提高效率，这类布置的重点是确定设备和 工作地的相对位置，使运输距离最短、运 输费用最小、时间最少。厂区布置方法也 适用于这类车间布置。 典型的布置形式 工艺专业化 切割 钻 铣 磨 典型的布置形式 切割 铣铣铣 磨 钻钻 切割 固定布置：特点是加工对象保持不动， 而工人、设备和物料却围绕着加工对象 移动，完成生产过程，适用于特大笨重 或受其他一些因素影响不同或不便移动 的产品，如飞机制造、造船或大楼、大 坝等大型建设项目。定位布置要求工人 、设备、物料随生产过程的需要到达待 加工的产品处，所以设计要重点考虑它 们运送路线、方式与时间的控制，不能 堵塞工地。 典型的布置形式 固定布置 典型的布置形式 产品 机器 机器人员 人员 人员 机器 机器 混合布置： 许多情况下混合使用以上三种布置 方式。通过混合布置的方式可以设计一 个既富于柔性又高效低成本的生产系统 ，比较典型的例子是成组生产单元与柔 性制造单元。成组生产单元由于采用了 成组技术,可以按零件族组织生产线,使 之具备产品原则布置的缩影。柔性制造 单元采用计算机控制零件在机器之间的 输送与加工，实现了高度自动化，可以 在小批量生产条件下享有产品原则布置 所具有的一些好处。 成组单元 典型的布置形式 原 材 料 线切割 钻磨 铣 车铣 焊接磨油漆 成 品 3、布置方法 从至表试验法 重心法 线形规划方法 计算机辅助布置 选择典型零件，制定典型零件的工艺路线， 确定所用设备 制定设备布置的初始方案，统计设备之间的 移动距离 确定出零件在设备之间的移动次数和单位运 量成本 用实验法确定最满意的布置方案 1）从至表试验法 例.设有6个部门，分配到厂区6个地块。由于技术 上的原因，单位6必须设在a区。 6个部门每天的搬运物料重量（吨）见表。 从/至 1 2 3 4 5 6 1 180 50 46 22 36 2 70 16 10 20 32 3 74 4 2 0 14 4 82 24 2 8 0 5 28 32 0 18 6 6 64 76 26 4 4 1由上表可求得各生产单位间搬运物料重量 的两两相应关系，如下表。 部门 总重量 排序 部门 总重量 排序 1-2 250 1 1-3 124 3 1-4 128 2 1-5 50 7 1-6 100 5 2-3 20 11 2-4 34 9 2-5 52 6 2-6 108 4 3-4 4 13 3-5 0 15 3-6 40 8 4-5 26 10 4-6 4 14 5-6 10 12 2将物料搬运量最大的生产单位靠近布置，即 从部门1-2邻近布置开始，依次考虑各单位的相 对位置。由于技术上的原因，单位6必须设在a 区，则可得各生产单位布置如下图。 a 部门6 b 部门2 c 部门5 d 部门3 e 部门1 f 部门4 由于已知各地块间的距离，可求出各生产单位物料 搬运总工作量（吨公里）。若已知搬运费用率，即 可求得搬运总费用。 第3节、装配线平衡 装配线是流水生产组织应用最为广泛 的一种。 在装配线上装配产品，分为很多道工 序，各工序的装配时间各不相等，有 些工序之间存在前后顺序关系，而有 些工序则没有先后顺序。 如果直接按每道工序设置工作地，则会有下列 问题： 工作地空闲多，浪费时间资源； 工作地忙闲不均； 浪费了人力资源。 因此通常将整个作业分配给几个工作地，每一 工作地由一个或两个工人操作,决定如何将作业 分配到工作地的这一过程被称为生产线（或装 配线）平衡。 按工序的先后顺序，合理分配工作地 使每个工作地的时间尽量接近节拍，并 使工作地数目最少 使各工作地之间负荷均匀，空闲时间要 少 计算装配线平衡状态的评价指标：流水 线时间损失率和平滑指数 装配线平衡的任务 ： 装配线平衡的方法：以适当的方式将装配线上 若干个相邻工序合并成一个工作地，并使这些 工作地的作业时间接近或等于装配线的节拍。 具体步骤: 1）确定装配流水线的节拍： 装配线平衡的主要决定因素是生产 线的节拍。 节拍：节拍： 流水线上连续出产两个相同制流水线上连续出产两个相同制 品的间隔时间。品的间隔时间。 它是反映流水线的生产速度和生它是反映流水线的生产速度和生 产率的重要参数。产率的重要参数。 r= fer= fe n = fn = f 0 0 n n 其中：其中： r r 流水流水线线的平均的平均节节拍（分拍（分/ /件）件） fefe计划期有效工作时间（分）计划期有效工作时间（分） nn计划期预计出产的合格产品产量（件）计划期预计出产的合格产品产量（件） f f0 0 计划期制度工作时间（分）计划期制度工作时间（分） 时间有效利用系数（时间有效利用系数（0.9-0.960.9-0.96） 若考虑到废品率若考虑到废品率p p的影响，实际投料的产品产量的影响，实际投料的产品产量n n 为：为： n n = n = n (1-p) r= fe(1-p) r= fe n n 例：某流水线设计日产量为例：某流水线设计日产量为10001000件，每日制度工时为件，每日制度工时为 8 8小小时时，其中上午和下午各用，其中上午和下午各用2020分分钟检钟检 修修设备设备 ，废废品品 率为率为5%5%，试计算流水线的节拍。，试计算流水线的节拍。 解：解： n=1000n=1000，p=5%, p=5%, n n =1000/(1-0.05)=1053 =1000/(1-0.05)=1053 fe=8 fe=8 60-2 60-2 20=440 20=440 r= fer= fe n n =440/1053=0.418 =440/1053=0.418（分分/ /件）件） 某流水线计划日产量为150件， 采用两班制生产，每班规定有 21分钟的停歇时间，计划不合 格品率为2%，计算该流水线的 节拍。 2）计算最小工作地数：smin smin=ti/r smin 最小工作地数 ti 工序i的工作时间 r 装配线节拍 向数值大的方向取整数 例:节拍：5分/件 ti = 2+3+1.5+2.8+3+1=13.3 smin = 13.3/5=2.66=3 2 3 1.5 1 3 5 2.8 3 1 2 4 6 3）组织工作地数 确定工序优先顺序图,保证各个工序之间 的先后顺序 每个工作地分配到的小工序作业时间之 和(tei)，不能大于节拍,应尽量接近或等 于节拍(teir) 应使工作地数目尽量少 装配线平衡的方法（续）： 分配步骤： （1）绘作业先后顺序图 （2）从工作地1开始，按作业先后图从左到右给 工作地分配作业； （3）每当一个作业分配后，计算出该工作地的剩 余时间； （4）若出现两个作业情况都一样，可用下列方法 之一解决： a分配加工时间最长的作业； b分配后续作业数最多的作业，如果还一样，任选 。 工作地 1 2 3 工序组合 1,2-4,6-3,5 工时 4.8 4 4.5 装配线平衡的方法（续）： 5）计算评价指标 装配线平衡的方法（续）： 流水线时间损失率： l = （35-13.3)/35=0.113 l 装配线时间损失率 tei 第i个工作地的综合时间 装配线平衡的方法（续）： 流水线平滑指数： temax =4.8 si = sqrt(4.8-4.8)2+(4.8-4)2+(4.8-4.5)2 = 0.854 si 装配线平滑指数 temax 工作地中工时最大者： maxtei si 用于衡量装配线负荷的均衡度 p145. 例6.6 10 18 10 15 17 18 11 15 18 12 10 18 10 15 17 9 18 12 2 3 4 5 6 13 14 15 16 17 7 8 9 10 11 19 20 1821121 0 0 0 例：假定一天工作8小时，一天要达到产量为400个 单位。利用下列资料进行装配线平衡。 作业 紧后作业 作业时间/分 a b 0.2 b e 0.2 c d 0.8 d f 0.6 e f 0.3 f g 1.0 g h 0.4 h 结束 0.3 总计:3.8 第一步,计算节拍.r=8*60/400=1.2分钟/单位 第二步,计算最少工作地数. smin=ti/r=3.8/1.2=3.17=4 第三步画作业先后顺序图,从最初活动开始,由 于表中紧后作业列中没有作业a和c,因此它们没 有紧前作业.我们从这两个作业开始. a b e c d f g h 第四步分配作业到每一工作地. 工作地 剩余时间 够资格分配 分配作业 工作地 的作业 闲置时间 1 1.2 a,c c(0.8) 0.4 a a(0.2) 0.2 b b(0.2) 0 2 1.2 e,d d(0.6) 0.6 e e(0.3) 0.3 无 - 0.3 3 1.2 f f(1.0) 0.2 无 - 0.2 4 1.2 g g(0.4) 0.8 h h(0.3) 0.5 无 - 0.5 1.0 闲置时间百分比=闲置时 间/工作地数*节拍 =1/4*1.2=1/4.8*100%=2 0.8% 生产线效率=100%- 20.8%=79.2% 注意：对此分配方案可作改进，将作业b放到 工作地2，则工作地1的闲置时间为0.2，工作 地2的闲置时间为0.1。即这种分配方案是可 行的，但不一定是最佳的。它是装配线大致 平衡的方法，而且在现实中，进行生产线平 衡通常还要考虑其他因素，如技术方面的因 素，人力因素，只要作业有人参与，作业完 成时间将是个变数，工人疲劳或缺席，都会 影响到生产线平衡。因此实际工作中很少涉 及到人力作业的装配线完全平衡,对于有闲置 时间的工作地，可由速度上不去的新工人操 作。 其他方法：企业还可采用其他方法，确保 生产线平衡： 1平行工作地，这有利于解决影响产品在生 产线上流动的瓶颈作业问题。造成瓶颈的 原因可能是有些作业的加工难度大或所需 要的时间长。 2交叉布置工人：当瓶颈出现时，闲着的工 人可帮助忙着的工人，叫动态生产线平衡 。 1分钟 1分钟 30单位/小时 1分钟 1分钟 2分钟 1分钟 1分钟 2分钟 2分钟 30单位/小时 30单位/小时 30单位/小时 30单位/小时 30单位/小时 30单位/小时 60单位/小时 60单位/小时 例如：一份工作包含四个工作地，如图所示： 第四节 非制造系统的设施布置 一、服务业布置：服务企业与顾 客直接接触多,其设施的装修与 布局更具特色。例如，除了考虑 土地资源的约束外，要更多地考 虑到适应服务需求数量和质量变 化的柔性，影响顾客消费心理的 美学因素，以及对社会与环境影 响的因素。 服务设施的布置分成以下几种类型： 1产品线布置。有些标准的服务可以分 解为一系列每个顾客都必须经历的固定操 作程序。如办理汽车驾照，好比产品在生 产线上组装一样。这些服务可以按生产线 平衡的方式，在服务人员之间分配任务， 使每个步骤的服务耗费近似相等的时间， 如果出现瓶颈，可通过增加服务员、任务 重组、添置设备等方式使之趋于平衡。 以机场服务中旅客入境转机为例，每位旅客都 必须经历以下程序：下飞机、入境登记、认领 行李、通过海关、行李检查、国内航班登机， 每道程序所需时间见表： 活动 平均时间/秒 1下飞机 30 2入境登记 25 3认领行李 60 4通过海关 35 5行李检查 28 6国内航班登机 22 按生产线平衡的方式，画出服务流程图如下： 3 60 60 由图可见生产线不平衡，瓶颈为认领行李。为消 除瓶颈，将行李面积加倍，入境登记与海关区域 组合在一起，便可得到新的流程图。小时流量增 加到120人。 2 144 25 1 120 30 入口 4 103 35 5 128 28 6 164 60 2过程布置：在过程布置方式中，执行相似 任务或承担相同责任的人分成一组，类似于 制造业中的工艺原则布置，其优点是是便于 接受顾客的定制，为用户提供个性化服务， 当然这对服务人员的技能要求也高了。从服 务提供者的角度看，由于顾客需求不同，提 供服务呈间歇式，每个部门者要设有顾客等 待的区域，以应付顾客流的忙闲不均。过程 布置考虑的主要问题让顾客行走的距离最短 ，或者相反，有时可能有意识地引导顾客去 浏览某些区域。 3定位布置：当被服务对象不便移动时，可以按定位 布置方式安排服务设施，如住院部治疗的重病人，此 时要考虑如何便于将医疗设备和材料送达病床。 4定向布置：服务设施为便于顾客利用，需要有适当 的标志为顾客定向。定向有两种：地点定向与功能定 向。地点定向告诉顾客当前所在的位置，以及如何能 到达他想去的地点；功能定向告诉顾客某个组织的功 能及其工作程序，帮助他判断下一步该做什么。 5混合布置：服务设施采用混合布置的情况也很多， 如超市的商品采用过程布置，但在仓库，常使用传送 带作业；医院住院部病人采用定位布置，但其他科室 的布置采取过程布置。 二、仓库布置:使得总搬运量最小，原则是某一货区物品 搬运次数最多，应将其放在仓库门口，以便最终降低搬 运成