[管理学]运作管理学生课件第七章设施布置.doc

第七章 设施布置1第一节、设施布置的基本问题4一、设施布置的基本目的4二、设施布置的基本矛盾4三、设施布置的基本问题51、各个生产作业单位的位置布置52、各个生产作业单位的面积53、各个生产作业单位内的设备排列54、辅助设施布置6第二节、生产作业单位的布置6一、厂区平面布置的程序71收集资料72拟定布置方案83方案评价84方案的实施8二、厂区布置的方法91、物料运量图法92、计算机辅助布置方法123、作业相关图法134、模型布置法175、综合法17第三节、生产作业单位内的设施布置17一、工艺专业化布置方式19(一)确定各工作单元大小19(二)确定各工作单元位置19二、产品专业化布置方式22三、混合布置方式29四、固定式布置29五、制造单元布置方式301、制造单元布置的原因302、制造单元布置的形式313、制造单元布置的适用性33第四节 服务业的设施布置33一、零售业的布置33二、仓库的布置34例:家电用品仓库的布置34高架立体仓库35三、办公室布置37第七章 设施布置当产品设计、工艺设计和设施选址问题解决之后，生产什么、怎样生产、在哪生产的问题就已明确，在这一过程中确定了生产所涉及的原材料、设备、工艺路线、自制外购决策、厂址条件等。至此，设施内部的生产作业单位组成和生产作业单位内部采用的专业化生产形式及所需设备都得到确定。在此前提下，下一步的任务就是在设施内部合理地布置各生产作业单位、在生产作业单位内部合理地布置设备，以尽可能地满足诸如生产系统的经济性、柔性、服务的及时性等生产运作战略目标。具体地说设施布置是指合理安排生产运作设施内部各个生产作业单位和辅助单位的相对位置与面积，以及在一个给定的生产作业单位内，对各种设备进行位置与面积安排。生产运作设施可以是一个制造企业、医院、学校或超级市场；生产作业单位可以是车间、科室等；设备可以是需要占据空间的任何实体，如机器、办公桌、柜台等等。通过对不同生产运作系统的生产过程特殊性研究，找出合理的设施布置方法，以降低生产成本、缩短生产周期、提高系统生产效率或柔性等，以使生产运作过程在较佳条件下进行。 作业布局为匹兹堡国际机场航线提供了竞争优势正如作业技术能够为工厂、商店、医院的作业布局提供帮助一样，这些技术也能有助于机场作业布局的设计。作业布局的重要标准包括拥挤程度、距离以及延误的可能性。这些标准已经成功地运用于匹兹堡新机场。 匹兹堡新机场的布局必然为乘客提供了方便，成本、可扩建性以及传统的生产作业操作效率的标准也得到了满足。为了给乘客提供方便，设计者独具匠心地将候机楼设计成X形状，该候机楼包括一个中心购物商厦，各种不同的自动扶梯和一个耗资3，400万美元的行李运送系统。这种X形状设计明显地影响着乘客和飞机的运动。 自动扶梯，移动人行道，“短程穿梭火车”在大约11分钟内将乘客送达75个登机门中的任何一个。这种X形状的候机楼就作业效率而言也是非常出色的，精心的模拟在设计的早期阶段用以评价航空活动及其对飞机跑道、出租车道和登机门的影响。这种设计为喷气机登机门提供了双重的停机坪跑道，使得飞机在所有位置的起飞和降落变得高效有序。此外，附加的双向出租车道往返于现有的飞机跑道。所有的这些设计减少了飞机的延误并使得起飞更加迅速，效率的提高意味着那些使用匹兹堡机场的航线每年能够节约1，500万美元的运行费用。匹兹堡机场通过运用生产作业技术为效率设立了一个新标准。 2P207设施布置是生产系统设计的综合阶段，同以往的系统研究一样，系统的优化并不是系统中各个分系统各自优化的简单组合。为了避免得到次优化的设施布置方案，需要在系统主要效果函数优化的基础上综合评价系统的各个因素，并对系统的发展变化做出长期的考虑，由此得出设施布置的综合优化方案。对于解决一个较大系统中各个组成部分的局部最优化问题，我们已经有了各种原则、规则以及经验指导，它们己被证明是行之有效的。例如，排队论可以为生产辅助与服务部门(如工具车间、维修车间)工作能力的优化设计提供理论基础；人体的工程数据可用以进行工作场所的最优化设计；而工程经济学的有关原理则有助于选择最经济的设计和工艺方案、运输系统等。我们可以通过局部优化后再进行综合调整，得到设施布置的总体方案。具体对于一个制造企业，设施布置包括厂区布置和车间布置两部分，其主要工作内容是：对外部条件、生产工艺和物流进行分析，划分各生产车间、辅助车间、动力车间和仓库等区段，并分配所需面积。确定物流和人流的路线和出入口，选择物料搬运的方法和设备。对各区段建筑物、建筑物内设备、管线、材料、在制品存放场地、运输线路等进行平面定位和竖向布置，并绘制出布置图。根据劳动卫生和生产安全要求，配置各种环境保护和绿化美化设施。如机械工厂由若干生产车间(如铸造、锻造、备料、冲压焊接、机械加工热处理、装配等)、辅助车间(如工具、机修等)、动力设施(如锅炉房、煤气站、压缩空气站等)和科研测试、库房、堆料场、行政福利等设施组成。第一节、设施布置的基本问题设施布置和家居布置问题类似，房屋在设计建造时就要考虑居室的合理结构，厅、卧室、厨房、卫生间、阳台、走廊的相对位置与面积。当居室结构确定之后，各房间的家具和用具还要有一个合理的安置。如果居室结构不合理，进行改造几乎不可能；如果家具和用具位置安置不合理，改变起来也比较困难。在一个居室结构或家具安置不合理的空间里生活是不可能舒适和便利的。企业设施布置时如果各车间相对位置不合理或车间内设备安置的不合理，也会对生产运作造成很大不便，其结果是成本上升、工作效率下降、工作条件不佳、生产组织困难等种种弊端的存在，且这种存在是长期的和难以改变的。一、设施布置的基本目的设施布置的基本目的往往是多项目标的权衡，如生产的经济性和生产柔性的权衡、目前布置方案和将来生产能力扩大后的方案的权衡。设施布置具体考虑以下几方面：1. 应满足工艺流程设计的要求,并有助于最大限度的提高生产率,尽量减少物料的迂回、停顿和搬运。2. 保持生产系统的灵活性,具有适应变化和满足未来需求的能力。3. 有效地利用人力和占地面积。4. 有利于员工的生产安全和健康，有助于提高士气，便于员工相互沟通。5. 为良好的设施管理和维护保养提供方便。二、设施布置的基本矛盾设施布置的基本矛盾在于生产系统的固定性和市场需求的灵活性。对于一个特定的生产系统来说，其生产作业单位及生产作业单位内部的设备的大小、形状和相对位置基本是固定的，一旦建成或安装就位往往不易改变。但用户的要求和社会经济和技术的发展却使得产品需求在品种、产量上不断变化，在生产技术、工艺上不断进步。这就产生了生产系统的固定性和市场需求灵活性的矛盾，为解决这一矛盾，需要在生产系统建立时就考虑设施布置问题，以在满足市场需求灵活性的基础上实现设施布置的基本目的。三、设施布置的基本问题1、 各个生产作业单位的位置布置设施内各个生产作业单位的位置是由产品生产过程形成的物流、人流、能源流、信息流决定的。对于制造企业，生产作业单位的位置决定了整个设施系统物料搬运路线是否合理，是否节省运费与时间，以及通讯联络是否便利。生产作业单位的位置也受外部设施的影响及生产作业单位本身性质的影响。例如，将有出入口的作业单位设置于靠近路旁，将精加工车间远离锻造、冲压等产生震动的生产车间。由于制造企业内的物流比照人流、能源流、信息流造成的企业经常性成本比重最大，因此它是决定各个生产作业单位位置布置的主要因素。在一个制造企业中，从原材料投入直至产品产出的整个生产周期中，物料大约只有5-15左右的时间是处在加工工位上，其余都处在搬运过程中或库存中，搬运成本可达总生产成本的2550，一个好的设施布置，可使物流成本大为减少。制造企业内各个生产作业单位的位置布置主要考虑： 生产流程合理衔接，物料搬运线路流畅短捷； 生产车间、辅助车间、生活建筑和其他设施的组合与配置，便于生产管理，便于职工的劳动和休息； 在合理布置的基础上尽量节约用地和减少土石方工程量； 符合建设规划和发展要求； 符合环境保护、卫生、绿化、抗震、防火、安全等国家规范； 空间布置能表现良好的建筑艺术格局。生产作业单位布置应有利于缩短建设周期，节约建设投资，提高生产效率，降低生产费用，提高产品质量，从而取得最大限度的经济效果。2、各个生产作业单位的面积生产作业单位的面积大小的确定也是一个需要综合考虑的问题。生产作业单位的面积太小，可能会影响到工作环境，如温度、噪音水平、工作人员的活动、生产的安全性等，还会影响到设备维修，在制品的存放；生产作业单位的面积太大，会使设施的初始投资增加，运输距离变长，并使工作人员之间相互隔离，不能有所交流。决定生产作业单位的面积大小还要考虑企业的长远发展。企业在初期生产作业单位的面积确定时，应该考虑为将来扩大生产能力需购进的设备预留出适当的空间。这样，在对原有的生产能力进行扩充时，就不必再重新进行设备布置，只需把新添设备放置到原有系统中去就行了。预留空间使得生产作业单位的面积增大，是否为将来需购进的设备预留空间，需要在目前预留空间的成本及维持到需用时的费用与将来扩建的费用、平面重新布置费用及若所增空间并不是与已有系统有机地结合，将需支付物料运输成本这一额外费用和可能造成的生产效率下降加以综合比较。3、各个生产作业单位内的设备排列每个生产作业单位的空间大小、形状及设备如何排列实际上是相互关联的。例如：一个生产作业单位应包含几台机器，这几台机器应如何排列，因而占用多大空间。传统车间内设备布置方式是采用“机群式”布置方式，即把功能相同的机器设备集中布置在一起，如车床群、铣床群、磨床群、钻床群等。这种设备布置方式的最大缺陷是，在制品的流经路线长、流动速度慢、在制品存量多、用人多，而且不便于小批量运输。丰田公司改变了这种传统的设备布置方式，采用了“U”型单元式布置方式，即按零件的加工工艺要求，把功能不同的机器设备集中布置在一起组成一个一个小的加工单元。这种设备布置方式可能简化物流路线，加快物流速度，减少工序之间不必要的在制品储量，减少运输成本。 显然，合理布置设备，可以大大简化运输作业，使得单位时间内在制品运输次数增加，但运输费用并不增加或增加很少，为小批量频繁运输和单件生产、单件传送提供了基础。 4、辅助设施布置以上讨论的设备布置是从基本生产活动考虑的，但是没有辅助设施的必要空间，基本生产是无法正常而平稳进行的。据估计一个工厂或部门，可以有13的面积是用于辅助性设施的。因而，设施布置的讨论不能忽略辅助生产活动及其设施。辅助设施包括：原材料和其他供应物的存货处、工具室或工具柜、检验和质量监控、收货与发货、设备维修、车间办公室、厕所、更衣室、休息室、会议室等。辅助设施布置的原则是在保证基本生产活动效率的基础上使发生在辅助设施上的间接费用最小化。第二节、生产作业单位的布置设施的合理布置是建立在具有足够原始资料基础上的，原始资料应涉及设施布置合理化的各方面信息，以便综合评价出优选方案。由于在设施布置中，运输费用是需要考虑的重要因素，因此，往往将设施布置能否使总的运输路线最短、运输费用最小，形成合理物流作为评价设施布置的主要原则。以制造业的厂区平面布置为例，厂区平面布置工作一般按下列程序进行：一、厂区平面布置的程序1收集资料进行厂区平面布置的设计工作主要需要以下资料：(1)基础资料 厂区地形、面积、地质、水文和气象资料、物流和人流的出入口、物料搬运的方法和设备、建厂区域规划、道路、周边设施等资料。(2)生产技术资料 包括企业的生产类型、生产规模、产品结构、工艺特点资料，企业生产单位配置及各单位所需面积资料，原材料、毛坯、半成品、成品的流向、流量和存贮的情况资料，人员配备的情况资料，特殊作业、安全、环保的规定和要求等资料。(3)生产系统图生产系统图是企业生产系统各组成部分之间生产联系和物料流向的简图。它并不反映各生产作业单位的实际面积和最后布置，但简明地表示了产品的生产过程和生产作业单位各部分之间的联系，如图71所示。由于生产系统图能反映生产过程的要求，并在绘制过程中也需对生产作业单位各部分之间的布置原则作出考虑，因此它是厂区平面布置设计工作的重要依据。2拟定布置方案拟定布置方案应依据调查研究的结果和所收集的资料，结合有关规定和布置原则，运用多种布置方法来进行。为了使厂区布置方案尽可能地完美，通常需同时拟定若干个布置方案，以便从中选择满意的方案。3方案评价 对于多个布置方案，可从定性和定量两个方面来进行方案的综合评价。定性评价可组织有关专家和专业人员对各方案的合理性、经济性以及遵循布置原则的程度等多方面进行打分。定量评价可通过计算一定的技术经济指标来进行。4方案的实施 通过方案评价确定出最佳方案以后，就可以进入布置的实施阶段。为了减少不必要的损失，在实地布置之前，最好能用立体模型将平面布置方案按实际比例反映出来，以便从立体的角度发现问题。二、厂区布置的方法生产作业单位的布置方案拟定时有定性和定量两类方法，以哪类方法为主，应视设施的性质和对原始资料掌握程度不同的具体情况而定。对于物流为主，流量稳定少变的布置方案拟定尽量采用较精确的定量方法为主。常用的生产作业单位布置方法有：物料运量图表法、作业相关图法、综合法、模型布置法和计算机探索求解法等。1、物料运量图法 物料运量图法是一种按照物料(如原材料、在产品、成品)在生产过程中总的流动方向和运输量来布置厂区的方法。它是一种定量分析的布置方法，适用于物料运量很大的厂区布置。物料运量图法是在得到每两个生产作业单位之间的距离和物料流动具体数据基础上应用的，该数据可以是移动单位，搬运次数、搬运重量，或其它度量。通常搬运量表示两个单元之间的双向物流总量，假设AB与BA的物料搬运成本相等。若不等，可用比例因子加以修正。当新设计一个设施布置方案时，可以根据主要产品的预测生产数量、历史统计数据等估计，还可以参考有经验的现场管理人员或物料管理人员的意见。具体步骤可分四步进行：根据生产系统图和生产工艺流程，绘制物料流向图，如图72所示。图72 物料流向图01备料02锻造 03铸造 04机加工 06热处理 05焊接 07油漆 08装配 09仓库 图72所示的物料流向图也可以看作一个初始布置方案，这个方案很可能并非最优，需要进一步分析改进。编制各车间之间的物料运量表，如表71所示。表71物料运量表从至01备料02锻造03铸造04机加工05焊接06热处理07油漆08装配09仓库01备料52102锻造4503铸造304机加工264805焊接06热处理07油漆208装配909仓库由物料运量表绘制运量相关图，并进行分析、调整和优化在布置的最初阶段，我们可以先绘制一个初步的运量相关图，如图73所示。图中用方框来表示各生产作业单位。相邻的车间(如01与02)或互成对角线的车间(如02与04)看成是邻近的车间。非邻近的位置是指那些水平、垂直或对角线方向上相互距离多于一个方框的车间，例如图73中的03与04，04与06。运用启发式方法，我们可以看到，车间之间的运量是不能减小的，邻近车间的距离也不能进一步减小。因此，布置的调整和优化问题就归结到优化后的布置应该使非邻近车间之间的搬运总量(单位距离*搬运量)最小。这需要使非邻近车间数和搬运总量上进行调整，使非邻近车间搬运总量最小。对于规模较小的问题，非邻近车间搬运总量的最小值，可用图解法较容易地得出。图73 运量相关图2单位运量01备料02锻造 03铸造 04机加工 06热处理 05焊接 07油漆 08装配 09仓库 1单位运量 从图73中看出，01与08、03与04、04与06是属于非邻近车间之间的搬运，其中03与04、04与06的运量较大，如果能保持原来运量较大的车间相邻关系不变，再将01与08、03与04、04与06尽可能地靠近布置，就可以使非邻近车间搬运总量达到最小值。调整优化的结果如图74所示。 图74 调整后的布置图01备料02锻造 03铸造 04机加工 06热处理 05焊接 07油漆 08装配 09仓库 在调整后的布置图中，可以看到属于非邻近车间且运量较大03与04、04与06之间的搬运通过调整变为相邻车间的搬运，而搬运量较小的非邻近车间01至08之间的搬运被保留下来。可以用负荷距离法对不同的布置方案进行评价，负荷距离法是把生产作业单位间的距离与一定时期内必须运送的产品重量之积，作为衡量物料运输费用的一种尺度。这样，对于不同的布置方案，把所有车间之间的运输重量与距离乘积之和简单地加在一起，使其和值最小的布置方案就是最优的布置方案。负荷距离法可以用下面公式加以表示： E= （7.1）其中：E为某一布置方案的负荷距离值； Aij为在车间i与车间j之间某一固定时期内所需运输物料的重量；Xij为车间i与车间j之间的距离;n为车间总数。负荷距离值虽然不是物料运输费，但当布置方案的负荷距离值最小时，其物料运输费也会近于最小。2、计算机辅助布置方法物料运量图法适用于较小的布置问题，而对于大问题却不太适用。对于上述9个部门的布置问题，会有9！（即362880）种可能的布置方案，用人工的方法不可能对如此多的方案进行逐一评价。由于已有负荷距离法等定量的方法，应用计算机则有可能对较多部门布置问题进行评价。计算机辅助设施布置技术产生于20世纪70年代。CRAFT(Computerized Relative Allocation of Facility)是有代表性的用于设施布置分析的计算机软件包。这种技术的基本思想是：用布置方案的总物流成本来衡量方案的优劣（物流成本=物流量*车间中心的直线距离*单位距离运输成本），并不断改进。假定当物料需跨越一个作业单位时，成本加倍，当物料跨越两个作业单位时，成本为原来的3倍，以此类推。程序通过迭代对布置进行改善。每一步程序，计算当前布置中两个部门对换可以引起的成本改善，如果总成本降低，则交换位置；重复上述过程，以计算机探索求解方式，直到找不到可以改善布置的对换为止。最后，当不能再找出能使物料搬运成本降低的位置交换时，程序即予以显示出来，并把每次位置交换所降低的成本额以及位置交换所涉及的生产单位、最终获得的块状区划布置图、物料搬运费总额打印出来，作为进一步制定工厂平面布置模板详图的基础。在实际应用中，即使用计算机也不能对所有的方案逐一评价，当一个布置问题包括20个部门时，可能的布置方案会急速增大到2.43*1018个，这不但大大超出了人们通过直观观察就能解决问题的能力，即使用计算机每秒计算一个方案，也要770多亿年。为了避免出现这种组合爆炸的情况，CRAFT采用启发式的方法，比如，采用按生产流程进行初步布置的方案（如图71所示的布置方案）或目前的实际布置方案作为初始解，而且在迭代中把一些不可变动部门的位置和一些需要相邻部门的相对位置固定下来，以及指定哪些部门不能相邻。由于加入了一系列约束条件，使CRAFT的求解速度大大加快。CRAFT程序已能处理40个部门的布局问题，这种程序能够得到“满意的”但并不一定是“最优”的解决方案。解决方案的满意程度，决定于所给定的初始布置方案。因此，最好以若干个不同的初始布置方案来求得几个最终解，然后再从中择优。计算机辅助布置技术不断向前发展，不仅能解决二维平面的案例，也能解决三维空间的案例。二维的案例是单层空间问题，由CRAFT来协助完成，三维案例是多层空间问题，由计算机辅助空间布置技术(SPACECRAFT)来协助完成。用于设施布置分析的计算机软件包还有：FactoryFLOW 、ALDEP(Automated Layout Design Program)、CORELAP(Computerized Relationship Layout Planning)和PREP(Plant Relay out and Evaluation Package)。这些软件包在输入信息的要求、所能处理的问题规模和特征等方面与CRAFT略有不同，但从算法的原理来说，这些算法也是启发式算法。CRAFT虽然可以快速、高效地以物流成本为基础处理多部门复杂的设施布置问题，但并不能象人一样进行综合考虑和创造性思维。FADES（facilities design expert system）是一种设施布置专家系统，这一系统可以将专家的综合判断和启发式模型结合起来进行辅助设计，这是人工智能辅助决策系统。3、作业相关图法在一些生产作业单位布置中，各作业单位的定量物流关系并不十分明确，而只是在生产作业中存在着物流、人流、能源流、信息流复杂的相关关系，这种布置问题在服务业中相当普遍地存在。在这种情况下无法利用物料运量图法根据物料流动的具体数据进行定量分析决定布置方案，但可以根据各作业单位的相互关系的密切程度进行定性分析，布置其相互位置。作业相关图法的应用步骤如下：首先根据企业各个部门之间的活动关系密切程度布置其相互位置。将关系密切程度划分为A、E、I、O、U、X六个等级和评分，其意义见表72。然后，列出导致不同程度关系的原因，见表73。再将待布置的部门一一确定出相互关系，根据相互关系重要程度和评分，按重要等级高的部门相邻布置的原则，安排出最合理的布置方案。表72 关系密切程度分类及评分表代号关系密切程度评分A (absolutely necessary)绝对重要6E (especially necessary)特别重要5I (important)重要4O (Ordinary closeness)一般3U (unimportant)不重要2X (undesirable)不予考虑1表73 关系密切原因表代号关系密切原因1使用共同的原始记录2共用人员3共用场地4人员接触频繁5文件交换频繁6工作流程连续7做类似的工作8共用设备9其它例7-1：应用作业相关图法在一个矩形平面内布置某医院8个单位。第一步，根据各单位关系密切原因绘制作业相关图部门1部门2部门3部门5部门4部门7部门6部门8AIXAOOAAUEXIAOUOIIUIAUUXEIUU图7-5 作业相关图第二步，根据作业相关图得出作业相关表7-4，并计算各作业单位的重要关系积分。表7-4 作业相关表部门1部门2部门3部门4与其他部门的关系密切程度关系积分与其他部门的关系密切程度关系积分与其他部门的关系密切程度关系积分与其他部门的关系密切程度关系积分A：26A：1、4、5 18A：4、512A：2、3、518I：5、88I：84I：84E：65O：3、46O：33O：1、26I：7、88U：62U：62U：6、74O：13X：71X：71合 计23合 计28合 计26合 计34部门5部门6部门7部门8与其他部门的关系密切程度关系积分与其他部门的关系密切程度关系积分与其他部门的关系密切程度关系积分与其他部门的关系密切程度关系积分A：2、3、418E：45I：44E：55E：85U：1、2、3 5、7、812O：83I：1、2、3、416I：14U：3、64O：73U：62X：1、2、53U：62X：71合 计30合 计17合 计14合 计26第三步，先安排关系总积分最高的生产单位，并以此为中心，再按A、E、I、O、U、X的顺序根据关系密切程度和靠近的必要性，在平面上布置其它单位。以此排出经初步整理的块状图76。部门5（30）A：2、3、4E：8I：1U：6X：7部门4（34）A：2、3、5E：6I：7、8O：1部门2（28）A：1、4、5I：8O：3U：6X：7部门3（26）A：4、5I：8O：1、2U：6、7部门8（26）E：5I：1、2、3、4O：7U：6X：7部门1（23）A：2I：5、8O：3、4U：6X：7部门7（14）I：4O：8U： 3、6X：1、2、5部门6（17）E：4U：1、2、3、5、7、8图76 初步整理的布置块状图第四步，将初步整理的布置块状图调整成实际需要的形状，加入道路、附属设施、绿化美化等布置安排，按规定的比例在规划范围安排医院平面布置草图和布置图，如图77、图78所示。部门6部门4部门5部门8部门7部门3部门2部门1图77 医院平面布置草图 图78 医院平面布置图4、模型布置法 模型布置法分平面模型布置法和立体模型布置法。前者又称模片法，是用硬纸板或塑料片按一定的比例做成各种样板，在一定的范围内进行布置。它简便易行，能方便地移动和比较，所需费用少，应用较广泛。立体模型布置法，是用木料或塑料制成一定比例的仿真模型，用以反映布置的立面效果。它可以更方便、准确、直观地进行全方位的生产作业单位布置，且调整对比更加简便和明确，但所需的费用较多，应用受到一定限制。随着计算机技术的发展，各个行业广泛开发出计算机二维和三维布置效果软件，提高了设计效率，降低了成本。利用模型布置法一般是先安排主要生产作业单位和特殊作业场所，然后确定主要道路的位置，最后根据各组成部分的相互关系，确定其它辅助部门和次要道路的位置。这种方法大多依据人们的主观意识进行定性布置，所以要求集中经验丰富的工程师和管理专家，集思广益，反复讨论，择优布置。5、综合法实际生产作业单位布置是一项错综复杂的工作，多种方法综合应用可以较全面地反映生产作业系统的各相关因素。因此，在拟定布置方案时，综合运用多种布置方法，并结合各方面专家的经验和布置原则来进行布置，才能得到较完满的方案。综合法将物料运量图法和作业相关图法结合起来，当物料运量不大时，以作业相关图法为主，适当考虑物料的流向和运量；当物料运量很大时，以物料运量图表法为主，适当考虑各组成单位的关系密切程度。当确定了满意的布置块状图后，在最终布置工作中，应用模型布置法，按照每个单元的实际面积与形状做出平面或立体模型详细布置，其中还要包括必要的道路、绿化、预留扩展用地等周边空间的布置，使决策者易于直观理解，也易于使其它人员发现设计人员未曾注意到的一些问题。通常最后的模型布置方案要在公司一级的各有关人员中进行讨论方可最后确定，以使布置方案更加科学合理。第三节、生产作业单位内的设施布置 在决定了各生产作业单位布置之后，还必须对生产作业单位内的设施和设备进行布置。在制造企业中，这主要体现在车间的布置。车间布置一般分为两部分：车间总体布置和车间的设备布置。车间总体布置，就是确定车间各组成部分，如基本工段、辅助工段、生产服务部门、生产设施、设备、通道等在平面和立面上的相互位置。车间平面布置的原则、程序和方法与厂区布置大体一致，不同的是规模更小，内容更具体。实际上，车间布置也可以在进行厂区布置之前确定。车间布置的提前完成，有助于确定车间所需的场地面积和形状，使得厂区布置更有依据。图7-9 车间总体布置图车间设备布置主要指车间中基本生产工段的设备平面布置，设备布置如不合理，将使车间物流混乱，进而影响产品的生产周期、生产成本、劳动生产率和劳动安全。本节主要内容涉及车间设备布置。车间设备布置分为工艺专业化布置方式、产品专业化布置方式、混合布置方式固定布置方式和单元布置方式。一、工艺专业化布置方式工艺专业化布置方式将同类型设备排列在一起，组成工作单元（工段），如车工工段、铣工工段等。各工段之间应保持定的顺序，被加工的零件，根据预先设定好的流程顺序，从一个地方转移到另一个地方，每项操作都由适宜的机器来完成。由于工艺专业化布置方式面对单件小批量生产，只可依据大多数零件的工艺顺序来安排。在服务业中，办公机关和医院是采用工艺原则布置的典型，每个科室只能完成特定的服务，如内科、外科、X光室和化验室。(一)确定各工作单元大小按工艺专业化布置是为了适应产品多变、工艺多变、产量多变的生产和服务方式。为了确定何种设施适用于生产，必须预测典型的产品搭配，依据那些经常生产的产品或者对布置影响最大的产品作出设施布置决策。在完成预测之后，还必须据以折算成各工作单元所需要的面积。具体方法是：根据每个产品的工艺，估算所需的能力种类和时间，乘以预期的产量，并加总求出各种能力所需的工时，进而估计所需的人员和设备数量，最后折算成所需要的面积。(二)确定各工作单元位置在确定各工作单元所必需的面积之后，就可以安排各工作单元位置。各工作单元的相对位置，取决于各工作单元所需要的面积、设施的平面形状、产品生产工艺步骤等。厂区布置的方法也可用于工艺专业化布置中的工作单元位置布置。下面介绍一种简便的适合小规模工艺专业化布置的从至表法。1、绘制综合工艺路线图由于工艺专业化车间需要加工多种产品，每种产品的工艺路线又不可能相同，我们只有选择车间主要加工的产品绘制综合工艺路线图。对于确定生产方向的企业，其主要产品和生产任务还是有一定规律的，可以依照同类企业的生产任务统计数布置设备或进行初始布置。当经过一段生产时期后，也可根据本企业的实际生产任务统计，重新调整设备布局。对于普通车床类的中小型设备，这种调整是可行的。假如车间有10种产品在6类设备上加工，各种产品经过的工艺路线如图7-10所示。表中给出了各产品在计划期内（季度、半年或一年）的生产次数。但由于各产品的生产批量不同，不同工序间的加工时间及在制品运输难度不同，使得同一产品不同工序之间的运输次数和运输成本也不同。图7-10中方括号内数值为各工序之间在一次生产过程中的运输次数，圆括号中的数值为单位距离的运输费用。6343223412334523133133462322（0.1）（0.12）（0.16）（0.1）（0.15）（0.12）（0.14）（0.1）（0.15）（0.1）（0.18）（0.1）（0.1）（0.1）（0.1）（0.1）（0.14）（0.13）（0.1）（0.14）（0.11）（0.12）（0.1）（0.16）（0.1）（0.11）（0.17）（0.1）58计划期内生产次数503060225545223228产品设备4车床3电焊机2剪床1锯床410312567896铣床5钻床图7-10各产品经过的工艺路线、运输次数和单位距离运输费用由图7-10将计划期内某产品的生产次数乘以其工艺路线中各设备之间运输次数与单位距离运输费用之积，可得出计划期内生产该产品各设备之间单位距离的运输成本如图7-11。产品设备4车床3电焊机2剪床1锯床410312567896铣床5钻床图7-11 计划期内生产各产品设备之间单位距离的运输成816.86129.96.62249.5331113.52.82419717.415.46.414.126.2911.87.32、将不同产品中相同设备序号组合的单位距离的运输成本加和=15+9=24 =6 =17.4=22+14.1=36.1 =20+9.9+49.5+6.4+19=104.8=10.8 =2.8 ()=18+12+6.6+24+11.8=72.4=33+13.5+26.2+15.4=88.1()=16+16.8+11+9+7.3=60.1 =73、将相同设备序号组合的单位距离的运输成本总和按大小顺序排列=104.8 =88.1 () =72.4()= 60.1 =36.1 =24 =17.4=10.8 ()=7+2.8=9.8 =6由此可绘制运量相关图，并进行分析、调整和优化4、用实验法结合各工作单元所需面积和车间实际排出满意的布置方案 1锯床6铣床5钻床2剪床3电焊机4车床图7-12 车间实际布置方案从工艺路线图法和作业相关图法可见：对于一个复杂的系统，我们首先要将其建立起一个模型。在建模中找出与系统目标相关的因素加以描述，最好使其转变数学模型。有了量化的指标，就可以依系统目标对模型进行优化处理。这一思路贯穿生产运作教学的各个部分，是生产运作研究的精髓。在工艺路线图法中，我们可以直接通过对各作业单位的运量和运价的收集和归纳得到量化指标；在作业相关图法中，我们无法直接得到量化指标，但可以通过将各作业单位相关程度按经验法进行量化，间接得到量化指标。在生产运作研究的一些层面上，追求精准的量化指标不是目的，目的只是建立一个相对优化的运作系统。二、产品专业化布置方式产品专业化布置方式是根据产品加工装配的工艺流程来安排设备或工作过程的方式。在产品专业化布置中，工艺专业化布置下的主要问题每个单元分别设置在哪里，几乎不成为问题，因为只能按照加工顺序来排列。尽管布置方式可能形式上不同，实际上每种产品的加工路径都是直线型，即按照产品的工艺路线顺序排列。食品加工和汽车装配的生产大都是按产品专业化布置方式进行的。图7-13产品专业化布置形式上的不同在产品专业化布置中，流水生产是一种先进的生产组织形式，亦称流水线布置方式，它是指劳动对象按照规定的工艺路线和统一的生产速度，一件接着一件，象流水般地通过各道工序而完成加工的一种生产组织形式。它将产品专业化的空间组织和平行移动的时间组织有机地结合起来，缩短了制品的生产周期，大大提高了生产效率和经济效益。按产品专业化布置时，如果各生产工序（或工位）的生产速度不同，生产线的产出速度将等于生产线中最慢工序的速度，在各工序中将会出现忙闲不均的现象。这一速度最慢的工序被称为瓶颈工序，在此情况下，除瓶颈工序之外的所有其他工序都会存在生产能力的浪费。因此，产品专业化布置方式的主要课题是：如何使各生产工序操作时间都大致相等，而实现流水生产。否则，整个生产线的产出速度只能是费时最多的单元的产出速度。此时，即使根据产品加工装配的工艺流程来安排设备，并不是真正的流水线生产，只能叫做生产线或完成某一工艺过程的作业线。因此，按产品专业化布置时，如能实现流水生产，关键问题是生产线的平衡问题，即如何平衡各生产工序（或工位）的生产速度，使它们大致相等。简单靠增设各工序生产设备的方法也能平衡各生产工序的生产速度，假设第一工序的工序时间是3分钟，第二工序的工序时间是2分钟，第三序的工序时间是4分钟。则第一序设3台设备，第二序设2台设备，第三序设4台设备，则以各序每分钟一件的速度均衡生产，各序之间没有瓶颈工序。但这种方法只能适合产品需求量极大的情况。从根本上来说，这不是以需求确定生产能力的方法，而是为平衡改变生产能力的方法。企业的生产能力是由市场的销售状况决定的，而不是由生产能力平衡决定的。因此，是市场的需求决定了流水生产的生产速度（亦称生产节拍），根据生产速度再进行生产流水线的平衡。根据生产节拍进行生产流水线平衡的另一个原因是，如果完全按照工序数安排作业单位（工位），则每个耗时很短的工序也占一个工位，使整个生产流水线工位数大增，流水线加长，占用过大的车间面积。我们以一自行车装配线实例来说明正确的流水线平衡方法。1、排列出整个装配过程的作业次序，并将各作业分解到尽量小的操作单元（如表7-5），列出各作业所需时间和紧后作业。表7-5 自行车装配作业表作业作业内容作业时间（分）紧前作业1前轮轴皮挂条1.52前轮编条813装前轮轴0.524前轮平圈535装内外带1.546上气嘴0.257充气0.268后轮轴皮挂条29后轮编条10810装后轮轴0.5911装飞轮0.31012后轮平圈61113装内外带1.51214上气嘴0.21315充气0.21416装前叉下轴承0.217装前叉0.31618装中轴0.719装曲柄及链轮0.71820装双侧脚蹬0.81921装前闸组件0.51722装后闸组件0.823装变速控制器0.324装前拨链器0.325装前轮0.37、2126装后轮及拨链器0.61527装链条0.519、24、2628调整变速系统0.823、24、2729安装前后闸把0.830装车把套0.32931安装车把0.425、3032调整前闸0.53133调整后闸0.622、2634装鞍座管0.435装鞍座0.328、32、33总计47.72、根据装配作业表作业的相互关系绘出自行车装配作业图230.3240.3330.6220.811.521230.54551.560.270.2320.5310.4250.3160.2170.3210.5290.8300.3260.67110.3150.282915100.5126131.5140.2270.5280.8180.7190.7200.8ES340.4350.3图7-14 自行车装配作业图3、根据市场需求确定企业日产量，并根据日生产时间确定装配线的生产节拍和流水线生产所需的最少作业单位数。如企业的日产量为550台，日生产时间为440分钟，则生产节拍为：C（生产节拍）=0.8分钟/辆流水线所需最少作业单位数N=604、将装配作业分配到各工位分配装配作业首先要保证装配线必须按具体生产顺序和生产条件完成装配作业，其次要使每个工位的空闲时间降到最低。工位分配是在对生产工艺和生产条件充分掌握的基础上进行的，开始向第一工位分配作业，一次一项，逐项增加，直至工位的作业完成时间等于或近于节拍时间。然后依此过程向第二工位分配，直至所有作业分配完毕。图7-14即是自行车流水装配作业工位分配图。作业工位分配图作出后，即可根据各工位的紧后工位，安排流水装配作业的顺序。如工位（16、17、24）的紧后工位是（21、25）、（27），则它必须排在紧后工位的前面。5、计算流水线平衡后的效率用作业总时间除以流水线工位数目与流水节拍时间的乘积所得结果可以表示装配线平衡的效率：流水线平衡的效率= 对于本例有： =0.806=80.6%在产品专业化布置方案中，不同的工位数或不同的作业分配方法可能导致流水线平衡的效率不同。对于大型的装配线平衡问题就像大型的工艺专业化布置问题一样，可行的方案组合太多，不易由人工找出最优方案。目前已有几种不同的计算机程序可以帮助解决100个(或以上) 工位的装配线平衡问题。如COMSOA