大型连续模冲压厂房布局设计-材料工程硕士论文

I 学校代码 1 0 6 9 9 1 分类号T G 3 8 6 l 密级 l 学 号 0 1 6 0 4 G 0 4 9 照。丝。墨。煮。未。凳 硕士学位论文 题目 专业学位研究生 大型连续模 冲压厂房布局设计 作者 何洪 领域塑塾三堡 指导教师剞塑亘 申请学位日期 张政道 摘要 摘要 大型连续模冲压厂具有生产效率高、冲压制件质量好、生产零件尺寸大等优点。 近年来随着模具开发技术的不断提升，越来越多的公司逐渐采用大型连续模的生产 方式。但目前针对大型连续模厂房的设计，还缺乏一套相应的设计理论，在进行厂 房设计时往往凭设计者经验判断，常常造成成本、场地、人力及设备的浪费。为此， 本文采用系统布置规划s L P ( s y s t c mL a y o u tP 1 锄n i l l g ) 的方法对大型连续模冲压厂房 的布局进行规划设计，同时对其物流系统、搬运系统和仓储系统加以分析改善，以 形成一整套大型连续模冲压厂房系统的设计方法，该研究对其它大型冲压厂房的设 计具有重要的指导意义。 本文的主要研究内容和结果如下： ( 1 ) 采用S L P 法，通过对各项生产要素及其相互关系的分析，设计了厂房各设 施间的相互关系图及空间相关布置图，并确定了最优的块状布置方案，为设计具有 可操作性的详细布局图打下了基础。 ( 2 ) 在对物流系统、搬运系统及仓储系统进行优化设计的基础上，对厂房布局进 行了合理的调整，获得了大型连续模冲压厂房合理的布局图，实现了所有设施之间 和人一机一料一环境之间的最佳配合。 ( 3 ) 完成了该大型连续模冲压厂房的设计与建造。通过一年多的实际应用表明， 采用s L P 法设计的大型连续模冲压厂房是完全符合要求的。 ( 4 ) 采用s L P 法并辅以物流系统、搬运系统及仓储系统的分析与改善，对大型厂 房的设计来说是一种行之有效的方法。 关键词：大型冲压连续模厂房布局系统布置规划 西北工业大学工程硕士学位论文 A B S T R A C T T h es t a m p i n gf 如t o r y0 fl a r g e - s c a l ep r o g r e s s i V ed i eh 够1 0 t so fa d V 舭t a g e s ，f o r e x 锄p l e ，l l i 曲p r o d u c t i o nr 如，1 l i 曲删i 锣a n dl l s e dt op r o d u c cb i g s i z es t 锄p i n g p a n s 。 W 地t l l ei m p r o v e m e n to f t o o l i n gs 虹n ，t 1 1 e1 a r g e s c a l ep r o g r e s s i v ed i ei sa d o p t e db ym o r e 锄dm o r cc 伽叩a I l i e si I lr e c e n ty e a 强B u ta tp r e s c n t ，m e r ci sl a c ko fas e tc o r r e s p o n d i n g d e s i 弘t h e o r y ，w h i c hu s e dt 0d c s i 弘t h ef a c t o r yl a y o m T h cd e s i g n e r sa l w a y sg i v el a y o u t b 嬲eo nt h e i ro w ne x p e r i e n c e sa n dc a _ 峪et h ew a s 位I l go fc o s t ，s p a c e ，m a n p o w e r 锄d e q u i p m e n t s 。S oi I lt l l i sd i s s e r t a t i o I l ，廿l em e t l l o do fS y s t e mL a y o mP l a l l l l i n g ( S L P ) 删 u S e dt od e s i g n 蜘p i l l gf 砬t o r y1 a y o l I tf o rt h el a 唱e s c a l ep r o g r e s s i V ed i e ，m e 龇1 w h i l e 也e l o g i s t i c ss y s t e m ，c a r r y i n gs y s t e ma n ds t o m g es y s t e mw e r ca I l a l y z c d aA n das e t c o n e s p o n d i I l gd e s i 弘m e o r yw h i c hc 锄b el l s e dt 0 百V et l l ei I I l p o r t a n tg l l i d a l l c ef o rd e s i 弘 o t l l e r sl a r g e s c a l ep r o g r e s s i v ed i ef h c t o r i e sw 嬲f o m l e d 。 A b r i e f i n t r o d 删o nt ot l l ep r o j c c t 锄di t sm a i nr e s l I l t s 缸e 鹤f o l l o w s ： ( 1 ) B y 琊啦m cS L Pm e m o d ，a l l 幽d so f m a n 曲c t I l r i n g 缸t o r Sa l l d r e l a t i o nb e t w e e I lt h c ma r ea l l a l y z e d ，c o r f c l a t i o nl a y o t I t 锄ds p a c ec o r r e l a t i o nl a y o u t b e t w ne v e r ) rf k i l 城e sw e r cd e s i g n e d ，缸dt l l em o s ts u i 讪l ep r o 黟a m 、V 勰c o n f i 咖e d ， w l l i c hl a i df o u 玎d a t i o nf 砸d e s i g I l i 】唱m a n e u v e r a b l ed e t a i l l a y o u t 。 ( 2 ) B a s e do nt h eo p t i m i z i n gd c s i 弘o f L o g i s t i c s ，c a n y i n ga I l ds t o r a g cs y s t e m s ，恤 f a c t o r yl a y o u tw 雒r e g u l a t e dr e a s 伽旧b l y ，m eb e s tl a y o u tf o rt l l es t a m p i n gf h c t o r yo f l a r g e - s c a l ep r o g r e s s i v ed i ew 嬲g o t t e l l ，a l l da l l f a c i l “i e sa I l df 如t o r s p e r f e c tm a t c l l i n gw e r e e n d b l e d 。 ( 3 ) n l ed c s i 印a n db u i l d i l l gt 1 1 es t 锄1 p i l l gf k t o r yo f l a 培e s c a l ep r o g r c s s i v ed i ew e r e 蹦s h e d 。T h r o u 曲o n ey e a r so p e r a t i o n ，t l l e 缸t o r yd e s 蜘w 1 1 i c hu s 堍m ew a y o fs L P w 雒m e t 也e r e q u i r c m e n t sc o r r l p l e t e l y 。 ( 4 ) F o rd e s i g n i n go f l a r g e s c a l es t a m p i n g 缸t o r y ，t h ew a yu s i n gs L P a I l d 黝l y z i n gt l l el o g i s t i c ss y s t e m 、r r ) ，i n gs y s b e m 肌ds t o m g es y s t e mi sa e 疏c t i v c w a y o K e yw o r d ：L a r g eS t a m p i n g P r o g r e s s i v ed i eF a c t o r 了L a y o u t S y s t e m L a y o u tP 1 a n( S L P ) 西北工业大学 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西北工业大学学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版本人允许论文被查阅和借阅学校可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再 撰写的文章一律注明作者单位为西北工业大学。 保密论文待解密后适 学位论文作者签名： D 年孑月J 日 指导教师签名：未。哳丽 年月日 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的学位论文， 是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果尽我所知，除文中已经注明引用 的内容和致谢的地方外，本论文不包合任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过 的研究成果，不包含本人或他人已申请学位或其它用途使用过的成果对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 、 学位论文作者签名：缒 甜年胃月J 日 本文的主要创新与贡献 本文的主要创新与贡献 ( 1 ) 本文应用S L P 法对大型连续模冲压厂房的布局进行规划设计，同时对其物 流系统、搬运系统、仓储系统加以分析改善，形成了一整套大型连续模冲压厂房设 计的理论和优化体系。 ( 2 ) 完成了该大型连续模冲压厂房的设计与建造，并经过一年多的实际应用及 合理性评估，证明了采用s L P 法设计的大型连续模冲压厂房是完全符合要求的。 ( 3 ) 采用s L P 法并辅以物流系统、搬运系统及仓储系统的分析与改善，对大型 厂房的设计来说是一种行之有效的方法，该方法同样适用于其它大型冲压厂房的设 计。 I 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性 变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件( 冲压件) 的加工方法【I 】。随着科技时代 的来临，冲压件得到了越来越广泛的应用。 据统计，2 0 0 3 年我国生产汽车冲压件约2 4 0 万吨8 亿件，摩托车冲压件约2 8 万吨1 9 亿件，拖拉机、农用车冲压件约9 6 万吨7 1 亿件，家用空调和冰箱冲压件 1 0 0 万吨1 2 8 亿件。计算机、服务器冲压件8 0 万吨1 5 亿件。随着冲压成形行业最 大用户市场一汽车行业以及计算机行业今后继续迅猛发展，中国冲压行业已迎来了一 个快速发展机遇期，但我们也要认识到我国现阶段的冲压技术仍存在许多问题需要 克服与突破。如：机械化、自动化程度低；生产集中度低；冲压板材自给率不足， 品种规格不配套；科技成果转化慢、先进工艺推广慢；大、精模具依赖进口；专业 人才缺乏等。 同时也存在许多挑战需要去面对： ( 1 ) 汽车、飞机发展和环保要求的提高，对冲压带来了压力。产品集约化生产、 个性化发展、节能性要求、环保性要求，将促使冲压行业出现新一轮的技术革新和 改造。 ( 2 ) 仿真技术的发展和应用是冲压发展必须借助的手段。 ( 3 ) 自动化和灵活性要求是冲压发展必须考虑的因素。 ( 4 ) 复合材料应用将推动冲压向前进步。 ( 5 ) 复合材料成形工艺及多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术等新工艺1 2 】的出现 带动行业进步。 面临着如此多的困难与挑战，冲压生产技术变得越来越重要，尤其在现今各个 公司不断致力于降低成本，提升产品竞争力的情况下，如何大力发展冲压生产的技 术，尤其是大型连续模冲压生产的技术；如何提升冲压生产厂房的设计水平，尤其 是大型连续模冲压厂房的设计水平，也变得越来越重要。 1 2 大型连续模冲压厂房的需求 西北工业大学工程硕士学位论文 传统的冲压生产方式是采用一台或数台单动压力机组成冲压流水线，手工上、 下料完成大型零件的冲压生产，生产效率低，人身安全环境差，冲压制件质量差。 随着自动化技术的不断发展，在第一台冲床配上送料机，在中间配上翻转或穿梭传 送装置等，再加上电控系统，就组成了1 至2 人操作的全自动冲压生产线吲。这种 方式有效地节省了人力、提升了产能、改善了品质，但对设备及空间仍有不少需求， 完成一个零件需要几台有些甚至需要十几台冲床组成的生产线，尤其对大批量生产 的工厂，建这样一个冲压厂可能需要上百台冲床及上万平方米的厂房。 随着模具技术的不断提升，出现了复合模，尤其是大型连续模，可在一台压力 机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。 采用此种方式生产，生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每小时可生产上 千件。原本需要十几套模具、十几台设备完成的零件现在可能只需要一套模具、一 台大型设备即可完成，而且产能更高、品质更易保证。 现在越来越多的公司采用大型连续模的生产方式，尤其对少机种、大批量的生 产方式，如计算机信息行业、家电行业等，常采用大型连续模的生产方式，特别 是许多4 0 0 T 、6 0 0 T 甚至8 0 0 T 等大型冲床连续模的出现，也要求针对这些大型设 备和大型模具设计相应的厂房。 1 3 大型连续模冲压厂房的特点 大型连续模冲压厂由于其冲床吨位及模具特性决定了其不同于传统的冲压厂房 ( 传统的冲压厂房设备吨位一般不超过2 0 0 T ，模具重量体积较小) ，它对厂房及周边 设计都有较高的要求： ( 1 ) 厂房的特点及要求 由于冲床吨位较大( 至少4 0 0 T 以上) ，冲床尺寸较大( 长度超过7 米) ，占地面积 较大，设备高度较高( 超过6 米) ，且由于冲裁力大，对厂房所产生的震动也较大。 因此要求厂房长宽足够，高度在1 1 米以上，每台设备均需做地基及减震处理，设备 位置一旦固定不可移动。 ( 2 ) 模具的特点及要求 由于均为大型连续模，因此模具体积大且重，对其使用的工具，叉车和天车都 要求在5 吨以上。同时怎样架模、换模、修模，这些问题都需要考虑， ( 3 ) 钢材的特点及要求 2 第一章绪论 融予镄卷重越傻惩频繁，辩手钢材仓逡簿稼重及镪材瓣运输郡有要求。 ( 仓储静特点及要求 由于产能高，产品产出快( 快子后工序) ，朱能及时上线的产品需做暂存，需要较 大的愈储空间。 出于以上不阏乎传统_ 孛压厂房的特点及黉隶，在设计大鳖厂房斡时谈需要重点 考虑以下几个方耐的问题： ( 1 ) 产品产能筒，产品产出过快，怎样确保产出的产龋能及时上线戏进行仓储； ( 2 ) 钢卷需蔫爨较大( 擎台苓骛一小辩郾鬻一卷) ，慧榉确保不繇麓； ( 3 ) 换模时间较长，怎样确保在最短的时间内完成换模； ( 4 ) 物流频繁，怎样确保物流更顺。 疆上是在遴纾大型连续穰渖援厂房缓诗瓣篱要考虑瓣凌豹淘篷，只露瓣决了这 些问题才能实现所有设施之间和人。机料环境之间的最佳敞合，合理利用资源，最 大效率地提升生产力。 1 l 犬型连续模冲压厂房设计现状及存在的问题 瘗予模其秀发技术豹羧裁，嚣兹连续摸冷嚣厂敬孛夺逐续蒺律莲羼多，设冬嚏 位宝黉为l l O R1 6 0 T 、2 0 0 T ，擞产冲件以中小件为主。而大型冲床多 三l 涟续模为主， 单独设嚣，生产吨位和体积大的零件。真正火型连续模冲愿技术得到发展的主要集 孛在凑方，这些大挺连续模转攫厂设备瞳使塞要以4 0 0 ，r 、簖及8 0 簖慝多，班生 产计算祝、信意及家电产品的溅金俸为主。 目前对于大型连续模冲床，国内外不少专家、企业均对其进行了火量的研究， 尤其农设备的改羲、模具的开发、自动纯程发弱提势等方灏，取得了不少磷究成果。 面辩予大型连续缓厂房的设计，鹜前研究静入较少，所觅糨关资料的报邀凡乎没存。 在谶行厂房设计时由设计者经验判断进行，由于设备的不可移动性，方案一旦实施 下去不易改动。蹦此，采用这种方式设计的厂房局艰性较大，常造成成本、场地、 入力及设备静滚费。 目前在大型连续模冲压厂房设计中存在的问题主要裔： ( 1 ) 缺乏系统的大型连续模冲压厂房设计的理论和优化体系； 国锈耪供应不及簿，换褥辩阉遂长； ( 3 ) 换模时间过长； 3 西北工业大学工程硕士学位论文、 ( 4 ) 未能充分发挥产能优势： ( 5 ) 物流不顺。 在大型连续模冲压厂房设计中，怎样解决以上问题，就是本文需要考虑的重点。 1 5 选题背景及本文主要研究内容 1 5 1 选题背景及意义 随着公司模具开发技术的不断提升，已能够开发出6 0 0 T 这样大型冲床的模具。 随着公司业务的不断扩展，目前的设备、场地及产能已不足以满足业务扩充的需求， 若按传统冲压生产方式设计，不仅需要大量的设备、场地，而且不易管理，投资成 本过高。因此本文提出，采用系统规划法( S L P 法) 进行大型连续模冲压厂房的设计， 该研究对其它大型冲压厂房的布局设计具有借鉴作用。 1 5 2 主要研究内容 基于上述研究背景，本文主要开展以下几方面研究内容： ( 1 ) 针对冲压厂房中各项生产要素( 钢材、冲床、模具、作业员、仓库) 的相互 关系进行分析，同时遵循效率与效益目标、系统化目标、舒适与 满足目标，以达到厂房布局合理化，以实现所有设施之间和人机料环境之间的最 佳配合。 ( 2 ) 针对物流系统进行分析改善以达到最优化 1 1 钢材流最优化。实现从钢材仓到送料机之间物料搬运的最短距离以及钢材及 时最快的运送到设备需求处。 2 ) 废料流最优化。运用自动化设备( 废料输送系统) 实现废料及时安全地运送至 废料区。 3 ) 模具流最优化。运用自动化设备( 换模装置) 实现模具最短输送以及换模时间 最短的目标。 4 ) 成品流最优化。实现从设备到仓储区之间物料搬运的最短距离。 ( 3 ) 针对物料搬运系统进行分析改善以达到最优化 通过运用天车、叉车、输送带等物料搬运设备来达到物流改善的目的。 4 第一章绪论 ( 4 ) 针对仓储系统进行分析改善以达到最优化 通过运用立体仓储的模式来达到仓储面积最大的仓储容量。 ( 5 ) 在上述研究的基础上，对大型连续模冲压厂房进行设计，并对其合理性进行 评估。 1 5 3 研究技术路线及研究方法 ( 1 ) 应用系统布置规划( s L P ) 方法进行设施优化分析 1 ) 编制工厂内各生产要素相互关系图( R E L 图) ； 2 ) 确定需用空间； 3 ) 绘制作业关系图及空间相关布置图； 钔评价布局方案及寻求最优方案。 ( 2 ) 通过采用流程法及引入各种自动化设备，以达到物流系统的优化。 ( 3 ) 通过对各生产要素搬运量及其搬运工具的分析，以达到搬运系统的优化。 ( 4 ) 通过对仓储承载工具及仓储储位的分析，以达到仓储系统的优化。 ( 5 ) 设计大型连续模冲压厂房的布局图，并对其合理性进行评估。 5 西北工业大学工程硕士学位论文 第二章大型连续模冲压厂房设计理论 2 1 引言 基础和设计方法 设施设计与物流系统分析是工业工程的重要内容之一，它发源于早期制造业的 工厂设计( P l a mD e s i 曲，近些年发展很快，它是以物流作为研究对象的物理介质， 对各种物质系统进行分析、规划、设计、管理与控制，并强调信息流在系统中的作 用，以求系统的最优效益。第二次世界大战以后，由于“工作研究”技术的发展和 广泛应用，在美国企业中，生产现场的作业效率很高。但是，人们发现，局部的效 益提高不能代替整体效益的提高。生产过程的根本目标是要提高全系统的效益，因 而，物流过程的成本、效益引起管理者的注意，人们开始注意系统的规划、设计及 物流过程的管理。工厂设计的理论方法是结合系统工程及计算器工程等科技新理论， 对各种系统的“设施”进行科学的规划、设计，以求获得良好的效果【4 】。 在企业中，设施规划与设计工作正逐步受到各企业界的关注。单纯作业效率的 提升已不能满足生产力提升的需求。只有通过对工厂内部各种物质要素的规划、布 局和配置，实现所有设施之间和人机料环境之间的最佳配合，才能为工业生产率 的提升打下良好的物质和结构基础【5 J 。 设施布置设计的方法有很多，如：5 0 年代开始的流程图、样片排列等经验判断 方法；6 0 年代初期的关于设施间物料流动顺序和数量的各种数学分析方法；6 0 年代 至今的系统布置规划( s L P ) 方法；8 0 年代至今的人机交互式决策支持方法；9 0 年代 至今的综合决策环境方法等。其中的系统布景规划( s L P ) 方法【6 】是一种最基本的设施 布置方法，也是其它各种布置方法与技术的基础，该方法具有方法论的意义，适合 于设施目标不超过1 5 个的情况。本文将采用该方法对大型冲压厂房布局进行设计。 2 2 系统布置规划法( S L P ) 2 2 1S L P 法的原理 工厂布置的方法和技术，一直是工业工程领域不断探索的问题。自工业革命以 6 第二章大型连续模冲压厂房设计理论基础和设计方法 来研究出了许多手工设计、数学分析和图解技术。6 0 年代以来，又发展了计算器辅 助工厂布置。在众多的布置方法中，物流处于重要地位，把寻求最佳物流作为解决 布置问题的主要目标。许多方法不仅适用于工厂和生产系统设计，也可适用于医院、 学校、百货商店、办公楼等设施设计口棚。 工厂布置的程序和方法，以1 9 6 1 年m c l l a r d 缪瑟提出的系统布置设计 s L P ( s y s t e ml a y o u tp l 籼i I l 曲最为著名，应用十分普遍。这是一种条理性很强、物流分 析与作业单位关系密切程度分析相结合、求得合理布置的技术。 s L P 法的程序和内容如图2 1 所示，该程序符合系统分析和系统设计的思想与 原理。 图2 - l 系统布置规划( S L P ) 程序框图 2 2 2S L P 法的实施步骤 s L P 的全过程共分为分析、寻优和选择等3 个阶段。 7 分 析 寻 优 选 择 西北工业大学工程硕士学位论文 ( 1 ) 布置设计的分析阶段 该阶段以资料收集和设施间的关系分析为基本内容，包括如下4 项工作： 1 ) 数据收集与分析( 图2 一l 中 、项工作) 在S L P 活动初期，一般需要收集有关产品种类( P r o d u c t ，简称P ) 、产品数量 ( Q u a 埘t y ，简称Q ) 、生产中的工艺流程及物流路线( R o u t 血g ，简称R ) 、辅助设 施及信息系统流程( S e r v i c e s ，简称s ) 及标准的作业、工序、流动、周转时间( T i m e ， 简称1 ) 等基本资料，尤其是这方面的数据及图表等。其中，P 、Q 是最基本的资料。 在资料收集的基础上，需要进行资料的初步分析工作( 如P Q 分析、R 分析等) ， 其中P Q 分析就是为了确定基本布置形式而采用的一种综合分析方法。R 分析即工 艺流程与物流路线的分析。该分析的基本手段是各种系统图表，而分析的基础仍是 P O 关系。 2 ) 活动关系分析( 图2 1 中第项工作) 在设施布置设计中，可以利用活动关系图( R E L 图) ，通过两两比较，对 厂内各部门或作业活动之间关系的密切程度( 接近程度) 进行定性分析和综合分析。对 接近度评价的标度及其含义如表2 1 所示。 表2 1 活动接近度标度定义 接近度标准 含义 A ( A b s o l u t e l yn e c e s s 两活动之间的关联绝对必要 E ( E 印e c i a l l yi m p 咖t ) 两活动之间的关联特别重要 I ( I r n p o r t a n t )两活动之间的关联重要 0 ( O r d i l l a r yl o s s n e s s )两活动之间的密切程度一般 U ( U n i m p o r t a n t )两活动之间的关联不太重要 X两活动之间的关联无关紧要 两活动之间的关联不专门考虑 3 ) 物流一活动相互关系分析( 图2 - 1 中第项工作) 在物流分析口- Q 分析及R 分析) 和活动关系分析的基础上，可以绘制物流活 动相互关系图，将部门或作业之间的活动关系转换并展开成一定的位置关系。在绘 制物流活动相互关系图时，首先应按照接近度标准A 、E 、I 、O 、u 、x 的顺序将各 8 第二章大型连续模冲压厂房设计理论基础和设计方法 部门依次就近配置，然后用连接部门之间的线条数表示这两个部门的接近度。在成 图时应注意尽量减少线条之间的交叉连接。 4 ) 面积的设定( 图2 1 中、0 项工作) 在实际的设施布置设计过程中，常因受到现有厂房或可利用土地面积与形状的 限制等，而不得不把需要的面积与可利用的面积结合起来权衡考虑。面积设定的方 法如表2 2 所示。 表2 2 面积设定方法及其特点 方法特点 按照设备和作业的空间要求计算所需面积， 计算法 主要用于详细设计中确定制造区域的面积 把现在需要的面积转换为将来布置方案中提出的必 转换法 要面积，一般用于确定未来辅助设施和仓储的面积 应用模板或设备模型进行布置并确定面积， 概略布置法 主要用于总体布置 标准面积法采用某种工业标准来确定面积 以单位人员和产品为基础预测复合设施总面积， 比率趋向预测法 主要用于设施规划 ( 2 ) 布置设计的寻优阶段( 图2 1 中 、 、 项工作) 对于设施布置来说，首先要把设定的面积与物流活动相互关系图结合起来，按 比例绘成面积相互关系图，然后用适当的方法，根据现有设施空间( 如厂房) 的“实际 制约”和各种“修正条件”( 如：运输方式、储存设备、场地环境、人的要求、厂房特 性、辅助设施和管理控制要求等) ，对各部门的位置、形状等进行调整，最终形成 几个可行和初步优化的布置方案。 ( 3 ) 选择或布置方案的评价阶段( 图2 1 中第 项工作) 该阶段的工作就是对经上一阶段初步筛选的各备选方案进行技术经济分析和 综合评价，从定性与定量的结合中和主观与客观两个方面，认定每个方案的“价值”， 得到设施布置的推荐方案【9 】。 9 西北工业大学工程硕士学位论文 2 3 本章小结 本章对大型连续模冲压厂房设计理论基础和设计方法进行了阐述，对设施设计 与物流系统分析的发展及意义进行了说明，介绍了设施布置设计的各种方法，其中 对系统布置规划( s L P ) 方法( 本论文主要采用的方法) 的原理及实施步骤进行了详细介 绍。 1 0 第三章大型连续模冲压厂房布局设计 第三章大型连续模冲压厂房 布局设计 3 1 引言 大家知道传统的冲压厂房以单冲为主，而1 个产品有时需要几个甚至十几个工 序才能生产完成，这样既浪费了设备也浪费了人力，同时其产能不高，每小时仅能 达到几百件的状况，一个冲压厂往往需要上百台冲床。而采用连续模生产方式，产 品由一台设备完成，且产能高，可以节省大量设备及场地。但同时由于其产能高会 造成物流需求频繁，若与普通单冲设置在一起将由于物流因素影响其整体产能。因 此传统冲压厂房设置应以单冲为主，辅以小件的连续模生产方式，而大件的连续模 生产方式统一设置在一起，同时辅以相应的物流措施以充分发挥其产能高的优势。 本文将以一栋大型连续模冲压厂房的设计为例进行说明。 3 2 布局设计的技术要求及指标 3 2 1 设计要求 应客户需求，要求设计一栋主设备全部由大型冲床( 4 0 0 吨及6 0 0 吨) 组成，年产 9 0 0 万套计算机机壳的冲压厂房。其生产产品为计算机机壳所需的主要大冲件( 上、 下盖等) ，其模具全部采用连续模。 3 2 2 设计指标 布局设计的设计指标为： ( 1 ) 布局设计的结果要有利于环境的改善与发展，要考虑整体优化的原则； ( 2 ) 在环境与条件允许的情况下，应使设施之间的距离最短，物流成本最低； ( 3 ) 有效利用空间，节约资金； ( 4 ) 布局设计的结果应利于机械化、自动化发展； ( 5 ) 布局设计的结果要保证安全，维修与操作方便； 西北工业大学工程硕士学位论文 ( 6 ) 布局设计要用最少的建设投资而达到系统功能的要求。 3 3 布局设计的设计流程 3 3 1 布局设计的分析阶段 ( 1 ) 基本资料 1 ) 厂房位置 组装厂 ( 组装) 图3 1 厂房位置图 该冲压厂房位于裁剪厂( 提供原料) 与组装厂( 供应目标) 中间，其中与裁剪厂距离 3 0 0 米，与组装厂距离1 5 0 米，如图3 1 所示。 2 1 厂房基本参数 如图3 2 所示为所设计厂房的平面图及立体图。由图3 - 2 ( a ) 、( b ) 可知，厂房为 钢构结构，顶棚为网架结构，厂房长度9 6 米，宽度3 0 米，高1 3 5 米。地坪为金钢 砂地面，地坪荷重6 吨平方米。北侧设一5 m + 6 m 大门，南侧设两5 m + 6 m 大门，西 侧设一9 m + 6 m 大门。厂房北侧设有附房及洗手间。 厂房内已架设两台1 0 吨双梁天车。已安装水、电、汽管线，并设有通风排气设 施。 1 2 蜓冒 量三兰奎型兰丝堡塑曼 星查星堡兰 ( a ) 平面图 图3 2 厂房平面及立体图 ( b ) 立体图 3 ) 设备基本参数 大型连续模冲压厂房所需设各主要有6 0 0 吨冲床、4 0 0 吨冲床及整平送料机。 如图3 3 所示为6 0 0 吨冲床的平面图和立体图 ( a ) 平面图 ( b ) 立体图 图3 - 36 0 0 吨冲床平面及立体图 该6 0 0 吨冲床的基本参数如下： 冲压能力( K N ) 6 0 0 整机尺寸( m m ) 7 4 5 0 5 4 0 0 + 6 9 2 0 整机重量( k 曲 1 8 5 0 0 0 台盘面积( n 2 ) 4 6 0 0 + 1 5 5 0 如图3 - 4 所示为4 0 0 吨冲床的平面图和立体图，其基本参数为： 1 3 割 西北工业大学工程硕士学位论文 广 4 0 0 冲床 气 UL 陡 ( a ) 平面图( b ) 立体图 图3 44 0 0 吨冲床平面及立体图 冲压能力( K N ) 4 0 0 整机尺寸 6 8 0 0 + 4 7 0 0 + 6 4 3 5 整机重量 g ) 8 5 0 0 0 台盘面积( m m 2 ) 3 7 0 0 + 1 4 0 0 如图3 5 所示为整平送料机的平面图和立体图，其基本参数为： ( a ) 平面图 立体图 图3 5 整平送料机平面及立体图 送料宽度( 1 n n l ) 整机尺寸( m m ) ( 2 ) 布局设计要素 1 0 0 0 4 1 0 0 5 5 0 0 幸2 0 0 0 1 4 第三章大型连续模冲压厂房布局设计 1 ) P 要素( 产品或材料或服务) 即规划设计的对象所生产的产品、原材料或提供服务的项目【1 0 1 。这里主要指要 生产的产品。下面分别介绍所要生产的产品，从中可以得到各零件所用材料、零件 长度及宽度、所用模具类型、所用设备类型等信息，为后面的设计提供依据。 图3 6 所示为A 机种的整机图，表3 1 所示为A 机种主要零件列表。 图3 6 A 机种整机图 表3 1 A 机种零件列表 宽度长度 项目零件图标材料模具类型设备 ( m m ( I m n ) 1a G I5 4 64 7 1 连续模 6 0 0 T 2b 回 G I5 4 65 0 8 连续模 6 0 0 T 3C ” G I 3 4 5 2 0 0连续模4 0 0 T 4d G I2 3 61 6 0 连续模 4 0 0 T 5e 仑 G I 3 0 2 2 1 6连续模4 0 0 T 1 5 西北工业大学工程硕士学位论文 图3 7 所示为B 机种的整机图，表3 2 所示为B 机种主要零件列表。 图3 7 B 机种整机图 表3 2 B 机种零件列表 宽度长度 项目零件图标材料模具类型设备 ( 玎1 )( 姗) 1aG I7 5 4 5 8 4 连续模 6 0 0 T 2b G I7 7 9 6 0 9 连续模 6 0 0 T 3CG I4 0 61 9 0 连续模 4 0 0 T 4 d G I2 9 4 1 7 7 连续模 4 0 0 T 5e G I 3 6 81 8 2 连续模 4 0 0 T 6 fG I3 7 5 1 6 5 连续模 4 0 0 T 1 6 第三章大型连续模冲压厂房布局设计 图3 8 所示为C 机种的整机图，表3 3 所示为C 机种主要零件列表。 图3 - 8 C 机种整机图 表3 3 c 机种零件列表 宽度长度 项目零件图标材料模具类型 设备 ( 蛐)( I n m ) la 龟 0 I6 1 73 9 0 连续模 6 0 0 T 2b G I3 8 54 0 5 连续模 4 0 0 T 3 圄 G I3 9 53 9 0 连续模 4 0 0 T 2 ) Q 要素( 数量或产量) 指所生产、供应或使用的商品量或服务的工作量。其资料也由生产需求和产品 设计提供，用件数、重量、体积或销售的价值表示。数量这一要素影响着设施规模、 设备数量、运输量、设施面积等因素【。 这里主要指所要生产的产品的需求量及各零件的用量和产能。用表3 4 所示的 产量需求来表示。 i 7 西北工业大学工程硕士学位论文 表3 4 产量需求表 机种 需求量( 万台年) 零件 用量( p c s )产能( p c s l I ) a11 6 0 0 bl1 6 0 0 A3 5 0C12 0 0 0 dl1 8 0 0 e12 0 0 0 a11 3 0 0 bl1 3 0 0 C11 8 0 0 B4 0 0 d11 8 0 0 e12 0 0 0 f12 0 0 0 a11 3 0 0 C 1 5 0b11 6 0 0 C11 6 0 0 3 ) R 要素( 生产路线或工艺过程) 这一要素是工艺过程设计的成果，可用设备表、工艺路线卡、工艺过程图等来 表示，它影响着各作业单位间的关系、物料搬迁路线、仓库及堆放地的位置等因素。 用图3 9 所示的生产路线图来表示。 裁切 冲压组装 钢材卜钢卷卜运输卜冲件斗储存卜运输卜成品 4 ) S 要素( 辅助服务部门) 图3 9 生产路线图 1 8 第三章大型连续模冲压厂房布局设计 指公用、辅助、服务部门，包括工具、维修、动力、收货、发运、铁路专用线、 办公室、卫生站、更衣室、食堂、厨房等，由有关专业设计人员提供。这些部门是 生产的支持系统，在某种意义上加强了生产能力。有时，辅助部门的总面积大于生 产部门所占的面积，所以需重视。 本文的辅助部门主要有钢材仓、模修区、仓储区、办公区及工务备品室等。下 面逐一介绍这些辅助部门。 钢材仓：用于钢卷的暂存 由于钢材供应点距离厂房较远，不能完全做到零库存，钢材从供应点用卡车送 至厂房外，再用叉车运送至厂内，需做钢材的暂存，然后再经由天车送至送料机处。 因此需要设置钢材仓，其中钢材的安全库存周期为4 小时。 模修区：模具维修保养区域 6 0 0 T 及4 0 0 T 连续模的生产方式，由于冲床频率较快，模具损耗较大，因此模 具损坏的频率也比一般冲床较高，另外模具损坏的程度多数为轻微的、可快速维修 的损伤。若一旦出现问题时，都需送返至模具厂进行维修，一方面耽误了生产，另 一方面造成了工时的浪费。因此需要在厂房内设置模修区，方便模具就近维修及保 养，只有当模具损伤较大或需重大改模时才送至模具厂完成。 工务备品室：设备、模具备品仓库 工务备品室的设置，也是为了方便模具及设备的维修及保养工作，节省由于模 具及设备损坏维修的工时，同时也储备一些常用的及必备的模具及设备备品。 仓储区：半成品储存 6 0 0 T 及4 0 0 T 连续模生产方式的产能较高，产品产出快( 产出速度远快于下一工 站1 ，产出的产品无法及时送至下一工序进行组装，因此需设置仓储区将不能实现零 库存的产品进行仓储，同样安全库存周期也为4 小时。 办公区：现场办公人员办公室 工厂管理人员及周边服务单位办公需要。 5 ) E 要素( 时间或时间安排) 指在什么时候、用多长时间生产出产品，包括各工序的操作时间、更换批量的 次数。在工艺过程设计中，根据时间因素可以求出设备的数量、需要的面积和人员， 平衡各工序。这些都影响着仓储、收货、发运，以及辅助部门的配合等因素。 在此规划中，因为应用大型连续模生产方式，产品的生产实际可看为由一个工 序生产完成，因此一个产品可看作只有一个工时，也可直接由产能来表述，( 数据如 1 9 西北工业大学工程硕士学位论文 表3 5 所示) 。 ( 3 ) P - Q 分析及R 分析 P Q 分析是要回答采用什么样的生产方式，从而采取什么样的基本布置形式， 在本设计中，生产的产品：A 机种、B 机种、C 机种共三个机种( 其中A 机种5 个零 件，B 机种6 个零件，C 机种3 个零件) ，需求量分别为3 5 0 万台年、4 0 0 万台，年和 1 5 0 万台年，属于大批量、少机种的生产方式。机种少就意味着模具少，每天用于 换机种、换模的时间就少。因此，适合采用大型连续模的布置方式。 表3 5P Q 分析表 需求量设备需求 机种零件 产能c s m ) ( 万台年) 6 0 0 T4 0 0 T a1 6 0 0O 4 9 b1 6 0 0O 4 9 A 3 5 0 C2 0 0 0O 3 9 d1 8 0 00 4 3 e2 0 0 0O 3 9 a 1 3 0 0O 6 8 b1 3 0 0O 6 8 C1 8 0 0O 4 9 B4 0 0 d1 8 0 0O 4 9 e 2 0 0 00 4 5 f2 0 0 0O 4 5 a1 3 0 0O 2 6 C1 5 0b1 6 0 0O 2 1 C1 6 0 0O 2 1 合计 2 6 03 5 1 注：设备需求= 每小时需求量产白皂宽放系数 每小时需求量= 年需求量1 2 ( 月数) 2 6 ( 每月天数) 8 ( 每班时数) 2 ( 班数) 采用白晚两班制生产 考虑换模时间及换钢卷的时间占用，取宽放系数O 9 第三章大型连续模冲压厂房布局设计 由表3 5 设备需求计算公式可得：在每月工作2 6 天，每天工作1 6 小时的情况 下，需求6 0 0 T 冲床2 6 台，4 0 0 T 冲床3 5 l 台，考虑4 0 0 T 产能不足的部分可在6 0 0 T 生产，实际取6 0 0 T 及4 0 0 T 各三台。 R 分析即物流分析，它的分析基础是生产路线，由于在连续模的生产方式中工 艺过程较简单，物料流动是其主要部分，因此物流分析就成为其核心，对物流系统 的详细分析见第四章第二节。 ( 4 ) 绘制相互关系图 首先确定需布置的每项设施，如表3 6 所示。 表3 6 车间设施一览表 设施编设施编 设施名称设施名称 号 号 l冲床5仓储区 2 冲床辅助设施 6 工务备品室 3 钢材仓 7 办公区 4 模修区 8 厕所 然后根据各项设施相互之间的关联或接近程度绘制车间作业相互关系图3 1 0 。 2 l 西北工业大学工程硕士学位论文 相互关系密切 l 原因代码 l 2 34 5 含义共用性物流人流服务清洁 图3 1 0 车间作业相互关系图 由图3 1 0 可以看出：属绝对必要( A 级) 关系的是冲床与冲床辅助设施( 共用性) ； 属特别重要( E 级) 关系的是冲床与钢材仓及仓储区( 物流因素) ；属重要( I 级) 关系的是 冲床及冲床辅助设施与模修区及工务备品室( 服务因素) ；属一般( O 级) 关系的是厕所 与办公区( 人流因素) 及冲床与办公区( 服务因素) ；属不希望级) 关系的是办公区与 模修区( 清洁因素) 。 ( 5 ) 确定需用空间 以下将设定每项作业需要的面积，并确定对作业空间自然特性( 含生产基础设施) 和外形或轮廓的要求。 由于冲床需做基础，一旦位置固定以后不可变更，而其附属设施( 整平送料机及 换模装置1 与其相对位置固定。因此可将冲床及其附属设施看为一个整体进行规划考 虑。表3 7 所示是各设施面积与特性要求列表。 第三章大型连续模冲压厂房布局设计 表3 7 面积与特性要求表 设施或作业 所需 自然特性要求 序号面积 r 房天车 地面用水用电需 用气特殊 备注 名称高度吊重 ( m 2 )荷重需求 求 需求基础 ( m )( I ) 5 l O K W 冲床及其附 6 4 5 L 需做6 台设 l & 21 0 0 03 中 属设施分钟地基备需求 3 8 0 V 3 钢材仓 2 5 0 5 0 K W l o o L 4 模修区 2 0 03 分钟 1 31 07 3 8 0 V 5仓储区 5 0 0 办公用 6工务备品室3 0 电 办公用 7 办公区 3 0 电 8 厕所 5 0 各设施面积的确定如下： 1 ) 冲床及其附属设施 3 台6 0 0 T 冲床、3 台4 0 0 T 冲床及其附属的整平送料机、所需的总面积，根据 每台设备和作业所需的面积，加上辅助设施、维修、通道以及人员等所需的面积， 冲床及其附属设施所需面积为1 0 0 0m 2 左右。 2 ) 钢材仓 钢材需总面积= 需暂存的钢卷数单个钢卷所需面积 由钢材料号确定需暂存的钢卷数量= 料号数+ 安全库存周期每小时用量 = 1 4 + 4 2 = 1 1 2 ( 卷) ( 注：料号数即零件数，为1 4 个；安全库存周期由钢材供应地的距离及交货期确定为4 h ；每 小时用量由单台设备实际使用量确定平均为2 卷。) 西北工业大学工程硕士学位论文 单个钢卷需要的