系统化设施布置规划方法.ppt

第三章系统化设施布置规划方法SystematicLayoutPlanning SLP 引导案例 东风汽车公司前身是1970年代开始建设的第二汽车制造厂 它位于湖北省西北山地十堰市 二汽的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 没有考虑汽车制造这种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 在厂际间建设了70多公里的铁路专用线及与之配套的仓库等设施 最后 不得不用汽车运输取代了原定的厂际间的铁路运输 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 主要内容 1 设施布置的基本概念2 设施布置的典型形式 布置形式 物料流动的模式 产品原则布置的设计 3 物流分析的基本方法 工艺过程图 线图 多产品工艺过程图 从至表等 4 系统化设施布置方法 本章主要内容 布置决策 设施布置的概念 设施布置的重要性和遵循的原则 典型布置形式 生产设施的三种布置形式 组合布置 物流流动模式 产品原则布置 系统布置设计 SLP概述 基本要素分析 物流分析 物流分析的内容和方法 从至表 物流强度 物流相关图 SLP相关图技术 非物流关系分析 作业单位综合相关图 作业单位位置相关图 作业单位面积相关图 平面图布置方法 缪瑟的线型图法 Tompkins关系表法 面积图 实际布置 现场布置 服务设施布置 办公室布置 零售店布置 3 1设施布置的概念 设施布置与设计是决定企业长期运营效率重要的决策 设施布置设计对生产系统极为重要 据测算 物料搬运和布置有关的成本占工厂生产总运营成本20 50 采用有效的布置方法 可以使这些成本降低30 甚至更多 生产系统设施布置要解决的主要问题是 是根据企业的经营目标和生产纲领 在已确定的空间场所内 按照从原材料的接收 零件和产品的制造 到成品的包装 发运的全过程 将人员 设备 物料所需要的空间做最适当的分配和最有效的组合 以便获得最大的生产经济效益 不仅有形的生产和服务设施会碰到布置和重新布置的问题 即使是非物质生产的服务系统 如商店 宾馆 餐馆也同样面临此问题 一 设施布置的内容 在进行设施布置决策要考虑的内容主要有以下几个方面 物流和物料搬运设备 确定物流的重要性和形式 采用何种设备 是传送带 起重机 自动仓库还是自动小车来发送和存储物料 并考虑物料在不同工作单元间移动的成本 容量和空间要求 只有先确定了人员 机器和设备的要求后 才能进行布置 为每一作业单位分配合理的空间 并考虑通道 洗手间 餐厅 楼梯等附属设施的要求 环境和美学 布置决策也要求确定窗户 分隔高度 室内植物等环境因素 以降低噪音 改善空气流通和提供隐密性等 信息流 通信交流对公司都是很重要的 布置必须方便交流 在办公室布置中尤其重要 设施布置最早起源于工厂设计 一个工厂的设施布置包括工厂总体布置和车间布置 工厂总体布置设计应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 露天作业场地等各种作业单位和运输线路 管线 绿化和美化设施的相互位置 同时应解决物料的流向和流程 厂内外运输的联接及运输方式 车间布置设计应解决各生产工段 工作站 辅助服务部门 储存设施等作业单位及工作地 设备 通道 管线之间和相互位置 同时 应解决物料搬运的流程及运输方式 作业单位 Activity是指布置图中各个不同的工作区或存在物 是设施的基本区划 作业单位的最高层次是要设计的设施 Facility 它包括一系列部门 Departments 部门可以是车间或其他机构 而部门由工作中心 WorkCenter 组成 若是工厂这些工作中心可以是工段或班组 如车床工段 也可以是柔性制造单元 FMS 通常部门级的布置指的是块状布置图 BlockLayout 工作中心级的布置是详细布置图 DetailedLayout 工作中心由工作站 Workstation 组成 工作站也称工作地 是最小作业单位 它一般由一台机器和 或一个作业人员组成 工作地布置是整个布置的基础 工作站面积大小和形状对上面几个层次的布置影响很大 一般通过人机工程 工作测量和机器本身的尺寸和输入输出要求来确定工作地的面积和其他要求 作业单位的层次 设施 部门 部门 部门 部门 块状布置图 详细布置图 工作地布置 二 设施布置的原则 设施布置的好坏直接影响整个系统的物流 信息流 生产经营能力 工艺过程 灵活性 效率 成本和安全等方面 并反映一个组织的工作质量 顾客印象和企业形象等内涵 设施布置工作不但在新设施设计时要做 在原有设施重新设计改造时也需要 企业经营总会面临内部条件和外部市场的各种变化 从而会出现当初布置设计时考虑不到的问题 都可能会要求重新布置生产或服务系统 设施布置设计要考虑的基本原则 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 产品搬运距离的大小 不仅反映搬运费用的高低 也反映物料流动的通畅程度 因此 应以搬运距离最小原则选择最佳方案 流动性原则 良好的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 无论是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 在进行厂房设施规划布置前 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 应考虑使作业人员有安全感 方便 舒适 最早的设施规划与设计是工厂设计经验的总结 难以满足生产经营的要求 随着工厂和服务设施布置设计的发展和研究的深入 加上系统工程 运筹学 计算机技术的发展应用 出现一些先进的设计方法 理查德 缪瑟 RichardMuther 的系统布置设计 SystemLayoutPlanning SLP 方法 使工厂布置设计由定性阶段发展到定量阶段 广泛应用于各种生产系统与服务系统 3 2设施布置的典型形式 一 典型布置形式生产设施的布置有三种基本的形式 固定式布置产品原则布置工艺原则布置另外还有 混合布置 成组原则 1 固定式布置 固定式布置 Fixed PositionLayout 也称项目布置 它主要是工程项目和大型产品生产所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 之所以要固定 是因为加工对象大而重 不易移动 如工程建设 飞机厂 造船厂 重型机器厂等 固定式布置问题还没有很好解决 问题有三 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 因此一般不采用固定式布置 即使采用 也尽量将大的加工对象先期分割 零部件标准化 尽可能分散在其他位置和车间批量生产 以降低生产组织管理难度 如工程建设的预制件生产和大型机器设备的部件生产 固定式布置是人类最早的生产布置形式 用于农业种植 房屋建造 道路建设和采掘开矿等方面 随着技术的进步和工业化生产 便有了产品原则布置和工艺原则布置 2 产品原则布置 产品原则布置 ProductLayout 又称流水线布置 AssemblyLineLayout 或对象原则布置 当生产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布置 Ford首创流水线生产 产品原则布置的基础是标准化及作业分工 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 以汽车装配线为例 对于一条装配线而言 其车型基本不变或变化不大 整个装配顺序固定不变 这样 通过作业分工将汽车装配分解为若干标准化的装配作业 各个工作站配备有专用的装配设备来完成固定的装配作业 不同工作站间的运输采用专用的 路径固定的运送设备 在服务系统中 服务对象的个性千差万别 流水线布置的应用相对较少 但可以分解为一系列标准作业的服务也可以采用这种布置方式 如自助餐厅服务线及汽车的自动清洗服务等 产品原则布置的优缺点 优点 大量且标准化的生产 产品产出率高 单位产品成本低 专用设备投资也因产量大而摊薄 每一产品都按自己的工艺流程布置设备 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 由于操作人员只做一种产品的一个工序 效率高且所需培训少 生产管理和采购 库存控制等工作也因变化少而相对简单 缺点 主要在于但它要求较多的设备 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 3 工艺原则布置 机群式布置 工艺原则布置 ProcessLayout 又称功能布置 FunctionalLayout 将功能相同或相似的一组设施排布在一起 将类似或相同功能的设备集中 例如可区分为车床组 铣床组 研磨组 钻床组 加工工艺需要这些设备的工件按工艺路线成批进入这些班组 不同的产品需要不同的工艺路线 为了适应多种加工对象及工艺路线 需要采用可变运输路线的物料搬运设备 如叉车 手推车等 工艺原则布置的优缺点 工艺原则布置方式具有较高的柔性 无论是对产品品种 数量的变化 还是对于加工设备的故障响应 由于批量加工及闲置设备的存在 个别设备的故障或人员的缺勤不会对生产系统造成大的影响 但是 这种布置方式存在机器及工人的利用率较低 在制品的数量较高的缺点 同时 由于采用通用搬运设备 其运输效率低下 单位运输费用较高 单位产品的成本较高 整个生产时间必然较长 且整个车间的物流比较混乱 另外 这种生产模式对操作人员的技术水平要求较高 组织和管理工作也较困难 工艺原则布置在服务业中也很常见 此时称为过程原则布置 例如综合医院的布置一般是将功能相似的检查设备 如牙齿的X射线检查仪 内脏的X射线检查仪等及相应的医护人员组成放射科 或将服务功能相似的医生 如外科医生 精神科医生等分别组成外科 精神科 此外 汽车修理间 航空公司和公共图书馆都属于这一类 4 组合布置 上述三种基本布置形式是理想的模型 实际布置设计常有几种形式的组合 例如一些机械工厂从大面上看是工艺原则布置 但不排除部分车间采用产品原则布置 医院总的来说也是工艺 过程 原则布置 但手术室等则为固定式布置 工艺原则布置和产品原则布置代表了小批量生产到连续大模型生产的两个极端 制造商在工艺原则布置的基础之上 向产品原则布置靠拢 这样 系统既灵活又有效 单位生产成本低 单元制造 成组技术和柔性制造单元就代表了这种方向 1 成组原则布置 GroupLayout 成组原则布置在制造业中又称单元制造 CellularManufacturing 是一种较为先进的布置方法 由于顾客需求的多样化 多品种 少批量生产模式已成为当前生产的主流 成组技术正是适应这种需要而发展起来的 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 这些机器组即制造单元 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 相比于工艺布置 由于经过分组 其加工时间较短 物流效率较高 在制品较低 准备时间较短 同时又具有工艺原则原则布置的柔性特点 因而是一种具有发展潜力的布置方式 2 成组生产单元 成组生产单元 workcell 是为一个或几个工艺过程相似的零件族组织成组生产而建立的生产单位 在成组生产单元里配备了成套的生产设备和工艺装备以及相关工种的工人 以便能在单元里封闭地完成这些零件的全部工艺过程 成组生产单元是一种灵活的布置 会根据产品设计和产量的改变 而相应改变 尽管成组原则布置概念来自于制造业 但是其思想对服务业也同样存在 例如 在国际机场中 将国际航班及国内航班的旅客分类处理 大型火车站中 按车次目的地的不同方向来布置候车室等 可以提高输送旅客的效率 a 当前布置 工人在封闭的小空间内 没有第三个工人无法增加产量 改进的布置 工人可以互相帮助 可以增加第三个工人 b 当前布置 直线式布置难于平衡任务 工人工作量不相等 改进的布置 U形布置工人活动更方便 四人减少到三人 5 各种布置型式的比较 固定成本比较定位类别布置工艺类别布置成组类别布置产品类别布置变动成本比较产品类别布置成组类别布置工艺类别布置定位类别布置 低 高 低 高 各种布置型式各个层面的特性比较表 练习 下列三图应分别采用何种布置型式 二 物料流动的基本模式设备和空间做最佳的配置安排是一种静态优化的观念 从原料的接收至成品的发运过程 能以最经济 最有效的方式顺畅流通 是一种动态的规划方法 如何使其以最经济 最方便的方式流通 它依赖的是物料流程合理完善规划 由此也可以看出物料流程是配合制造程序与设备而设计 布置问题的定量分析最常见的目标是降低物流成本 这时就要对设施内的物料流动模式 PatternsofFlow 作出分析 流动模式可以分为水平和竖直的 如是单层设施 就只用考虑水平流动模式 多层设施布置时还要考虑竖直模式 但总的来说 水平模式是最基本的 不论布置对象的大小是工厂级 车间级 还是工作单元级 也不论采用何种原则布置 都要考虑物料的流动模式 但同时工厂生产离不开职工 职工的活动也是一种流动 因此合理的物流流动模式也要考虑人员的流动情况 物料流动的基本模式 直线式双线式Z字型或锯齿型U字型圆型奇角型 1 直线式 此布置形式适用于宽阔的操作区域 生产程序较短 且相当简单 此种布置适合于每人只作一种工作 或兼做相邻近的几种工作 2 双线式 适用于大量生产 一线不能容纳 则采用双线 3 Z字型或锯齿型 又称缩短路线法 适用于长度有限时 或受到空间的限制 此法可节省设施所需的面积 且可有效的利用空间 4 U字型 此法适用于多数操作必须集中于一处 而场地又受到限制 或生产线的起点与终点必须在同一通道旁 其成品接近运输设备 此种排列可节省设施所需的面积 且监督较容易 中间又可利用作为暂存区域及检验区 5 圆型 此种排列为起 终点相接 成为无终止的线形运动 其最大的优点 即工作可回到起点 如工作用的钳子 工具 或容器必需送回起点时 可用这种形式 且每一单位连结若干工作站及同一系列作业 同一台机具可重复使用 6 奇角型 此法适用于短距离的输送或需平稳输送者 或空间限制者 特别是在制造小零件型时 可用不规则式的布置 选择流动模式时主要考虑收发口 场地和建筑物的限制 生产流程和生产线的特点 通道和运输方式等 实际设施布置的流动规划常常是上述几种模式的组合 如组合成分枝和脊柱式 最适用于离散制造中部件和产品的装配 分枝为部件装配 主干为总装 两边对称的分枝就是脊柱式 好的设施布置要认真进行流动规划 使之有效合理 物流合理化的一个重要原则是避免物流路径交叉 三 产品原则布置设计流水线已在世界各国广泛应用 并且在内容和形式上不断地创新 流水线的设计包括 技术设计 硬件 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 软件 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 这里主要是流水线的组织设计 它是进行技术设计的前提和依据 技术设计应当保证组织设计每一个项目的实现 当然组织设计时也要考虑技术设计的可能性 但都要符合技术上先进 经济上合理的原则 本课程产品原则布置设计主要讲述两个问题 流水线的平面布置设计流水线平衡问题 1 流水线的平面布置 进行流水线平面布置设计时应遵循以下原则 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 这些原则同流水线的形状 流水线内工作站的排列方法 流水线的位置以及它们之间的衔接形式有密切的关系 流水线的形状直接反映流动模式 每种形状的流水线在工作站的布置上又有单列和双列之分 流水线单列和双列直线布置示意图 单列直线形流水线 多在工序数少 每道工序的工作站也少的条件下应用 这种平面布置的主要优点是安装和拆卸设备方便 容易供应毛坯 容易取下成品 容易清除残料切屑 工作站同流水线的配合比较简单 当工序与工作站的数量较多而空间的长度不够大时 可采用双列直线排列 当工序或工作站更多时 可采用L形 U形和S形等布置 山字型常用于零件加工与部件装配相结合的情况 环形布置多采用于工序循环的情况下 流水线内工作站的排列 首先应符合工艺路线 其次当每道工序的工作站为两个及以上时 就应当考虑同类工作站排列方法的问题 如果有两个 四个同类工作站时 一般将它们分别列在在制品运输路线的两侧 如果有三个同类工作站时 可考虑采用三角形排列 当几台设备由一名工人看管时 应考虑工人作业的方便和巡回路线最短问题 流水线的位置以及流水线之间的衔接 应根据加工 部装和总装和系统图所要求的顺序安排 尽可能使零件加工的完结处 恰好是部件装的开始处 而部件装配的完结处正是该部件进入总装的开始处 从而使所有流水线的布置符合产品生产过程的总流向 上述流水线布置均指单层厂房的情况 若为多层厂房 流水线的布置形状又可分为上升型 下降型 升降机集中型 升降机分散型流水线等 以及这几种形式的组合型流水线 立体流水线通常人适用于小型且加工度较高的产品 如精密机械 电子和仪器仪表等 在厂房的每一层中 按单层的情况考虑平面形状 在现场布置中一定要考虑流动 不要形成孤岛 不考虑人和机器的平衡就推进自动化 这是造成孤岛的原因 做好作业间的组合 实施能够互相支援的流动作业分配 才能达到 少人化 的目标 另外一人看守一台机器的话 无论怎样都会产生空手等待的浪费 因此 为了消除浪费 应让这位员工多拥有一台机器 在一台机器加工的期间 给另一台机器安装 取下零部件 流水线的布置除遵循上述的一般原则之外 还必须考虑具体条件 如车间的生产面积 开间长度 设备种类 尺寸与数量 运输方式的种类与毛坯运入 成品运出的条件 通信设备与动力系统的位置等 2 流水线生产平衡 流水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 当每一个产出单元 如一辆汽车 一台发动机 经过该站工人就进行一次重复规定操作 要想使装配线合理高效 装配线的平衡问题是一个关键问题 按 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产以使平衡延迟最少 的原则进行装配线平衡调整 为此需要确定生产周期时间和确定最少工作站 或工作地点 数目 然后是工作站作业分配问题 流水线生产平衡方法 1 确定工作周期时间C C H Q式中 H 每天生产时间 Q 每天在H时间内要求的产量 C 周期时间 2 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 工作站的作业分配问题要用到矩阵解法 将结合下面的例子来讲述这一过程 例3 1 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 解共4步 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 装配先后次序矩阵表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 1 领先 1 1 1 1 1 1 1 1 延后 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 2 完成位置权值计算 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pwa 221 171 116 126 96 71 32 34 20 位置权值pwa为该单元及所有带 1单元时间之和 位置权值矩阵表 3 确定周期时间和最少工作站数 将已知的数据 该部件每天需组装369台 每天的生产时间480min 代入得周期时间 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 4 分配工作站的作业 平衡装配线 工作站K 1 1 2 2 2 3 3 3 3 单元时间ti秒 50 25 20 30 25 25 12 14 20 装配线平衡表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 单元i 221 171 116 126 96 71 32 34 20 位置权值pwa 1 2 2 3 4 5 6 6 7 8 紧前单元 工作站时间 ti秒 50 75 50 30 75 25 51 39 71 平衡延迟秒 28 3 28 48 3 53 27 39 7 递减顺序 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 周期时间 78秒 工作站时间 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 3 3物流分析 FlowAnalysis 的基本方法 当物料移动是工艺过程的主要部分时 物流分析就是工厂布置设计的核心工作 也是物料搬运分析的开始 零部件物流是该部件在工厂内移动时所走过的路线 物流分析不仅要考虑每个零部件在工厂内的路线 还要遵循两个最小和两个避免的原则 两个最小原则 经过距离最小和物流成本最小 两个避免原则 避免迂回和避免十字交叉 物流分析有助于设计人员选择最有效的机器设备 设施 工作单元和部门的安排布局 同时还有助于改进生产过程 在物流分析时要验证工艺路线是否正确 合理 检查是否可以取消 合并 改变顺序 位置或人员和改进细节 因此正确合理的设施布置不仅能提高生产效率和工作效率 也是节约物流费用从而降低产品或服务成本的重大措施 除了物料和设施外 分析职员工作时在设施内走动时的路线也是很重要的 人员流动分析用来安排工厂内所必不可少的服务设施 以方便职员的工作 3 3 1物流分析的内容与方法 物流分析包括确定物料在生产过程中每个必要的工序之间移动的最有效顺序及其移动的强度和数量 针对不同的生产类型 应采用不同的物流分析方法 1 工艺流程图 ProcessChart 在大批量生产中 产品品种很少 用标准符号绘制的工艺过程图直观地反映出工厂生产的详细情况 此时 进行物流分析只需在工艺过程图上注明各道工序之间的物流量 就可以清楚地表现出工厂生产过程中的物料搬运情况 2 多产品工艺过程表 Multi columnProcessChart 在多品种且批量较大的情况下 如产品品种为10种左右 将各产品的生产工艺流程汇总在一张表上 就形成了多种产品工艺过程表 在这张表上各产品工艺路线并列绘出 可以反映出各个产品的物流途径 3 成组方法 GroupTechnology 当产品品种达到数十种时 若生产类型为中小批量生产 进行物流分析时 就有必要采用成组方法 即按产品结构与工艺过程的相似性进行归类分组 然后对每一类产品采用工艺过程图进行物流分析 或采用多产品工艺过程表表示各组产品的生产工艺过程 再做进一步的物流分析 4 从至表 From toChart 当产品品种很多 产量很小且零件 物料数量又很大时 可以用一个矩阵图表来表示各作业单位之间的物料移动方向和物流量 4 4 2从至表 从至表是矩阵式的 通常用来表示建筑物之间 部门之间或机器之间的物流量 它适用于多产品或多零件时的情况 如果计入作业单位之间的距离 还可以表示作业单位之间的物料搬运总量 即物流强度 从至表的画法是 在从至表上横行和竖列的标题栏内 按同样顺序列出全部作业单位 将每个产品或零件在两个作业单位之间的移动 分别用字母代表产品或零件 数字代表搬运总量 填入两个作业单位横行和竖列相交的方格内 从表的左上角到右下角 画一条对角线 零件前进记在右上方 退回记在左下方 例4 3 设有三个产品A B C 制造它们涉及到的8个作业单位 分别是原料 锯床 车床 钻床 铣床 检验 包装和成品 以1 8代替 三个产品的工艺线路和每天运量如下表所示 产品号 每天搬运托盘数 工艺路线 A 1 2 5 6 3 5 4 6 7 8 8 B 1 4 3 5 6 7 8 3 C 1 2 3 4 5 6 7 8 5 To 1 2 3 4 5 6 7 8 1 原料 2 锯床 3 车床 4 钻床 5 铣床 6 检验 7 包装 8 成品 8 From 20 36 44 30 18 10 12 28 36 22 10 18 16 24 10 22 30 8 18 30 38 26 38 46 12 20 8 各作业单位距离见下表 试作出物流分析 注意因为两向距离一致 故左下角表数据省略 距离从至表 解 先按工艺线路画出产品运量从至表 To 1 2 3 4 5 6 7 8 1 原料 2 锯床 3 车床 4 钻床 5 铣床 6 检验 7 包装 8 成品 A8 C5 A8 A8 A8 A8 A8 A8 A8 A8 B3 B3 B3 AB11 B3 AB11 B3 AB11 B3 AB11 AC13 From C5 C5 C5 C5 ABC16 C5 ABC16 C5 ABC16 产品号 每天搬运托盘数 工艺路线 A 1 2 5 6 3 5 4 6 7 8 8 B 1 4 3 5 6 7 8 3 C 1 2 3 4 5 6 7 8 5 1 2 有了距离从至表和产品运量从至表 以相应格子的运量乘以距离便得物流强度 见下表 物流强度从至表 To 1 2 3 4 5 6 7 8 1 原料 2 锯床 3 车床 4 钻床 5 铣床 6 检验 7 包装 8 成品 From 108 0 60 288 104 80 264 188 40 144 80 252 416 64 192 48 128 合计 212 348 344 232 128 合计 2016 0 480 272 592 560 192 128 8 AC13 104 4 4 3物流相关图 算出物流强度表之后 先分级 再做物流相关图 从表中按路线将物流强度从大到小列出 见下图 再将同一作业单位对的物流强度合并 如表中 3 4的80和4 3的48合并得3 4为128 5 4的64和4 5的40合并得5 4为104 并后 重排大小 再按作业单位对的强度划分等级 物流强度等级划分采用著名的A E I O U等级 AEIO比例如下图 U级比例只给无物流的作业单位对 有物流的作业单位对一般不考虑 物流相关图 其中U级关系没标出 4 3系统布置设计 设施布置的方法和技术 一直是工业工程领域不断探索的问题 人们研究出了许多手工设计 数学分析和图解技术 1960年代以来 又发展了计算机辅助设施设计技术 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 1961年理查德 缪瑟提出的系统布置设计SLP 在世界范围内设施布置都有较大影响 应用十分普遍 SLP是一种条理性很强 物流分析和作业单位关系密切程序分析相结合 寻求合理布置的技术 不仅适合各种规模或种类的工厂的新建 扩建或改建中对设施或设备的布置或调整 也适合制造业中对办公室 实验室 仓库等的布置设计 同时 也可用于医院 商店对服务业的布置设计 SLP法工厂总平面布置 对各作业单位之间的相互关系作出分析 包括物流和非物流的相互关系 经过综合得到作业单位相互关系表 相关图 根据相关图中作业单位之间相互关系的密切程度 决定各作业单位之间距离的远近 安排各作业单位的位置 绘制作业单位位置相关图 将各作业单位实际占地面积与作业单位位置相关图结合起来 形成作业单位面积相关图 通过作业单位面积相关图的修正和调整 得到数个可行的布置方案 最后采用加权因素对各方案进行评价择优 并对每个因素进行量化 得分最多的布置方案就是最佳布置方案 SLP方法有5个基本要素 抓住这些就是解决布置问题的 钥匙 5个基本要素是P Q R S T 即 P 产品和物料 包括其变化和特性 Q 每种物品的数量 R 生产路线 工艺过程顺序 S 辅助部门 包括服务部门 T 时间 时间安排 上述P Q两个基本要素是一切其他特征或条件的基础 只有在上述各要素充分调查研究并取得全面 准确的各项原始数据的基础上 通过绘制各种表格 数学和图形模型 有条理地细致分析和计算 才能最终求得工程布置的最佳方案 整个设计被划分为4个阶段 确定位置 总体区划 详细布置 实施 四个阶段均按顺序进行 其中第一阶段和第四阶段不属于布置设计工作 第二和第三阶段是布置设计的主要工作 系统布置设计SLP程序模式 相关图 4 5SLP相关图技术 相关图是缪瑟首先使用的 它能直观地表示出各作业单位两两之间的关系密切程度 而这正是布置的依据 因为企业内作业单位之间关系影响因素较多 所以除了进行物流分析之外 还要有非物流分析 4 5 1非物流分析 物流分析所得到的是定量的相互关系 但是各作业单位之间还存在着其他的关系 例如以下就是非物流因素为主的情况 诸如电子和精密机械的工厂 需要运输的物料很少 物流相对来说不重要 辅助设施与生产部门之间常常没有物流关系 但必须考虑它们之间的密切关系 像维修间 工具室 更衣室 休息室与生产区都的一定的密切关系 在纯服务性设施中 例如办公室 维修间内 常常没有真正的固定的物流 常用信息流或人流当作 物流 在某些情况下 工艺过程也不是布置设计的唯一依据 例如重大零部件的搬运要考虑运入运出的条件 不能按工艺过程布置 有的工序属于产生污染或有危害的作业 需要远离精密加工和装配区域 也不能考虑工艺顺序 因此 在分析作业单位相到关系时 除了物流关系外 还要考虑非物流的相互关系 它们一般不能用定量的方法得到 而要用一些定性的方法 这时相关图每个菱形格子不但要表示两两之间的密切程度等级 ClosenessRating 还要加上评级的理由 定性给出密切程度等级时 包括A E I O U和X六种 其比例一般按表4 16掌握 表4 16作业单位相互关系等级 图4 13所示的作业单位非物流相关图是某叉车厂的例子 这里共有14个作业单位 两两关系共有n n 1 2 14 14 1 2 91个 则A级约有2 5个 图中为3个 确定作业单位密切程度等级的主要影响因素 也就是评级理由 在相关图中一般以代码表示 并在右下角列出表格 图中所示的作业单位非物流相关图是某叉车厂的例子 这里共有14个作业单位 两两关系共有n n 1 2 14 14 1 2 91个 则A级约有2 5个 图中为3个 确定作业单位密切程度等级的主要影响因素 也就是评级理由 在相关图中一般以代码表示 并在右下角列出表格 这些理由一般不要超过8 10条 常见理由如 工作流程作业性质相似使用相同设备 设施或同一场地使用相同文件使用一套人员联系频繁程度监督和管理噪声 振动 烟尘 易燃 易爆等 非物流关系评级主要由上述理由确定 A级一般只用于部门间有密切的工艺联系或使用相同的设备或场所 如钢材库和下料区 最后检查和包装 清理和油漆等 大量的人员流动也可定为A 如果对A有些把握不准 就可定为E 如两个作业单位间人员流动量大但并不是每时如此 再如方便和安全要求 搬运物料要求和服务频繁和紧急等 U是最多的 当两个作业单位间不需要相关或无干扰时采用 X同A一样重要 但方向相反 是不需要密切靠近的 例如油漆间就不能和焊接间相邻 一般噪音 烟尘 发热 致冷和气味都是列X的理由 因为这种评级是定性的 必须遵循以下的方法和步骤 由设施布置人员初步决定各作业单位间的关系 并经集体讨论 充分阐明理由并作出分析 访问相关图中所列作业单位的主管或上级 和充分的调查研究 决定密切程度的标准 并逐项把这些标准列在相关图的理由表中 对每一对作业单位确定密切程度等级和理由 应允许任何人对相关图提意见 允许多次评审 讨论和修改 4 5 2综合相关图 综合考虑物流和非物流关系时 要确定两种关系的相对重要性 这一重要性用比值m n来表示 一般不应超过1 3 3 1 如果比值大于3 1 意味着物流关系占主导地位 设施布置只考虑物流即可 当比值小于1 3时 说明物流的影响很小 只考虑非物流关系即可 实际情况下 根据两者的相对重要性 比值可为3 1 2 1 1 1 1 2 1 3 有了此比值和两个相关图 就要将相关图中各密切程度等级按表4 16予以量化 然后用以下公式计算两作业单位i和j之间的相关密切程度CRijCRij mMRij nNRij其中MRij和NRij分别是物流相互关系等级和非物流相互关系等级 然后就可以按的值再来划分综合等级 各档比例还可按表4 16控制 这里要注意X级的处理 任何一级物流强度与X级的非物流关系综合时 不应超过O级 对于一些绝对不能靠近的作业单位 相互关系可定为XX级 最后 再根据经验和实际约束情况 来适当调整综合相关图 4 6平面布置方案的确定 明确了各相关的作业单位以及各单位之间的物流和非物流相互关系后 就可以按一定的规则和方法 设计出各种平面布置方案 这些方法根据作业单位划分的大小 可用于工厂总平面布置 车间布置和服务设施布置等 平面布置方法主要是缪瑟的线型图法和Tompkins的关系表法 其它方法还有螺旋法等 下面主要介绍前两种方法 4 6 1缪瑟的线型图法 缪瑟提出的SLP中采用了线型图来 试错 生成平面布置图 它的方法是用4条平等线段表示两作业单位间的A级关系 三条平等线表示E级关系 两条I级 一条O级 U级不连线 X级用折线表示 首先将A E级关系的作业单位放进布置图中 同一级别的用同一长度的线段表示 A级线段最短 取一个单位 E级的长度为A级的两倍 依次类推 随后 按同样的规则布置I级关系 若作业单位较多 线段混乱 可以不画O级关系 但X级必须画出 调整各部门的位置 以满足关系的亲疏程度 最后 将各个部门的面积放入布置图中 生成空间关系图 经过评价 修改 便获得最终布置 这种方法比较繁琐 尤其是作业单位多的时候 但它采用线段使各作业单位摆放有一定的距离 较适合分离厂房的工厂总平面布置 下面以某叉车厂布置的例子来说明它的做法 已知叉车厂作业单位综合相关图如下图所示 注意图中空格子均为U级关系 先将AEIOUX关系量化为数值 参见表4 16 得14个作业单位的综合接近程度和按分值的排序 分值越高 说明该作业单位越应靠近布置图的中心位置 越低则越往边缘 作业单位可按标准的作业符号来区分其性质 布置步骤如下 先考虑有A级关系的各作业单位对8 11 4 5和11 12 将分值最大的作业单位8置于中心位置 与其成A关系的11与之相邻 关系用一单位距离四条线画出 见图 a 再取分值次高的作业单位4 它与8和11分别有I和O的关系 故4用3单位长双线与8连接 用4单位长单线与11相连接 见图 b 处理与4有A级关系的5 而5与8和11均是U级关系不予以考虑 在4旁布置5 见图 c 再看已布置上图的11 与之有A级关系有是12 也用4线1距离布入 12与4 58均为U级关系 也不予考虑 见图 d 现在考虑有E级关系的 也从8开始 布置方法类同A级的 再后来是I级的 并要注意X级的要尽量远离 最后得到的布置线型图如下 4 6 2Tompkins关系表技术 上述线型图法要不断试错 定量性不强 初学者往往要面临多次失败后才能摸索掌握 Tompkins介绍了一种关系表技术 逻辑条理较强 它的主要步骤如下 先将相关图转化为关系工作表 Relationshipworksheet 将每个作业单位制作出一个相同面积的拼块 得到拼块图 Dimensionlessblockdiagram 在拼块图上作流程分析 FlowAnalysis 将拼块图转化为面积图 下面结合某小型工具箱制造厂的例子讲述这种方法 已知该厂各作业单位相关图已确定如图所示 试作出它的布置 1 关系工作表 关系工作表是对相关图的进一步总结 它每行列出一个作业单位 AEIOUX各成一列 将与之形成AEIOUX各级关系的其他单位分列在各列之中 如一列中有多种关系 以逗号隔开 完成的关系表如表4 18所示 其中最重要的是A E和X列 2 无面积拼块图 对每一个作业单位作一个同样大小的方块 称为无面积拼块 在拼块上 将作业单位代号写在正中央 名称写在代号上面 X 写在代号下面 四个角分别放置与之成A E I O级关系的 U级关系不用考虑 做成的拼块如下所示 xls 完成全部拼块后 可以裁下来进行布置摆放 摆放时 先找出关系最重要的 即A最多的 若A级数量相同 再比较E的 将此块先放于中央位置 本例为1 再看1块的A角 左上 和E角 右上 摆放规则是 A级关系要边靠边放 E级关系至少角靠角 X级关系不能靠边也不能靠角 本例先将2和6两块与1块靠边摆放 如图 a 所示 完成1块的A级后 再看E级关系 本例将3块和10块与1块角靠角 见图 b 注意因为I和O对摆放关无多大用处 故在摆放图中省略 在 b 中注意A级关系的边靠边和E级关系的角靠角接下来考察新加入的块 即2 6 3 10的A级和E级关系 这里先将5摆在6左边 4则摆在3的右边 同样7摆4的右边 如此类推 直到摆完为止 因为A级关系边靠边 在完全空时有四种选择 所以最后的布置图有多种方案 如下四种 这种类似摆积木的方法 虽然也得到多种方案 但总的来说 比线型图方法试错的次数要少得多 而且不存在线条的长短问题 更容易操作 对这些方案 我们可以作一个好坏评级 方法是 如果A级的没有靠近 则罚2分 X级的边靠边也罚2分 A级的只角靠角 为1分 X级角靠角 E级没有角靠角也罚1分 因此上述 a 方案的罚分是2分 是因为4和6的E级关系没有角靠角而罚的 b 也是罚2分 同样是4和6的E级关系没满足 c 因为将5和8两个X级关系摆在一起 而罚了4分 总罚分为8分 d 的罚分则为10分 可见 a b 两方案较好 3 物流流程分析 在完成的拼块图上可以进行物流流程分析 从本例来看 有一个明确的物流流程 即收货 5 原料库 6 制造 1 焊接 2 油漆 3 装配 4 成品库 7 发货 8 我们可以在完成的拼块图中标出这一流程 如下页图所示 注意 a b 两方案均是收发不在同一方的 若考虑收发可以在同一边 c 方案也不错 而 d 方案没有流畅的流程 在此舍去 4 6 3面积图 面积图主要考虑两个问题 一是将前面分析各作业单位面积需求汇总 根据场地的要求 确定建筑的基本形状 二是在此形状上按各作业单位的面积需求进行分配 结合上面布置图 作出有面积的块状布置图 BlockLayout 仍以上述工具箱厂为例 已知各作业单位的面积需求如下表所示 可以算出 总需求为1681平方米 圆整为1800平方米 按长宽比为1 2得厂房尺寸为30 60米 以6 6 36平方米为基本单元格 则总共有50个单元格 各作业单位圆整后的单元格数如表中 单元格数 列 这样 面积块状布置就是在此50个格子上分配各作业单位 以前面图 a 的拼块图为基础 可以得到不同的格子布置图 如下图所示 这里尽量保持各单位的完整性和物流流程的畅通 当然得到的图形还显粗糙 需要进一步的调整与修正 需要的面积常常受到实际可能或其他因素的限制 因此必须对所需面积进行适当调整 使之可行 即既符合建筑物的整体外形 又符合各作业单位面积的需要 压缩一些不必要的面积 也可进行新的组合 如上例 最后考虑到9 12 13和14四区域与生产制造的关系不是特别密切 建筑和使用要求也不一样 便将它们从厂房中另列出来 安排在紧靠厂房的办公房中 修正后的块状布置图如下 4 6 4详细布置 得到块状布置图还不是设施布置工作的完结 我们还要进一步细化 安排工厂的设施和设备 在这一过程中 还要对布置进行进一步的修正和调整 一般会得到几个方案 在工具箱厂的例子中 各车间的具体情况如下 制造车间包括将钢板先剪切成带状 再剪切成各零件毛坯 然后再折弯成相应的的形状和冲孔 该车间因有大块钢板搬运 故安排桥式起重机 天车 它直通收货区大门 焊接车间为流水线布置 工位为双列相对直线式布置 各工位依次将箱体 箱盖和隔盘用自动点焊机焊接起来 工件放入吊式集装器具 由单轨悬挂式传送带输送 焊接后进入油漆车间 经过清洗 干燥 上漆 烘烤等工序 由单轨悬挂式传送带运送 接着进入装配车间 箱盖要铆装提手和上锁扣 箱体要铆装下锁扣 然后上折页 最后是产品包装 下线 评价确定了最优方案后 最后的详细布置图如图4 24所示 主体为75 24米的大厂房 旁边是办公及辅助设施 其中物料运输主体采用单轨悬挂式输送机构成一个循环式回路 将各车间串接起来了 dwg 4 6 5工作地布置 在实际布置中 除了考虑设施具体情况的要求外 还要考虑生产过程中现场工作地的要求 我们首先要检查工作地存在的问题 1 工作地布置存在的问题及解决方法 工作地是否经常存在下列现象 作业台很大 实际使用只需要一小部分 其余堆满了原材料 半成品及工夹具 作业台只有一层 利用了平面空间 未利用立体空间 员工在一个很大的范围内拿取所需物品 既不方便又浪费时间 物流箱 盒设计不合理 要么太大要么太小 工作地放了很多私人物品 材料 车辆 空箱 卡板 手推车到处都是 碍手碍脚 在物品放置以前 要明确以下事项 现在的工作是超额完成还是落后了 在规定的场所有无错放的物品呢 最近要生产什么 使用哪些零部件呢 根据以上情况 要做到 放置场所要设在生产线附近 若物料用完 作业者马上就可以发现 为了便于管理 零部件要分类放置 坚持先入先出FIFO的原则 实施定置管理 明确零部件的放置场所 数量 状态 通过规定物品的放置方法 可以把握生产的异常状态 从而进行改善 可以按下表的原则来掌握 项目 规定内容 场所 规定物品的放置场所 并进行定置 定量管理 放置方法和标识 根据放置场所的现物标识 最大量标识 最小量标识 就可以知道物品的有无 生产的进度 以及接下来应该加工什么等情况 包装形态 从物流的角度考虑取放 数量确认的难度和节省空间 管理 场所 种类 名称 最大量 最小量等明确 便于推进全员情报共享化 正常和异常也一目了然 2 工作地布置几项原则 工具 物料定位放置 使作业者形成习惯 减少寻找时间 运用各种方法使物料自动到达工作者身边 使用频率高的工具 物料应放在作业者面前或身边 尽量利用自动回位的方法避免放回时间 工具 物料按最佳次序排列 照明适当 视觉舒适 工作台和坐椅的高度要适宜 应使作业人员感到方便舒适 有噪声 粉尘 污水 高温等的工作点应予以隔离 3 改善工作地布置的方法 1 避免物料的外包装进人工作地 如果物料的外包装进人工作地 就很容易产生灰尘和垃圾 如同在垃圾场生产 怎么可能生产出高质量和高价值的产品 到处都是空箱 纸皮或发泡袋 占据了很大的地方 还要不时回收 导致物流不畅 并且外包装产生了新的回收和搬运工作 所以我们要避免物料的外包装进人工作地 2