万科齿轮厂设施布置设计.docx

河南科技大学课程名称：物流分析与设施规划题目：万科齿轮厂设施布置设计学院：机电工程专业年级：工业工程2010级学生姓名：梁庆祥指导老师：杨晓英日期： 2014.3.14 目录一、收集资料311 万科齿轮厂背景资料312 运输设备313 热处理314 左半轴齿轮生产工艺过程315东风系列配对齿轮加工工艺过程表416单位汇总表4二、设施布置理论和方法研究62.1国内外研究现状62.2 设施布置设计的内容72.3设施布置设计的目标72.4生产车间设施布置的基本形式82.5系统设施布置9三、生产物流的时间组织1031顺序移动方式1032平行移动方式1033平行顺序移动方式11四、生产物流的空间组织134.1按工艺专业化形式组织生产物流134.2按对象专业化形式组织生产物流134.3 按成组工艺形式组织生产物流13五、产品工艺分析145.1左半轴齿轮生产工艺流程145.2东风系列配对齿轮加工工艺流程15六、设施布置设计形式分析166.1左半轴齿轮生产设施布置设计166.2配对齿轮设施布置设计16七、流水线平衡17八、产品线布置方案198.1方案一：198.2方案二：198.3方案三20九、方案评价219.1 物流量分析219.2层次分析法评价219.2.1递阶层次结构219.2.2 数据处理22十、参考文献25一、收集资料11万科齿轮厂背景资料万科齿轮厂占地面积2916平方米，厂区南北宽36米，东西长81米，厂房分两层，其中一层用作机加工，二层用做仓储。第一层最北面7.581作为辅助用地，剩下的三跨（每跨宽9.5米，长81米）用作机械冷加工。第二层分跨情况与第一层相同，但是全部用作仓储。该厂计划建成年产20W件左半轴齿轮，并对10万套齿轮进行配套，其产品明细表如下表所示。产品名称材料计划年产量单件重量左半轴齿轮20CrMnTi2000003.2kg东风系列配对齿轮20CrMnTi10000050kg其中左半轴齿轮毛坯配件到合格品都在该厂完成。该厂设备利用率为80%，毛坯材料利用率为62.1%。配对齿轮产品为东风145型，大齿轮重35kg，小齿轮重15kg。该厂的主要作用是对已经加工成成品的大齿轮小齿轮进行啮合，配对。配对后的齿轮不具有互换性，然后对其进行打号，打包，送入二楼仓库，它的特点是物流量大，但材料损失很小,几乎无材料损失。12运输设备整个厂房共三跨,每跨有长6.5米的3T电葫芦2台，工序之间以及三跨之间物流用6台叉车。13热处理 对于左半轴齿轮的热处理工序,由协作车间完成,不在本厂房进行。14左半轴齿轮生产工艺过程表1.1左半轴齿轮生产工艺序号作业单位名称工序内容材料利用率每个零件机加工所需时间/分5六角车床C3163粗车端面、内孔85%10.2810卧式拉床L610拉花键孔97%215清洗机GX-20清洗0.520仿形车床CE7120车外圆、背锥及端面97%4.7425普通车床CY6140精车外圆及80端面3.03530卡盘多刀车床C7620粗车面锥95%2.7435卡盘多刀车床C7620精车面锥1.9340卡盘多刀车床C7620精车背锥、内锥及外圆3.9545普通车床C620-1切退刀槽1.550普通车床C620-1切小端面及倒角95%4.755压床10-58压毛刺255J-1检验台齿坯检查60卧式铣床X63粗铣齿93%18.465铇齿机Y236齿形加工22.570台式钻床Z512A钻油孔98%2.6675普通车床C620-1车油槽98%380钳工台去毛刺485压床10-58涨孔0.890清洗机GX-20清洗0.590J-3检验台热前检验95热处理车间热处理100压床Y41-63修整花键孔2105砂轮机M3025清除毛刺4110端面外圆磨床MB1632磨外圆及端面3.37115清洗机GX-20清洗0.5115J-4检验台最终检验15东风系列配对齿轮加工工艺过程表表1.2配对齿轮加工工艺表序号作业单位名称工序内容每道工序所需设备台数5配对机配对打号210清洗机清洗、喷油115打包机打包216单位汇总表表1.3左半轴齿轮作业单位汇总表序号作业单位名称作业单位面积用途每道工序所需设备台数备注1六角车床C316143.57车加工72卧式拉床L61042.52拉花键孔23清洗机GX-2053.5清洗14仿型车床CE712043.53车加工35普通车床CY614032.52车加工26卡盘多刀车床C762033.52车加工27卡盘多刀车床C762032.52车加工28卡盘多刀车床C762033.53车加工39普通车床C620-1331车加工110普通车床C620-1333车加工311压床105822.52压毛刺212检验台32.51齿坯检验113卧式铣床X6333.512铣加工1214刨齿机Y2365.53.514齿形加工1415检验台32.51切齿检验116台式钻床Z512A222钻孔217普通车床C620-1332车加工218钳工台213去毛刺319压床10-5822.51涨孔120清洗机GX-2053.51清洗121检验台33.51热前检验122压床Y41-6332.52修键孔223砂轮机M302522.53清除毛刺324外圆磨床MB163253.52磨外圆端面225清洗机GX-2053.51清洗126检验台33.51终检127毛坯存放区43.52存放毛坯28热处理存放区73.52存放在制品29成品存放区77存放成品表1.4东风配对齿轮车间作业单位汇总表序号作业单位名称占地面积设备用途所用设备台数备注1原材料存放区10.56.5存放零件2配对机3.53.5配对齿轮23清洗喷油机142.5清洗喷油14打包机2.52.5打包25成品存放区4.58存放成品二、设施布置理论和方法研究2.1国内外研究现状设施布置设计在设施规划设计中占有重要地位，历来是倍受重视的领域。以工厂布置为例，它的好坏直接影响整个系统的物流、信息流、生产能力、生产效率、生产成本以及生产安全。最初的设施布置设计主要是凭经验和感觉。但是到了50年代，布置设计从传统的只涉及较小系统，发展到大而复杂的系统设计，凭经验已经难以胜任。于是，在1961年由美国的缪瑟提出了极具代表性的系统布置设计(SLP)理论，缪瑟的系统布置设计(SLP)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，因此在布置设计领域获得极其广泛的运用。随着信息化的发展，激烈的市场竞争迫使企业应用MRPII、ERP、CIMS等来武装自己，它们信息资源的高度计算机集成化要求设施布局信息的计算机化；同时，它们的动态特性要求必须建立设施布置的快速响应。而现在的系统日趋复杂，应用系统布置设计技术手工完成布置和调整十分繁琐，此时，既要满足时间性又要满足最优性是不现实的。传统的系统布置设计技术不太适合企业流程再造(BPR)。企业为适应市场变化，需进行企业流程再造。这一浪潮的核心就是流程再造：即聚焦于核心增值流程，恰当地把弱势业务向外分包。在现代制造企业中，产品物流密度占整个物流的比例越来越小，主要物流趋向于象堆垛和包装这类的事情。当物料搬运系统含有大量的回收车、容器和堆垛机时，非产品物流和产品物流的分离导致两张不同的轮廓图，而含有所有设施的SLP方法会导致变形的轮廓图。威廉温拿等工厂设计师们在实践中不断对其进行发展和完善，并于90年代提出了新的战略设施规划(SFP)其发展主要有两点：把设施布置设计提升至战略高度，通过一次根本性的再聚焦以及精益原则来提高企业整体生产力。实施的关键是运用企业流程再造原理：即首先进行业务流程重组，然后将主、次流分离(产品物流与非产品物流分离)，最终的布置由主流的轮廓图发展而来，次流伴随着主流被调整至剩余空地、头上和地下空间。这样一来，顾客愿意付钱的产品的价值增值速度加快，企业竞争能力加强。新的战略设施规划融合了优良的计算机辅助设施布置方法，一定程度上实现了设施布置的快速响应、布局信息、的计算机化和较丰富的设计方案以供决策者选择。计算机辅助设施布置方法自从出现以来，就一直是人们研究的重点，发展非常迅速。计算机辅助设施布置软件的建模是计算机辅助设施布置的核心内容。，人们根据现实问题，发展构建了许多模型：如实际布置是多目标优化问题且目标间可能相互矛盾，为此近年来构造了多种多目标决策布置模型；由于经营、发展、需求波动以及生产混和的动态特性，设备之间的物流量随着阶段的不同而变化，当一些这样的改变是可计划时，可发展为动态布置模型；当产品混和、机器故障、周期性的波动和需求不确定时，针对不确定性发展了随机布置模型、鲁棒性及柔性布置模型。计算机辅助设施布置软件所用算法主要为新建法和改进法等传统启发式算法。这些算法的主要缺陷是在达到满意方案前的选择过程中未充分考虑其它的方案，并且它们对初始布置敏感，导致最终布置未必好。近十几年来，人工智能技术的发展为设施布置提供了新算法。由于设施布置是典型的NP问题，人工智能技术成为在有效时间内寻求满意解的可行算法。它们应用快速并行处理，可以同时得到多个解，丰富了备选方案；并且它们允许代价更高的解出现，从而可以跳出局部最优点，解决对初始布局敏感，所以在设施布置中(特别是在寻优段)这些人工智能技术获得广泛应用。2.2 设施布置设计的内容设施布置设计，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。工厂布置包括两个内容，既工厂总体布置和车间布置。工厂总体布置设计要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、绿化及美化设施的相互位置，同时要解决物料的流向和流程，厂内外运输的联结及运输方式。车间布置设计要解决各生产工部、工段、服务辅助部门、储存设施等作业单位及工作地、设备、通道、管线之间的相互位置，同时也要解决物料搬运的流程及方式。2.3设施布置设计的目标设施布置的主要目标是：符合工艺过程的需要，尽量使生产对象流动顺畅，避免工序间的往返或交错流动，使设备投资最少，生产时间最短。要便于物料的输入、废品的输出，物料运输路线短捷，尽量避免运输的往返和交叉，使物料搬运费用最少。保持生产与安排的柔性，使之适应产品需求的变化、工艺和设备的更新及扩大生产能力的需要。适应组织结构的合理化和管理的方便，使有密切关系或性质相近的作业单位布置在一个区域内或靠近布置。为职工提供方便、安全、舒适的作业环境，使之合乎生理、心理的要求，为提高生产效率和保证职工身心健康创造条件。2.4生产车间设施布置的基本形式生产车间设施布置形式见图2.1，具体如下：产品原则布置产品原则布置也称为流水线布置或对象原则布置。当产品品种很少而生产数量又很大时，应按产品的加工工艺过程顺序配置设备，形成流水线生产，这是大量生产中典型的设备布置方式。由于产品原则布置是按加工、装配工艺过程顺序配置各道工序所需设备、人员及物料，因此能最大限度地满足固定品种、产品的生产过程对空间和时间的客观要求，生产效率非常高，单件产品生产成本低，但生产适应性即柔性差，适用于少品种大量生产。工艺原则布置工艺原则布置的特点就是把同种类型的设备和人员集中布置在个地方，如车床工段、铣床工段等，就是分别把车床、铣床等集中布置在一个地万。这种布置方式便于调整设备和人员，容易适应产品的变化，生产系统的柔性大大增加。通常适用于单件生产。图2.1设施布置基本形式成组原则布置成组原则布置又称为混合原则布置。在产品品种较多，每种产品的产量又是中等偏下，将工件按其外型与加工工艺的相似性进行编码分组，同组零件用相近的工艺过行加工。同时，将设备成组布置，即把使用频率高的机器群按照工艺过程顺序组合成成组制造单元，整个生产系统由数个成组制造单元构成。这种布置方式既有流水生产效率，又有机群式布置的柔性，可以提高设备开动率，减少物流量及加工时间。原则布置适用于多品种、中小批量的生产类型。固定工位式布置产品固定工位式布置适用于大型设备如飞机、轮船的制造过程。产品固定在一个固置上，所需设备、人员、物料均围绕产品布置，这种布置方式在一般场合很少。2.5系统设施布置系统设施布置设计是基于流程导向布局的一种典型布置方法。该方法提出了作业单位相互关系等级表示，使设施布置由定性阶段发展到定量阶段，这是对设施布置设计产生很大影响的方法，得到广泛应用，其设计流程图如图2.2。图2.2 SLP流程设计图三、生产物流的时间组织生产物流的时间组织是指一批物料在生产过程中各生产单位和各道工序之间在时间上的衔接和结合方式。要合理组织生产物流，不但要缩短物料流程的距离，而且还要加快物料流程的速度，减少物料的成批等待，实现物流的节奏性和连续性。通常，一批物料有三种典型的移动组织方式，即顺序移动、平行移动、平行顺序移动。31顺序移动方式顺序移动方式是指一批物料在上道工序全部加工完毕后才整批地移动到下道工序继续加工，如图31所示，其中横轴表示加工周期，纵轴表示加工工序。图3-1顺序移动方式优点是一批物料连续加工，设备不停顿，物料整批转工序，便于组织生产。但缺点是：不同的物料之间有等待加工和运输的时间，因而生产周期较长。32平行移动方式平行移动方式是指一批物料在前道工序加工一个物料以后，立刻送到后道工序去继续加工，形成前后交叉作业，如图3-2所示其中横轴表示加工周期，纵轴表示加工工序。图3-2平行移动方式该种方式的优点是不会出现物料成批等待现象，因而整批物料的生产周期最短。缺点是当物料在各道工序加工时间不相等时，会出现人力和设备的停工现象。只有当各道工序加工时间相等时，各工作地才可连续充分负荷地进行生产。另外，运输频繁会加大运输量。33平行顺序移动方式平行顺序移动方式是指每批物料在每一道工序上连续加工没有停顿，并且物料在各道工序的加工尽可能做到平行。即考虑了相邻工序上加工时间尽量重合，有保持了该批物料在工序上的顺序加工，如图36所示，其中横轴表示加工周期，纵轴表示加工工序。该种方式吸取了前两种移动方式的优点，消除了间歇停顿现象，能使工作充分负荷。工序周期较短，但安排进度时比较复杂图3-3平行顺序移动方式上述三种移动方式各有利弊。在安排物料进度计划时，需要考虑物料的大小、物料加工时问的长短、批量的大小以及生产物流的空间组织形式。一般来讲，批量小、物料小或重量轻而加工时问短的物料，适宜采用顺序移动方式；对生产中的缺件、急件、可以采用平行或平行顺序移动方式，如表3.1所示。表3.1 选择生产物流的时间组织方式需要考虑的因素物料移动方式物料尺寸物料加工时间物料批次大小物料空间组织形式顺序移动小短小工艺专业化平行移动大长大对象专业化平行顺序移动小长大对象专业化对于不同类型的企业，生产物流的时间组织形式是灵活多变的。例如：针对固定式生产企业(项目型生产物流)，由于加工对象(物料)固定，因而生产物流的加工工序在时间上的组织方式主要表现在工人的顺序移动上。针对流程式生产企业(连续型生产物流)，通常都是把整批的物料投入加工后，整批地按加工顺序进行工序间的移动，同一批物料不可能同时在多道工序上加工。因而生产物流是按顺序移动方式组织进行。针对加工装配型企业(离散型生产物流)，一批要加工的物料(零件或部件)在各工序之间加工的过程难免会有成批等待现象。所以，生产物流的时间组织目标在于：在保证设备充分负荷前提下加速物料在各工序之间的流通速度。通常采用平行顺序移动方式。四、生产物流的空间组织生产物流的空间组织是相对于企业生产区域而言，目标是如何缩短物料在工艺过程中的移动距离。一般有三种专业化组织形式，即工艺专业化、对象专业化、成组工艺等。4.1按工艺专业化形式组织生产物流其特点是把同类的生产设备集中在一起，对企业欲生产的各种产品进行相同工艺的加工。即加工对象多样化但加工工艺、方法雷同，优点是对产品品种的变化和加工顺序的变化适应能力强；生产系统的可靠性较高；设备及管理较方便。缺点是物料在加工过程中物流次数及路线复杂、难于协调。适用于产品品种不稳定的单件小批生产企业。4.2按对象专业化形式组织生产物流对象专业化形式也叫产品专业化原则或流水线。其特点是把生产设备、辅助设备按生产对象的加工路线组织起来，即加工对象单一但加工工艺、方法却多样化。优点是可减少运输次数，缩短运输路线；协作关系简单从而简化了生产管理；在制品少，生产周期短。缺点是对品种的变化适应性差：生产系统的可靠性较低；工艺及设备管理较复杂。适用于生产类型属于大批量、设备比较齐全并能有充分负荷的条件下，品种单一的企业。4.3 按成组工艺形式组织生产物流成组工艺形式是结合了上述两种形式的特点，按成组技术原理，把具有相似性的零件分成一个成组生产单元，并根据其加工路线组织设备。其主要优点是可以大大地简化零件的加工流程，减少物流迂回路线，在满足品种变化的基础上有一定的批量生产，具有柔和的适应性。上面三种组织生产物流形式各有特色，而如何选择则主要取决于生产系统中产品品种多少和产量大小。五、产品工艺分析5.1左半轴齿轮生产工艺流程图5-1左半轴工艺流程图5.2东风系列配对齿轮加工工艺流程图5-2 东风系列配对齿轮加工工艺流程图六、设施布置设计形式分析6.1左半轴齿轮生产设施布置设计产品种类：2种产品数量：年产量20W件机床种类：16种机床数量：75台该车间生产的产品种类少，数量大，属于单间大批量生产方式，机床种类多、数量大。故该厂房内机床布置按产品原则进行设计，按照流水线的方式组织物流，极大减少了物料的搬运和物流路线的往返。物流的时间组织，由于每个零件机加工所需时间差别比较大，故采用平行顺序移动方式。第5、60、65号工序，加工时间比较长，故采用平行的物流方式向下一道工序流动，其他工序加工时间比较短，可采用顺序移动方式。这样的物流时间组织形式既保证了工序的连续加工，减少生产停顿间歇的现象，又尽可能减少了人在工序之间的移动次数，提高了工作的效率。6.2配对齿轮设施布置设计由于数量大，生产工艺简单，物流空间组织按照流水线方式设计，物流的时间组织按照平行移动方式设计。七、流水线平衡设计流水线主要解决如何使流水线打法哦均衡流动，使操作工人的工作效率最大化。流水线的平衡问题就是将所有基本单元分配到各个工作站，以使每个工作站在节拍内都处于繁忙状态，完成最多的操作量，从而使各工作站的闲置时间最少。其单件零件在一道工序上的平均时间如表7-1所示表7-1 单件工序平均加工时间序号作业单位名称时间/分5六角车床C31631.4710卧式拉床L610115清洗机GX-200.520仿形车床CE71201.5825普通车床CY61401.5230卡盘多刀车床C76201.3735卡盘多刀车床C76200.9740卡盘多刀车床C76201.3245普通车床C620-11.550普通车床C620-11.5755压床10-58155J-1检验台60卧式铣床X631.5365铇齿机Y2361.6170台式钻床Z512A1.3375普通车床C620-11.580钳工台1.3385压床10-580.890清洗机GX-200.590J-3检验台95热处理车间100压床Y41-631105砂轮机M30251.33110端面外圆磨床MB16321.68115清洗机GX-200.5115J-4检验台按一年300天计算，则每天生产667件，一天有效工作时间18.7小时，每件生产时间为1.68min。即最少需要16个工作地由表7-1可知，可将10、15号工序合并为一个工作地，将85、90号工序合并为一个工作地，则需要安排20个工作地。工作地时间损失系数，平滑系数。八、产品线布置方案8.1方案一：图8-1方案一8.2方案二：图8-2方案二8.3方案三方案三将机床进行了穿插分布，如将2号机床穿插分与1号机床区减少了1号机床到2号机床的往返距离方便物料的平行流动。将两种齿轮的成品存放区放置一起共用一个电梯，提高了电梯的利用率，节约了建设成本。将原材料靠厂房边缘布置有利于材料的运输，并节约了物流通道的面积。厂房内布局整体结构紧凑，物流畅通合理，如图8-3图8-3方案三九、方案评价9.1 物流量分析 以一天生产667件左半轴齿轮以及配对齿轮来定量评价。由原始资料中表3-2可知，相邻两工序之间的物流量，。当点到点没有物流量时。 根据车间布置图可测量得到相邻两工序之间的距离，。由此，可以计算系统量距积（单位为当量 吨.米），也称搬运工作量。 其中经计算，各个方案的S值如下：方案一：方案二：方案三：故最优方案为方案二。9.2层次分析法评价 利用层次分析法对三种方案进行定性分析与评价。9.2.1递阶层次结构 分析评价系统中各基本要素之间的关系，建立系统的递阶层次结构，如图9-1图9-1递阶层次机构A代表目的层：三种方案的目的都是为了加工能顺利进行B代表准则层：B1：物流是否合理 B2：工序安排是否紧凑 B3：机床分布是否合理 B4：工人安排是否方便9.2.2 数据处理对同一层次的各元素关于上