生产管理与加工关系的协调研究.doc

*大学学士学位论文摘 要本论文利用设施规划及基础工业工程的相关理论，结合长春机械科学研究院机加车间存在的一些具体问题，开展以下内容的研究并期望能为解决工程实践中的实际问题提供可行的方案。对国内外在该行业领域的研究现状及发展趋势进行分析，阐述论文的研究背景、研究意义以及主要研究内容。介绍车间设施布置的含义、原则，并重点研究系统布置设计SLP与物料搬运系统分析SHA的模式、方法。运用基础工业工程的程序分析与人机作业分析等方法对生产车间原有工艺流程进行分析，并应用“5W1H”的方法对个工序进行提问并改进，生产能力进行平衡；对生产车间各作业单位进行物流分析，完成车间设施布置改善方案的设计。在前文设施布置改善的基础上，结合车间物料搬运系统特点，对车间物料搬运系统进行物料及移动分析、距离与物流分析以及搬运方法的选择，完成生产车间物流搬运系统改善方案的设计。最后，论文运用系统仿真对改进前后的设施布置及物流搬运系统进行分析，并给出仿真的结论及后续改善建议；证实了改进方案的可行性。关键词：设施布置，物料搬运系统，仿真，改善Title An automobile parts workshop facilities layout and material handling analysis and improvementAbstractConsidering former engineering context, this paper will make use of facility layout theory and IE technology, with a view of the problem of An automobile parts workshop manufacturing workshop, to research these items as follows. this paper analyzes the status quo and development trend at home and abroad in this field. this paper introduces meaning and the principle of workshop facility layout. We study the pattern and method of System Layout Planning (SLP) and System Handling Analysis (SHA). we analyze original technical process in workshop using procedure analysis and man-machine operating analysis of the fundament of industrial engineering. We improve the process，Productivity carries on balanced ；On the foundation of process improvement, we complete facility layout improvement design of the A workshop using SLP method. on the foundation of facility layout improvement, with a view of characteristic of material handling system in workshop, we analyze material and movement, Logistics and distance, complete Improvement design of material handling system in workshop. we analyze the effect of the before and after improvement of facility layout and material handling system using system simulation and empirical analysis to confirm the validity of the improvement.Keywords：Facility Layout, Material Handling System, simulation，Improvement 目录1 绪 论11.1 论文选题背景11.2 国内外研究现状及发展趋势31.2.1 国外研究现状31.2.2 国内研究现状31.2.3 设施布置与物料搬运的发展趋势41.3论文研究的目的及意义41.3.1论文研究的目的41.3.2论文研究的意义41.4 论文的主要研究内容51.5 本章小结52 设施布置与物料搬运理论和方法研究62.1 车间设施布置设计的内容与目标62.1.1 设施布置的内容62.1.2 设施布置的目标62.2 生产车间设施布置72.2.1 车间设施布置定义72.2.2 生产车间设施布置原则72.2.3 生产设施布置基本形式82.3 系统布置设计SLP92.3.1 SLP的基本要素92.3.2 SLP的设计步骤102.4 生产设施系统的物流分析112.4.1 物流分析在车间布置中的作用112.4.2物流分析方法112.5 物料搬运系统分析SHA122.5.1物料搬运系统分析过程122.5.2物料搬运方法及选择原则132.6 本章小结143 机械院机加车间设施系统布置分析与改善研究153.1 该车间原设施布置分析153.1.1 该车间生产流程现状介绍153.1.2 该车间设施布置的特点分析173.1.3 该车间原设施布置问题分析183.2 该车间工艺流程改进203.2.1 制程分析与改善203.2.2 人机作业分析与改善223.2.3 车间生产平衡改善233.3 该车间作业单位相互关系分析273.3.1 产品产量分析273.3.2 生产作业单位及所需面积的确定273.3.3 各作业单位之间的物流量分析283.3.4 各作业单位相互关系分析303.5.5 作业单位综合相互关系分析323.3.6 综合接近程度分析343.3.7 各作业单位位置相关图,物流、面积相关图353.4 该车间设施布置改善方案设计363.4.1 车间设施布置改善方案设计的设计依据与目标363.4.2 车间设施布置改善方案设计363.5 本章小结384 车间布置及物料搬运系统仿真及分析485.1 em-plant仿真软件介绍485.2 车间改善前生产平衡仿真分析485.3 车间改善后生产平衡仿真分析505.3.1 仿真假设505.3.2 仿真模型的建立505.3.3 仿真模型运行及分析515.4 结论及改善建议535.5 本章小结545 结论55致 谢56参 考 文 献5743绪 论1.1 论文选题背景20世纪初，泰勒、甘特、吉尔布雷斯夫妇在进行工作研究、时间研究、生产控制时开始关注制造厂的设计工作，并认识到物流在生产管理及工厂设计中的意义。二战以后，工厂设施规划也日益显示出现代的特征。在工厂设计的发展过程中，定性分析逐渐被定量分析代替，系统工程的概念和系统分析方法的运用，使工厂设计发生了质的飞跃。社会日趋重视生产系统总体的效益、工厂布置及物料搬运，设施规划成为研究对象更为广泛的，具有独立的学科方向和技术体系的学科。21世纪，中国正接替日本和“亚洲四小龙”而成为“世界的工厂”，全球约一半左右的工业产品都将在中国制造。虽然我国拥有大量世界最先进的“硬件”设备环境，但在质量、成本、效率、效益等方面的整体差距依然十分巨大，由于受到企业生产物流系统及管理水平的制约，我国机械工业人均收入仅相当于日本的1/11。以机械加工类的工厂为例，从原材料进厂到成品出厂，物料真正处于加工等纯工艺时间往往只占生产周期的5%10%，而90%95%的时间都处于仓储、搬运和等待状态1。究其原因:均衡生产程度差，在制品停滞、堆积、间断、时间长，设备平面布置不合理，增加了搬运工作量和质量缺陷。在经济高速发展的今天，现代物流作为“第三利润源”的重要性己被提升到一个战略高度，各类型企业都将物流看成是获取利润，稳固和扩大市场占有率的关键因素。据有关估算，物流成本可以占到商品总价值的30%50%，而物流业可以大大降低来自该部分的成本。如日本在近20年内，物流业每增长2.6个百分点，经济总量就增加1%。而在美国，物流产业的规模己达到9000亿美元，几乎是高新技术产业的两倍。同样是在美国，由于服务费高涨，产品的制造成本己不足总成本的10%。而且，与储存、搬运、运输、销售、包装等活动耗费的时间相比，产品的加工时间只有这些活动耗时的1/20，几乎可以忽略，可见物流领域大有利润空间可以挖掘2。对制造系统的合理布局设计将有效减小生产所占面积，有利于生产规模的扩大以及产品的多样化发展；使生产中的物料运输更加高效，缩短制造资源(工位)之间的物料运送时间，缩短生产周期，降低制造成本，不同工位之间的物流得到简化，物料的输送更加连续，更有利于生产管理，因此必然会提高产品质量，增强企业的竞争力。在制造业中，总经营费用的20%50%是物料搬运费用，而设施布置的主要的目标就是使企业的物流合理、通畅和最大限度的减少物料搬运，优良的平面布局可使物料搬运费用至少减少10%30%3，这将为企业赢得可观的效益，从而使企业在激烈的竞争中占据领先地位。可以说，设施的合理布局会使整个制造系统（尤其是中小型制造系统）具备更大优势，反之则会对人力物力造成极大的浪费。因此，从经济效益上来看，对制造系统的设施布局的优化布置和物料搬运的研究也是很有必要的，它的改善绝对仓储管理和生产运作起到很好的促进作用。企业内部的物料搬运在生产物流中占据相当重要的位置。据统计，机械加工行业中，每生产lt产品，在加工过程中要装卸、搬运50t物料，在铸造过程中要搬运80t物料；在冶金行业，在中等批量的生产车间里，95%的时间消耗在原材料、工具、零件的搬运、等待上，物料搬运的费用占全部生产费用的30%到40%。然而，这种费用的支出，并不改变物料的特性，不增加产品的功能，但设施布置的不合理，物料搬运不良及搬运的快慢，对生产过程会产生各种各样的影响4。针对以上存在的现象，本文运用相关专业知识对长春机械科学研究院生产车间设施布置和物料搬运系统进行调研、分析和改善。该公司成立于1959年，在2007年之前该企业为事业单位，2007年改制为央企，是国机集团的二级全资子公司。本公司主要生产电子万能试验机，液压万能试验机，电液私服动静疲劳试验机，高频疲劳试验机，轴类校直机以及各类专机等。产品主要销售给各类研究院所，各大高校及大中型企业。部分产品还远销海外，日本，新加坡，巴西等国都有其客户。该企业现有员工310人，2010年销售1亿5千万，纯利润为3000万。该公司所需的多数零件需要委外加工，但仍有部分零件需要所内加工，维修以及组装。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国外研究现状20世纪初泰勒时代，出现了早期的“工厂设计”。第二次世界大战后，人们逐渐认识到生产过程的根本目标是要提高全系统的效益，开始重视系统的规划、设计及物流过程的管理，工厂设施布置设计与物料搬运等逐渐成为工业工程研究的重点之一。20世纪60年代以后，由chardMuther倡导的系统化设施布置规划(SLP)方法，提供了一种以作业单位物流与非物流的相互关系分析为主线的规划设计方法，采用一套表达极强的图例符号和简明表格，通过一系列条理清晰的设计程序进行工厂布置设计。它虽然不是一种严密的设计理论，却是一套实践性非常强的设计模式和规范的设计程序，并且为设施规划设计人员与生产管理人员广泛采用，运用效果良好。近二三十年来，在生产和管理领域已经或正在发生着许多变革，并对设施规划与物流分析产生了积极影响。物流学理论的发展侧重于物流(甚至非物流)系统的综合规划、布置设计、管理与控制等，并被广泛应用，其思维方法正在使设施规划发生着某些观念和方式上的变化。工厂设计的理论方法结合系统工程及计算机工程等科技新理论，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。1.2.2 国内研究现状中国在二十世纪五六十年代开始搞工厂设计，方法较为原始，以经验设计为主，沿用前苏联的设计方法，即注重设备选择的定量运算，对设备的布置以及整个车间和厂区的布置则以定性布置为主。80年代以后，中国引进日本的物流管理方法和美国的以RichardMuther为代表的系统布置规划与物料搬运技术，收效显著。90年代初，工业工程作为正式的学科已在中国出现，设施规划与物流技术更为人们所重视。1994年10月在上海召开了现代物流技术与装备国际学术会议，其中有关物流系统规划方面的17篇论文涉及的内容有系统规划、物流与布置设计、物料搬运合理化、物料搬运管理等，有力地推动了我国物流技术与设施规划的发展。目前，我国的设计规划部门也在学习国外先进理论，应用物流技术，以定量的方法来得出最佳方案，再进行综合比较，对工厂进行布置设计。这种以物流技术来统领设施规划的办法，即所谓的“SHA+SLP”平面布置和物料搬运综合系统设计，不但解决了设施规划中“摆方块”无多大理论和水平的状况，更为重要的是，由此提高了工厂车间的空间和平面利用率，提高了企业的竞争实力。随着科学技术的进步，在设施规划的过程中，仿真技术已经成为分析物流系统的重要工具，制造企业的物流系统处在一个不确定的环境中，受很多随机因素的影响，具有多目标、多因素、多层次的特点，是以离散事件系统为主的复杂的离散事件混合系统，而不是单纯的离散事件系统5。系统化和计算机辅助设施布置方法使设施布置系统化、科学化，同时也提高了设施布置的工作效率，加快了设施布置的工作速度。1.2.3 设施布置与物料搬运的发展趋势随着技术的进步，设施布置和物料搬运将朝着以下方面发展。1）广泛应用计算机仿真技术，包括从原材料接受到仓库、制造、后勤支持系统的仿真，仓储系统运行分析评价的仿真。2）继续发展和完善缪瑟的系统布置设计，并渗透和集成到计算机辅助设施布置设计，甚至整个制造系统中去。3）构建更完整的布置模型，结合人工智能技术，提出更好的算法，开发出更通用、更完整、更快速、更准确的新算法及相应的计算机辅助设施布置软件。4）自动化、柔性化、信息化、网络化、绿色化、智能化方向发展6。1.3论文研究的目的及意义1.3.1论文研究的目的通过对汽车塑料零部件生产车间现状的工艺生产流程及物流搬运系统进行分析，找出并改进其中存在的问题；进而在符合工艺过程需要的同时，改进生产车间设施布置方案及物料搬运系统，以达到有效利用净生产空间，减少物料搬运费用，降低生产成本，并在不增加生产面积的前提下，提高生产平衡的目的。1.3.2论文研究的意义1）论文研究的理论意义设施布置设计在设施规划设计中占有重要地位，优良的设施布置可以节省物料搬运费用，缩短生产周期，加快流动资金周转。因此，优良的设施布置是提高生产系统效益的重要源泉和手段，是改善生产系统整体功能、实现现代化管理和先进生产方式的前提和基础7。物料搬运系统设计直接关系到生产系统效益。物流过程不直接产生价值，但却直接关系到成本。在物流系统运行过程中，管理与控制水平的高低直接关系到产品质量，仅注重加工质量，不注重物流质量，对生产系统危害很大，物流合理化可以降低物流费用，从而达到降低成本的目的。因此，探讨车间内设施布置与物料搬运系统的优化，具有非常重要的现实意义2）论文研究的工程意义随着光市场竞争的日益激烈，企业已进入一个微利时代，企业急需采用物流战略来提高自身的竞争力。本研究通过改进现有生产流程中的问题，分析和改善生产车间设施布置及物料搬运系统，使整个生产系统更加顺畅及高效，提高生产车间空间利用率，降低物流成本，进而提高企业的竞争力，使得企业在激烈的竞争中立于不败之地。本文研究了合理规划车间设施系统布置的一些手段与方法，对其它类似厂房与车间的布局设计改善可以起到一定的参考作用。1.4 论文的主要研究内容本文研究的主要工作内容有：1）调查、分析现有车间生产设施布置、物料搬运方式、生产工艺流程，收集相关数据、信息，对现有工艺流程不合理之处进行分析和改进；2）结合改进后的工艺流程和设施系统布置的约束条件（场地、规模、工艺要求等），应用系统布置设计（SLP）的技术，建立车间设施布局的改进方案；4）运用仿真软件对设施布局和物料搬运改进前后的车间各工站之间生产能力进行系统仿真，并给出仿真的结论及后续改善建议1.5 本章小结本章阐述了本文的选题背景、研究目的以及本研究对于公司的重要性；系统分析了在设施布置与物料搬运方面的国内外研究现状；提出了本文研究的主要内容、相关理论及方法。本章为整个论文搭建了基本的框架，为后文各章节的展开做了铺垫。2 设施布置与物料搬运理论和方法研究2.1 车间设施布置设计的内容与目标所谓设施,是指生产系统或服务系统运行所需的固定资产。对一个工厂或生产系统来说,设施包括占用的土地、建筑物和构筑物、机器设备、辅助设备,还包括维修、储运、动力等设施和实验室、办公室等。工厂的运行,投入的是原材料和外购品,产出的是产品11。设施布置对整个车间生产系统运转的通畅程度有直接影响，而且通过对物料搬运成本的影响,成为决定产品成本高低的关键因素之一。有效的设施规划, 大约能减少搬运费用30%左右。车间设施布置设计是生产系统设计中的重要内容,它是研究从取得原材料开始,经制造至交货的全部过程中以最经济有效的方式对生产系统中各类物资设施从空间上进行综合规划、布置和配置的一门学科。2.1.1 设施布置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，零部件和产成品的制造，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8。设施布置包括两个内容，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8。2.1.2 设施布置的目标设施布置的目标是要将企业内的各种物质设施进行合理安排，使他们组合成一定的空间形式，从而有效地为企业的生产运作服务，以获得更好的经济效果。设施布置的主要目标有8:1）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。2）最有效的利用空间,使场地利用达到适当的建筑占地系数(建筑物、构筑物占地面积与场地总面积的比率),使建筑物内部设备和单位制品的占有空间较小。3）物料搬运费用最少,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。4）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,即柔性目标。5）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并就近布置。6）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。2.2 生产车间设施布置车间是生产性企业最重要的组成单位之一，它是企业进行产品生产或其它业务活动的主要场所。企业主要的生产设备绝大部分均布置在车间内，生产工人也大部分在其中劳动，生产的原材料、半成品及成品等均在其中流动。因此，车间设施如何布置，直接关系到企业生产过程各个要素能否很好地结合，企业的生产经营活动能否有效地进行92.2.1 车间设施布置定义车间设施布置是在生产纲领、工艺路线已确定的条件下在规定的空间范围内将与生产全过程有关的设施、设备、运输通道、物料堆放场地和人员活动空间等作最适当的分配和最有效的组合,以获得最大的经济效益10。2.2.2 生产车间设施布置原则进行生产车间设施布置是为了获得最大的经济效益，为了达到这一目的就必须遵循设施布置的主要原则11：1）尽可能按照生产过程的流向和工艺顺序布置设备，尽量使加工对象加工过程中成直线流动并使加工路线最短，同时应避免生产对象的倒流。2）运用系统的概念、系统分析的方法求得系统的整体优化。同时也要注意把定量分析、定性分析和个人经验结合起来。3）便于运输，充分发挥运输工具的作用。大型的加工设备应尽可能布置在有桥式吊车的车间里，加工大型零件或长棒料的设备应布置在靠近车间入口处。4）考虑工人的作业方便，设备及工作地之间应留有必要的工人走动、操作，放置工具、图纸、工位器具的地方。多设备看管时，使工人在设备之间的走动距离最短。5）重视人的因素，运用人机工程理论进行综合设计，并考虑环境的条件，包括空间大小、通道配置、色彩、照明、温度、湿度、噪音等因素对人的工作效益和身心健康的影响。6）充分合理地利用车间的面积。在一个空间内，可因地制宜地将设备排列成纵向的、横向的或斜角的，不要剩下不好利用的面积；7）考虑各种事故状态下的应急安全措施，为今后发展和布置变更留有余地。根据以上几点可以判断一个车间的生产布置是否符合物流的最佳布置原则,是否可以进一步减少开支, 为企业开源节流。2.2.3 生产设施布置基本形式生产车间设施布置的基本形式见图2-1，具体内容如下:1）产品原则布置（product layout）根据产品的制造步骤安排各组成部分。形成一定的生产线,适合品种少、批量大的生产方式。此方法的优点在于布置符合工艺过程,物流顺畅；上下工序衔接使得在制品比较少；物料搬运工作量小；对工人的技能要求不高,易于培训；生产计划简单；可使用专用设备。缺点是:一台设备发生故障将导致整个生产线中断,而且生产线速度取决于最慢的机器；产品创新将导致布置的重新调整；相对投资较大；重复作业,单调乏味；维修保养费用高；机器负荷不满等12。2）工艺原则布置（process layout）表2-1 工艺原则布置的优缺点优点缺点机器利用率高物流量大更改产品品种和数量方便生产计划与控制较复杂设备投资相对较少库存量相对较大操作人员作业多样化员工技能要求高又称机群布置,是同类设备和人员集中布置在一个地方的布置形式,优缺点见表2-1。根据所执行的一般功能,对各工艺组成部分进行布置,并不考虑到任何特殊产品,如单件小批加工车间等12。3）成组原则布置（group layout）实施成组加工的布置形式,介于产品布置和工艺布置之间,适应于中小批量生产。优点:物流顺畅；设备利用率较高；有利于发挥班组合作精神；有利于提高工人的作业技能；物料搬运工作量少；兼有产品原则布置和工艺原则布置的优点。缺点:生产计划要求高；单元之间流程不平衡,需要中间储存；工作人员需要掌握所有作业技能；增加了使用专业设备的机会；兼有产品原则布置和工艺原则布置的缺点12。4）定位原则布置（fixed layout）根据体积或者重量将产品固定在一个位置上,设备、人员、材料都围绕着产品分布,如飞机制造厂、造船厂等。其优点在于物料移动较少；当采用班组方式时可提高作业连续性；高度柔性。不足之处是人员设备的移动将相对增加；设备需要重复配备；对工人技能要求高等12。2.3 系统布置设计SLP系统布置设计（systematic layout planning）简称SLP，是一条理论性很强，物流分析与作业单位关系密切程度分析相结合，比较合理的布置技术，因此在布置设计领域有着及其广泛的运用13。2.3.1 SLP的基本要素一般讲，工厂布置设计就是根据社会需要确定出某些待生产的产品及其产量以及确定厂址的前提下，完成工厂总平面布置和车间布置，提供布置方案的实施。在系统布置设计（SLP）中，把产品P、产量Q、生产路线R、辅助服务部门S及生产时间安排T作为给定的基本要素，成为布置设计工作的基本出发点。1）产品P产品P是指待布置车间将生产的商品，原材料或加工的零件和成品等。这些资料由产纲领和产品设计提供，包括项目、品种类型、材料、产品特性等。产品这一要素影响生产系统的组成及其各作业单位间的相互关系、生产设备的类型、搬运方式等。2）产量Q产量指所生产的产品的数量，也由生产纲领和产品设计提供，可用件数、重量、体积等来表示。产量Q这一要素影响着生产系统的规模、设备的数量、运输量、作业面积的大小等。3）生产路线R为了完成产品的加工，必须制定加工工艺流程，形成生产路线，可用工艺过程表、工艺过程图、设备表等表示。它影响着各作业单位之间的关系，物料搬运路线，仓库位置及堆放地的位置等。4）辅助服务部门S在实施系统布置工作之前，必须对生产系统的组成情况有一个总统的规划，可以大体上分为生产车间、智能管理部门、辅助生产部门、生活服务部门及仓储部门等;可以把除生产车间以外的所有作业单位统称为辅助服务部门，包括工具、维修、动力、收获、发运、办公室等。这些作业单位工程生产系统的生产支持系统部分，在某种意义上加强了生产能力。有时，辅助服务部门的占地总面积接近甚至大于生产车间的占地面积，所以布置设计时应该给予足够重视。5）时间T时间要素是指在什么时候、用多少时间生产出产品，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，根据时间因素确定生产所需各类设备的数量，占地面积的大小和操作人员数量，来平衡各工序的生产时间。这些数据资料可以在设计过程中用以估算设备的数量、需要的面积和人员、各生产单位之间的平衡等。有了以上P、Q、R、S、T等五方面的原始资料，就能着手布局设计。2.3.2 SLP的设计步骤系统布置设计（SLP）程序如图2-2所示。一般经过下列步骤：1）准备原始资料在布置设计时，首先必须明确给出基本要素产品P、产量Q、工艺流程R、辅助服务部门S及时间安排T等这些原始资料，同时也需要对作业单位的划分进行分析，通过分解与合并，得到最佳的作业单位划分状况。所有这些均作为系统布置设计的原始材料11。2）物流分析与作业单位相互关系分析针对某些以生产流程为主的工厂，物料移动是工艺过程的主要部分时，物流分析是布置设计中最重要的方面。物流分析的结果可以用物流强度等级及物流相关表来表示。非物流的作业单位间的相互关系可以用关系密级及相互关系表来表示。在需要综合考虑作业单位间物流与非物流的相互关系时可以采用简单加权法将物流相关表及作业单位间相互关系表综合成综合相互关系表11。3）绘制作业单位位置相关图根据物流相关表，考虑每对作业单位间相互关系等级的高低，决定两作业单位相对位置的远近，得出各作业单位之间的相对位置关系。4）作业单位占地面积计算各作业单位所需占地面积与设备、人员、通道及辅助装置等有关，计算出的面积应与可用面积相适应。5）绘制作业单位面积相关图把各作业单位占地面积附加到作业单位位置相关图上，就形成了作业单位面积相关图。6）修正作业单位面积相关图只是一个原始布置图，还需要根据其它因素进行调整与修正。此时需要考虑的修正因素包括物料搬运方式、操作方式、储存周期等，同时还需要考虑实际的限制条件如成本、安全和职工倾向等方面是否允许。考虑了各种修正因素与实际限制条件以后，对面积图进行调整，得出可行方案。7）方案评价与择优针对得到的数个方案，需要进行费用及其它因素评价。通过对各方案的比较评价，修正设计方案，得到布置方案图。2.4 生产设施系统的物流分析企业生产物流一般是指：原材料、燃料、外购件投入生产后、经过下料、发料，运送到各加工点和储存点，以在制品的形式，从一个生产单位（仓库）流入另一个生产单位，按照规定的工艺过程进行加工、储存、并借助一定的运输装置，在某个点内流转，又从某个点内流出，始终体现着物料实物形态的流转过程。它构成了企业内部物流活动的全过程。所以企业生产物流的边界起源于原材料、外购件的投入，止于成品仓库，贯穿生产全过程，在整个制造系统中循环流动。物料随着时间进程不断改变自己的实物形态和场所位置，物料始终处于加工、装配、储存、搬运或等待状态14。2.4.1 物流分析在车间布置中的作用生产物流系统与生产过程是同步的，生产过程又是在一定的车间范围内进行的。所以，车间的布置设计是物流系统优劣的先决条件。一方面，生产物流合理、顺畅、没有过多的交叉和迂回对企业效益是非常重要的，一个企业车间平面布置设计的好与坏不但决定了物流系统运行状态、生产能否有序顺畅进行，而且也是企业能否取得高效益的关键性因素之一；另一方面，企业的生产类型是产品产量、品种和专业化程度在企业技术、组织和经济上的综合反映和表现，很大程度上也决定了企业和车间的生产结构、工艺流程和工艺装备的特点、生产过程的组织形式及生产管理方法，同时也决定了与之匹配的生产物流类型15。进行物流分析的目的是减少物流费用,使物流成本所占生产成本最少。这样就要求尽可能减少物料的移动次数,缩短移动距离,降低物流成本,从而降低产品成本。2.4.2物流分析方法物流分析包括确定物料在生产过程中的每个必要的工序之间移动的最有效顺序及其移动的强度或数量。一个有效的工艺流程是指物料在工艺过程内按顺序一直不断地向前移动直至完成，中间没有过多的迂回或倒流16。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问题。当针对不同的生产类型，应采用不同的物流分析方法。1）工艺过程图在大批量生产中，产品品种很少，用标准符号绘制的工艺流程图直观地反映出工厂生产的详细情况，此时，进行物流分析只需要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19。另外，对于某些规模较小的工厂，不论年产量如何，只要产品比较单一，都可以用工艺过程图进行物流分析。2）多种产品工艺过程表在多品种且批量较大的情况下，如产品品种为10种左右，各产品的生产工艺流程汇总在一张表中，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，可以反映各个产品的物流路径。3）成组方法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，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；或者采用多种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，可以用一张方阵图表来表示各作业之间的物料移动方向和物流量。表中，方阵的行表示物料移动的源，成为从；列表示物料移动的目的地，成为至；行列交叉点标明由源头到目的地的物流量，这就是从至表，从中可以看出各作业单位之间的物流状况。3 机加车间设施系统布置分析与改善研究3.1 该车间原设施布置分析3.1.1 该车间生产流程现状介绍长春机械科学研究院有限公司是专业生产试验机的厂家，属于仪器仪表制造企业，公司从原材料的采购，自己车间下料开始制造，向下做到多种试验机所需部件并装配完成。现就车间下料（包括切割棒料和钣金下料）到粗加工，再焊接等部分进行分析。公司现自行生产制造用于试验机上的产品有围板，中部面板，中间框架，固定支座，仪表罩，仪表板，储物盒，中控面板等。通过对产品的统计和分析发现：围板，中部面板等产品只需下料和休整工序（在此把这些品种设为A类型产品）；中间框架，固定支座等产品需要经过下料、休整和焊接工艺（设为B品类型）；仪表罩，仪表板等产品需要经过下料、休整和装配工艺（设为C类型）；储物盒，中控面板需经过下料、休整、焊接和装配（设为D类型）。所有产品都须经过质检。还有一些产品因不同型号的试验机所经过的工艺路线也有所不同（因此类产品数量相对较少，为方便分析在此它不做考虑）。把各工作区进行编号：1下料区（包括外形检验，尺寸检验），2休整区，3焊接区（包括焊接质量检验），4装配区，5质检区。则各类产品加工工艺路线，加工时间参数和产量如表3-1:表3-1 各类产品加工时间参数和产量产品类型经过工作区顺序相继工序平均服务时间/s各工序平均产量（件/每班）A125115，180，581350，1350，1350B1235115，180，152，58900，900，450，450C1245115，180，230，581350，1350，675，675D12345115，180，152，230，582700，2700，900，900，900产品现行生产工艺流程如图3-3所示:下面对生产车间该部分流程做简单说明。 下料就是将从外面厂家进来的原材料切割到部分零件所需的大致尺寸。修整即对下完料的材料进行去除毛刺 ，焊接即为对不同要求的零件采用不同的焊接机进行焊接（一般为两件材料焊接成一件材料）。装配是对不需再加工的零件进行装配得到最终产品（一般为两部分零件转配成一件）。由图3.2可知，各类产品内的生产工艺简单，区别主要是有焊接工艺的不同产品所使用的焊接设备不一样，另外从图3.1可以看出，各类产品的生产工艺相对较短。3.1.2 该车间设施布置的特点分析该企业车间装配焊接区现场布置如图3-4：图3-4 焊接装配区布置概貌该企业生产车间设施布置的特点主要体现在以下几个方面：1）按照工艺原则布置产品生产过程比较简单，品种较多，工作人员作业多样化，车间布置采用工艺原则布置，提高机器利用率，更改产品品种和数量方便，设备投资相对较少。不足之处：由于生产过程比较简单，虽然按照工艺原则布置但是没有注重按照生产流程布置加工路线，造成在制品的流量比较大，往返交叉现象比较多。2）符合设施布置设计流动的观点整个生产系统的设计符合设施规划流动的观点，人流、物流、信息流基本畅通。不足点在于自动化程度很低，在制品、成品等为小推车搬运，导致人流与物流混乱。3）车间工站之间产能不平衡在起初车间布置时只追求切割机（切割机价格昂贵）高利用率，忽视整个生产车间的产能平衡，导致整个生产过程中，在制品的等待时间过长，占用整个生产车间面积比率大。4）符合职业卫生条件，为职工创造了安全、良好的工作环境考虑操作人员的作业方便，作业空间设计比较合理，安全通道等布置比较合理，整个车间采用6S管理，有利于提高生产率。3.1.3 该车间原设施布置问题分析1）原车间设施布置平面图如图3-4所示；2）车间原设施布置问题分析根据设施布置平面图并结合上一章车间设施布置的特点分析，发现原车间布置存在以下问题：物料搬运过程中，存在往返交叉现象。车间目前采用间断式生产布局，当安排多种机生产或生产量大时，需要大量生产空间摆放货架来暂存在制品；在制品积存面积占整个车间面积的1/5左右。车间在制品暂存区、原料库、成品库等需要重新调整和改进或消除。车间工站之间产能平衡率不高，生产不均衡导致人员、设备等出现闲置和浪费。成品区面积规划较小，时常因产品转入仓库赶不上成品转进等原因导致出现成品积压现象，以至于生产出来的产品无处存放而将其暂存在厂房外。车间现有生产流程存在可以改进的方面，作业人员有浪费现象。物料搬运采用人工推车搬送，物流通道占用大面积生产空间。3.2 该车间工艺流程改进通过运用程序分析、作业分析及动作分析等基础工业工程手法对车间原有生产工艺流程进行诊断，发现其生产流程有很大的改进空间。3.2.1 制程分析与改善流程程序分析是工序分析中最基本、最重要的分析技术。它是以产品或零件的制造全过程为研究对象，把加工工艺划分为操作、检查、搬运、等待和储存等五种状态加以记录。流程分析是对产品或零件的制造全过程的详细分析，特别适用于分析对搬运、储存，暂存、贮存、等待等“隐藏成本”的浪费。试验机零部件的生产及装配在整个制造过程中，工序间产能平衡率低，且依照现有设施布置方式，在制品搬运反复交叉现象严重，在制品存放地占用整个车间的面积比率大。下面就对其加工流程进行程序分析。1）产品制程现状程序分析D品种的工艺都包含有其他类型产品的所有工艺，在此只对工艺相对较复杂的D类型的产品进行程序分析。其他品种的程序分析通过D类型产品的程序分析就可以很清楚的得到改善后的流程程序。通过详细的记录与分析，得到D类产品现行程序分析如图3-7：通过对现行程序图统计分析得知，其中4道工序为检验，8道工序为搬运，4道工序为储存。经实际考察和流程程序分析后，我们发现检验1与检验2都是切割质量检查，在生产过程中反复搬运较多。依据ECRS原则，检验、搬运及储存均为无效作业，应尽可能消除与合并，下面采用5W1H技术进行提问分析：问：为什么切割后的质量检查分为外观检验与尺寸检验两步？答：因为外观检查为下料人员对其进行的初步检查，尺寸检查为检查人员对切割完成零件的尺寸检查。问：检验本身就视为浪费，既然两次检验都为切割件的质量检查，能否将其中一道检查消除？答：不能，因为外形检查不用工具，只用眼进行检查是否有缺陷；尺寸检查为用尺寸检查工具对切割件的尺寸进行合格检查。问：能否将两道检查工序合并？答：能合并到一道工序中，因为两项检查是顺序进行的。问：对于焊接站能否将焊接和焊接质量检查合并为一道工序，由一人完成。答：可以，因为焊接机工作时间为114s相对较长，操作者有一段等待的时间（48s），而焊接质量检查时间为38秒，这段等待时间足够进行焊接质量检查，可以将这两道工序合并为一道工序，即节省了工人，又降低了加工时间38秒。问：搬运也是无效作业，能否将在制品存放区消除，最大限度的减少搬运，对整个产品的生产过程组成流水线式生产？答：经过工时平衡分析（下一节进行详细分析），平衡率达96.82%以上，能进行流水生产作业，减少了四次搬运作业。2）建立新方案通过对产品加工工序的流程分析，经过合并，取消，对改进后的加工过程进行流程分析见图3-8所示。3）改进效果将现行方法与改进后的方法进行对比，可以得出以下结论：搬运减少了四次，缩短的大量的往返距离，节约了大量时间，减少了搬运人数；工序合并了两次，减少了检验时间；缩短了生产周期，提高了生产率，节约了成本和车间面积。3.2.2 人机作业分析与改善作业分析是通过对以人为主的工序的详细研究，使操作者，操作对象，操作工具三者科学地组合，合理地布置和安排，达到工序结构合理，减轻劳动强度，减少作业工时消耗、缩短整个作业的时间，以提高产品的质量和产量为目的而进行的分析。它是深入地解决关键的局部问题的方法段。根据不同的调查目的，作业分析可分为人机操作分析（含闲余能量分析）、联合操作分析和双手作业分析。因机械员机加车间的切割机型号多种多样，本文主要对原材料的切割进行人机操作分析，以改变工作人员的数量和设备的布置方式。1）切割机现状人机作业分析切割工序主要是将公司从外界进回来的原材料切割成所需加工成零件的大概尺寸。现状为一人操作一台机器，因切割机切割时间相对较长，造成了人员及设备利用率偏低。通过详细的记录与分析，得到现行作业方法的人机作业分析图，如图3-9所示：图3-9 车间现行切割机人机作业图作业名称： 切割 机器名称： 切割机操作者： 研究者： 方 法：现行方法 机器号码：日 期：人切割机操作者时间（S）切割机时间（S）关安全门开机4等待4等待36切割36停机打开安全门4等待20安装材料至切割机5取出工件6退出切割机5统计空闲时间/S工作时间/S周程/S利用率操作者36246040.0%切割机24366060.0%2）分析与改进从上图可以看到，人员的利用率仅为40.6%，可以考虑一人两机作业。依据标准作业规范要求，机台在进行自动切割时，人员需进行监视作业，实际上当机台性能稳定性高于95%以上时，人员在此期间属于空闲状态。一般切割机性能稳定性均高于95%，故能取消切割时人员监视作业。为实现一人两机提供可行性。确定一个作业者可同时操作几台机器的计算公式如下：（31）式中，为一个操作者操作的机器台数；为一个作业者操作一台机器所需要的时间（包括从一台机器走到另一台机器的时间）；为机器完成该项作业的有效时间。则切割机作业者可同时操作的机器台数为（此处从一台切割机走到另一台切割机的时间为4秒）因此一个作业者可同时操作两台机器。通过对人员的闲余能力进行分析，改进后的切割机人机作业表如图