第3章-设施布置设计.ppt

设施规划与物流系统,1,Theplanisnothing,butplanningiseverything.,EwightD.Eisenhower,-2-,第3章设施布置设计FacilityLayoutDesign,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。,授课内容,设施布置设计的内容设施布置中出现目标设施布置型式如何避免工序交错流动、制成品混杂如何进行布置的定量分析,设施布置设计的内容是什么？设施布置中出现目标矛盾怎么办？如何选取设施布置型式来适应市场变化？如何避免工序交错流动、制成品混杂？如何进行布置的定量分析？,Question,-7-,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2050%。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。,1设施布置,-8-,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。,-9-,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。,-10-,“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。,-11-,设施布置的内容是什么,一点说明：“作业单位”（Activity)是设施的基本区划，可大至一个建筑物或一个车间，亦可小至一个出入口或一台机器如何划分，须看规划设计工作所处的阶段或层次。,-12-,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、工厂总体布置设计,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、办公场所等作业单位相互位置；解决运输线路、管线、绿化及设施美化的相互位置；解决物料的流向和流程、厂内外运输联接及运输方式。,三、车间布置设计：,解决各生产工段、辅助服务部门、储存设施等作业单位相互位置；解决工作、设备、通道、管线间的相互位置；解决物料搬运流程和运输方式。,-15-,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。,-16-,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。,-17-,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。,2设施布置的目标,1、总体目标：在已确定的空间场所内，将物流全过程的人员、设备、物料所需的空间做最适当的分配和最有效的组合。2、具体目标：,最好的工艺流程保证工艺流程畅通，生产时间短，生产连续。最少的物料搬运费用运输路线简化，避免往返和交叉。最有效地利用空间使建筑设备和单位制品的占有空间小。最好的柔性设施布置适应产品需求的变化、工艺和设备的更新。最舒适的作业环境保证安全，满足生理、心理要求。最便捷的管理使有密切关系或性质相近的作业单位布置在一个区域或靠近布置。,设施布置的具体目标,3目标矛盾来源,例如：对性质相近的作业单位布置在一个区域可满足管理的方便性和组织结构的合理化，却可能导致物流量的增大；满足尽量减少运输和交叉的目标，却可能违反柔性目标,如何回答？,设施布置中出现目标矛盾的根源和方法,根源：生产系统的目标本身经常难以捉摸（明确战略思路）；方法：不存在能解决一切问题的方法（系统最优不如系统合理）；科学与艺术结合（谁说得清家庭布置更科学还是更艺术）；理性与感性结合（建立学习型组织）,公司目标、用户需求、加工过程、空间利用、生产能力等。公司目标布置应达到的目标是存储费用、劳动力、闲置设备保持在一定的水平之下，从而达到预期的产量和利润，但它们的相对重要性却不完全相同（决策中的货比三家现象）。用户需求我们关心的是当前与未来的需求量水平及产品品种搭配（产品策略不同，则布置策略也将明显不同）。加工过程这是所选择布置类型的主要约束条件。,设施布置中出现目标矛盾怎么办？设施布置决策依据,设施布置中出现目标矛盾怎么办？设施布置决策依据,空间利用布置总是约束在建筑物内的实际范围内。生产能力当公司目标、用户需求、加工过程和空间有效利用率确定后，便可估算所需的生产能力和重新布置后所获得的生产能力（如果分别是机械车间，大学，酒店，应如何适当选择生产能力的测定单位？）。例如：应适当选择生产能力的测定单位，如机械车间可用机器小时，大学可容纳学生数/年，酒店可用房间床位数。最理想的布置应能适应环境的变化,-24-,4.2典型布置形式,可按设施类别分为生产设施和服务设施两大类，再来细分布置形式。生产设施的三种基本的布置形式：固定式布置产品原则布置工艺原则布置混合布置：成组原则服务设施的三种基本的布置形式：零售店布置办公室布置仓库布置,-25-,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。公路、房屋建设：太大手术：没办法餐厅：不愿意船舶、机车、发电机组,-26-,27,固定式布置,-28-,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。,-29-,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，受屠夫启发。,-30-,-31-,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。,-32-,产品原则布置的优缺点,优点：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。,-33-,3、工艺原则布置,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。如在机械加工车间中，数台车床被排列在一起组成车床组，钻床排列在一起组成钻床组，铣床组成铣床组、磨床组成磨床组，因此，工艺原则布置在机加工车间中还被称作机群式布置。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。,-34-,-35-,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。,-36-,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。,-37-,4.2.2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。,-38-,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。,-39-,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。,-40-,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,-41-,4.2.3流动模式,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。,-42-,5种基本的流动模式,直线形是最简单的流动模式，它将入口和出口分开。L形适用于设施或建筑物不允许直线流动的情形。U形最大的好处是收发口在同一位置，有利于物料搬运，人员、搬运设备和站台都可以只建一个，形成既不占很大空间又具有高速度的生产线。它能减少工人数量，还是一种有利于JIT布置的物流模式，工人位于U形的中心，因而可以互相看到彼此的进展且易于合作。环形流动模式常见于由物料搬运机器人服务的制造单元中，S形则常用于长的流水装配线布置，如汽车装配线。,-43-,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。,-44-,-45-,4.2.4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。,-46-,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。,4如何选取设施布置型式来适应市场变化,图一：生产模式的演变,如何选取设施布置型式来适应市场变化,图二：不同的生产类型,二、设施布置的基本型式,移动式布置,成组布置,工艺原则布置,产品原则布置,固定式布置,设施布置,如何选取设施布置型式来适应市场变化,三、适合少品种大批量生产的产品布置原则：以机器设备、人员及物料按产品的加工或装配的工艺过程顺序布置，形成一定的生产线。,产品原则示意图,如何选取设施布置型式来适应市场变化,产品原则布置优缺点：优点：1、由于布置符合工艺过程，物流畅通2、由于上下工序衔接，存放量少3、物料搬运工作量少4、可做到作业专业化，对工人技能要求不高，易于培训5、生产计划简单，易于控制6、可使用专用设备和机械化、自动化搬运方法,缺点：1、设备发生故障时引起整个生产线中断2、产品设计变化将引起布置的重大调整3、生产线速度取决于最慢的机器4、生产线有的机器负荷不满，造成相对投资较大5、生产线重复作业，工人易产生厌倦6、维修和保养费用高,如何选取设施布置型式来适应市场变化,四、适合多品种小批量生产的工艺布置原则：根据工艺特点，把同种类型的一群设备和人员集中布置在一个地方。各类机床间也有一定的顺序安排，通常按照大多数零件的加工路线来排列。,如何选取设施布置型式来适应市场变化,工艺原则示意图,如何选取设施布置型式来适应市场变化,工艺原则布置优缺点：优点：1、机器利用率高，可减少设备数量2、设备和人员柔性程度高，更改产品和数量方便3、操作人员作业多样化，有利于提高工作兴趣和职业满足感,缺点：1、由于流程较长，搬运路线不确定，运费高2、生产计划与控制较复杂，要求员工素质的提高3、库存量相对较大,如何选取设施布置型式来适应市场变化,五、适合持续改善生产模式的成组布置原则：把完成一组相似零件的所有或极大部分加工工序的多种机床组成机器群，以此为一个单元，再在其周围配置其他必要设备一种布置形式。,成组原则示意图,如何选取设施布置型式来适应市场变化,成组原则布置优缺点：优点：1、由于产品成组，设备利用率高2、流程通畅，运输距离较短，搬运量少3、有利于发挥班组合作精神4、有利于扩大员工的作业技能5、兼有产品原则布置和工艺布置的优点,缺点：1、需要较高的生产控制水平以平衡各单元之间的生产流程2、若单元间流程不平衡，需中间储存，增加了物料搬运3、班组成员需掌握所有作业技能4、减少了使用专用设备的机会5、兼有产品原则布置和工艺原则布置的缺点,如何选取设施布置型式来适应市场变化,六、如何实现大规模定制：1、两种概念的思考：面向市场是否就是面向顾客？多样化是否就是定制？2、实现大规模定制需解决的基本问题：产品策略定制产品和适应性产品产品结构模块化产品及工艺工艺过程基础设施模块化设施，工作流3、模块化的基础：产品合理化使产品系列与企业战略目标一致产品标准化将某些首选的零件标准化，从而减少零件数目,如何选取设施布置型式来适应市场变化,一种现象：某中档次轿车车型中使用了110种散热片，300种烟灰缸、437种仪表盘，1200种车内地毯，6000种紧固件思考与讨论：零件激增的原因和后果是什么？如何进行模块化设计按功能分割模块化？,如何选取设施布置型式来适应市场变化,模块化设施布置：由标准化、模块化的建筑物、工作站和物料搬运设施等组成设施布置型式，可很好地解决实际的设施设计缺乏柔性的问题。目前，被欧美广泛采用的方法是利用一个横向“脊柱”联接的模块结构，脊柱周围设置若干与之联接的、标准尺寸的模块。,脊柱型模块建筑,沃尔沃汽车装配模块工厂,如何避免工序交错流动、制成品混杂？,一、考虑要素：最重要的是要考虑出、入口的位置由于外部运输条件或原有布置的限制，需要按照给定的出入口位置来规划流动模式。此外还应考虑场址、建筑物的轮廓尺寸、生产流程的特点和生产线长度、通道的设置等。,如何避免工序交错流动、制成品混杂？,二、基本流动模式：直线型生产过程短且简单L型绕开一定的建筑物或设施U型出入口在同一相对位置环型出入口在同一点S型较大面积内安排较长的生产线,如何避