减速器工厂的规划设计方案

1、目录一、设计题目：减速器工厂的规划设计11 、设计目的12 、设计内容13 、设计步骤104 、设计报告10二、减速器工厂的规划设计111 、需要采集的信息112 、加工设备数量183 、工厂布局和车间布局314 、工厂布局355 、 物流分析376 、工厂每年的运营成本39三、课程设计心得体会41一、设计题目：减速器工厂的规划设计1 、设计目的1 ）掌握设计制造工厂设施布局的方法。2 ）掌握运用设施布局规划设计相关软件进行工厂布局设计的方法。3 ）了解工厂搬运设施和设备以及相关参数的选择方法。2 、设计内容利用后面给出的产品、成本、加工设备尺寸和工艺卡片等数据，设计和评估发动机减速器制造加工

2、厂。设计时， 需要考虑所有可能的因素，如布局图、 机器数量、 工人数量、 物料搬运的方法和设备、 缓 存区大小、运作策略和公司未来增长情况（公司预计在未来3 年每年增长8% 。）减速器加工厂的项目数据如下。1 ）产品发动机减速器是工业上用于减少电机转速、 提高扭矩的设备。 减速器通常由轴承、 齿轮组和箱体构成，图 1 和图 2 分别为二级减速器和三级减速器的产品结构图。减速器物料清单如图 3 所示。低 速 齿高速小齿第二中速小齿 第二中速齿高速小齿轮低 速轮轮轮轮轴输 入输 入高速齿轮低 速高速齿轮轴第一中速小齿第一中速第一中速轴轮轴低 速 齿第一中速小齿轮轮图 1二级减速器结构图图 2三级减

3、速器结构图2）减速器箱体尺寸减速器箱体形状如图4所示。减速器共有6个产品系列，分别为J100-2，J200-2，J300-2，J100-3，J200-3， J300-3。每个系列产品的箱体尺寸见表1 。减速器箱体的加工工艺见表2 。CBBAA图4 减速器箱体形状表 1减速器系列产品尺寸产品系列尺寸/inACBJ100-974.0J200-1085.0J300-12105.5J100-977.0J200-1087.5J300-12108.0表 2减速器箱体加工工艺工艺顺序工艺1对箱体的一侧铣、钻、攻螺纹（在加工中心上）2对箱体的另一侧铣、钻、攻螺纹3钻和攻法兰孔（在多轴钻床上）4对轴承、轴和密封

4、圈粗镗孔5精镗孔3 ）成本信息这里说的成本主要有减速器箱体加工机床成本、齿轮轴加工机床成本、管理运行成本和销售成本。加工中心、 多轴钻床和镗床的成本见表3 。齿轮和小齿轮轴加工机床成本见表4 。工厂的运行成本见表5 ，销售成本见表6 。表 3箱体加工机床成本机床加工中心多轴钻床镗床表 4齿轮和小齿轮轴加工机床成本机床成本/美元机床锯床35 000刨床对中装置50 000磨床置130 000铣床轴和高速小齿轮加工的车床齿轮加工的车床 （ CNC 车床）200 000清洗和密封装置钻床（卡盘车床）120 000装卸载心轴装置滚齿机165 000钳工台剃齿机100 000成本/美元320200150

5、成本/美元95150804250表 5运行成本项目运行成本占地面积6.5美元 /（ ft 2 ·年）建筑成本60美元 /ft2减少准备时间需要的成本030% ： 1 500美元（美元 / 每个加工设备）31%50%：5 000美元51%60%：9 500美元61%75%： 17 000 美元人工成本第一班的全部成本，第二班加30% 成本工人25美元 /h管理人员45美元 /h工业工程师65000 美元/ 年机床寿命42 000h或12年所有机器的维修成本为初始成本的10%生产成本销售成本的 60%库存成本销售成本的 20%表 6销售成本减速器类型每年需求 / 台定价 /美元供货周期

6、/ 周（可变）J100-2750.04J200-2950.04J300-114J100-214J200-114J300-114未来 3 年，预计销售量会增加8%4 ）准时生产（ JIT ）因素所有工艺的初始废品率为5% 。在每个车间实施产品质量过程控制（SPC ）的成本为 12 000美元，并能够使产品的废品率从5% 降到 3 % 。整个工厂实施全面生产维护管理（ TPM ）的固定成本为 100 000美元，每年还需要35 000美元。全面生产维护管理可以减少75% 的故障时间。5 ）面积工厂有 15英亩土地可以使用，计划2 000ft 2 的面积用于装配，3 000ft2 的面积用于办公。6

7、 ）产品重量6 个系列的产品重量见表7 。表 7产品重量减速器类型重量减速器类型重量J100-/lbJ100-/lb8090J200-11J200-12J300-15J300-167 ）停工原因工厂会因为加工和搬运设备故障而造成停工，具体停工设备和恢复生产所需要的平均维修时间见表8 。8 ）齿轮工艺路径齿轮需要经过车削、滚齿、刨齿、铣键槽、清洗和密封等加工工艺。高速小齿轮工艺路径见表9 。高速齿轮工艺路径见表10 。第一中速小齿轮工艺路径见表11 。第二中速小齿轮具有同第一中速小齿轮 相同的工艺路径和准备时间，加工时间比第一中速小齿轮长5% 。表 8 设备故障时间和平均维修时间停工设备类型故障

8、时间占全年工作时间的比例/%平均维修时间 /h锯床2.51.5加工中心12车床31.5滚齿机刨齿机铣床汽缸磨床清洗和密封设备绞孔机端面磨床加工中心多轴钻床镗床叉车桥式起重机 / 电葫芦工艺工艺序号描述1锯床2 对中装置3车床4滚齿5刨齿6铣键槽7磨外沿8 清洗和密封工艺工艺序号描述1 磨削坯料端面2 对坯料钻孔3 安装心轴4 车坯料外圆5滚齿6刨齿7 卸载心轴8铣键槽9 清洗和密封工艺工艺序号描述1 磨削坯料端面2 对坯料钻孔3 安装心轴4 车坯料外圆62.543.132.553.913.333.452.141.872.152.182.451.3表 9 高速小齿轮工艺路径减速器类型J100-J

9、200-J300-准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间min/工艺/min/工艺/min/工艺/20.min/20.min/15.min/2.32.53.030.3.035.3.540.3.935.2.535.3.330.4.260.6.065.6.270.6.945.5.050.5.550.6.030.3.830.4.030.4.550.4.055.4.760.5.25.01.05.01.25.01.5表10 高速齿轮工艺路径减速器类型J100-J200-J300-准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加

10、工时间准备时间 /× 加工时间min/工艺/min/工艺/min/工艺/30.min/30.min/30.min/1.51.61.835.1.740.1.945.2.11.53.01.53.31.53.755.0.960.1.165.1.660.3.265.3.670.4.040.2.245.2.450.2.70.51.50.51.60.51.845.0.550.0.660.0.6825.00.65.00.65.00.744表 11第一中速小齿轮工艺路径减速器类型J100-J200-J300-准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间准备时间 /×

11、 加工时间min/工艺/min/工艺/min/工艺/30.min/30.min/30.min/1.71.92.135.1.835.2.035.2.21.53.01.53.31.53.755.1.160.1.465.1.95滚齿60.4.565.5.070.5.56刨齿40.3.245.3.550.3.97去除心轴0.51.50.51.60.51.88铣键槽45.0.850.0.960.0.99清洗和密封5.00.65.00.65.00.79 ）齿轮的搬运齿轮加工过程中需要在各个加工设备间装载、卸载和搬运。表12 表 15分别给出了高速小齿轮、高速齿轮、 第一中速小齿轮和低速齿轮在各个加工工位的

12、装卸载时间。第二中速小齿轮具有同第一中速 小齿轮相同。工艺序号12345678工艺序号123456789工艺序号123456789表 12高速小齿轮在各个加工工位的装卸载时间（min/个）工艺减速器类型J100-J200-描述装载×卸载装载×卸载装载锯床0.40.30.40.30.5加工中心0.20.20.20.20.2车外圆0.20.20.20.20.2滚齿1.50.51.60.51.8刨齿1.30.51.40.51.6铣键槽2.51.12.81.23.1磨外沿1.20.61.30.61.4清洗和密封0.11.10.10.10.1表 13高速齿轮在各个加工工位的装卸载时间

13、（min/个）工艺减速器类型J100-J200-描述装载×卸载装载×卸载装载磨削坯料端面0.40.30.50.30.5对坯料钻孔0.20.20.20.20.2安装心轴0.00.00.00.00.0车坯料外圆0.30.50.30.50.4滚齿0.40.50.50.50.5刨齿0.51.10.51.20.6卸载心轴0.00.00.00.00.0铣键槽0.20.10.20.10.2清洗和密封0.20.10.20.10.2表 14第一、二中速小齿轮在各个加工工位的装卸载时间（min/ 个）工艺减速器类型J100-J200-描述装载×卸载装载×卸载装载磨削坯料端面

14、0.50.30.50.30.6对坯料钻孔0.20.20.20.20.3安装心轴0.00.00.00.00.0车坯料外圆0.50.50.50.50.6滚齿0.50.50.60.50.6刨齿0.51.10.51.20.6卸载心轴0.00.00.00.00.0铣键槽0.20.10.20.10.2清洗和密封0.20.10.20.10.2J300-×卸载0.30.30.30.60.61.30.70.1J300-×卸载0.30.30.00.60.61.30.00.10.1J300-×卸载0.30.30.00.60.61.30.00.10.1表 15低速齿轮在各个加工工位的装卸

15、载时间（min/个）工艺工艺减速器类型J100-J200-J300-序号描述装载×卸载装载 ×卸载装载×卸载1车外圆和端面0.60.40.60.50.60.52车外圆和钻孔0.40.30.30.30.40.33滚齿3.50.53.90.54.30.64刨齿2.81.23.11.33.41.45铣键槽1.60.61.70.61.90.76清洗和密封0.20.10.10.10.10.110 ）轴的工艺路径轴需要经过车削、铣键槽、铣键槽、清洗和密封等加工工艺。中速轴的工艺路径见表16 ，低速轴的工艺路径见表17 。11 ）齿轮的工艺路径表 18 为低速齿轮的工艺路径，第

16、二中速齿轮具有相同的工艺路径和准备时间，加工时间为上述时间的 92% 。12 ）轴的搬运表 19 为中速轴搬运时间，表 20 为低速轴搬运时间。13 ）箱体工艺路线二级减速器箱体的工艺路线见表21和表 22 ，三级减速器箱体的工艺路线见表23和表 24 。表 16中速轴的工艺路径减速器类型工艺序号123456工艺序号123456工艺序号工艺J100-J200-J300-描述准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间min/工艺/min/工艺/min/工艺/锯床20.min/20.min/20.min/2.12.32.6加工中心30.3

17、.135.3.540.3.9车外圆35.3.535.3.935.4.3铣键槽30.4.530.5.030.5.5铣键槽50.5.555.6.160.6.8清洗和密封5.00.75.00.85.00.9表 17低速轴的工艺路径减速器类型工艺J100-J200-J300-描述准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间min/工艺/min/工艺/min/工艺/锯床20.min/20.min/20.min/2.22.52.7加工中心30.3.535.3.940.4.3车外圆35.3.835.4.335.4.7铣键槽30.4.630.5.130

18、.5.7磨外沿50.5.655.6.260.6.9清洗和密封5.00.85.00.95.00.9表 18低速齿轮的工艺路径减速器类型工艺J100-J200-J300-描述准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间min/工艺/min/工艺/min/工艺/min/min/min/123456工艺序号123456工艺序号123456工艺序号123456工艺序号1234一侧车外圆和端面另一侧车外圆和钻孔滚齿刨齿铣键槽清洗和密封工艺描述锯床加工中心车外圆铣键槽磨外沿清洗和密封工艺描述锯床加工中心车外圆铣键槽磨外沿清洗和密封工艺描述加工一侧加工

19、另一侧钻法兰孔箱体粗镗孔箱体精镗孔清洗和密封工艺描述加工一侧加工另一侧钻法兰孔箱体粗镗孔30.3.230.3.635.4.005040320.1.620.1.725.1.9000908120.015.50120.017.36120.019.2275.12.4075.13.8975.15.3855.1.155.1.260.1.35.00.65.00.65.00.7表 19 中速轴的搬运时间（ min/ 个）减速器类型J100-J200-J300-装载 ×卸载装载× 卸载装载 ×卸载0.50.40.50.40.60.50.30.20.20.20.30.30.40.20

20、.30.20.40.32.61.12.91.23.21.41.40.61.50.61.60.70.20.10.10.10.10.1表 20 低速轴的搬运时间（ min/ 个）减速器类型J100-J200-J300-装载×卸载装载×卸载装载 ×卸载0.60.40.60.50.60.50.40.30.30.30.40.30.50.30.50.30.50.32.81.23.11.33.41.41.60.61.70.61.90.70.20.10.10.10.10.1表 21减速器右侧箱体HSG-2的工艺路线减速器类型J100-J200-J300-准备时间 /×

21、加工时间准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间min/ 工艺/min/ 工艺/min/ 工艺/35.min/35.min/35.min/9.110.5611.2825.7.925.9.125.9.8130.01.6130.01.9180.02.0200.02.8200.03.3200.03.545.1.845.2.155.2.25.01.55.01.75.01.8表 22 减速器左侧箱体 HSG-2 的工艺路线减速器类型J100-J200-J300-准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间min/ 工艺

22、/min/ 工艺/min/ 工艺/35.min/35.min/35.min/13.8016.0117.1125.9.825.11.3725.12.15130.01.6130.01.9180.02.0200.05.2200.06.0200.06.556工艺序号123456工艺序号123456箱体精镗孔清洗和密封工艺描述加工一侧加工另一侧钻法兰孔箱体粗镗孔箱体精镗孔清洗和密封工艺描述加工一侧加工另一侧钻法兰孔箱体粗镗孔箱体精镗孔清洗和密封45.4.545.5.255.5.65.01.55.01.75.01.8表 23减速器右侧箱体 HSG-3的工艺路线减速器类型J100-J200-J300-准备时

23、间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间min/ 工艺/min/ 工艺/min/ 工艺/35.min/35.min/35.min/10.4712.1412.9825.9.025.10.5425.11.27130.01.9130.02.2180.02.4200.03.2200.03.8200.04.045.2.045.2.455.2.55.01.75.02.05.02.1表 24 减速器左侧箱体 HSG-3 的工艺路线减速器类型J100-J200-J300-准备时间 /× 加工时间准备时间 /× 加工时间准备时间 /&#

24、215; 加工时间min/ 工艺/min/ 工艺/min/ 工艺/35.min/35.min/35.min/16.0118.5719.8525.11.3725.13.1925.14.10130.01.9130.02.2180.02.4200.06.0200.07.0200.07.545.5.245.6.155.6.55.01.75.02.05.02.114 ）箱体搬运各减速器箱体的搬运时间见表25和表26。表 25右侧箱体HSG-2和 HSG-3的搬运时间（min/个）工艺序号123456工艺减速器类型J100-J200-J300-描述装载×卸载装载× 卸载装载×

25、卸载加工一侧0.50.31.10.61.50.9加工另一侧0.50.31.10.61.50.9钻法兰孔0.80.31.70.62.40.9箱体粗镗孔2.00.74.21.56.02.1箱体精镗孔2.00.74.51.56.02.1清洗和密封0.30.20.50.40.80.6表 26左侧箱体 HSG-2和 HSG-3的搬运时间（min/ 个）工艺序号123456工艺描述加工一侧加工另一侧钻法兰孔箱体粗镗孔箱体精镗孔清洗和密封减速器类型J100-J200-J300-装载×卸载装载× 卸载装载×卸载0.60.31.30.61.80.90.60.31.30.61.80.

26、90.90.31.90.62.70.92.10.74.41.56.32.12.10.74.41.56.32.10.30.20.50.40.90.615 ）加工机床的尺寸减速器各加工工艺所需要的加工机床有车削加工中心、多轴钻床、镗床、锯床、铣削加工中心、床、刨床、滚铣床、磨床、铰孔床等。这些加工设备的外观尺寸如图5 所示。车51 01600051151.445455.5.54448（a）（b）（c ）3 .58.58557575.7.54.43.4331333131 0（d ）（e）（ f）55.5.111524252444446687（g）（h ）（i）（j ）图 5 加工机床的外观尺寸（单位

27、： ft ）（ a ）加工中心（ b ）多轴钻床（ c）镗床（ d）锯床（ e）铣削加工中心（ f）车床（ g）刨床（ h ）滚铣床（ i ）磨床（ j ）铰孔床3 、设计步骤2 ）确定需要的工人数量、缓冲区水平，以及如何减少加工准备时间、减少废品率、减少非计划停 工时间和交叉训练的成本。4 、设计报告报告内容应包括以下内容：1 ）工厂设施设计方案，如加工单元的数量、生产批量大小和需要的制造辅助区域等；2 ）工厂内物料搬运的规划设计；3 ）每个加工单元加工设备的数量、工人数量、人员分工、物料搬运、加工单元布置的描述；4）5）未来 3年的发展计划。工厂总的运营成本（如批次加工成本、人工成本和库存

28、；二、减速器工厂的规划设计1 、需要采集的信息1. 物料清单从项目资料中图三所知减速器工厂生产的产品零件清单。表1 为全部的零件清单，表 2 与表 3 分别为 J*-2系列和 J*-3系列减速器以功能为导向的产品结构。表 1 零件清单序号数量名称11高速小齿轮（外购）21第一中速轴31高速齿轮41第一中速小齿轮51低速轴61低速齿轮71右侧箱体 HSG-2,381左侧箱体 HSG-2,391第二中速轴（ j*-3)101第二中速齿轮（ j*-3)111第二中速小齿轮（ j*-3)表 2J*-2系列减速器的产品结构级别数量名称01201J*-2 系列减速器11中速轴装配（第一次）11低速轴装配2

29、1高速小齿轮（外购）21第一中速轴21高速齿轮21第一中速小齿轮21低速轴21低速齿轮21右侧箱体 HSG-2,321左侧箱体 HSG-2,3表 3J*-3 系列减速器的产品结构级别数量名称01201J*-3 系列减速器11中速轴装配（第一次）11低速轴装配11中速轴装配（第二次）21高速小齿轮（外购）22中速轴21高速齿轮21第一中速小齿轮21低速轴21低速齿轮21右侧箱体 HSG-2,321左侧箱体 HSG-2,321第二中速齿轮21第二中速小齿轮图 1 与图 2 分别为 J*-2 系列和 J*-3 系列减速器以产品结构为向导的装配过程。高速小齿轮（外购）第一中速轴中速轴装配高速齿轮第一次

30、第一中速齿轮J*-2系列减速器低速轴低速轴装配低速齿轮右侧箱体 HSG-2,3左侧箱体 HSG-2,3图 1.J*-2系列减速器装配工艺流程高速小齿轮（外购）第一中速轴高速齿轮中速轴装配（第一次）第一中速齿轮低速轴低速轴装配J*-3系列减速器低速齿轮右侧箱体 HSG-2,3左侧箱体 HSG-2,3第二中速轴第二中速齿轮中速轴装配（第二次）第二中速小齿轮图 2.J*-3 系列减速器装配工艺流程2. 生产工艺图 3 为 J*-2系列减速器的加工工艺流程图，图4 为 J*-3系列减速器的加工工艺流程图。3. 生产批量由于每个零件需要分批进行加工，每个类型的产品批量都是4 个星期的需求。对于产品 J100-2第一年的总需求为6000 件（见表 4 ），一年为 52 周，则 4周的批量为 60004462 。同样的方法可以计算其他产品的批量（见表5）。52减速器第一年需求第二年需求第三年需求J100-2000J200-2360038884200J300-2180019442100J100-324002592