第二章设施规划与设计基本思想

1、天津工业大学管理学院天津工业大学管理学院设施规划与物流分析设施规划与物流分析第二章第二章 设施规划与设计基本思想设施规划与设计基本思想第一节第一节 设施规划的定义设施规划的定义第二节第二节 设施规划的范围设施规划的范围第三节第三节 设施规划的重要性设施规划的重要性第四节第四节 设施布置类型及传统布置方法设施布置类型及传统布置方法第五节第五节 实例分析实例分析某汽车厂设施布置分析某汽车厂设施布置分析第一节第一节 设施规划的定义设施规划的定义 设施规划是在企业经营策略的指导下，针对企业个体中的生产或服务系统的生产或转换活动，从投入到产出的全部过程中，将人员物料及所需的相关设备设施等，做最有效的组合

2、与规划，并与其他相关设施协调。以期获得安全、效率与经济的操作，满足企业经营需求，同时更进一步能对企业长期的组织功能和发展产生更积极的影响和效益。 制造设施的规划包含下列含义： (1) 对于各种设施设备与人员的数量需求寻得一最佳组合, 以达到最恰当的生产结构。 (2) 决定各种设备(包括生产设备、物料搬运设备、存取设备、辅助设备等)、物料及人员操作与活动所需的空间需求。 (3) 分析各活动的关系，以求得各活动空间可能的相关位置。 第一节第一节 设施规划的定义设施规划的定义 (4) 分析物料的接收、制造、储存、出货等整体过程，安排其流程、路径与时序，以期获得良好的物料搬运及人员流通成效。 (5)

3、调整各活动位置与空间，以使人员、物料、机器等获得最有效经济的关系位置与操作方法。 （6）通过各项设施的妥善安排与规划，不仅减少对环境的负面影响，且能对长期的环境与组织发展有更积极的影响和效益。第一节第一节 设施规划的定义设施规划的定义制造设施的规划包含下列含义：第二节第二节 设施规划的范围设施规划的范围 我们将设施规划范围区分为两大部分，如图2-1和图2-2所示 结构系统设计 设施内部设计 平面布局设计 设施规划 物料搬运系统设计 设施位置选择 图图2 2- -1 1 设设施施规规划划的的范范围围 工 厂 位 置 选 择 制 造 业 工 厂 设 施 规 划 工 厂 结 构 系 统 工 厂 工

4、厂 内 部 设 计 工 厂 平 面 布 局 物 料 搬 运 系 统 （ a） 医 院 位 置 选 择 服 务 业 设 施 规 划 医 院 结 构 系 统 医 院 医 院 内 部 设 计 医 院 平 面 布 局 患 者 移 送 、 信 息 传 递 （ b） 图图 2 2- -2 2 特特 定定 设设 施施 的的 设设 施施 规规 划划 第二节第二节 设施规划的范围设施规划的范围 第一第一 ，美国自美国自1955年以来，每年约有年以来，每年约有8%的的GNP用在添置新用在添置新设施，同时现代的设施规划也必须在设计方法、应变弹性及设施，同时现代的设施规划也必须在设计方法、应变弹性及绩效指标等方面进行

5、持续改善；绩效指标等方面进行持续改善； 第二第二 ，产业界在设施规划程序的运作上仍有很大的改进可能，产业界在设施规划程序的运作上仍有很大的改进可能 第三节第三节 设施规划的重要性设施规划的重要性 2. 资金投资方面资金投资方面 4.设施管理方面设施管理方面 6. 资源利用方面资源利用方面 1. 成本方面成本方面 3. 员工士气方面员工士气方面 5. 顾客满意方面顾客满意方面 7. 设施弹性方面设施弹性方面 第三第三 ，在设施规划过程中，设施地址选择和设备购买两项决，在设施规划过程中，设施地址选择和设备购买两项决策将对日后系统运作产生深远影响策将对日后系统运作产生深远影响(如生产与经营成本如生产

6、与经营成本)，对未，对未来厂房扩充和发展也将成为限制条件。来厂房扩充和发展也将成为限制条件。 第四，第四， 针对针对“物流设施规划的重要性物流设施规划的重要性” 可归纳分为长期影可归纳分为长期影响及短期影响两部分响及短期影响两部分 1.长期影响部分长期影响部分1）仓储或分销中心的数量、位置、规模）仓储或分销中心的数量、位置、规模2）对于单一与多个地点的公司的供应品、原料、在制品与产成品的储存）对于单一与多个地点的公司的供应品、原料、在制品与产成品的储存采取集中式储存还是分布式储存采取集中式储存还是分布式储存3）取得现有设施或从零开始设计新设施）取得现有设施或从零开始设计新设施 4）因为市场需求

7、、人力资源与科学技术的不确定性所衍生的弹性需求）因为市场需求、人力资源与科学技术的不确定性所衍生的弹性需求 2.短期影响部分短期影响部分1）储存功能与制造功能之间的界面是否顺畅）储存功能与制造功能之间的界面是否顺畅 2）物料搬运设备的选择）物料搬运设备的选择3）应针对物料控制、设备控制以及分销流程的控制建立不同的控制系统）应针对物料控制、设备控制以及分销流程的控制建立不同的控制系统 4）设计方案的空间使用效率、设备选用与作业方式等）设计方案的空间使用效率、设备选用与作业方式等第三节第三节 设施规划的重要性设施规划的重要性 第四节第四节 设施布置类型及传统布置方法设施布置类型及传统布置方法一、传

8、统的设施布置类型一、传统的设施布置类型 在美国统称为工厂平面设计或工厂布置 ( Plant Layout)，包含了两方面的内容，即工厂总平面图和工厂总平面图和车间内机器、设备或设施的实际布置车间内机器、设备或设施的实际布置。（一）工厂总平面图（一）工厂总平面图 工厂总平面图布置的主要原则为： 必须符合城市规划环保卫生消防等各项规定，同时能与原有交通运输系统联接； 布置必须紧凑； 应该和建厂地点的周边自然条件相适应； 符合生产和工艺流程，使物流路线短捷； 便于管理。 工厂总平面布置的实例工厂总平面布置的实例高压线高压线公路公路公路公路火车站火车站盐盐 库库盐水工段盐水工段电解槽工段电解槽工段修槽

9、工段修槽工段氯氢处氯氢处理工段理工段液氯工段液氯工段蒸发工段蒸发工段盐酸工段盐酸工段漂液工段漂液工段仓仓 库库变电所变电所(二二)离散型车间或工场的机器设备布置离散型车间或工场的机器设备布置 车间的布置也就是其中机器或设备的布置是直接影响产品的生产率、质量、成本、安全以及生产管理的有效性的重大问题。 5种典型的机器或设备的布置方式，即： 按工艺布置。 按产品布置。 按固定工位布置。 按成组生产原则布置。 U形布置。 1、工艺原则布置、工艺原则布置(Process Layout)： 又称机群式布置，按同类设备和人员集中布置在一个地方，各类机床保持一定顺序，按照大多数零件的加工路线来排列，适用于多

10、品种小批量生产方式。 工 艺 原 则 布 置 示 意 图 仓 库 车 床 车 床 钻 床 焊 接 仓 库 车 床 车 床 钻 床 铣 床 铣 床 油 漆 铣 床 铣 床 磨 床 磨 床 装 配 焊 接 装 配 焊 接 工工艺艺原原则则布布置置优优缺缺点点 工 艺 原 则 布 置 优 点 缺 点 1、机器利用率高，可减少设备数量。 1、流程长，搬运费用高。 2、可采用通用设备。 2、生产计划与控制较复杂。 3、设备和人员的柔性程度高。 3、生产周期长。 4、设备投资相对较少。 4、库存量较大。 5、操作人员作业多样化，易产生满足感。 5、需要较高的技术等级。 (二二)离散型车间或工场的机器设备布

11、置离散型车间或工场的机器设备布置各类机床专业词汇车床(L)：Lathe铣床(M): Milling Machine镗床(B): Boring Machine磨床(G): Grinding Machine钻床(D): Drilling Machine压机(P): Punching Machine装配(A): Assemble数控车床(NLC): Numerical Control Lathe2、产品原则布置（、产品原则布置（Product layout）： 制造某种部件或某种产品的封闭车间，按加工或装配的工艺过程顺序布置，适用于少品种大批量生产方式。产品原则布置示意图 仓 库 车 床 钻 床 磨

12、床 铣 床 装 配 仓 库 压 机 折弯机 钻 床 铣 床 钻 床 产产品品原原则则布布置置优优缺缺点点 产品原则布置 优 点 缺 点 1、符合工艺过程，物流顺畅。 1、易引起整个生产线中断。 2、上下工序衔接，存放量少。 2、产品设计变化易引起布置的重大调整。 3、生产周期短。 3、生产线速度最终取决于最慢的机器。 4、物料搬运工作少。 4、个别机器负荷不满，使得相对投资大。 5、作业专业化高。 5、工作设置单调，易产生厌倦。 6、生产计划简单。 6、维修保养费用高。 7、可使用专用设备，采用先进的搬运方法。 2、产品原则布置（、产品原则布置（Product layout）： 产品原则布置与

13、工艺原则布置对比：产品原则布置与工艺原则布置对比： 1）布置结构方面的不同。）布置结构方面的不同。 产品原则布置为垂直布置，而工艺原则布置产品原则布置为垂直布置，而工艺原则布置为水平布置。为水平布置。 A A A B B C C C A B C A B B A C C 2）“均衡生产均衡生产” 方面的不同。 产品原则布置与工艺原则布置相比有如下优点产品原则布置与工艺原则布置相比有如下优点: 1)生产周期短 2)在制品少 3)场地占用少 4)物流顺畅 5)避免批量质量缺陷 每台设备加工时间均为 1 分钟， 产品批量为 5。 A B C D A B C D A B 按工艺原则布置 按产品原则布置

14、0 分钟 1 分钟 2 分钟 3 分钟 4 分钟 5 分钟 6 分钟 7 分钟 8 分钟 0 5 10 15 20 3、固定工位布置（、固定工位布置（Fixed Product Layout）： 以原材料或主要部件固定在一定位置的布置形式,生产时所需的设备、人员、材料等都要服从于工件的固定位置，适用于大型的不宜移动的产品，如飞机装配、船舶制造等。 固定工位布置示意图 仓 库 仓 库 车 床 压 机 磨 床 焊 接 油 漆 装 配 固定工位式布置的优缺点 固 定 工 位 式 布 置 优 点 缺 点 1、物料移动少。 1、人员和设备的移动增加。 2、当采用班组方式时，可提高作业连续性。 2、设备需

15、要重复配备。 3、可提高质量，因为班组可完成全部作业。 3、班组成员需要较高的技能。 4、高度柔性，可适应产品和产量的变化。 4、会增加面积和工序间存储。 5、生产计划需要加强控制和协调。 3、固定工位布置、固定工位布置案例：某机械厂 产品：橡胶机械产品：橡胶机械 2006年年11-12月月 原状态：车间在制品占用达到原状态：车间在制品占用达到180万以上；生万以上；生产周期从产周期从8.5天到天到51.5天波动很大；员工每月休天波动很大；员工每月休息时间在两天以下；息时间在两天以下； 改进做法改进做法第第1步：现场观察与问题聚焦步：现场观察与问题聚焦 第24步：在制品数据收集和统计分析；平面

16、布局和生产流程诊断；生产节拍分析 第56步:布局优化实现流水作业，小批量作业和拉动生产方案实施 制造周期对比制造周期对比试点前试点前试点后试点后 4、成组原则布置、成组原则布置（Group layout）： 介于产品原则布置与工艺原则布置之间，在工作场地内配置可以完成工艺相似零件组所有零件全部工序所需的不同类型的机床，作为一个单元，适用于中小批量生产。书上图2-10a、b为与机群式布置车间对比图。 成 组 原 则 布 置 示 意 图 仓 库 车 床 钻 床 车 床 压 机 油 漆 钻 床 磨 床 磨 床 装 配 焊 接 装 配 仓 库 铣 床 钻 床 压 机 装 配 装 配 钻 床 磨 床 成

17、组原则布置优缺点 成 组 原 则 布 置 优 点 缺 点 1、机器利用率较高。 1、要求有较高的生产控制水平。 2、 可达到流程通畅， 运输距离较短， 搬运量少。 2、如单元间流程不平衡，需中间存储，增加了单元间的物料搬运。 3、有利于发挥团队精神。 3、班组成员需掌握所有作业的技能。 4、有利于扩大工人作业技能。 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优点。 5、 兼有产品原则布置和工艺原则布置的缺点。 4、成组原则布置（、成组原则布置（Group layout）： 5U形布置形布置 这是近年来颇受工厂欢迎的一种设备布置形式。U形多工序生产线适合于多品种中小批量

18、的生产，符合当代生产模式的需要。U形布置时，工人容易掌握从毛坯到成品的全工艺过程，合理安排作业程序后可以减少工人各种多余的动作，便于工人多工序(多机床)操作，便于对生产线的全面管理。图2-10为U形布置示意图。 图图2-10 U形布置示意图形布置示意图 （b） U型生产线联合布置 123 4561098712109348567Why Design U - Shape Cell Layout 为什么设计成“U”型单元布局 Flexible Line Capacity One - Piece Flow Communication Save Space具有柔性生产能力有利于单件流便于员工沟通节约场地

19、(三三) 流动模式流动模式 无论采用何种布置方式都应考虑物流、信息、人员流动的模式。1.影响流动模式因素：出入口、厂址或建筑物的尺寸、生产流程特点和生产线的长度、通道的设置、运输的方式及其机械化程度、储存的要求、发展的需要等。2.流动模式的种类：由于外部运输条件或者原有布置的限制，需要按照给定的出入口位置来规划流动模式。基本的流动模式有5种。直线形、L形、U形、环形、S形等5种。 基本流动模式：基本流动模式： 直线型直线型生产过程短且简单生产过程短且简单 L 型型绕开一定的建筑物或设施绕开一定的建筑物或设施 U 型型出入口在同一相对位置出入口在同一相对位置 环环 型型出入口在同一点出入口在同一

20、点 S 型型较大面积内安排较长的生产线较大面积内安排较长的生产线 储存铣仓库装配涂装压车A）直线流动储存压涂装铣装配车仓库B）S型流动 图图2 2- -1 11 1 设设施施布布置置改改进进前前后后物物流流图图 1 原材料库 2 4 进口 6 7 3 5 出口 8 9 11 10 12 成 品 库 a 改 进 前 物 流 图 原材 1 料库 2 3 4 5 进口 出口 7 6 10 9 8 11 成 12 品 库 b 改 进 后 的 物 流 图 3.物流合理化的原则：即物流路径避免交叉、迂回，消除流动阻碍,如图2-11所示。二、设施布置的传统设计方法要点 1. 寻找同类或相似工厂作为样板寻找同

21、类或相似工厂作为样板 2. 根据目标设计数个方案根据目标设计数个方案 3. 利用经验数据或指标决定各部门的面积利用经验数据或指标决定各部门的面积 4. 通过方案评比决定最优方案通过方案评比决定最优方案 5. 绘制标准的总平面布置图和详细的车间布绘制标准的总平面布置图和详细的车间布置设计图置设计图三、生产和管理模式对设施布置的影响三、生产和管理模式对设施布置的影响(一一) 历史的回顾历史的回顾从大量生产开始从大量生产开始 在大量生产模式理念的统治下，形成了“大而全”的组织架构。(二二) 精益生产精益生产(Lean Production)和准时制和准时制(JIT) 7080年代日本在汽车制造业中创

22、造的丰田生产方式，从经营、组织、管理、产品、供销等都形成了与传统大量生产方式不同的一整套思想和做法。美国麻省理工学院(MIT)对之进行了研究和分析后称之为“精益生产”(Lean Production)。精益生产方式对工厂布置提出了更高的要求。 日本丰田生产方式的主要创新之一就是准时制(Just ln Time简写JIT)，JIT也是精益生产的主要部分。JIT可用于广泛范围内的任何制造，对人的高度尊重是消除浪费的基础。JIT重视和追求一切生产活动的可视化、简化、柔性化、组织化和标准化。 (三三) 单元制造单元制造(Cellular Manufacturing简写简写CM) 单元制造也称基于单元的

23、系统(Cell-based System)，其主要的支持者来自从事成组技术(GT)的人群，GT就成为产品和生产设施的组织原理。CM是精益生产的工具，可以帮助企业以尽可能少的浪费实行小批量多品种生产。在CM中设备按工序排列，支持物料和零部件以最少的移动和延迟顺畅地流动通过工艺过程。 (四四) 快速响应制造快速响应制造(QRM) 快速响应制造技术是指对市场的现有需求和潜在需求作出快速响应的制造技术集成。它将信息技术、虚拟现实技术、快速设计技术、快速原型成形技术、管理科学等技术集成，充分利用信息高速公路及制造业的资源，采用新的设计理论和方法、制造工艺、新的管理思想、新的企业组织结构，将市场、产品开发与生产制造有机结合，以快速、经济地响应市场个性化需求。 (五