第四章(SPL)系统布置设计

1、第第四四章章 系统布置设计系统布置设计4.1 4.1 设施规划与设计概述设施规划与设计概述4.24.2 系统布置设计系统布置设计(SLP)(SLP)的模式的模式4.3 4.3 SLPSLP的分析方法的分析方法 4.4 4.4 方案评价与选择方案评价与选择 4.1设施规划与设计概述设施规划与设计概述 设施规划与设计以企业生产系统的空间静态结构（布局）为研究对象，从企业动态物流状况分析出发，探讨企业平面布置设计目标、设计原则，着重研究设计方法与设计程序（步骤），使企业达到以最少的投入获得最大效益的目的。4.1.1设施规划与设计的研究范围设施规划与设计的研究范围 场(厂)址选择 设施 设计 设施规划

2、 与设计 布置设计 物料搬运系统设计 建筑设计 公用工程设计 信息系统设计 4.1.1设施规划与设计的研究范围设施规划与设计的研究范围1）场址选择 场址选择就是对可供选择的地区的具体位置的有关场址选择就是对可供选择的地区的具体位置的有关影响素进行分析和评价，达到场址最优化。影响素进行分析和评价，达到场址最优化。2）布置设计 对系统的对系统的各组成部分进行位置布置各组成部分进行位置布置是设施规划与设是设施规划与设计中的中心内容。布置设计就是计中的中心内容。布置设计就是通过对系统物流、人流、通过对系统物流、人流、信息流进行分析信息流进行分析，对，对建筑物、机器、设备、运输通道和建筑物、机器、设备、

3、运输通道和场地作出有机的组合与合理配置场地作出有机的组合与合理配置，达到系统内部布置最，达到系统内部布置最优化。优化。3）物料搬运系统设计 物料搬运系统设计就是对物料搬运路线、运量、搬运物料搬运系统设计就是对物料搬运路线、运量、搬运方法和设备、储存场地等作出合理安排。方法和设备、储存场地等作出合理安排。 4.1.1设施规划与设计的研究范围设施规划与设计的研究范围4）建筑设计 需根据建筑物和构筑物的功能和空间的需要，满足安需根据建筑物和构筑物的功能和空间的需要，满足安全、经济、适用、美观的要求，进行建筑和结构设计。全、经济、适用、美观的要求，进行建筑和结构设计。5）公用工程设计 生产或服务系统中

4、的附属系统包括热力、煤气、电力、生产或服务系统中的附属系统包括热力、煤气、电力、照明、给排水、采暖通风及空调等。照明、给排水、采暖通风及空调等。6）信息网络设计 各生产环节生产状况的信息反馈直接影响生产调度、各生产环节生产状况的信息反馈直接影响生产调度、管理，信息网络系统设计也就成为了设施设计中的一个管理，信息网络系统设计也就成为了设施设计中的一个组成部分。组成部分。4.1.2设施规划的目标与原则设施规划的目标与原则 目标目标(1) 简化加工过程；(2)有效地利用设备、空间、能源和人力资源； (3) 最大限度地减少物料搬运；(4) 缩短生产周期；(5)力求投资最低；(6)为职工提供方便、舒适、

5、安全和职业卫生的条件。原则原则减少或消除不必要的作业。(2) 以流动的观点流动的观点作为设施规划的出发点，并贯穿在规划设计的始终。(3) 运用系统的概念。系统分析的方法求得系统的整体优化；(4) 重视人的因素，运用人机工程理论，进行综合设计。(5) 设施规划设计是从宏观到微观，又从微观到宏观的反复迭代、并行设计的过程。4.1.3设施规划与设计阶段结构设施规划与设计阶段结构 V 规划后 IV.规划实施 III.详细规划 II.总体规划 I.确定方针 O 预规划 规划时间 规划阶段 设施规划与设计有一个与时间时间有关的阶段结构，并且各阶段是依次进行依次进行的；阶段与阶段之间应互相搭接； 每个阶段应

6、有详细进度； 阶段中自然形成若干个审核点。 这种结构形成了从整体到局部从整体到局部、从全局到细节从全局到细节、从设想到实际从设想到实际的设计次序。即前一阶段工作在较高层次上进行，而后一阶段工作以前一阶段的工作成果为依据，在较低层次上进行； 各阶段之间相互影响相互影响，交叉并行交叉并行进行。阶段 II 名称 预规划 确定方案 总体规划 详细规划 规划实施 规划后 成果 确定目标 分析并确定位置及其外部条件 总体规划 详细规划 设施实施计划 竣工试运转 主要工作内容 制定设施要求预测、估算生产能力及需求量 确定设施要求 生产能力及需求量 按规划要求总体规划及总布置图 按规划要求作详细规划及详细布置

7、图 制定进度表或网络图 项目管理(施工、 安装、试车及总结) 财务工作 财务平衡 财务再论证 财务总概算比较 财务详细概算 筹集投资 投资 4. 2.1 概述概述系统布局设计方法系统布局设计方法摆样法摆样法 数学模型法数学模型法 图解法图解法 系统布置设计系统布置设计(SLP)法法(R.Muther) 提出了提出了作业单位相互关系密级表示法作业单位相互关系密级表示法,使布使布置设计从定性阶段发展到定量阶段置设计从定性阶段发展到定量阶段.4. 2 系统布局设计系统布局设计(SLP)模式模式4. 2.1 概述概述1 系统布置设计基本要素 产品产品P、产量产量Q、生产路线、生产路线R、辅助服务部门、

8、辅助服务部门S、生产时间安排、生产时间安排T1）产品P 2）产量Q 3）生产路线R 加工工艺流程，生产路线，工艺过程表（卡）、工艺过程图、设备表4. 2.1 概述概述4）辅助服务部门S 5）时间T 4.4.2.22.2系统布置设计系统布置设计( (SLP)SLP)模式模式4.4.2.22.2系统布置设计系统布置设计( (SLP)SLP)模式模式1）准备原始资料:P、Q、R、S、T。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，物料移动是工艺工程的主要部分时，如一般的机械制造厂，物流分析是布置设计中最重要的方面；对某些辅助服务部门或某些物流最小的工厂来说，各作业单位之间的相互

9、关系（非物流联系）对布置设计就显得更重要了；介于上述两者之间的情况，则需要综合考虑作业单位之间物流与非物流相互关系。3）绘制作业单位位置相关图:根据物流相关表与作业单位相互关系表，考虑每对作业单位间相互之间的相对位置关系。4）作业单位占地面积计算 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，还需要根据其他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。7）方案评价与择优:针对得到的数个方案，需要进行技术、费用及其他因素评价。43基本要素分析4.3.1产品

10、P产量Q分析 企业生产的产品品种的多少以及每种产品产量的高低，决定了工厂的生产类型，直接影响着工厂的总体布局及生产设备的布置形式。 根据单位时间（一般是一年）内产品的生产量，可以把企业的生产类型分为单件生产单件生产、成批生产成批生产和大量生产大量生产三种生产类型。一般针对不同的行业的特点，根据表4-2划分产品的类型。4.3.1产品P产量Q分析表4-2 不同行业产品类型划分表4-3 生产类型的划分4.3.1产品P产量Q分析设备布置基本形式设备布置基本形式: 不同的生产类型有完全不同的工艺特征。不同的生产类型有完全不同的工艺特征。分别适应不同的生产类型：分别适应不同的生产类型： 产品原则布置产品原

11、则布置：产品原则布置也称为流水线布置或对象原则布置。当产品品种很少品种很少而生产数生产数量又很大量又很大时，应按产品的加工工艺过程顺序配置设备，形成流水生产线。 工艺原则布置工艺原则布置: 工艺原则布置也称为机群式布置。这种布置 形式的特点就是把同种类型的设备和人员集中布置在一个地方。 成组原则布置成组原则布置 ：在产品品种较多，每种产品的产量又是中等程度的情况下，将工件按其外形与加工工艺的相似性进行编码分组，把使用频率高的机器群按工艺过程顺序布置组合成成组 制造单元 。 固定式布置：固定式布置：适用于大型设备的制造，如：飞机、轮船4.3.2工艺过程R分析 设备布置相当复杂，与产品生产工艺过程

12、零部件加工与装配工艺过程密切相关。 （1）产品组成分析 （2）工艺过程设计 比如对于电瓶叉车总装厂布置设计过程中，机械制造技术人员首先制定出加工制造工艺，叉车总的生产工艺过程可以分为零、部件加工阶段总装阶段试车阶段成品储存阶段。4.3.2工艺过程R分析（3）设备选择 在制定工艺过程中，必须选择加工设备，设备的类型及功能对工艺过程又有很大影响。 可按下式计算所需设备数量:单件时间工作时间故障率成品率负荷率计划产量设备数量1企业的各级组成部门称为企业的各级组成部门称为作业单位作业单位。一个企业应该有：一个企业应该有：生产车间：生产车间：直接承担企业的加工，装配生产任务。直接承担企业的加工，装配生产

13、任务。仓储部门：仓储部门：原材料仓库，标准件与外购件库，半成品仓库，原材料仓库，标准件与外购件库，半成品仓库，成品库。成品库。辅助服务部门：辅助服务部门：辅助生产部门（工具机修车间），生活服务辅助生产部门（工具机修车间），生活服务部门（食堂），其他服务部门（车库，传达室）。部门（食堂），其他服务部门（车库，传达室）。智能管理部门：智能管理部门：生产部门，技术部门，质量检验部门，人事生产部门，技术部门，质量检验部门，人事部门，供销部门，负责协调生产和控制等工作。部门，供销部门，负责协调生产和控制等工作。4.3.3作业单位划分作业单位划分441概述 物料搬运工作量直接与工厂布置情况有物料搬运工作量

14、直接与工厂布置情况有关，有效的布置大约能减少搬运费用的关，有效的布置大约能减少搬运费用的30%左右。因此在实现工厂布置之前必须就生产左右。因此在实现工厂布置之前必须就生产系统各作业单位之间的物流状态做出深入的系统各作业单位之间的物流状态做出深入的分析。分析。4.4物流分析物流分析442物流分析内容与方法物流分析内容与方法 物流分析包括确定物料在生产过程中每个物流分析包括确定物料在生产过程中每个必要的工序必要的工序之间移动的之间移动的最有效顺序最有效顺序及其及其移动的移动的强度强度和和数量数量。 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工作，也是物料搬运分析的开始，它对应

15、布置设计问题“钥匙”的第三个字母R（路线）。 零部件物流是该部件在工厂内移动时所走过的路线，物流分析不仅要考虑每个零部件在工厂内的路线，还要遵循两个最小和两个避免的原则： 两个最小原则： 经过距离最小和物流成本最小。 两个避免原则： 避免迂回和避免十字交叉。1）工艺流程图工艺流程图(Process Chart)。 在大批量生产中，产品品种很少大批量生产中，产品品种很少，用标准符号绘制的工艺过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。4.4.3 物流分析方法标准件10.5054730.020.

16、20(0.3)0.300.200.300.010.31原材料0.1 标准件 3 0.02 0.01 原材料 1 0.50 0.1 5 4 7 0.20 废料 0.2 0.3 (0.3) 0.3 0.31 原材料 1 0.2 9 5 废料 0.1 0.15 0.08 (0.23) 0.05 0.1 图4-12变速器加工工艺过程(单位：t) 图4-13 随车工具箱加工工艺过程(单位：t) 废料 油漆 原材料 2 1 0.01 6 10 0. 40 0.8 1 1.20 1 0.35 0.2 5 4 废料 原材料 0.2 0.15 图4-14 车体加工工艺过程（单位：t） 图4-15 液压加工工艺过

17、程（单位：t） 叉叉车车生生产产工工艺艺过过程程图图 0.06 机油 0.15 2 外协件 3 1 1.81 0.35 0.2 5 4 (0.55) 废料 0.2 原材料 废料 油漆 原材料 2 1 0.01 1.2 6 10 0. 40 0.8 1 原材料 1 0.2 9 5 废料 0.1 0.15 0.08 (0.23) 标准件 3 0.02 8 0.01 0.01 原材料 1 0. 50 0.1 5 4 7 0. 20 废料 0. 2 0. 3 (0. 3) 0. 3 0. 31 11 12 3.24 3.3 0. 05 0.1 2）从至表从至表(From-to Chart)。当产品品种

18、很多，产品品种很多，产量很小，且零件、物料数量又很大产量很小，且零件、物料数量又很大时，可以用一个矩阵图表来表示各作业单位之间的物料移动方向和物流量。 设有三个产品A、B、C，制造它们涉及到的8个作业单位，分别是原料、锯床、车床、钻床、铣床、检验、包装和成品，以18代替。三个产品的工艺线路和每天运量如下表所示产品号每天搬运托盘数工艺路线A12563546788B14356783C123456785从至表 To123456781.原料2.锯床3.车床4.钻床5.铣床6.检验7.包装8.成品8From2036443018101228362210181624102230818303826384612

19、208l各作业单位距离见下表，试作出物流分析。 （注意因为两向距离一致，故左下角表数据省略。）距离从至表距离从至表解：先按工艺线路画出产品运量从至表 To123456781.原料2.锯床3.车床4.钻床5.铣床6.检验7.包装8.成品A8C5A8A8A8A8A8A8A8A8B3B3B3AB11B3AB11B3AB11B3AB11AC13FromC5C5C5C5ABC16C5ABC16C5ABC16产品号每天搬运托盘数工艺路线A12563546788B14356783C12345678512 To123456781.原料2.锯床3.车床4.钻床5.铣床6.检验7.包装8.成品From108060

20、2881048026418840144802524166419248128合计212348344232128合计20160480272592 560 192 1288AC13104再按作业单位对的强度划分等级，物流强度等再按作业单位对的强度划分等级，物流强度等级划分采用著名的级划分采用著名的A、E、I、O、U等级等级物流相关图2312113112以叉车为例说明叉车总装厂物流强度汇总表物流相关表物流相关表4.5 作业单位相互关系分析作业单位相互关系分析 当物流状况对企业的生产有重大影响时，当物流状况对企业的生产有重大影响时，物流分析就是工厂布置的重要依据，尤其是物流分析就是工厂布置的重要依据，尤

21、其是当物流对生产影响不大或没有固定的物流时当物流对生产影响不大或没有固定的物流时，工厂布置就不能依赖于物流分析，而应当考工厂布置就不能依赖于物流分析，而应当考虑其他因素对各作业单位相互关系的影响。虑其他因素对各作业单位相互关系的影响。l一般不能用定量的方法得到，而要用一些定性的方法。这时相关图每个菱形格子不但要表示两两之间的密切程度等级(Closeness Rating)，还要加上评级的理由。l定性给出密切程度等级时，包括A、E、I、O、U和X六种. 通过单位之间活动的频繁程度可以说明单位之间关系是密切或者疏远。 这种对单位之间密切程度的分析称为作业单位相互关系分析。作业单位相互关系图及其分析

22、密切程度代码对作业单位之间关系的密切程度进行评价。符 号 A E I O U X 意 义 绝 对 重 要 特 别 重 要 重 要 一 般 不 重 要 不 要 靠 近 颜 色 红 色 桔 黄 绿 色 蓝 色 无 色 棕 色 量 化 值 4 3 2 1 0 -1 线 条 数 4条 3条 2条 1条 无 1条 折 线 比 例 (%) 25 310 515 1025 4580 根 据 需 要 密切程度理由代码1.进料进料A/12.发运发运3.毛坯及零件库毛坯及零件库E/44.成品库成品库E/45.制造制造A/26.工序间储存工序间储存7.装配装配X/88.办公室办公室A/2X/89.维修维修A/2A/

23、2A/2A/2A/3.4O/E/4U/U/O/O/O/U/O/U/E/4.5U/U/A/7E/6A/6O/U/E/2O/A/2E/4.5A/3.4U/图中所示的作业单位非物流相关图是某叉车厂的例子，这里共有14个作业单位，两两关系共有n*(n-1)/2 =14*(14-1)/2=91个，则A级约有25个，图中为3个。以叉车为例说明 由设施布置人员初步决定各部门关系，并经集体讨论，充分阐明理由并作分析。 访问关系表中所列各部门的主管及其上级，做充分的调查研究。 决定密切程度的标准，并逐项把这些标准列为关系表上所用关系值的理由记录下来。 对每一对作业单位确定密切程度关系值和理由。 应允许任何人对关

24、系表提意见，允许多次评审、讨论和修改。如何决定作业单位及其相互关系4.6作业单位综合相互关系表作业单位综合相互关系表 4.6.1 在大多数工厂中，各作业单位之间既有在大多数工厂中，各作业单位之间既有物流联系也有非物流的联系，两作业单位之间的物流联系也有非物流的联系，两作业单位之间的相互关系包括物流关系与非物流关系，因此在相互关系包括物流关系与非物流关系，因此在SLP中，要中，要将作业单位间物流的相互关系与非物将作业单位间物流的相互关系与非物流的相互关系进行合并流的相互关系进行合并，求出合成的相互关系，求出合成的相互关系综合相互关系综合相互关系. 4.6.2作业单位综合相互关系表的建立步骤作业单

25、位综合相互关系表的建立步骤 （1）进行物流分析，求得作业单位物流相关表；）进行物流分析，求得作业单位物流相关表；（2）确定作业单位间非物流相互关系影响因素）确定作业单位间非物流相互关系影响因素及等级，求得作业单位相互关系表；及等级，求得作业单位相互关系表；（3）确定物流与非物流相互关系的相对）确定物流与非物流相互关系的相对重要性重要性l综合考虑物流和非物流关系时，要确定两种关系的相对重要性。这一重要性用比值m:n来表示，一般不应超过1:33:1。l如果比值大于3:1，意味着物流关系占主导地位，设施布置只考虑物流即可；l当比值小于1:3时，说明物流的影响很小，只考虑非物流关系即可。l实际情况下，

26、根据两者的相对重要性，比值可为3:1，2:1，1:1，1:2，1:3。（4）量化物流强度等级和非物流的密）量化物流强度等级和非物流的密切程度等级。切程度等级。l此比值和两个相关图，将相关图中各密切程度等级予以量化。A=4, E=3, I=2, 0=1, U=0, X=-1（5）计算量化的所有作业单位之间综）计算量化的所有作业单位之间综合相互关系。合相互关系。l 以下公式计算两作业单位i和j之间的相关密切程度Crij，lCRij =mMRij+nNRijl其中MRij和NRij分别是物流相互关系等级和非物流相互关系等级。综合相互关系等级与划分比例(6)综合相互关系等级划分综合相互关系等级划分 (

27、7)经过调整经过调整,建立综合相互关系表。建立综合相互关系表。1.加权值选取m:n=1:12.综合相互关系计算根据各作业单位对之间物流与非物流关系等级高低进行量化及加权求和，求出综合相互关系以叉车为例说明任何一级物流相互关系等级与级非物流相互关系等级合并时都不应超过O级对于一些绝对不能靠近的作业单位，相互关系可定为XX级。3.划分关系密级在上表中，综合关系分值范围为-18，统计各分值段作业单位对的比例。.建立作业单位综合相互关系图 47作业单位位置相关图作业单位位置相关图 在SLP中，工厂总平面布置并不直接去考虑各作业单位的建筑物占地面积及其外形几何形状，而是从各作业单位间相互关系密切程度出发

28、，安排各作业单位之间的相对位置，关系密级高的作业关系密级高的作业单位之间距离近，关系密级低的作业单单位之间距离近，关系密级低的作业单位之间距离远位之间距离远，由此形成作业单位位置相关图。 综合接近程度综合接近程度: 某一作业单位综合接近程度综合接近程度等于该作业单位与其他所有序号作业单位之间量化后的关系密级的总和。 这个值的高低，反映了该作业单位在布置图上是应该处于中心位置中心位置还是应该处于边缘位置边缘位置。 综合接近程度高的作业单位与其他作业单位相互关系总体上是比较密切的，即与大多数大多数作业单位都比较接近接近 。该作业单位在布置图上是应该处于中心位置中心位置。 具体做法：把作业单位综合相

29、互关系图，变换成右上三角矩阵与左下三角矩阵表格对称的方阵表格。然后量化关系密级，并按行或列累加关系密级分值。成型或处理加工区成型或处理加工区装配区装配区与运输有关的作业区域与运输有关的作业区域储存作业区域储存作业区域停放或暂寸区域停放或暂寸区域检验、测试区域检验、测试区域服务及辅助作业区域服务及辅助作业区域办公室或规划面积办公室或规划面积A4EIOUXXX3210-1-2,-4,-6,-8 按图幅大小，选择单位距离长度，并规定：关系密级为A级的作业单位对之间距离为一个单位距离长度，E级为两个单位距离长度，依此类推。 根据综合相互关系级高低，按A，E，I，O，U级别顺序，先后确定不同级别作业单位

30、布置，而同一级别的作业单位按综合接近程度分值高低顺序布置。 应随时检查待布置作业单位与图中已布置的作业单位之间的关系密级，选择适当位置进行布置，出现矛盾时，应修改原有布置。1.处理综合相互关系密级为的作业单位(1).取出级作业单位对，有45,1112,811涉及5个单位，按综合接近程度分值顺序为8,4,11,12,5。(2).将综合接近程度分值最高的作业单位8布置在位置相关图的中心位置。（ 8,4,11,12,5 ）(3).处理作业单位811。将11布置到图中，且与作业单位之间距离为一单位距离。(4).布置综合接近程度分值次高的作业单位的位置。由于作业单位与和均为非的关系，则应从综合相互关系表

31、中取出，的关系密级，结果分别为级和级，即作业单位与的距离应为个单位距离长度，而作业单位与的距离应为个单位距离长度。（ 8,4,11,12,5 ）(5).处理与作业单位有关的级关系。(6).处理下一个作业单位，已布置在图上。只需要直接处理与作业单位关系为级的作业单位的位置。（ 8,4,11,12,5 ）122.处理相互关系为的作业单位对。(1) 从综合相互关系表中取出具有级关系的作业单位对，有14,15,16,210,38,47,59,78,810,涉及的作业单位按综合接近程度分值排序为8、4、1、7、3、9、5、10、2、6(2).首先处理与作业单位8有关的作业单位3、7、10，布置顺序为7，

32、3，10（8、4、1、7、3、9、5、10、2、6）对于作业单位7与图中存在的作业单位8，4，11，12和5的关系密级分别为E，E，I，U，X，重点考虑较高级的关系，将作业单位7布置在图中，而后依次布置作业单位3和10。注意：5和和10之间的关系为之间的关系为X，应使作业单位，应使作业单位10和和5尽量远离尽量远离。312(3).下一个处理作业单位为4，与之相关的作业单位对有14，47，（8、4、1、7、3、9、5、10、2、6）作业单位1难以按其要求布置到作业单位4和3距离大致相同的距离上，为此必须修改原有布置方案。1312(4).处理剩余单位。3123.分别处理位置相关图中仍未出现的I、0

33、、U级作业单位对。132121448作业单位面积相关图作业单位面积相关图 将各作业单位的占地面积与其建筑物空间几何形状结合到作业单位位置相关图上，就得到了作业单位面积相关图。这个过程中，首先需要确定各作业单位建筑物的实际占地面积与外形（空间几何形状）。作业单位的基本占地面积由设备占地面积、物流模式及其通道、人员活动场地等因素决定。132121448作业单位面积相关图作业单位面积相关图4.8.1基本流动模式 a)直线形 b) L 形 c) U 形 d)环形 e) S 形 f) S 形 直线形 直线形是最简单的一种流动模式，入口与出口位置相对，建筑物只有一跨，外形为长方形，设备沿通道两侧布置。L形 适用于现有设施或建筑物不允许直线流动的情况，设备布置与直线形相似，入口与出口分别处于建筑物两相邻侧面。U形 适用于入口与出口在建筑物同一侧面的情况，生产线长度基本上相当于建筑物长度的两倍，一般建筑物为两跨，外形近似于正方形。环形 适用于要求物料返回到起点的情况。S形 在一固定面积上，可以安排较长的生产线。 4.8.1作业单位厂房平面设计 作业单位设施包括生产车间厂房、辅助车间、仓储设施、动力公用设施、运输设施及管理生活设施等，具体设计方法详见第7部分。