设施规划与物流分析课件：第4章 流动、空间和作业关系

1、4.1 概述4.2 部门及作业单位划分4.3 作业关系4.4 流动模式4.5 流动规划4.6 流动的度量4.7 空间需求4Flow, Space and Working Relationship流动、空间和作业关系4.1 概述一、流动影响因素 批量； 集装单元大小； 物料搬运设备及策略； 布置安排和建筑物配置；二、空间影响因素 批量； 存储系统； 生产设备类型及尺寸； 布置安排； 建筑物配置； 保管及组织策略； 物料搬运设备； 办公室、餐厅和休息室的设计。三、影响作业单位关系的因素物料和人员的移动；环境；组织结构；控制要求；工艺过程要求；强调： （1）设施规划是一项需要多次反复进行的过程。 （

2、2）设施规划人员不仅要与产品、工艺和计划的设计人员交流，还要与公司高层交流，以确定在进行具体分析时，要考虑的不同问题和策略。 （3）设施规划人员要不断调查现代制造方法对流动、空间和作业单位相互关系三者的影响。4.2 部门及作业单位划分一、部门划分概述管理型部门服务型部门生产型部门辅助型部门厂前区生产区（1）总体划分总体变化趋势：管理型部门、服务型部门中的部分部门向生产区转移。从设施规划的角度-占用空间；功能相对独立。总原则：（2）生产型部门的划分一般原则：将有“相似特性”的工作站归并在同一个 生产型部门中。高低产量低高产品品种变化产品型部门产品原则划分料位固定型部门料位固定式划分产品族型部门成

3、组技术归类划分工艺型部门工艺原则划分生产部门的类型与产品产量、品种的关系及采取的具体布置原则 P-Q分析产品原则型成组原则型工艺原则型料位固定型种类产量产品： ABC MNO ORS XYZ种类： 少 多 多 少数量： 大 中 少 极少 P-Q分析1）将各种产品、材料或有关生产项目分组归类；2）统计或计算每一组或类的产品的数量；3) 绘制P-Q图，并进行分析。产品P产量Q分析步骤部门划分和工作站归属的基本原则产品特性划分部门类型及布置工作站归属标准化产品，需求量大且稳定产品型部门 生产线（产品原则）布置包括生产此产品的所有工作站体积大、难以移动且零星需求料位固定型部门 料位固定式布置生产此产品

4、的所有工作站和产品暂存区可归入相似零件族并可用工作站群来生产产品族型部门 成组技术布置生产此产品族的所有工作站以上皆不是工艺型部门 工艺原则布置将相同、相近工作站划分在一起注：大多数设施都是综合产品和工艺过程来划分部门。（3）辅助型、管理型和服务型部门划分常按工艺型部门进行划分。现代制造系统部门划分的一些新特点：将生产、辅助、管理和服务型部门结合起来形成综合的连贯型部门。将设施转换为产品型与产品族型相结合的部门。 在单元式制造中采取成组技术与准时制生产相结合的方式。二、制造单元1、定义 通常是指产品族型部门按照相似的制造工艺或设计属性将生产同一零件族的机器、人员、工具等进行的分组。2、成功实现

5、单元制造？需要解决构造、设计、运作和控制等方面的问题。构造：是指对某一特定单元确定它的机器和零件类型。设计：是指设计符合生产和物料搬运要求的布置形式。 运作：则需要确定生产批量、时间进度安排、操作工人 数量与类型、生产控制类型等问题。 控制：指的是用于度量制造单元绩效的方法。3、制造单元的常用构造方法（1）分类编码法 分类是指按设计特性将零件或零件族划分不同类别；而编码是对这些特性采用数字或符号来表示。 （2）生产流程分析法 通过分析零件或部件在工厂内加工的顺序和路线来划分零件族。 （3）聚簇法 也用于零件分组。具体做法是将零件作为行，机器作为列填入矩阵中，然后按相似性等条件来换位，最终使相似

6、零件及对应加工机器聚集在一起。直接簇聚法的步骤： （1）行列求和排序。 将机器零件矩阵每行、列的1相加。各行以行总和递减的方式从上到下排列，各列以列总和递增的方式从左到右排列。如果行或列的总和相同，再以零件号或机器号递减方式排列。直接聚簇法基本思路： 采用一种机器零件矩阵，其中矩阵元素为1表明某零件需要某机器加工；否则为空格。通过将行、列交错移位，在左上角形成聚簇组，来构造制造单元。机器号行总和列总和零件号364152511 241 1 23 1 1 221 1 21 1 1 133 2 2 2 1 1机器号行总和列总和零件号123456111 1 32 1 1 231 1 24 1 125

7、1 122 1 3 2 1 2行、列排序结果（2）列移动。 从矩阵的第一行开始，将第一行有1值的各列移到矩阵左边。对下面各行重复上述过程，直到不能再移动。机器号行总和列总和零件号364152511 241 1 23 1 1 221 1 21 1 1 133 2 2 2 1 1行、列排序结果机器号行总和列总和零件号364152511 241 1 221 1 23 1 1 21 1 1 133 2 2 2 1 1列移动结果（3）行移动。 从矩阵的最左列开始，如果有可能形成由1组成的集中块，就将行向上移动，对后面各列重复上述过程。机器号行总和列总和零件号365142511 241 1 221 1 2

8、3 1 1 21 1 1 133 2 1 2 2 1行移动结果机器号行总和列总和零件号364152511 241 1 221 1 23 1 1 21 1 1 133 2 2 2 1 1列移动结果（4）形成单元。 查看是否有单元形成，每个零件的所有加工都在该单元内进行。行移动结果机器号行总和列总和零件号365142511 241 1 221 1 23 1 1 21 1 1 133 2 1 2 2 1机器号行总和列总和零件号365142511 241 1 221 1 23 1 1 21 1 1 133 2 1 2 2 1形成单元结果：此时5台机器可分成两个单元，零件3、5和6由机器2、4和5组成的

9、单元加工，零件1、2和4由机器1和3组成的单元加工。示例2：如下左图所示的机器零件矩阵。采用直接簇聚法得到排序后的机器零件矩如右图所示。机器号行总和列总和零件号123456111 1 32 1 1 231 1 1 34 1 1 25 1 122 1 3 2 2 2机器号行总和列总和零件号365412511 241 1 221 1 23 1 1 1 31 1 1 133 2 2 2 2 1存在冲突!解决方法一： 布置两个单元时使机器2和机器3相对靠近，即在两个单元的边界处。解决方法二：增加机器。注：最终使用哪种方案？取决于成本、效率、搬运、安全等多种因素的综合确定。作业：某人对一家木材厂进行了分

10、析，该厂想从工艺原则转换到成组布置，在各单元间安装传送带传送零件，并限制单元间的移动。该厂的机器零件矩阵如下图所示。请采用直接簇聚法构造制造单元。如果有问题，提出可以解决问题的其他方法。机器号零件号123456781 1 1 1 2 1 13 1 14 1 151 1 6 1 1 14、单元制造系统设计单元制造系统类型：集成式分离式完成零件加工后，采用单独的存储区来存储同类零件。不管另一个单元或部门何时需要加工这些零件，都要从存储区提取这些零件。因此，存储区作为一个分离器，使得不同单元或部门互相独立。单元和部门间通过看板相联系。采用“拉式”生产组织方式。缺点：过量的物料搬运且反应迟缓。POK：

11、生产看板WLK：取货看板集成的单元式制造系统HP公司Greely分部 磁盘驱动器装配单元布置单元布置4.3 作业关系主要作业关系类型： 组织关系； 受控制幅度和从属关系影响。 流动关系； 流动过程可以通过流动的对象、产生流动的资源和协调资源的信息交流三个方面来说明。对象：要加工的物品。资源：完成所需流动的加工和运输设施。信息交流：简化流动过程管理的各种措施。供应物流系统的流动关系生产物流系统的流动关系产品型部门物流系统流动关系：固定型部门物流系统流动关系：产品族型部门物流系统流动关系：工艺型部门物流系统流动关系：销售物流系统的流动关系 控制关系； 环境关系； 包括物控是集中还是分散、库存控制是

12、即时还是分批、现场管理和自动化集成水平。 包括安全因素和温度、噪声、烟雾、湿度和灰尘等。4.4 流动模式一、工作站内的流动解决方法：动作研究和人因工程方法。一般要求：操作者的个人动作应当是同时的、对称的、自然的、有节奏的和习惯性的。主现表现：操作者的个人动作。流动模式：物料流动路径的表现形式。二、部门内的流动部门内的流动模式取决于部门的类型。1、产品型或产品族型部门特点：工作流伴随着产品流。（1）一个操作者一个工作站情况前流背流角流（2）一个操作者两个工作站情况折返流（3）一个操作者两个以上工作站情况环流2、工艺型部门特点：流动一般应发生在工作站和通道之间，部门内工作站之间的流动应当尽量少。流

13、动模式取决于工作站与通道的方向。结论：具体的工作站与通道取向安排和流动模式取决于各工作站的交互作用、可用空间及搬运物料的大小。三、部门间的流动总体流动模式1、基本的流动模式（1）直线形 适用于入口和出口在相对位置，生产过程 短而且比较简单，或只有少量零部件和少 数生产设备的情况。（2）L形 适用于现有设施或建筑物不允许直线流动 的情况。（3）U形 适用于入口与出口在同一相对位置。（4）环形 适用于要求物料返回到起点的情况。组合模式：S形 适用于生产线比实际可安排的距离长。注： 实际的部门间流动模式往往是这五种基本模式的组合，从而形成各式各样的流动模式。 部门间的流动常常作为评判设施整体流动情况

14、好坏的依据。2、选择流动模式要考虑的因素 首要因素是入口(接受地点)和出口(发送地点)的 位置。 场址或建筑物的轮廓尺寸； 生产流程的特点； 生产线长度、通道设置； 运输方式及其机械化程度； 储存要求、发展需要等。考虑出入口位置的设施内流动模式示例：4.5 流动规划一、流动规划的层次结构部门间 的有效流动部门内 的有效流动工作站内 的有效流动二、流动规划的原则（1）有向流路径最大化原则指流动路径从起点到终点，既连续不间断（即与其它路径不交叉）也无回退现象。无中断的流动路径有中断的流动路径AD50BC50507525流动路线：AB C D（50+50）+50+（75+25）=250流动路线：AB

15、 A C D（50+50）+（50+50）+（50+50）+50+（75+25）=450回退惩罚（2）流量最小化原则消除不必要的流动。 使得物料、信息和人员的交付直接发生在最终使用点，消除中间步骤。流动次数最小化。 使得两个连贯使用点之间的流动尽可能次数少，最好是一次。尽可能合并流动和作业。 使得物料、信息或人员的移动与下一步骤合并。实质为工作简化原则在物料流动中的应用。（3）流动成本最小化原则尽量减少手工搬运，包括尽可能减少行走次数、距离和动作；尽量消除手工搬运，通过流动过程的机械化和自动化，使得工人全部时间投入到分配的任务，而不是浪费在不增值的搬运上。一、流动的定量度量方法1、当量物流量物

16、流量：指一定时间内通过两物流点间的物料数量。当量物流量：是指物料运动过程中，一定时间内按规 定标准修正、折算的搬运或运输量。当量物流量的计算公式：f当量物流量，当量t/a、当量t/月、当量kg/hq一个搬运或运输单元的当量重量，当量t、当量kgn单位时间内流经某一区域或路径的单元数，单元数/年（月）4.6 流动的度量类别每节车箱可乘人数每人的当量重量/t硬座硬卧软卧副部级正部级1180.5085t601t2t4t7.5t30158每节车厢额定载荷60t(1)反推法(2)当量系数法其中i代表某种物料 j代表某个因素当量系数确定方法与步骤：选定统一的物料影响因素。 如体积、价格、形状、易损伤性、其

17、它等；针对具体物料，根据不同因素对物料移动影响程度 进行分级。 一般可分为4、3、2、1、0五个等级，影响大的得分高；将各因素的分级得分转化为影响系数值。 如：4、3、2、1、0可分别转化为1.00、0.75、0.50、0.25、0；确定该物料的当量系数Ki。式中f当量物流量，单位：当量吨/年，当量吨/月 qi某种物料的当量重量，单位：当量吨，当量公斤 ai单位时间内某种物料的单元运输重量，单位：吨，公斤 n单位时间内流经某一区域或路径的单元数，单位：单元数/年第i 种物料当量重量：总当量物流量：示例：某通用电器厂生产的产品品种较多，物料种类也多。为了便于计算运输量，首先根据物料的性质、外形尺

18、寸、单件重量、是否易于损坏以及对搬运设备类型的要求等因素，对物料进行分类。该厂产品所需物料分为五大类。由于各类物料搬运的难易程度不同，对各类物料还需要通过当量系数来反映同样一吨物料实际工作量并不一样的特点.当量系数计算表：示例：从地点A地点B，0001类物料：20单元/d，实际重量为10t/单元；0002类物料：15单元/d，实际重量为4t/单元，请为每天AB的当量物流量？2、玛格数玛格数是一种在美国使用的当量物流量计量单位。用来衡量不同物料的可运性（即搬运难易程度）（1）一玛格物料具有的特征 可以方便地拿在一只手中； 相当密实； 结构紧凑，且有可堆垛性； 不易受损坏（表面粗糙，不怕碰） 相当

19、清洁、坚固和稳定（说明了状态）通常认为类似两包香烟大小的干燥木块。（2）玛格数的计算步骤计算物料的外轮廓体积； 查阅图表曲线；得到玛格数基本值A； 查表得修正参数；按公式计算玛格数。式中：B密度修正系数； C形状修正系数； D损伤修正系数； E状态修正系数； F价值因素，如不考虑价值，则F=0； A基本值。M=A+A（B+C+D+E）/4玛格数计算公式：两点间物流量：n单位时间内两点间运输的单元数。等级B 松密程度或密度C 形状D 损伤危险率E 状态-3十分简单并且容易堆垛或可以充分套叠（如金属板材）-2非常轻或空的（体积庞大的板金制品）易于堆垛或套叠的（汤盆）根本不易受损伤（废铁削）-1轻的

20、和庞大的（拆散的瓦楞纸板箱）轻易堆垛或略可套叠（书，茶杯）实际上不易受损伤或受损极小（坚实的铸件）0相当坚实的（干燥木块）基本上方形，并且有一些可堆垛的性能（木块）略易受损伤（加工成一定尺寸的木料）清洁，结实（木块）修正因素及参数值-参照1相当重及坚定的（空心铸件）长的、圆的或有些不规则形状（袋装谷类，短棒）易受挤压、破裂、擦伤等损伤（油漆过的物品有油的、脆弱的、不稳定的或难于搬运的（带油切屑）2重的及坚实的（空心铸件，锻件）十分长的、球状的或不规则的形状（桌式电话机）非常容易受一些损伤或容易受许多损伤(电视显像管)热的、非常脆弱或滑溜的，非常难于搬运的3非常重及坚实的（模块，实心铅特别长，弯

21、曲的，或形状高度不规则的（长钢梁）极易受到损伤(水晶玻璃高脚器皿)发粘的胶面4特别长及弯曲的，或格外不规则的（成形管，木扶手椅）极易受到非常多的损伤（瓶装酸类及炸药）熔化的钢等3、物料（搬运）活性系数物料活性系数：是一种度量物料搬运难易程度的指标。的等级搬运活性：反映物料的存放状态对搬运作业的方便(难易)程度。 的选择 注：活性系数越高，所要求的工位器具及其工位器具所消耗的费用水平越高，合理选择要充分考虑工艺要求和成本费用等。精度费用精度与的关系与费用的关系物流活性系数曲线将某一物流按其流程及各段的活性系数绘制在坐标图上，即得到该物流的活性系数曲线。物流的平均活性系数：平均活性系数=3二、流动

22、的定量度量整理利用物流从至表进行物流量统计整理。物流从至表主要类型有：主要从至表的特点：距离从至表相对于其对角线是对称的；流量从至表相对于其对角线并不是对称的。 流量从至表；距离从至表。物流从至表示例物流从至表编制步骤：(1)把需考虑相互关系的所有部门顺序列于表内各行和各 列(尽可能按总体流动模式的顺序)；(2)调查和计算各部门之间的物流量；(3)把流量折算为统一的当量(若流动的各项目在流动的 难易程度上是一样的，则可把流动次数或流量填入表 内，否则，需订立一个当量)；(4)把各部门间的流动当量填入表内。三、流动的定性度量整理作业单位相互关系表 （或相关图）A (apparently impo

23、rtant) 绝对必要 作业单位必须相互为邻。E (especially important ) 很重要 作业单位要靠紧。I (important ) 重要 作业单位最好能靠在一起。O (ordinary important ) 一般 作业单位在哪里都行。U (unimportant) 不重要 作业单位放在任何地方都行。X 不可接近 作业单位不能靠近。“密切程度”代码：代码接近理由1共用人员2共用设备3共用场地4共用信息5工艺流程连续6做类似工作7人员接触“密切程度”理由代码示例：作业单位相互关系表的编制步骤：(1)把企业内所有需进行布置的单位(如需简化，列出 主要单位亦可)列在关系表内；(2

24、)调查这些部门，弄清各部门之间的关系，并把理由 记录下来； (3)确定每一对部门之间的关系值和理由代码，填于表 内。应用提示：(1) 部门数不要太多，n个部门，要考虑n(n-1)/2个两两 关系，太多可以把可放在一起的部门合并，等其位 置关系确定了，再用相关图确定小部门的关系。(2) 从设施规划的角度来说，作业单位的关系经常被看 作是临近要求，但如可以采取一些特殊措施时，也 不一定必须要物理分隔。4.7 空间需求一、现代制造技术下制造、存储和办公的空间需求变化 空间需求减少，主要原因： （1）产品以更小的批量和集装单元大小配送到使用点 （2）在使用点设置分散化的存储区 （3）库存保有量更少 （4）采用更高效的布置安排方式 （5）公司规模减小 （