设施布置的设计概述

1、第5章 设施布置设计Facility Layout Design,本章重点,掌握设施布置的基本类型 了解流动模式 掌握流水线平衡与设计的方法 初步掌握单元式布置的方法,引导案例,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。,5.1 设施布置概述,起源于工厂设计（包括工厂总体布置和车间布置）。 工厂总体布置设计 解决工厂各个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 解决各生产工段（工作站）、辅助服务部门、

2、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。,作业单位及其层次,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,“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。,5.1.1设施布置的内容,物流和物料搬运设备。设备、物料移动成本。 容量和空间要求。根据要求，分配空间。 环境和美学。 信息流。方便交流。,5.1.2 设施布置的原则,整体综合原则 移动距离最小原则 流动性原则 空间利用原则 柔性原则 安全原则,5.2 典型布置形式,生产设施的四种基本布置形式： 固定式布置 产品原则布置 工

3、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,1、固定式布置,固定式布置 (Fixed-Position Layout) 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。,固定布置存在的问题,问题： 场地空间有限； 不同的工作时期，物料和人员需求不一样，生产组织和管理困难； 物料需求量是动态的。 解决： 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

4、和车间批量生产。,2、产品原则布置,产品原则布置，又称流水线布置或对象原则布置。 品种少批量大，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。 基础是标准化及作业分工,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，专用设备投资因产量大而摊薄； 加工件经过的路程最直接、最短，无用的停滞时间最少； 效率高且所需培训少； 生产管理和采购、库存控制等工作相对简单。,产品原则布置的优缺点,缺点： 要求的设备多，而设备的利用率相对较低； 柔性差； 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

5、的库存可能比较大。,3、工艺原则布置,工艺原则布置，又称功能布置，将功能相同或相似的一组设施排布在一起。在机加工车间中还被称作机群式布置。 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。,工艺原则布置的优缺点,优点： 柔性高 缺点： 机器及工人的利用率较低、在制品的数量较高。 运输效率低，单位运输费用较高，单位产品的成本较高，整个生产时间较长，整个车间的物流比较混乱； 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,工艺原则布置功能原则布置,综合医院：放射科、外科、内科。,服务业,4 成组原则布置（Group Layout）,在制造业中又称单元制（

6、Cellular Manufacturing） 成组技术（GT） 零件族、机器组（制造单元） 特点：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。,5.3 流动模式,流动模式可以分为水平和竖直的。 任何布置都要考虑物料的流动模式。 合理的物流流动模式也要考虑人员的流动情况。,5种基本的流动模式,直线形，将入口和出口分开。 L形适用于设施不允许直线流动的情形。 U形收发口在同一位置，有利于物料搬运，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

7、可以互相看到彼此的进展且易于合作。 环形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。,5.4 流水线平衡与设计,技术设计（“硬件”设计） 工艺路线及工艺规程的制订 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 信号装置的设计等。,组织设计（“软件”设计） 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。,（1）期量标准 节拍：又称产距时间，就是要求的生产一件产品的时间。 目标时间、不可测量、人为制定 节拍=每日

8、有效工作时间/计划每日产量 节拍=（每日有效工作时间生产线稼动率）/（计划每日产量合格品率） 瓶颈：节拍最慢的环节,5.4.1 相关概念,周期时间：反映流水线的生产速度，以生产一件产品所需要的时间（S）来表示。 可测量、可大于（小于、等于）节拍； 受设备、劳动力、工艺的等影响，缩短只能依靠管理和技术改进。 节距时间：流水线传送带流过两相邻工作站的时间。 一般等于周期时间，但可调（固定节拍除外）,工序同期化：节拍确定以后，要根据节拍来调节工艺过程，使各道工序的时间与流水线的节拍相等或成整数倍比例关系，这个工作称为工序同期化。工序同期化又称“装配线平衡（assembly line balancin

9、g）”。,进行工序同期化的措施 提高设备的生产效率。 改进工艺装备。 改进工作地布置与操作方法，减少辅助作业时间； 提高工人的工作熟练程度和效率； 详细地进行工序的合并与分解。这是装配工序同期化的主要方法。,作业指示图表：如标准作业程序或指导书（SOP）等。 在制品占用量定额：为保证生产连续性而制定的必要的在制品数量标准 在制品：“未完成”,（2）50S节拍规则 重复性手工作业 优越性： 生产率 安全与人因工程 质量 员工士气,（3）流水线分类 按生产对象的移动方式分：固定、移动 按生产对象的数目分：单一对象、多对象 按生产对象轮换方式：不变、可变、成组 按生产连续程度分：连续、间断 按流水线

10、的节奏：强制节拍、自由节拍、粗略节拍,5.4.2 流水线平衡,流水线的平衡要根据产品设定工作站数目，再将各作业分到不同工作站，并使各工作站分配的工作量大致平衡，并接近周期时间。 当每一个产出单元（如一辆汽车，一台发动机）经过该站工人就进行一次重复规定操作。 原则：在规定的装配线速度下，使总的空闲时间最少，或使做一额定工作量的操作人数最少以使平衡延迟最少,流水线平衡步骤,1确定工作周期时间C。 C=H/Q 式中：H每天生产时间； Q每天在H时间内要求的产量； C周期时间。 2确定最少工作站（工作地点）数目K， K= t /C 式中：K最少工作站数； t 完成作业所需时间总量。 3. 分配各工作站

11、的作业，计算装配线效率。,基本平衡方法,规则1：优先分配后续作业较多的作业 规则2：优先分配操作时间最长的作业,例5-1 某手推车要在一个传送带流水线上组装，每天需生产500辆，每天的生产时间为420min。请根据周期时间和作业次序限制，求使工作地数量最少的平衡方式。,例5-1,图5-1 手推车装配网络图 （双代号）,规则1：优先分配后续作业较多的作业,5-1 作业排序一览表（规则1）,解： 工作站节拍=42060/50=50.4（S） 周期时间C=50.4（S） 最少工作站K: K= t/C =(45+11+9+50+15+12+12+12+12+8+9)/50.4 4,表5-2 流水线平衡

12、（规则1）,平衡率=t/KC=195/（550.4）=77%,表5-3 流水线平衡（规则2）,平衡率=t/KC=195/（450.4）=97%,例5-2,现拟在传送带上组装某部件。该部件每天需组装369台，每天的生产时间480min。装配顺序及装配时间如下表。根据周期时间和作业顺序限制，求工作站数最少情况下的平衡流动及装配线效率。,韩格逊-伯尼法（位置加权法或矩阵法）,解： 共4步,(1) 画出其先后次序图和先后次序矩阵表。 依照装配程序表的要求可以画出先后次序图。图中圆圈为作业，箭头为操作顺序。,图5-2 装配先后次序图（单代号）,装配先后次序矩阵表,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,

13、2,3,4,5,6,7,8,9,0,+1,-1,领先+1,+1,+1,+1,+1,+1,+1,+1,延后-1,0,+1,+1,+1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,0,0,+1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,0,0,+1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,0,+1,+1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,-1,0,+1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,0,+1,0,-1,-1,-1,-1,-1,-1,0,+1,0,-1,-1,-1,-1,-1,-1,0,-1,-1,(2) 完成位置权值计算,1,2,3,4,5,6,7,8,9,pwa,221,171,1

14、16,126,96,71,32,34,20,位置权值pwa 为该单元及所有带+1单元时间之和,位置权值矩阵表,(3) 确定周期时间和最少工作站数,将已知的数据（该部件每天需组装369台，每天的生产时间480min）代入得周期时间： C=H/Q=480*60/369=78 秒 用下式计算满足周期时何要求的最少工作站数： K= t/C=(502520 302525121420)/78 =2.833 故最少需3个工作站。,(4) 分配工作站的作业，平衡装配线,工作站 K,1,1,2,2,2,3,3,3,3,单元时间 ti 秒,50,25,20,30,25,25,12,14,20,装配线平衡表,1,2

15、,3,4,5,6,7,8,9,单元 i,221,171,116,126,96,71,32,34,20,位置权值 pwa,-,1,2,2,3,4,5,6,6,7,8,紧前 单元,工作站时间 ti 秒,50,75,50,30,75,25,51,39,71,平衡 延迟秒,28,3,28,48,3,53,27,39,7,递减顺序,按位置权值递减的次序，在满足先后次序限制的条件下，指派尽可能多的单元至一工作站，直至接近该站的周期时间。,=周期时间(78秒)-工作站时间,(4) 分配工作站的作业，平衡装配线,工作站 K,1,1,2,2,2,3,3,3,3,单元时间 ti 秒,50,25,20,30,25,

16、25,12,14,20,装配线平衡表,1,2,3,4,5,6,7,8,9,单元 i,221,171,116,126,96,71,32,34,20,位置权值 pwa,-,1,2,2,3,4,5,6,6,7,8,紧前 单元,工作站时间 ti 秒,50,75,50,30,75,25,51,39,71,平衡 延迟秒,28,3,28,48,3,53,27,39,7,递减顺序,按位置权值递减的次序，在满足先后次序限制的条件下，指派尽可能多的单元至一工作站，直至接近该站的周期时间。,=周期时间(78秒)-工作站时间,装配线效率=完成作业所需时间总和/（实际工作站总数*时间周期） =,5.4.3 流水线的设计

17、,进行流水线平面布置设计时应遵循以下原则： 有利于工人操作方便； 在制品运动路线最短； 有利于流水线之间的自然衔接； 有利于生产面积的充分利用。,流水线单列和双列直线布置示意图,单列直线形流水线，多在工序数少、每个工作站的工序也少的条件下应用。 当工序与工作站的数量较多而空间的长度不够大时，可采用双列直线排列。 当工序或工作站更多时，可采用L形、U形和S形等布置。 山字型常用于零件加工与部件装配相结合的情况 环形布置多采用于使用物料搬运机器人、工序循环的情况下。,流水线物料搬运设备,强制节拍： 传送带 分配式：产量大的小型产品 连续式：产量大的大型产品 脉冲式：工序时间长，产量不太大，产品精度高 自由节拍：传送带、滑道、滚道、手推车、运 输箱等 粗略节拍：滚道、滑道、叉车、手推车、运输 箱等,传送带速度的计算,例5-3,某流水线设计日产量为800件，工作时间为8h制，午餐休息时间45min，上下午各休息10min。已知传送带上有16个工作站，各工作站的平均间距为1.44m，生产线稼动率为95%，产品装配合格率97%，求流水线节拍及传送带速度。,解：,5.5 单元布置,单元布置与精益生产 精益生产的基本目标：效率、质量、成本、 柔性 单元布置的基本要求： （1）产品或零件簇； （2）一个流 （3）人员灵