第四章设施布置和规划

1、第四章 设施布置与规划 第一节 设施布置的基本知识 设施布置的概念 v设施布置： 设施布置设计，是根据企业的经营目标和生产纲领 （product program），在已经确定的空间场所内，按照从 材料的接收、零件和产品制造，到成品的包装、发运的全过 程，将人员、设备、物料所需要的空间做最适当的分配和最 有效的组合，以便获得最大的生产经济效益。 v据统计：优良的平面布置可以使物料搬运费用至少减少 1030。因此，在美国，工厂平面布置被认为是加速生 产率提高的决定因素之一。 设施布置的内容 v工厂布置包括两方面的内容： （1）工厂总体布置 工厂总体布置要解决工厂各个组成部分，包括生产车 间、辅助生

2、产车间、仓库、动力站、办公室、露天作业场地 等各种作业单位和运输线路、管线、绿化及美化设施的相互 位置，同时要解决物料的流向和流程、厂内外运输的联系及 运输方式。 设施布置的内容 （2）车间布置。 车间布置要解决各生产工部、工段、服务辅助部门、存储 设施等作业单位及工作地、设备、通道、管线之间的相互位 置，同时也要解决物料搬运的流程及方式。 设施布置的目标 v符合工艺过程的需要 尽量使生产对象流动顺畅，避免工序间的往返或交错流 动，使设备投资最少，生产时间最短。 v最有效地利用空间 要使场地利用达到适当的建筑占地系数，使建筑物内部 设备占有空间和单位制品的占有空间较小。 v物料搬运费用最少 要

3、便于物料的输入和产品、废料的输出，物料运输路线 短捷，尽量避免运输的往返和交叉。 设施布置的目标 v保持生产与安排的柔性 使之适应产品需求的变化、工艺和设备的更新及扩大 生产能力的需要。 v适应组织结构的合理化和管理的方便 使有密切关系或性质相近的作业单位布置在一个区域 内或靠近布置，甚至合并在同一个建筑物内。 v为职工提供方便、安全、舒适的作业环境 使之合乎生理、心理的要求，为提高生产效率和保证 职工身心健康创造条件。 设施布置的基本要素 v理查德缪瑟（Richard Muther）的观点：有 5项基本要素影响布置设计： 1）产品（或材料服务，Product） 2）数量（或产量，Quanti

4、ty） 3）生产路线（或工艺过程，Route） 4）辅助服务部门（Supporting Service） 5）时间（或时间安排，Time） 设施布置的基本要素 v解决设施布置问题的钥匙：PQRST P 产品材料 生产什么 Q 数量产量 每项产品制造多少 R 生产路线工艺过程 怎样进行生产 S 辅助服务部门 用什么支持生产 T 时间时间安排 产品何时生产 为 什 么 第二节 设施布置的基本形式 工艺原则布置 v工艺原则布置（Process Layout） 又称为机群式布置或功能布置，是一种将相似设备或功 能放在一起的方式（比如将所有的车床放在一处，将所有冲 压机床放在另一处），被加工的零件，根据

5、预先设定好的流 程顺序，从一个地方转移到另一个地方，每项操作都由适宜 的机器来完成。 v医院是采用工艺原则布置的典型，每个科室只能完成特定的 医疗服务，如内科、脑科、妇产科等。 v机械制造业，车床加工车间、铣床加工车间等。 工艺原则布置 v工艺原则布置示意图 仓 库 车床 车床 车床 车床 铣床 铣床 铣床 铣床 钻床 钻床 磨床 磨床 焊接 油漆 装配 装配 焊接 焊接 仓 库 工艺原则布置 v工艺原则布置举例 LL LL L L L L 车床组 G G G 磨床组 MM M MM 铣床组 D D D 镗床组 A G 其它 NCL NCL NCL 数控车床组 工艺原则布置 v工艺原则布置的优

6、缺点 工艺原则布置 优点缺点 1、机器利用率高，可减少设备数量； 2、可采用通用设备； 3、设备和人员的柔性程度高，更改产 品品种和数量方便； 4、设备投资相对较少； 5、操作人员作业多样化，提高人的兴 趣和职业满足感。 1、由于流程较长，搬运路线不确定， 搬运费高； 2、生产计划与控制较复杂； 3、生产周期长； 4、库存量相对较大； 5、由于操作人员从事多种作业，需要 较高的技术等级。 产品原则布置 v产品布置原则（Product Layout） 也称装配线布置，是一种根据产品制造步骤来安排设备 或工作过程的方式。其设备、人员按加工或装配的工艺过程 顺序布置，形成一定的生产线。 v实际上，每

7、种产品的加工路径都是直线型的，鞋、化工设备 和汽车清洗剂的生产都是按产品原则布置的。 产品原则布置 v产品原则布置示意图 仓 库 装 配 车床 压机 铣床 车床 钻床 折弯机 钻床 车床 磨床 钻床 钻床 车床 仓 库 产品原则布置 v产品原则布置方案举例 U形两面布置 直线形两面布置 圆圈形布置 产品原则布置 v产品原则布置的优缺点 产品原则布置 优点缺点 1、由于布置符合工艺过程，物流顺畅； 2、由于上下工序衔接，存放量少； 3、生产周期短； 4、物料搬运工作量少； 5、可做到作业专业化，对工人的技能要 求不高，易于培训； 6、生产计划简单，易于控制； 7、可使用专用设备和机械化、自动化搬

8、 运方法。 1、设备发生故障时将引起整个生产线中 断； 2、产品设计变化将引起布置的重大调整； 3、生产线速度取决于最慢的机器； 4、相对投资较大，因为生产线上有的机 器负荷不满； 5、在生产线重复作业，易使工人感觉单 调乏味，产生厌倦； 6、维修和保养费用高。 装配线 v装配线是一种特殊的产品原则布置形式。 v一般来说，“装配线”一词指的是由一些物料搬运设备连接 起来的连续生产线。 v通常假定装配线的节拍一定，并且所有工作站的加工时间基 本相等。 v不同类型的装配线有很大的差异，主要体现在物料搬运设备 （皮带或传送器、天车）、生产线平面布置类型（U型、直 线型等）、节拍控制形式（机动、人动）

9、、装配品种（单一 产品、多种产品）、工作站特性（工人可以坐、站、跟着装 配线移动）、装配线的长度等方面。 装配线的平衡 v装配线平衡问题是一个与设施规划相联系的 问题。当为了平衡装配线而去调整工作站的 多少和工人数量时，就出现了设施规划问题。 v装配线平衡问题就是将所有基本工作单元分 派到各工作站，以使每个工作站在节拍内都 处于繁忙状态，完成最多的操作量，从而使 各工作站的未工作时间（闲置时间）最少。 装配线平衡 v例题： J型玩具马车要在一个传送带上组装，每天需要生产500 辆，每天的生产时间为7小时，下表中列出了玩具马车的组 装步骤及其时间。请根据节拍和作业次序的限制，求使工作 站数量最少

10、的平衡方式。 装配线平衡 序号作业时间/s描述提前的作业 1A45安装后轴支架，拧紧四个螺母 2B11插入后轴A 3C9拧紧后轴支架螺栓B 4D50安装前轴，用手拧紧四个螺母- 5E15拧紧前轴螺栓D 6F12安装1#后车轮，拧紧轮轴盖C 7G12安装2#后车轮，拧紧轮轴盖C 8H12安装1#前车轮，拧紧轮轴盖E 9I12安装2#前车轮，拧紧轮轴盖E 10J8安装前轴上的车把手，拧紧螺栓和螺钉F，G，H，I 11K9上紧全部螺栓和螺钉J 合计（）195 装配线平衡的步骤 1）用一个流程图表示作业先后关系。流程图由圆圈和箭 头组成。圆圈代表单个作业，箭头表示作业操作顺序。 A BC DE G F

11、 I H JK O 装配线平衡的步骤 2）求出生产节拍（C）: 辆）（ 辆 ）（）（ 每天的计划产量 每天的生产时间 /4 .50 )(500 7)(min/60min/60 s hhs C 装配线平衡的步骤 3）用下面的公式求出满足节拍要求的最少工作站理论值 （结果要用不小于原值的最小整数来表示）： 487. 3 4 .50 195 )( 取整为 ）节拍（ 时间总量完成一次作业所需要的 C T N t 装配线平衡的步骤 4）选择作业分配规则。 一般说来，首先安排有许多后续作业或者持续时间 很长的作业，因为他们会限制装配线平衡的实现。我们此 处采用如下规则： 后序作业时间最长规则安排作业； 后

12、序作业时间相等情况下，后续作业数量多的工序 优先。 装配线平衡的步骤 5）向第一个工作站分配作业，一次一项，逐项增加，直至作 业完成所需时间等于节拍，或者由于时间或操作次序的限制 其他作业不能再增加为止。然后向工作站2分配作业，然后 工作站3，工作站4。 装配线平衡的步骤 序号作业后序时间后作业数名次 1A10661 2B6154 3C5045 4D10652 5E9143 6F2926 7G2926 8H2926 9I2926 10J1717 11K908 装配线平衡的步骤 v各工作站的安排： 工作站作业作业时间剩余时间紧后作业 1#A455.4*无 2#D500.4*无 3# E1535.

13、4I，H，B B1124.4C，H，I C915.4H，I，F，G F123.4*无 4# G1238.4H，I，J H1226.4I，J I1214.4J J86.4*无 5#K941.4*无 装配线平衡的步骤 6）计算效率 用下面公式评价装配线平衡后的效率： ）节拍（）实际工作站数目（ ）量（完成作业所需的时间总 效率 77 4 .505 195 CN T a 装配线平衡的步骤 7）评价平衡方案 效率77意味着装配线不平衡或闲置时间达23。从表 中可看到，有57秒的闲置时间，最轻松的是工作站5。 能不能有一个更好的方案呢？可以用作业时间最长规则 安排作业：4个工作站，空余时间6.6秒，效率

14、为96.73。 习题一 v将本例题按作业时间最长规则重新平衡装配 线。 习题二 v下列作业必须按给定时间和次序在装配线完成（1）画出 流程图；（2）求8小时工作日生产400单位产品所需最少 的工作站数量的理论值；（3）分别使用最长作业时间原 则以最少的工作站数量来平衡装配线，每天生产400单位 产品。（4）求装配线平衡后的效率。 作业 作业时间 （s） 紧前作业作业 作业时间 （s） 紧前作业 A50-E20C B40-F25D C20AG10E D45CH35B、F、G 作业分解 v考虑下面的例子： 假设一装配线的作业时间分别为（以秒计）：40，30， 15，25，20，18，15。装配线每

15、天运行7.5小时，每天的产 量为750台。 ）（生产节拍sC36 750 5 . 76060 问题：有一作业时间为40s，大 于节拍36s，对该作业应如何处理 呢？ 作业分解 v最长的作业时间通常决定了生产线上节拍的最小可能值。 v最长作业时间就是节拍的下限，除非有可能将作业分解到两 个或更多的工作地内。 作业分解 有许多种方法可以使时间为40秒的作业适合36秒的节拍。 可能的办法有： 作业分解 是否可以通过作业分解的方法，使一个作业分解到 两个工作站？ 作业分解 v作业共享 作业能不能在相邻工作站多少进行一点共享，这样紧邻 的工作站就能完成该工作站的部分作业？ 注：作业共享与作业分解不同，对

16、于作业共享而 言，邻近的工作站只是提供协助，而不是独立完成作业的 某一部分。 v设立平行工作站 将作业分配给两个平行操作的工作站。 作业分解 v聘用操作技巧高的工人 因为该作业的时间超过节拍11，聘用操作更快的工 人也许能满足36秒的要求。 v加班 以每40秒生产一件的速度进行生产，1天能生产出675 件，比750件的需求量少75件。生产75件需要加班50分钟 （7540/60）。 v重新设计 对产品进行重新设计并使作业时间稍微减少是有可能 的。 柔性生产线布置 v柔性生产线布置方案一 物料流 不好：操作者被分开， 没有机会进行交流作业 。 物料流 好：操作者可交换，或增减操作 人员，经过训练

17、的人几乎可自动 平衡不同的生产速度。 柔性生产线布置 v柔性生产线布置方案二 物料 不好：操作者被围起来 ，没有机会与其他作业 者一起工作以增加产量 。 好：操作者可互相帮助，可以与 其他人一起工作以提高产量。 柔性生产线布置 v柔性生产线布置方案三 不好：直线型很难平衡。 好：U形生产线的一个特点就是操作者容易进 入，这里5个操作者可以减为4个。 成组原则布置 v成组原则布置（Group Layout），介于工艺 原则布置与产品原则布置之间，适用于中小 批量生产，典型的是成组单元布置（Cell Layout）。 v成组单元布置 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

18、同类型的机床，以此为一个单元，再在 其周围配置其他必要的设备。 成组原则布置 v工艺原则布置示意图 仓 库 车床 铣床 压机 磨床 钻床 装配 车床 钻床 磨床 焊接 装配 装配 仓 库 压机 钻床 油漆 钻床装配 磨床 成组原则布置 v成组原则布置举例 NCL L LNCLL L D 加工单元一 M GL 加工单元二 A G 其它 NCL M MM D MM M MDD 加工单元三 成组原则布置 v工艺原则布置与成组原则布置对比 A A A A BB BB CC C D D D A B C D A B C D A B C DA B C D 成组原则布置 v成组原则布置的步骤 v将零件分类：

19、该步骤需要建立并维护计算机化的零件分类与编码 系统。尽管许多公司都已开发了简便程序来对零件进行 分组，但这项支出仍然很大。 v识别零件组的类型，以此作为布置的基础。 v将机器和工艺分组，组成工作单元。 在分组过程中经常会发现，有一些零件由于与其它 零件联系不明显而不能分组，还有专用设备由于在加工 单元中的普遍使用而不能具体地分到任一单元中去。这 些无法分组的零件和设备都放到“公用单元”中。 成组原则布置 v成组原则布置的优缺点 成组原则布置 优点缺点 1、由于产品成组，设备利用率较高 2、可达到流程通顺，运输距离较短， 搬运量少； 3、有利于发挥班组合作； 4、有利于扩大工人的作业技能； 5、兼有产品原则布置和工艺原则布置 的优点。 1、需要较高的生产测控水平以平衡各 单元之间的生产流程； 2、如果单元之间流程不平衡，需要中 间储存，增加了单元之间的物料搬运； 3、班组成员需要掌握