车间设施布置方案分析与优化设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上学 士 学 位 论 文车间设施布置方案分析与优化设计xxx指导教师 孟秀丽 管理科学与工程学院 申请学位级别 学 士 专业名称 工业工程 论文提交日期 2009年6月 论文答辩日期 2009年6月 学位授予单位和日期 南京财经大学 2009年6月 答辩委员会主席 _ 2009年6月专心-专注-专业目 录摘要及关键词 1一、引言 2二、车间生产设施布置的理论和SLP方法 3（一）车间生产设施布置理论 41.设施布置设计的含义和内容42.设施布置应当考虑到的因素43.设施布置的基本形式和要求 4（二）车间设施布置的物流设计概念 6（三）系统布置法（SLP） 8三、案例企业

2、车间设施布置的分析和优化设计 10（一）某机加工企业车间设施布局现状 10（二）车间设施布局存在的问题 11（三）车间SLP解决方案 12四、结论 16参考文献 18车间设施布置方案分析与优化设计摘 要车间生产设施的布置是制造系统设计的重要内容之一，车间生产设施的布置方案的优劣直接关系到产品质量、生产效率和经济效益。论文阐述了车间生产设施的布置的基本原则、理论及方法，参考了国内外常见的布局设计原理及方法，分析了某企业生产设施布置中存在的问题，本着理论与实践统一的基本立意，应用系统布置设计SLP法等关于设施布局及工作地优化等相关理论和方法进行了改进，提出优化方案从而实现了车间生产设施布置的优化设

3、计，验证了车间设施布置理论的指导作用。关键词：设施布置问题；系统布置法；车间Scheme Analysis and Optimizing Design of Facility Layout for Shop FloorABSTRACTWorkshop production facilities layout is an important aspect of production system design, and the layout program is directly related to product quality, production efficiency and econ

4、omic benefits. Considering the domestic and foreign common layout theories and methods, the thesis discusses the basic principles, theories and methods and analyses facilities problems of an enterprise. To combine the theories with practice, thesis applies SLP, one system layout method, to improve f

5、acilities layout and so on .Then optimized programs are proposed to prove the guiding role of system layout theories.Keywords: facility layout problem; Systematic Layout Planning; shop floor一、引 言在我国，自开始实施工业化建设以来，许多企业出现了生产效率和经济效益低下的问题。有人把我国的企业分成三个层次：第一层次是外资、合资企业，如一汽大众、上海大众等，这些企业具有高技术装备，人力资源水平也较高，但是需要

6、现代资讯技术的支援以及良好的文化氛围等；第二层次是较为常规的大量流水制造企业；第三层次是数量巨大、整体水平较低的乡镇和中小企业。不论是哪个层次，与一些发达国家相比，普遍存在着消耗大、成本高、质量差等问题。要想解决这些问题，弥补差距，实现跨越式发展，其根本的出路在于管理创新，即通过设施规划、质量管理等科学技术来提高管理水平，改善企业的竞争力1。以车间设施布置为例，它强调的系统的整体优化，从提高系统总生产率的目标出发，统筹分析，合理布置、寻求最佳的设计和改善方案。所以在降低消耗和生产成本，改善物流，改进空间的利用，缩短生产周期等方面有很大的潜力。车间设施布置的作用不仅表现在新建的工程项目上，更体现

7、在对已有企业的改造上。当前，我国正致力于实现经济增长方式的改变，重要的一个方面是经济增长从主要依靠扩大建设规模转变到主要依靠对现有企业进行技术改造、改组和扩建。这就从客观上提供了发挥车间设施布置的广阔的天地。当前，设施布置理论已越来越引起我国经济管理学家的重视。一些设计单位、高等院校和企业应用物流技术，调整生产布局，改善物料搬运，用较少的投入取得了缩短搬运距离和搬运量，降低生产成本，缩短生产周期，节约资金的效果。目前国内学者已经对车间设施布置理论进行了不少研究：陈呈频，毕娜，施祺方，兰秀菊2运用SLP方法和车间物流优化理论对某车间设施布置方案进行优化后，认为利用SLP技术，对企业物流设施进行合

8、理规划，可有效的缩短生产周期。SLP技术用系统观点来研究物流活动从而实现降低物流费用，提高物流质量，是满足企业需求的一种有效方法。马彤兵，马可3通过进行车间设施布置理论的分析后对车间设施规划进行改善设计，认为可以减少或消除一些不产生价值的部分；通过工序流程的分析，对原有的工序进行合理改善；通过进行生产线柔性的分析，节约了大量的生产空间，使工厂内部的物流路线大大缩短；通过设备种类及加工柔性分析，平衡了加工生产线。姚民雄4对快速可重构制造系统的设施规划与物流进行分析后指出：企业物流的主要特征是物流与生产节拍同步。优化企业物流的途径有：合理配置各种生产设施尽可能降低库存、均衡生产合理配置和使用物流机

9、械、健全物流信息系统。他建议设施规划研究应先于其他方面的开发研究，因为其他方面都基于存在的设施。设施是制造系统中最大的拓补不动点。刘启芳、周刚5认为对于现代制造业而言，降低制造成本是赢得利润的最关键环节，而利用物流在设施布置方面的理论对工厂生产车间进行布置则可以有效地降低制造成本。郝理想6指出：良好的车间布置可以使生产者在工作过程中具有良好的心里感受，提高工人的生产效率；另一方面，对于企业内部的物流而言，物流优化的途径主要通过合理的布置，优化物流路径，提高物流质量以改善生产节奏，尽可能的降低库存，加快物流速度来实现。工业企业总体布置和各种生产设施、辅助设施的合理布局是企业物流合理化的前提。车间

10、设施布置与设计本身已有了几十年的发展。特别是近些年来，计算机辅助设施规划日渐成为工程设计人员的重要工具，最具有代表性的就是程序。但由于车间设施布置与设计是一个复杂并且富含矛盾的优化问题，所以人们在计算机辅助设施布置算法上做了大量的研究。尽管如此，国内的生产系统尤其是针对生产物流优化的设施布置系统仍然比较落后，成型的实用性强的设计工具不多，大多数需要设计人员手工操作，先构思然后再在图形绘制工具中进行绘制，费时费力，效率低下。鉴于此，本文将系统介绍车间生产设施的布置理论和SLP法，并以某企业具体车间设施布置为例，运用SLP法进行了分析和改进，希望能对提高企业生产效率有所裨益。二、车间生产设施布置的

11、理论和SLP方法（一）车间生产设施布置理论各种有形的生产设备都会碰到布置和重新布置的问题，要达到高效率的运行，必须解决好此问题。设施布置的设计工作将研究各种不同情况下的布置问题，并提出一些建设性的指导方针和方法。1.设施布置设计的含义和内容设施布置设计是指根据企业的经营目标和生产纲领，在已确认的空间场所内，按照原材料的接收，零件和产品的制造，成品的包装、发运的全过程，将人员、设备和物料所需要的空间做最适当的分配和最有效的组合，以期获得最大的经济效益7。设施布置的主要目标有以下几点：（1）符合工艺过程的要求。（2）最有效地利用空间。（3）物料搬运费用最少。（4）保持生产和安排的柔性。（5）适应组

12、织结构的合理化和管理的方便。（6）为职工提供方便、安全、舒适的作业环境。2.设施布置应当考虑到的要素（1）企业厂房的布置应满足生产过程的要求，以避免互相交叉和迂回运输，从而缩短生产周期，节约生产费用。（2）生产联系和协作关系密切的车间应相互靠近。（3）充分利用现有运输条件、如铁路、公路、港口、供电、供水等公共设施。（4）按照生产性质、防火和环保要求，合理划分厂区。（5）总平面布置力求占地面积最小。（6）应考虑有扩建余地。3.设施布置的基本形式和要求（1）设施布置的分类8产品原则布置根据产品的制造步骤安排各组成部分。从理论上看，流程是一条从原料投入到成品产出的连续线。固定制造某种部件或某种产品的

13、封闭车间，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，适合品种少、批量大的生产方式。此种方法的优点在于布置符合工艺过程，物流顺畅；上下工序衔接使得在制品比较少；物料搬运工作量小；对工人的技能要求不高，易于培训；生产计划简单；可使用专用设备。缺点是：一台设备发生故障将导致整个生产线中断，而且生产线速度取决于最慢的机器；产品创新将导致布置的重新调整；相对投资较大；重复作业，单调乏味；维修保养费用高；机器负荷不满等。工艺原则布置又称机群布置，是同类设备和人员集中布置在一个地方的布置形式，优缺点见表1。根据所执行的一般功能，对各工艺组成部分进行布置，并不考虑到任何特殊产品，如单件小批

14、加工车间等。表1 工艺原则布置的优缺点优点缺点机器利用率高物流量大更改产品品种和数量方便生产计划与控制较复杂设备投资相对较少库存量相对较大操作人员作业多样化员工技能要求高成组原则布置实施成组加工的布置形式，介于产品布置和工艺布置之间，适应于中小批量生产。优点：物流顺畅；设备利用率较高；有利于发挥班组合作精神；有利于提高工人的作业技能；物料搬运工作量少；兼有产品原则布置和工艺原则布置的优点。缺点：生产计划要求高；单元之间流程不平衡，需要中间储存；工作人员需要掌握所有作业技能；增加了使用专业设备的机会；兼有产品原则布置和工业原则布置的缺点。定位原则布置根据体积或者重量将产品固定在一个位置上，设备、

15、人员、材料都围绕着产品分布，如飞机制造厂、造船厂等。其优点在于物料移动较少；当采用班组方式时，可提高作业连续性；高度柔性。不足之处是人员设备的移动将相对增加；设备需要重复配备；对工人技能要求高等。（2）设施布置的要求直线型流动，产品从原料到成品的流动过程应是直线形的流动；回溯最少，重复检验的产品数量应最低；生产时间可预先估计，以便更好地安排生产；在制品少，做到这一点要保障每道工序的顺利完成，使整个生产过程流顺通畅；可视性强的工厂车间，每个人都可以看到工厂里发生的情况，可以增强员工的紧迫感；瓶颈操作可被控制，可以确保生产过程不至于发生中断；相关工作地之间距离较近，使得工人之间方便交流对工艺的看法

16、；物料摆放与储存有序，不会在寻找物品上浪费时间，一目了然，同时还会节省空间；物料搬运路径最短，可以节约劳动力成本和时间；易于根据条件的变化进行调整，生产车间的布置应该灵活多变，可以及时对环境变化作出响应，这样才能省时省力，节约成本。根据以上几点可以判断一个车间的生产布置是否符合物流的最佳布置原则，是否可以进一步减少开支，为企业开源节流。（二）车间设施布置的物流设计概述物流系统的设计是整个车间设施布局的一个重要部分，也是本文考虑的问题之一，“物流”是指社会物质资料从生产一直到消费前的全部流通过程，“工厂物流”是指工厂从原料进厂，经过存储、加工、制造、装配、包装直至成品出厂的整个生产过程中（包括原

17、料、材料、半成品、配套件、成品）的每个环节流动、储存的全过程。“工厂物流技术”是应用现代科学技术和方法，实现车间内部的物流系统（Material handling system，MHS）合理化技术9。车间布局的实质就是对制造资源（包括人，机具和物料）在空间上密切有机结合，时间上适当连接、减少物料搬运工作量，减少自制零件和外购件的损坏，节省费用。在布局设计的过程中考虑物流因素，不仅能降低其过程中的运输成本而且还能加快生产流程，最终达到提高生产能力和降低企业生产成本的目的。在工业发达的国家，除了降低原材料和能源消耗外，已把改进物料搬运、改善工厂中的物流组织看作是减少和节省开支以获取利润的“第三源泉

18、”，这是值得我们很好地研究和挖掘的。因此，工艺设计人员除了要根据产品生产纲领正确选择生产工艺和机器设备外，还必须进行物流分析和设计。因为合理的物流设计也同样能大大提高生产率，降低生产成本。一个有效的物料流程是物料在工艺过程中按顺序一直不断地向前流动直至完成，没有过多地迂回或倒流。物流与生产同时发生，并随着加工技术的提高，加工在整个生产过程中比重下降而逐渐为人们所重视，物流技术的提高借助于自动化技术的发展得以实现。物流技术的发展大致经历了以下几个阶段：（1）人工物流。人工物流是原始的形式，物料的输送、存取由人或借助于简单的机械来实现。这种方式由于方式灵活、初期投资少、设备简单，而被一些中小规模的

19、企业广泛采用。这种方法的缺点是节奏慢、劳动强度大、工资支出多，且不利于集成控制。（2）刚性自动化物流。这种方式是以汽车制造为代表的专业化、大批量生产的产物，在二十世纪五、六十年代达到顶峰。它以输料道、输料槽、传送机等机械自动输送机构为特征，物料的输送按某一节拍或某一固定的方式进行，物料存取由人、机器人、机械手或搬运设备等媒介实现。特点为生产节奏快，设备布置相对固定，设备专门化程度高，缺点为初期投资大，灵活性差，一般只能用于大批量的生产。本文所考虑的就是这种物流。（3）柔性自动化物流。这种方式出现于二十世纪六十年代，应市场需求和自动化技术的发展而产生，并处于不断发展之中。一般由自动存取系统（AS

20、/RS Automated Storage and Retrieval System），自动引导小车AGV(Automated Guided Vehiele)、物流自动识别系统、计算机控制系统等组成，所有活动由计算机集中控制，能够实现物流的自由流动和随机存取，便于系统的集成和优化，并能进一步实现智能化控制。（三）系统布置法（SLP）SLP（Systematic Layout Planning，系统布置设计）方法，是理查德缪瑟（Richard Muther）提出的设施布置的经典方法，该方法采用严密的系统分析手段和规范的系统设计步骤进行系统布置设计，具有很强的实践性。运用SLP法进行总平面布置时，

21、首先要对各作业单位之间的相互关系做出分析，经过综合得到作业单位之间的关系矩阵，然后根据关系矩阵中作业单位之间相互关系的密切程度决定作业单位之间距离的远近，安排各作业单位的位置，绘制出相应的位置关系图，并将作业单位实际占地面积与位置关系图结合起来，形成作业单位面积相关图。通过进一步的修正和调整，得到可行的布置方案，最后采用加权评价等方法对得到的方案进行优选评估。设施系统布置规划方法是一种条理性很强、物流分析与作业单位关系密切程度分析相结合求得合理布置的技术，因此在布置设计领域获得极其广泛的运用。国内在八十年代以后引进这一理论，收效非常显著。设施系统布置的起点是对企业生产的产品和产量进行分析和综合

22、，这些数据来自设计部门和市场调研机构的预测分析。所以设施系统布置首先是调查研究、收集资料，其次是分析有关资料的相互关系，在综合调研的基础上设计方案，最后对若干方案进行选择并组织实施。SLP的具体程序如下：（1）数据收集分析。P、Q、R、S、T是布局设计中大多数计算的基础，是解决布置问题的基本要素。因此，布置设计必须首先收集这方面的原始资料。P（Product）：产品的品种或种类；Q（Quantity）：每种产品的产量；R（Routing）：生产路线或工艺过程；S（Services）：辅助服务部门；T（Time）：时间（劳动量定额）。P、Q、R、S、T被称为“设施规划工程师的字母”。（2）物流分

23、析。物流分析包括确定物流在生产过程中每个必要的工序间移动的最有效的顺序，以及这些移动的强度或数量值。一个有效的物流流程应该没有过多的迂回或倒流。物流应该根据P-Q分析对不同的生产方式画出“工艺过程图”、“多种产品工艺过程图”或“从至图”。（3）作业单位相互关系分析。所谓作业单位，对于一个工厂总平面布置来说，可以是一个厂房、一个车间、一个仓库等单位。对于一个生产车间来说，可以是一台机床、一个装配台、一个检查设施等。作业单位相互关系的分析是对各单位或作业活动之间关系的密切程度进行评价。将P、Q和S结合起来研究辅助部门与作业单位的相互关系，考虑到诸如避免干扰、人员来往频繁程度。是否使用同一设备等非物

24、流关系，将各作业单位之间的相互关系分为绝对必要（Absolutely Necessary）、特别重要（Especially Important）、重要（Important）、一般（Ordinary）、不重要（Unimportant）和不能接近等不同等级，分别以大写元音字母A、E、I、O、U、X来表示并给予一个系数值。（4）物流与作业单位相互关系的分析。在作业单位相互关系图完成以后，根据物流分析的结果，同时考虑到非物流相互关系就可以绘制表明各作业关系的“物流与作业单位相互关系图”。在绘制时可以考虑或不考虑作业单位的实际位置，也可以不考虑作业单位所需的面积。为把相互关系图中的数据资料更形象、更直观

25、地表现出来，通常要将作业单位之间的关系绘制成“相互关系图解”，以线条数来表示密切程度等级。（5）面积设定。在实际的设施布置设计过程中，常受到现有厂房或可利用土地面积与形状等的限制，而不得不把需要的面积与可利用的面积结合起来权衡考虑。（6）面积相关图解。根据已经确定的物流及作业单位相互关系，以及确定的面积，就可以利用面积相关图进行图解，即把每个作业单位按面积用适当的形状和比例在图上进行配置。同时，根据现有实际条件以及运输方式、道路要求、贮存设施、场地形状、环境需要、管理控制等因素进行修正。最后形成几个可供选择的方案。（7）布置设计的寻优。根据现有设施空间的实际制约和各种修正条件（如：运输方式、存

26、储设备、场地环境、人的要求、厂房特征、辅助设施及管理控制要求、安全防护等）。对各部门的位置、形状进行调整，最终形成几个可行和初步优化的布置方案。（8）布置的评价。对以上阶段初步筛选的各备选方案进行技术经济分析和综合评价，从定性和定量的结合，综合主观和客观两个方面，确定每个方案的“价值”，进行设施布置的评价和选择。费用效果分析法、关联矩阵、模糊综合评价法、层次分析法以及比较简易的实验工厂法、成本比较法、生产率评价法等均可用于方案评价。总之，车间布置是影响深远的一项工作，一个良好的车间布置可以用埃普尔（Apple）的“良好布置标志”来衡量。“良好布置标志”主要包括：围绕某一预先计划好的布置设计建造

27、建筑物；通道笔直、清楚、有标记；保持最低限度的后退倒行；有关作业紧靠在一起；生产时间可以预测；安排进度计划的困难最小；最少量的在制品；条件改变时容易调整，具有高柔性；扩展计划时容易编制；实际加工时间对生产总时间之比最大；检查最少而质量最好；材料搬运距离最短；手工搬运最少；无不必要的材料重复搬运；材料放在负载单元中搬运；作业之间的搬运最少；材料能及时传递给工人；材料能从工作区域及时搬开；由间接工人来做材料搬运工作；有秩序地搬运和储存材料；工人能以最高效率工作等。（9）详细布置。对选中方案在其空间相互布置图的基础上予以改进，得到具体有可操作性的详细布置。三、案例企业车间设施布置的分析和优化设计（一

28、）某机加工企业车间设施布局现状该公司是一家中小型民营企业，主要以生产注塑机为主，品种较少且比较稳定。由于当初建厂时，没有对设施做过系统分析，造成了物流流动的不合理。生产经常会碰到这样的问题：装配车间和电工车间可以按照同一个生产计划顺利执行，而金工车间经常无法按时完成生产任务，导致后续车间的停工和前一车间的库存积压，成为企业生产物流的瓶颈。金工车间成为物流改善的重点对象。厂房呈矩形，几个车间的生产线是线型布置的，当前车间的平面布置如图1（比例1：100）所示：图1 金工车间的布置原有生产物流设施平面布置图图1 金工车间的布置原有生产物流设施平面布置图（二）车间设施布局存在的问题通过对该车间加工产

29、品的工艺路线和物流量的分析发现，引起车间效率较低的主要原因是原有的设施布置的不合理1.生产路线存在着许多的重复、迂回的路线。加工的零部件种类多，工艺复杂，大部分的加工件生产路线过长，影响了加工时间。以加工工艺为例来分析物流路线，会发现、存在搬运线路迂回与物流路线过长的问题。铣床到镗床物流强度大，使用度高但需绕过磨床，路线存在迂回。2.工作区域功能划分不明确。例如所有加工车床彼此之间过于分散。这样使得在该区域的使用上物料的运输路线相互干扰，影响产品的运输时间和加工时间，这说明车间内的加工车床的位置设计得不合理，造成产品在车间内的运输路线的重复。3.检验区的标识不清。在检验区经常存在一些检验好的注

30、塑机与检验不合格的注塑机混在一起，此时，会出现错误的返修，造成工时和人员的浪费。这主要是由于在检验区没有标记说明型号，而且摆放的顺序是随机的，要重新检修时检验员和返修工人凭感觉找电机及辨别其型号。4.车间内过道的转弯都是直角转弯。这不符合车辆转弯的路线为弧线的原则；在实际中车辆转弯时经常跨过转弯的内直角，有时转弯的直角内放了材料，必然会影响车辆的转弯速度，造成运送的停滞和生产线的等待。5.空间的闲置。车间中有两个检验台，使用率不高。这些检验台放在厂内，增加固定成本投入、占用车间空间、造成极大的浪费，虽然可以保证能够按需生产，但我觉得可以删除一个检验台，将空间和设备节省下来去增加企业一个休息区，

31、使生产车间更加人性化，也为以后企业的扩容提供了储备的场地。（三）车间SLP解决方案1.金工车间物流分析。（1）金工车间加工工艺分析及物流量测定。金工车间是该企业零部件加工的中心，加工工艺因零部件的不同而存在不同的加工工艺，常年加工的零部件有34种，对这些零件的加工工艺进行详细的分析是规划的第一步，取后模板加工工艺为例（表1），同时测定物流量（表2）。表1 后模板加工工艺过程表产品名称代号材料重量 ( kg)后模板1铸铁379. 5序号作业单位名称工序内容(削量)1车床车322铣床铣73镗床镗34钻床钻孔25检验台检验6油漆车间油漆表2 部分单位物流强度汇总序号单位对（路线）物流强度（kg）11

32、-2122521-3331-6259.441-7525.4452-4062-51304.373-7084-50（2）作业单位对的物流强度按大小排序，记录物流强度分析表（表3），根据物流强度分布比例划分物流强度等级10。并绘制原始物流相关表（表4）和作业单位物流相关图（表5）。表3 部分物流强度分析表序号作业单位对物流强度（kg）物流强度等级12-51304. 3A21-7525.44E31-4491.6E41-6259.4I54-6101.3I63-54O表4 原始物流相关表作业单位名称车床铣床刨床磨床镗床钻床检验台车床AOEUIE铣床AUUAII刨床OUUOOU磨床EUUUIU镗床UAOUU

33、U钻床IIOIUA检验台EIUUUA表5 作业单位物流相关2.绘制作业单位位置相关图（1）由于金工车间内主要考虑物流量的大小的转移11，不需要考虑其他方面的影响，所以只要考虑作业单位物流相关表做出作业单位接近表，不需要考虑非物流相关表（表6）。表6 金工车间接近程度排序车床铣床刨床磨床镗床钻床检验台车床A/4O/1E/3U/0I/2E/3铣床A/4U/0U/0A/4I/2I/2刨床O/1U/0U/0O/1O/1U/0磨床E/3U/0U/0U/0I/2U/0镗床U/0A/4O/1U/0U/0U/0钻床I/2I/2O/1I/2U/0A/4检验台E/3I/2U/0U/0U/0A/4接近程度13123

34、55119排序1275634（2）绘制作业单位位置相关图及平面布置及车间平面布置可行方案图将A、E、I、O、U级排序，处理各级作业单位对之间的相互位置（图2），同级作业单位对按综合接近程度分数的高度排序，安排各作业单位的位置12。车间平面布置可行方案见图3（比例1：100）。图2 金工车间作业单位相关图图3 金工车间的布置新的生产物流设施平面布置图同样以加工工艺为例来分析物流路线，会发现搬运线路没有迂回，路线合理。同时通过优化布置减少了一个检验台，在剩余面积的基础上，增加了休息区，也为以后企业的扩容提供了储备的场地。在设置平面布置图时，要根据各种限定因素对图纸进行相应的调整，主要的修正因素包括：物料搬运方法、建筑特征、道路、公用管线布置、场地环境与条件等13。在“以人为本”的时代里，我们在运用SLP方法进行设施布局时还需要充分考虑到人因工程学的问题14。新设计方案在物流效率与方便性、空间利用率、工作环境安全与舒适性、管理的方便性、布置方案的可扩展性等方