制造工艺系统的布局

1、制造工艺系统的布局方法和特点制造工艺系统的布局方法和特点研13 张益汉 MZ13689目录目录前言前言制造工艺系统的概念制造工艺系统的概念制造工艺系统的物料流制造工艺系统的物料流 制造工艺系统的基本内容制造工艺系统的基本内容制造工艺系统的布局设计制造工艺系统的布局设计前言前言 制造工艺系统是制造系统的重要组成部分，位于企业加工车间的底层，负责将原料根据被加工对象的形状特征和精度要求，按照优化的控制指令和工艺要求进行各种转换和处理，最后将完成好的产品输送出系统。制造工艺系统的结构组成和运行管理直接影响到系统投入和运行成本，影响产品的生产效率和制造周期。制造工艺系统的概念制造工艺系统的概念 制造工

2、艺系统为企业级制造系统地一个子系统，位于企业加工车间的底层，是作用于一定范围的被加工对象，具有一定柔性自动化程度的各种加工设备和高素质人员组成的一个有机整体。制造工艺系统接收来自外部的原材料、信息和能源，在人和计算机控制系统的共同作用下，按照所要求的工艺流程完成规定的加工制造任务，最后输出所要求的产品以及无用的废料。 通常，制造工艺系统由加工设备子系统、物料运储系统和运行控制子系统组成。制造工艺系统的基本组成制造工艺系统的物料流制造工艺系统的物料流 在制造系统的运行过程中，无时无刻不伴随着物料流、信息流和能量流的运动，其中的物料流更主要反映在制造工艺系统的运行过程中。制造工艺系统输入的是原材料

3、、坯料或半成品以及相应的刀具、量具、夹具等工具，经过制造工艺系统的加工处理。最后将产品输出系统。这种制造工艺系统的物料流主要由加工、传送。存储、检验等集中运动形态或生产活动组成。制造工艺系统的运行模式制造工艺系统的运行模式 制造工艺系统是由多台设备构成，以完成所要求的生产任务。就组成结构而言，制造工艺系统通常有物理模式和逻辑模式两种不同的组成模式。 制造工艺系统的物理组成模式是一种系统所拥有的设备、资源以及所属的物理区域相对固定的结构模式。在这种模式下，制定的生产制造工艺必须适应系统组成结构要求，这样系统的柔性和敏捷性必然受到一定的限制。然而，这种系统模式没有多少动态的变化，易于控制和管理，运

4、行成本较低，在目前企业底层的制造工艺系统中多数是采用这种组成结构模式。 制造工艺系统的逻辑组成模式是一种动态可重构的系统组成模式，它没有自己固定的物理区域，也没有固定属于自己的设备和资源。它所拥有室外设备和资源是通过上级管理控制系统指派确定的，它可位于不同的物理位置，通过计算机网络和管理控制信息系统将他们集成为一个逻辑上的整体，以完成当前分配的任务。 无论制造工艺系统是以物理结构模式还是以逻辑结构模式运行，其运行原理是一致的，系统的运行过程都包含有物料加工和管理控制两条主线，如下图所示：制造工艺系统的运行原理 制造工艺系统设计的基本内容制造工艺系统设计的基本内容 制造工艺系统的设计是为产品或零

5、件的制造过程制定一个工艺流程计划，构造一个生产加工环境。在该环境下，通过制定的工艺流程计划的实施使原材料经不同工作位置的加工转换，最终成为产品或成品。 由于制造工艺和生产组织的多样性，制造工艺系统也形式多样，如单件生产的制造工艺系统、成批生产的制造工艺系统等。无论何种类型，一个制造工艺系统设计的基本内容可归纳为制造工艺流程设计、工序设计、工艺设备的选用和布局等几方面设计任务。 制造工艺流程设计制造工艺流程设计 制造工艺流程是指由原材料向产品进行转换的工艺路线。它由许多加工工序组合而成，原材料依次通过这一道道加工工序而称为所需的零件或产品。 制造工艺系统的工艺路线可分为串联型、组合型和分解型三种

6、基本类型。（1）串联型）串联型 串联型是从原材料直至成品的各工序一个接一个地进行顺序连接形式，形成流水线或自动线进行加工。为制造工艺系统的物料输送距离最短，各工序通常呈直线型。（2）组合型）组合型 组合型是将讲过不同工艺流程获得的若干零件组合成部件或产品的一种工艺流程形式，这是装配工艺流程最常见的形式。（3）分解型）分解型 从单一的原材料逐步进行分解，形成几种产品或副产品的一种工艺流程是石化、冶炼工业常用的生产工艺流程。 同一产品的制造过程可有不同的制造工艺流程方案，各种方案收到产品种类和数量、产品精度和原材料的选用、生产时被和现有技术条件等多因素的约束。最优的制造工艺方案应是在保证产品质量、

7、环境保护和减少资源消耗的前提下，以总的生产时间最短或总生产成本最低为评价标准。总的生产时间是指各工序实际加工时间、各工序前后调整准备时间、以及物料储运时间的总和。总的生产成本是指各工序实际加工费用、工序调整准备费用、原材料费用、以及物料储运等费用的总和。工序设计工序设计 工序是指一个或一组人员，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序设计是指对制造工艺流程的具体实现，是对工艺路线中的每一步骤进行详细设计的过程。工序设计的任务包括加工设备的选配、工步的划分、切削参数的确定、加工工时的计算、时间标准的确定等内容。 任何制造工艺系统都必须有操作者参与，都是一种人机协同系

8、统。因此，进行工序设计时应该进行人机系统的分析和人的因素分析研究。所谓人机系统分析，就是研究相关工序中人与机器之间的关系，研究操作者和及其间协同工作的时间。单独工作时间以及空闲时间，以减少系统的空闲时间，最大程度地提高系统劳动生产率。制造工艺系统的布局设计制造工艺系统的布局设计制造工艺系统布局的目标和原则制造工艺系统布局的目标和原则 组成制造工艺系统的设备种类较多，形式多样。合理地进行制造工艺系统的布局对系统的生产效率和生产成本有较大的影响。在进行系统布局时，应能满足如下目标要求：（1） 实现和满足生产工艺过程的要求 任何产品的生产都有特定合理的工艺流程，而工艺流程又是一系列制造设备保证的，因

9、而制造工艺系统的布局应能实现和满足特定的生产工艺流程的要求。（2） 较高的生产效率和合理的设备利用率 设备的布局应使在期间进行的生产有较高的效率，同时设备能力负荷合理，以使生产高效、稳定的进行。（3） 合适的柔性 制造工艺系统的布局应为制造不同种类和数量的产品提供良好的生产环境，能敏捷适应市场和其他环境的变化。 在进行制造工艺布局时，首先应分析影响系统布局的因素，包括：自动化制造系统的功能和任务；加工对象的特征和工艺路线；设备种类、型号和数量；车间的总体布局；工作场地的有效面积等。在此基础上还要遵循如下的制造工艺系统布局的原则制造工艺系统布局的原则：（1 1）最短的运输路线的原则）最短的运输路

10、线的原则 尽可能按照零件生产过程的流向和工艺顺序布局设备减少零件在系统内的来回往返运输，尽可能缩短零件在加工过程中的运输路线。 (2)(2)保证加工精度的原则保证加工精度的原则 将产生剧烈震动的设备远离精密加工设备和测量设备，以免外部的震动传入精加工设备和测量设备，影响加工精度和测量精度。例如，清洗站应离加工机床和检测工位远一些，以免清洗工件时的震动对零件加工产生不利影响。（3）安全原则）安全原则 设备的布局应符合有关安全生产的法令和制度，符合劳动保护法、环境保护的法律和制度，应为工作人员和设备创造安全的生产环境。（4）方便作业原则）方便作业原则 各设备间应留有适当的空间，便于物料运输设备的进

11、入、物料的交换、设备的维护保养等，避免各种不同设备间的相互干扰。（5）便于系统扩充和集成的原则）便于系统扩充和集成的原则 最好按结构化、模块化的原则进行布局，方便于系统的扩充和集成，对通信线路、计算机工作站的分布应兼顾到本系统和其他系统的物料与信息的交换。制造工艺系统布局的基本方法制造工艺系统布局的基本方法 大多数制造工艺的布局都以物料的搬运为主要目标，所以在设备相对位置的安排上应尽可能使零件的搬运距离最小,兼顾产品种类、产量等约束条件。 就物料输送路线考虑，其制造设备的布局可有一维布局和二维布局，若工艺路线特别长，零件又不太大的系统还可以布置成楼上楼下的三维布局。所谓一维布局即零件输送按单向

12、或往复直线运动，适合于工艺路线短，加工设备不太多的情况；而二维布局即零件输送路线不是直线，而是成环形或u形、L形运动，适合于工艺路线较长，加工设备较多的制造工艺系统；三维布局可以看成是两个或多个二维系统的子系统组成。 当零件输送路线确定之后，加工设备就可以沿输送路线的一侧或两侧布置，若设备不多或从便于操作考虑，设备布置在输送路线的一侧较好。下面将从系统的作业流程和设备安排的相互关系介绍几种系统布局的方法：1.机群式布局机群式布局 机群式布局是按生产工艺组织，把同种工艺类型的设备几种在一起，每类设备分区布局，这种机群式布局往往同类或类似设备较多，所使用设备通用性较强，加工零件类型多，需求量小，间

13、歇性较大的情况。 机群式布局有较强的适应性，可不必随产品品种的变换而重新布局和调整设备。由于同类设备几种在一起，便于充分利用生产设备和生产面积，便于 ；遇到设备故障生产不致中断，可用其他设备替代，局部停工而不影响全局。但这种布局物流路线复杂，运输距离长，在制品停放时间多，致使在制品数量增加，流动资金占用量大，生产成本较高。机群式布局2.生产线布局生产线布局 如果企业基本生产部门是按照产品对象专业化来组织，则设备应按产品生产线进行布局。所谓按生产线布局是指设备按产品生产工艺流程的工艺顺序进行排列，形成一条生产线。每一条生产线布局是指设备按产品生产工艺流程所的工艺顺序排列，形成一条条生产线。每一条

14、生产线上固定生产一种或几种产品。生产线的形状可采用直线、u形线或其他形状。 当被加生产对象在生产工艺上具有相似性时，则可应用成组技术，按成组生产单元布局。成组生产单元可以适应多品种、中小批量生产的生产类型。3.从至表法布局从至表法布局 从至表法是一种试验性布局方法，适合于加工设备在运输线路一侧成直线排列的布局设计。它根据零件在各设备间移动次数建立的从至表，经有限次试验和改进，求得近视优化的布局方案。 例：某车间设备的初始排列方案及其承担加工四种零件的加工路线如表所示，根据该图绘制出初始从至表。假定表中相邻两个设备之间距离相等，均为一个长度单位，试确定车间各生产设备间的最佳布置 所谓从至表就是指

15、零件从一个工作地搬运次数的汇总表。表的列为起始工序，行为终止工序，对角线右上方数字表示按箭头前进的搬运次数之和，对角线左下方数字表示箭头后退的搬运次数之和。在 从至表中，格子越靠近对角线，说明格子中所填从至数的运输距离越短；反之越长。因此，在从至数一定（受产品工艺路线约束）的条件下，最优排列方案应能使较大的从至数向对角线靠拢，而较小的从至数则向从至表的左下角和右上角疏散，据此将出事从至表逐次调整，最后得到改进的从至表。 比较改进前后的两个从至表，将工作地距离相等的各次数按对角线方向相加，再乘以离开对角线的格数，就可以求出全部零件在工作地之间的移动距离，计算结果如表4：从表4可知，经过改进后得到的设备排列方案，零件的移动距离减少了（52-36）个等于16个单位，使物料的总运量相应减少，提高了经济效益。 本例采用的从至表形式适用于所加工零件的数量和重量差别不大的情况。否则，应对从至表中各从至数分别按不同零件的数量和重量给予修正。4.定量分析法定量分析法 定量分析法（qu