液压转向器厂设施规划课程设计

1、目录1 前言32 基本要素分析32.1 液压转向器的结构及相关参数32.2 作业单位划分52.3 液压转向器生产工艺过程62.3.1零件的制作与外购62.3.2标准件、外购件与半成品暂存62.3.3组装62.3.4性能测试72.3.5成品存储73 物流分析103.1 产品工艺过程分析103.2 物流分析134 作业单位相互关系分析155 作业单位间物流与非物流相互关系合并176 绘制作业单位位置相关图206.1综合接近程度206.2绘制作业单位位置相关图217 绘制作业单位面积相关图248 BLOCKPLAN软件优化布置方案258.1 操作步骤258.2 结果分析279 绘制工厂总平面布置可行

2、方案图279.1工厂布置的目标279.2考虑因素289.3设计方案2910 评优择优30参考文献 31附录A 32附录B 33附录C 34附录D 35附录E 361 前言物流设施规划与设计是工业工程专业一门重要的主干专业课程。设施规划是 工业工程学科中公认的重要研究领域和分支之一。设施规划特别是其中的工厂设 计着重研究工厂总平面布置、车间布置及物料搬运等内容，其目标是通过对工厂 各组成部分相互关系的分析，进行合理布置，得到高效运行的生产系统，获得最佳的经济效益和社会效益。 工厂作为一个生产系统是由人员、设备、技术等多种因素所构成，整个系统 的效益即总投入与总产出之比应尽可能达到最高水平。因此，

3、工厂布置设计就是一项多因素，多目标的系统优化设计课题。由于社会需要的多样性，生产不同产品工厂的模式必然存在着差异，这就给工厂布置设计带来了难题。其中系统布置设计(SLP)方法提供了一种以作业单位物流与非物流的相互关系分析为主线的规划设计方法，采用一套表达力极强的图例符号和简明表格，通过一套条理清晰的设计程序进行工厂布置设计的方法。这种方法为设施设计人员与生产管理人员广泛采用，实践效果良好。系统布置设计不是一种严密的设计理论，而是一套实践性非常强的设计模式和规范的设计程序。学习和掌握系统布置设计方法最有效的手段就是直接参与设计工作。2 基本要素分析此次设计任务为液压转向器厂总平面布置方案设计，题

4、中所规定的原始条件为公司占地37500m，厂区成等边三角形，南北底为250m，东西为300m，年产量55000套液压转向器。经分析所知，液压转向器由22个零件所构成，其中连接块、前盖、挡环、滑环、联动器、阀体、阀芯、阀套、隔盘、限位柱、定子、转子、后盖等部件为自制件，其余全部为外购件。2.1 液压转向器的结构及相关参数液压转向器由22个零件构成，装配图见图2.1所示。每个零件、组件的名称、材料单件重量及年需求量均列于表2.1中。图2.1 组装图表2.1 零件明细表工厂名称：液压转向器厂共1页产品名称变速箱产品代号110计划年产量55000第1页序号零件名称自制外购总计划需求量/个单件重量/kg

5、总重量/kg1连接件组件550000.0949502前盖550000.9495003X型密封圈568300.042273.24挡环550000.0316505滑环550000.0316506弹簧片3850000.0138507拨销568300.021136.68联动器550000.27148509阀体55000738500010阀芯550000.63300011阀套550000.563080012隔盘550000.321760013限位柱550000.0155014定子550001.26600015转子550000.63300016后盖550000.84400017螺栓3300000.0266

6、00180型密封盖2759160.012759.1619限位螺栓550000.02110020油堵2566670.012566.6721标牌550000.0155022护盖605000.01605注：单件外购件总重量为21441kg 2.2 作业单位划分根据液压转向器的结构机及工艺特点，设立如表2.2所示的11个单位，分别承担原材料存储、备料、热处理、加工与装配、产品性能试验、生产管理等各项生产任务。表2.2 作业单位建筑汇总表序号作业单位名称用途建筑面积（m×m）总面积（m×m）备注1原材料库储存钢材、铸锭30×30900露天2铸造车间铸造25×307

7、503热处理车间热处理20×204004机加工车间车、铣、钻30×309005精密车间精镗、磨销35×3512256标准件、半成品库储存外购件、半成品25×256257组装车间组装变速器20×306008锻造车间锻造15×203009成品库成品储存12×1214410办公、服务楼办公室、食堂等80×60480011设备维修车间机床维修20×306002.3 液压转向器生产工艺过程液压转向器结构比较简单，因此，生产工艺过程也比较简单，总的工艺过程可分为：零、组件的制造与外购；半成品暂存、组转；性能试验与成品

8、存储等阶段。2.3.1零件的制作与外购液压转向器上的标准件、异型件如塑料护盖、铝制标牌等都是采用外购、外协的方法获得，入厂后有半成品库保持，其他零件有本厂自制，其工艺过程分别见表2.3表2.15所示，表中各工序加工前工件重量=该工序加工后工件的重量/该工序材料利用率。2.3.2标准件、外购件与半成品暂存生产出的零、组件经检验合格后，送入半成品库暂存，定期订购的标准件和外协件均存放在半成品库。2.3.3组装所有零件、组件在组转车间集中组装成液压转向器成品。2.3.4性能测试所有组装出的液压转向器均需进行性能实验，试验合格的成品送入成品库，试验不合格的返回组转车间进行修复。一次组转合格率估计值为8

9、0%，二次组装合格率为100%。2.3.5成品存储所有合格液压转向器存放在成品库等待出厂。表2.3 连接块组加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量/套年产总质量/kg连接块组件1200.09800007200序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车、镗、压装553半成品库暂存表2.4 前盖加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg前盖2HT2500.98000072000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库准备铸锭2铸造车间铸造603机加工车间粗铣，镗，钻804精密车间精铣955半成品库暂存表

10、2.5 挡环加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg挡环4200.03800002400序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料备料2机加工车间车削403半成品库暂存表2.6 滑块加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg滑块5200.03800002400序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车削403半成品库暂存表2.7 联动器加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg联动器8450.278000021600序号作业单位名称工序内容工序材

11、料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车、铣403精密车间精磨994半成品库暂存表2.8 阀体加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg阀体9HT2507.0080000560000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2铸造车间铸造603机加工车间精车704精密车间精镗905半成品库暂存表2.9 阀芯加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg阀芯10450.68000048000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间粗铣，镗，钻703精密车间精车4热处理工车间渗碳淬火

12、5精密车间精磨996半成品库暂存表2.10 阀套加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg阀套11200.568000044800序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车削803半成品库暂存表2.11 隔盘加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg隔盘12200.328000025600序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间铣、钻803半成品库暂存表2.12 限位柱加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg限位柱13450.

13、0180000800序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车、镗703热处理工车间热处理4精密车间端磨995半成品库暂存 表2.13 定子加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg定子1440Cr1.208000096000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2热处理工车间退火3机加工车间车、钻、插、铣504热处理工车间调质5精密车间研磨996半成品库暂存表2.14 转子加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg转子15450.68000048000序号作业单位名称工序

14、内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2热处理工车间正火3机加工车间车、钻、铣704热处理工车间淬火5精密车间研磨996半成品库暂存表2.15 后盖加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/ kg计划年产量/套年产总质量/ kg后盖16200.808000064000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车、钻803半成品库暂存3 物流分析在满足生产工艺流程的前提下，减少物料搬运工作量是工厂布置设计中最为重要的目标之一。因此，在实现工厂布置之前必须就生产系统各作业单位之间的物料状态做出深入的分析。物流分析是机械制造厂平面布置的基础，只有在进行准确的物流分析后，才有

15、可能得到合乎需要的布置方案。 3.1 产品工艺过程分析（1）分析给定的工艺过程表，通过对产品加工、组装、检验等各加工阶段 及各工艺过程路线的分析，计算每个工艺过程的各工序中加工前工件单件重量及产生的废料重量(以单件产品为计算对象)，为后面的画工艺过程图做准备。产品各自制件的工艺过程分析见表2.3到2.15。（2）分别绘制各个自制零、组件工艺过程图。如图3.1至图3.13图3.1 图3.2 图3.3 图3.4图3.5 图3.6 图3.7 图3.8 图3.9 图3.10 图3.11 图3.12图3.13（3）汇总形成产品总的工艺过程图3.14，特别注明各工序(作业单位)之间的物流量。图3.14总工

16、艺过程图3.2 物流分析表3.1 作业单位汇总表序号作业单位名称序号作业单位名称1原材料库7组装车间2铸造车间8性能实验室3热处理车间9成品库4机加工车间10办公、服务楼5精密车间11设备维修车间6标准件、半成品库（1）根据产品总的工艺过程图，画出重量的从至表，不考虑逆流，把逆流归到正流去，得到新的从至表，如表3.2。表3.2 不考虑逆流的从至表至从1234567891011120.4923.293.976212.29535.72412.434148.9981.83510.58612.77712.77812.7791011（2）根据表3.2 新的从至表作出物流强度汇总表。 统计各作业单位之间的

17、物流强度，当存在逆向物流时，物流强度等于正，逆物流强度之和，统计的结果填入物流强度汇总表3.4。由于直接分析大量物流数据比较困难，而且也无必要，SLP 中将物流强度化成5个等级，分别用符号 A、E、I、O、U 表示，其物流强度逐渐减小，对应着超高物流强度、特高物流强度、较大物流强度、一般物流强度和可忽略搬运5种等级，这里采用划分等级方法，物流强度等级划分表如表3.3。表3.3 物流强度等级划分表物流强度等级符号物流路线比例(%)承担的物流量比例(%)超高物流强度A1040特高物流强度E2030较大物流强度I3020一般物流强度O4010可忽略搬运U表3.4 物流强度汇总表序号物流路线物流强度（

18、t）百分比等级11220.49118.98%A26712.7711.83%E37812.7711.83%E48912.7711.83%E52412.29511.39%I65610.589.80%I7458.9988.33%I8345.7245.30%O9143.9773.68%O10133.293.04%O11352.4342.25%O12461.831.69%O（3）将各作业单位对的物流强度按大小排序，自大到小填入物流强度分析表，根据放流强度分布比例划分物流强度等级，见表3.5。表3.5 物流强度分析表（单位：质量）序号作业单位对物流强度5 10 15 20 25 30物流强度等级112A2

19、67E378E489E524I656I745I834O914O1013O1135O1246O（4）填写作业单位物流相关表。 画出原始物流相关表3.6和作业单位物流相关表3.7。表3.6 原始物流相关表至从12345678910111AOOUUUUUUU2UIUUUUUUU3OOUUUUUU4IOUUUUU5IUUUUU6EUUUU7EUUU8EUU9UU10U11表3.7 作业单位物流相关表4 作业单位相互关系分析 当物流状况对企业的生产有重大影响时，物流分析就是工厂布置的重要依据，但是也不能忽略非物流因素的影响。尤其是当物流对生产影响不大或没有固定的物流时，工厂布置就不能依赖于物流分析。而应

20、当考虑其他因素对各作业单位间相互关系的影响。按下列步骤进行作业单位相互关系分析：(1)明确各作业单位的特点，包括工作内容、工作性质(生产、仓储、管理、生产服务或生活服务等)，有无振动、噪声、烟尘及异味等环境污染。(2)明确各作业单位与其它单位之间的重要联系，包括工艺流程、物流方面联系和工作性质相似性、生产管理、人员等方面联系。(3) 明确存在环境污染的作业单位对其它作业单位的影响。(4) 整理出作业单位相互关系影响因素，约 6 到 10 条，这里作业单位相互关系密切程度的影响因素选择9条，如表4.1所示。表4.1 作业单位相互关系密切程度理由表编号理由1物料搬运2监督管理方便3工作流程的连续性

21、4安全及污染5人员联系6生产服务7公用设备及辅助动力源8精确度9方便维修(5) 确定各个作业单位对之间影响相互关系的因素，根据作业单位相互关系等级，见表4.2，并初步确定相互关系等级。表4.2 作业单位相互关系等级符号含义说明比例/%作业单位对数A绝对重要252E特别重要3105I重要5158O一般密切程度102510U不重要458024X负的密切程度不希望接近 酌情而定6(6) 调整相互关系等级比例，将最后的作业单位之间的相互关系等级填入作业单位相互关系表,见表4.3所示。表4.3 非物流相关表5 作业单位间物流与非物流相互关系合并 按下列步骤进行作业单位之间综合相互分析：(1) 通过产品特

22、点分析，明确物流对生产的影响大小，确定出物流与非物 流相互关系相对重要性(加权值),加权值选择m:n=1:1。(2)利用作业单位之间综合相互关系表，量化物流与非物流相互关系等级，计算合并后的综合相互关系分数，得到综合相互关系表，具体见表5.1。(3) 统计各段分数作业单位对的比例，划分综合相互关系等级,参考表5.2 。(4) 填写作业单位综合相互关系表，见表5.3所示。表5.1 作业单位综合相互关系计算表序号物流路线关系密切程度综合关系物流关系（加权值1）非物流关系（加权值1）等级分值等级分值分值等级11-2A4A48A21-3O1I23I31-4O1E34I41-5U0U00U51-6U0U

23、00U61-7U0U00U71-8U0U00U81-9U0U00U91-10U0O11O101-11U0U00U112-3U0U00U122-4I2E35I132-5U0U00U142-6U0U00U152-7U0U00U162-8U0U00U172-9U0U00U182-10U0X-1-1X192-11U0O11O203-4O1E34I213-5O1I23I223-6U0U00U233-7U0U00U243-8U0U00U253-9U0U00U263-10U0X-1-1X273-11U0O11O284-5I2I24I294-6O1I23I304-7U0U00U314-8U0U00U324-9

24、U0U00U334-10U0X-1-1X344-11U0O11O355-6I2E35I365-7U0U00U(续表5.1)375-8U0U00U385-9U0U00U395-10U0X-1-1O405-11U0O11O416-7E3A47E426-8U0U00U436-9U0U00U446-10U0O11O456-11U0U00U467-8E3A47E477-9U0UOOU487-10U0O11O497-11U0U00O508-9E3A47A518-10U0O11O528-11U0O11O539-10U0O11O549-11U0U00U5510-11U0O11O表5.2 划分综合关系等级表总分

25、关系等级作业单位对百分比7A23.64%5-6E47.27%3-4I610.91%1-2O712.73%0U3563.64%-1X11.82%表5.3 作业单位综合相互关系表6 绘制作业单位位置相关图6.1综合接近程度在SLP中，工厂总平面布置并不直接去考虑各作业单位的占地面积和几何形状，而是从各作业单位间相互关系密切程度出发，安排各作业单位之间的相对位置，关系密级高的作业单位之间距离近，关系密级低的作业单位之间距离远，由此形成作业单位位置相关图。当作业单位数量较多时，作业单位之间相互关系数目就非常多，一般为作业单位数量的平方量级，因此既使只考虑 A 级关系，也有可能同时出现很多个，这就给如何

26、入手绘制作业单位位置相关图造成了困难。为了解决这个问题，引入综合接近程度的概念。所谓某一作业单位综合接近程度，等于该作业单位与其它所有作业单位之间量化后的关系密级的总和，这个值的高低，反映了该作业单位在布置图上是应该处于中心位置还是应该处于边缘位置。为了计算各作业单位的综合接近程度，把作业单位综合相互关系表变换成右上三角矩阵与左下三角矩阵表格对称的方阵表格，然后量化关系密级，并按行或列累加关系密级分数，其结果就是某一作业单位的综合接近程度。利用综合接近程度排序表，量化综合相互关系等级，并计算出各作业单位综合接近程度，按综合接近程度分数由高到低排序,如表6.1。表6.1 综合接近程度排序表至从1

27、2345678910111E/3O/1I/2U/0I/2U/0U/0U/0U/0U/02E/3U/0I/2U/0U/0U/0U/0U/0U/0O/13O/1U/0I/2U/0U/0U/0U/0U/0X/-1O/14I/2I/2I/2E/3E/3U/0U/0U/0O/1I/25U/0U/0U/0E/3I/2U/0U/0U/0U/0O/16I/2U/0U/0E/3I/2A/4U/0U/0U/0U/07U/0U/0U/0U/0U/0A/4A/4O/1U/0U/08U/0U/0U/0U/0U/0U/0A/4E/3U/0U/09U/0U/0U/0U/0U/0U/0O/1E/3O/1U/010U/0U/0

28、X/-1O/1U/0U/0U/0U/0O/1U/011U/0O/1O/1I/2O/1U/0U/0U/0U/0U综合接近程度8631561197515排序47 101623581196.2绘制作业单位位置相关图 （1）处理A级作业单位对从作业单位综合相互关系表中取出A级作业单位对。有12共涉及1个作业，按综合接近程度分值排序为1、2，先将作业单位1布置到位置相关图中心，位置如图6.1所示。图6.1 A级单位的布置（2）处理E级作业单位对从综合相互关系表中取出具有E级关系的作业单位对，有67、78、89，涉及到的作业单位按综合接近程度分值排序为8，6，7，9。将综合接近程度分值最高的作业单位8进行

29、布置，由于作业单位8与作业单位1，2的关系为U，所以先将8放在1，2下方。然后再处理6和7，9的关系，再处理6和7的关系，如图6.2所示。图6.2 E级单位的布置（3）处理I级作业单位对从综合相互关系表中取出具有E级关系的作业单位对，有13、14、24、34、35、45、46、56，涉及到的作业单位按综合接近程度分值排序为4，1，6，2，5，3。首先处理与作业单位4，再处理跟作业单位4有关的作业单位但又没放置的作业单位3，5。如图6.3所示。图6.3 I级单位的布置（4）处理剩余的I、O、U级作业单位对处理剩余的I、O、U级作业单位对，X级作业单位对310之间距离尽量远离，最后得出作业单位位置

30、相关图如图6.4所示（大图见附录A）图6.4 作业单位位置相关图7 绘制作业单位面积相关图作业单位占地面积与外形作业单位的基本占地面积由设备占地面积与人员活动场地等因素决定，在前文关于作业单位的划分一节中已有论述。这里重点讨论与作业单位建筑物实际占地面积与外形密切相关的建筑物结构型式与物料流动模式。分析步骤： (1) 按待布置工厂构成的复杂程度，选择图幅大小，工厂越复杂则图幅越大。 (2) 按图样大小与厂区大小比例选择绘图比例。 (3) 将作业单位位置相关图放大到面积相关图图样上，放大时应使位置相关图居中布置，并在各作业单位之间留有尽量大的空间。 (4) 按综合接近程度高低顺序，将各作业单位面

31、积绘入面积相关图中，若预留空间不够，则可适当调整，见图7.1所示。（大图见附录B）图7.1 作业单位面积相关图8 BLOCKPLAN软件优化布置方案利用BlockPlan软件，寻求最优方案。这个程序是根据使用者所输入的资料来评估区块式的布局，从而求得最优或较优方案。8.1 操作步骤1、输入各参数，包括各部门代号以及各部门面积大小。结果如图8.1所示，点击继续。图8.1（2）输入各部门之间的关系，如图8.2所示。图8.2（3）修改各项加权分值，定义A为4，E为3，I为2，O为1，U为0，X为-1。如图8.3所示。图8.3（4）计算出各部门得分，如图8.4所示。图8.4（5）选择Single St

32、ory Layout Menu的选项4自动搜索，利用软件自动生成较佳方案，在所有的位置相关图中，选择layout score数值最大的为最优解。在本例中，0.80为最大的数值，所以选择该相关图为最优解，如下图8.5所示：图8.58.2 结果分析由BlockPlan所生产的相对位置关系矩阵图，对照单位作业相对位置物流图，可得出：作业单位相对位置是根据物流强度A、E、I、O、U来评定的。由BlockPlan所生产的矩阵图可知，物流强度为A的作业单位1、2位置相对靠近，物流强度为E的作业单位6、7、8、9也相对靠近，物流强度为I、O、U的作业单位相对分散，位置要求不高，作业单位相互关系等级X的作业相关单位10、3、4是间隔错开的。故在设计中，要严格参照物流强度的分布来布置作业。9 绘制工厂总平面布置可行方案图9.1工厂布置的目标任何一种系统的设计工作必须具备4 个目标，即可行性、经济性、安全性和柔性。一家工厂就是一个复杂的生产系统，因此，工厂设计当然应追求这 4 个目标。对于工厂布置来说，主要表