变速箱厂总平面布置设计-设施规划课程设计

设施规划与物流分析西南科技大学第1页设施规划与物流分析变速箱厂总平面布置设计班级：姓名： 学号：指导老师：第PAGE39—页设施规划与物流分析课程设计任务书课程设计题目：变速箱厂总平面设计课程设计内容与要求：1.课程设计说明书

课程设计说明书是整个设计工作的总结，应包括各阶段工作、数据、各布置方案简图及文字说明。工作量不少于5000字，说明书为A4纸，若手写必须碳素或蓝黑墨水。2.图样工作量

图样是工厂布置设计的阶段成果与最终成果，包括：

（1）作业单位位置相关图相当于A1图样的坐标纸1张。

（2）作业单位面积相关图相当于A1图样的坐标纸1张。

（3）布置方案图A1图样三套。

注：上述图样均应上墨处理。（也可用计算机绘图并打印）3.针对给定的工厂实例完成下列工作：

（1）产品分析，产品—产量分析，确定生产类型。

（2）生产工艺过程分析，绘制工艺工程图。

（3）进行物流分析，得到物流相关表。

（4）进行作业单位相互关系分析，得到作用单位相互关系表。

（5）将作用单位物流相关表与非物流相关表加权合并，求出作业单位综合相关表。

（6）绘制作业单位位置相关图。

（7）绘制作业单位面积相关图。

（8）参考现场调研的情况，列出影响布置的修正因素与实际限制条件。

（9）产生三套布置方案。（10）布置方案的自我评价，从物流效率、工艺流程要求及生产变化的适应性等方面对各方案进行评价比较，得出最佳方案。目录一.绪论……………3二.变速箱厂总平面布置设计概述…………………41.基本生产布置的原则…………42.工厂总平面布置设计原则………53.SLP过程步骤…………………5三．系统布置设计（SLP）基本要素分析………71.原始给定条件………………72.变速箱的结构及相关参数……………………73.作业单位的划分………………84.生产工艺过程………………9四.产品——产量分析…………11五.物流分析…………………121.计算物流量…………………122.绘制各零件的工艺过程图……………………123.绘制多种产品工艺过程表……………………144.绘制产品总工艺过程表………17六.物流强度分析……………18七.作业单位相互关系分析……………………21八.物流与非物流的相互关系合并……………24九.绘制作业单位位置相关图…………………271.综合接近程度计算……………272.绘制作业单位位置相关图……………………29十.绘制作业单位面积相关图…………………32十一.绘制总平面布置图和方案选择…………33十二.参考文献…………………37一.绪论设施规划与物流分析是工业工程专业的一门重要的主干专业课程。设施规划着重研究工厂总平面布置、车间布置及物料搬运系统等内容，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。随着现代化系统优化技术的发展和计算机辅助设计技术的应用，工厂布置设计已广泛地采用计算机辅助进行设计规划与布置，由于影响设计布置的因素错综复杂，并且因素之间相互影响，相互制约，而且大多数因素还具有不确定性，因此，在设施布置设计中常常以物流分析作为其主要的内容。大多数的计算机辅助设施布置设计软件也都是以物流分析为主，采用定量分析和定性分析相结合的方法，并将定性分析转化为定量分析。作为现代设施设计人员与生产管理人员，掌握并应用计算机辅助布置设计的方法和程序已成为必然。工厂布置设计是一项多因素，多目标的系统优化问题。学习和掌握工厂布置设计方法最有效的手段就是直接参与设计工作。由于社会需要的多样性，生产不同产品的工厂之间必然存在差异。这就给工厂布置设计带来了难题。系统布置设计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，采用一套表达极强的图例符号和简明表格，通过一系列条理清晰的设计程序进行工厂布置设计。它是一套初中性非常强的设计模式和规范怕设计程序，并且为设施规划人员与生产管理人员广泛采用，运用效果良好。通过本课程设计，达到巩固设施规划与设计的专业知识，培养学生用所学知识解决工程实际问题的能力，同时培养学生善于使用文献检索工具的能力；提高综合所学知识创新性进行设计的能力。二.变速箱厂总平面布置设计概述在进行工厂总平面布置设计时，我们应该对设施规划与物流分析课本中的基本生产布置有所了解基本生产布置的原则（基本生产专业化布置的原则和形式，影响企业内部的生产分工和协作关系，决定物料流向，物流路线和运输量，所以它是企业生产和车间平面布置中必须考虑的重要问题）整体综合原则。设计时应将对生产设施布置有影响的所有因素都考虑进去，以达到优化的方案移动距离最小原则。产品搬运距离的大小，不仅反映搬运费用的高低，也反映物料游动的通畅程度，因此，应按搬运距离最小原则选择最佳方案。游动性原则.良好的生产设施布置应使在制品在生产过程中流动顺畅，消除无谓停滞，力求生产流程连续化。空间利用原则。无论是生产区域还是依存区域的空间安排，都要力求充分有效地利用空间柔性原则。在进行生产布置前，应考虑各种因素变化可能带来的布置变化，以便以后更好的适应市场产品的需求。（柔性原则布置U形生产线布置示意图.如图2-1）77654321入口出口工人行走路线图2-1安全原则。应考虑使作业人员有安全感，并感到方便，舒适工厂总平面布置设计原则（1）满足生产要求，工艺流程合理工厂总体布局应满足生产要求，符合工艺过程，减少物流量，同时重视各部门间的关系密切程度，具体布置模型有两种：按功能划分T区和采用系统布置设计模式。我们这个变速箱厂决定采用系统布置设计模式，即按各部门之间物流与非物流相互关系密切程度进行系统布置，可以避免物料搬运的往返交叉，节省搬运时间与费用。（2）适应工厂内外运输要求，线路短捷顺畅厂内道路承担着物料运输、入流输送、消防通行的任务。还具有划分厂区的功能；道路系统的布局对厂区绿化、美化、排水设施布置，工程管线铺设都有重大影响。工厂内部运输方式、道路布局等应与厂外运输方式相适应，这也是工厂总平面布置应给予重视的问题。（3）合理用地工业企业建设中，在确保生产和安全的前提下，应尽量合理地节约用地。在工厂总平面布置时可以采取如下措施：①根据运输、防火、安全、卫生、绿化等要求，合理确定通道宽度以及各部门建筑物之间的距离，力求总体布局紧凑合理。②在满足生产工艺要求前提下，将联系密切的生产厂房进行合并，建成联合厂房，此外可以采用多层建筑或适宜的建筑物外形。（4）充分注意防火，防爆，防振与防噪场。（5）利用风向，朝向的自然条件减小环境污染。（6）充分利用地形，地貌，地质条件。(7)考虑建筑群体的空间组织和造型，注意美学效果。SLP过程步骤⑴准备原始资料在系统设计开始时，首先必须明确给出基本要素——产品P、产量Q、生产工艺路线R、辅助服务部门R及时间安排T这些原始资料，同时也需要对作业单位的划分情况进行分析，通过分解与合并，得到最佳的作业单位划分状况。⑵物流分析与作业单位相互关系分析工厂的物料移动是工艺过程的主要部分时，物流分析就成了布置设计中最关键的方面；由于非物流关系对工厂设计也很重要，介于两者之间的情况，则需要考虑作业单位之间物流与非物流之间的相互关系。物流分析的结果可以用物流强度等级及物流相关表来表示。非物流作业单位间的相互关系可以用关系密集及相互关系表来表示。综合考虑作业单位间物流与非物流的相互关系时，可以采用简单加权的方法将物流关系表及作业单位相互关系表综合成综合相互关系表。⑶绘制作业单位位置相关图根据物流相关表与作业单位相互关系表，考虑每对作业单位间相互关系等级的高低，决定两作业单位相对位置的远近，得出各作业单位之间的相对位置关系，这时并考虑各作业单位具体的占地面积，从而得到的仅是作业单位位置相关图。⑷作业单位占地面积的计算各作业单位所需占地面积与设备、人员、通道等有关，计算出的面积应与可用面积相适应。变速箱厂的各作业单位面积已给出。⑸绘制作业单位面积相关图把各作业单位占地面积附加到作业单位位置相关图上，就形成了作业单位面积相关图。⑹修正作业单位面积相关图只是一个原始布置图，还需要根据其它因素进行调整与修正。此时需要考虑的修正要素包括物料搬运方式、操作方式、储存周期等，同时还需要考虑实际限制条件，如成本、安全和职工倾向等方面是否允许。考虑了各种修正因素与实际限制后，对面积图进行调整，得出三个有价值的可行方案。⑺方案评价与择优针对得到的三个方案，进行加权因素评价。通过对方案的比较评价，选出或修正方案，得出布置方案图。三．系统布置设计（SLP）基本要素分析1.原始给定条件公司有地16000平方米，厂区南北为200米，东西宽80米，该厂预计需要工人300人，计划建成年生产100000套变速箱的生产厂。2.变速箱的结构及相关参数变速箱由n39个零件构成，每个零件，组件的名称，材料，单件重量及需求量如表3-1表3-1零件明细表工厂名称：变速箱厂共1页产品名称变速箱产品代号110计划年产量110000第1页序号零件名称零件代号自制外购材料总计划需求量零件图号形状零件重量/kg说明39垫圈√65Mn2200000.00438螺母√Q2352200000.01137螺栓√Q2353300000.03236销√352200000.02235防松垫片√Q2151100000.01034轴端盖圆√Q2351100000.05033螺栓√Q2352200000.02032通气器√Q2351100000.03031视孔盖√Q2151100000.05030垫片√橡胶纸1100000.00429机盖√HT2001100003.50028垫圈√65Mn6600000.00627螺母√Q2356600000.01626螺栓√Q2356600000.10325机座√HT2001100004.00024轴承√2200000.45023挡油圈√Q2152200000.00422毡封油圈√羊毛毡1100000.00421键√Q2751100000.08020定距环√Q2351100000.09019密封盖√Q2351100000.05018可穿透端盖√HT1501100000.04017调整垫片√08F2200000.00416螺塞√Q2351100000.03215垫片√橡胶纸1100000.00414游标尺√1100000.05013大齿轮√401100002.00012键√Q2751100000.08011轴√Q2751100001.80010轴承√2200000.4509螺栓√Q23526400000.0258端盖√HT2001100001.0507毡封油圈√羊毛毡1100000.0046齿轮轴√Q2751100002.4005键√Q2751100000.0404螺栓√Q23513200000.0143密封盖√Q2351100000.0202可穿透端盖√HT2001100000.0401调整垫片√08F2200000.010作业单位的划分根据变速箱的结构及工艺特点，设立如下所示的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，生产管理等各项任务。如表3-2表3-2作业单位建筑汇总表序号作业单位名称用途建筑面积/(mxm)备注1原材料库储存钢材、铸锭12*12露天2铸造车间铸造12*363热处理车间热处理20*304机加工车间车、銑、钻12*245精密车间精镗、磨削12*366标准件、半成品库储存外购件、半成品12*247组装车间组装变速器12*368锻造车间锻造12*249成品库成品储存12*1210办公、服务楼办公室、食堂等80*6011设备维修车间机床维护12*244.生产工艺过程变速箱的零件较多，但是大多数零件为标准件。假定标准件采用外购，总的工艺过程可分为零件的制作与外购、半成品暂存、组装、性能测试、成品存储等阶段。（1）.零件的制作与外购制作的零件如表3-3到3-8，表中的利用率为加工后产品与加工前的比率。表3-3变速箱零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量机盖29HT2002.5005000001250000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803机加工车间粗铣、镗、钻804精密车间精铣、镗985半成品库暂存表3-4变速箱零件加工工艺过程过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量机座25HT2003.0005000001500000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803机加工车间粗铣、镗、钻804精密车间精铣、镗985半成品库暂存表3-5变速箱零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量大齿轮13401.000500000500000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铸造车间锻造803机加工车间粗铣、插齿、钻804热处理车间渗碳淬火5机加工车间磨986半成品库暂存表3-6变速箱零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量轴11Q2750.800500000400000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机加工车间粗车、磨、铣803精密车间精车954热处理车间渗碳淬火5机加工车间磨986半成品库暂存7表3-7变速箱零件加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量齿轮轴6Q2751.400500000700000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机加工车间粗车、磨、铣803精密车间精车954热处理车间渗碳淬火5机加工车间磨986半成品库暂存7表3-8变速箱零件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/kg年产总质量端盖8HT2000.05050000025000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80（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。（3）.组装所有零件、组件在组装车间集中组装成变速箱成品。（4）.性能测试所有组装出的变速箱均需进行性能试验，不合格的就在组装车间进行修复，合格后送入成品库，即不考虑成品组装不了的情况。（5）.产品存储所有合格变速箱存放在成品库等待出厂。四.产品——产量分析生产的产品品种的多少及每种产品产量的高低，决定了工厂的生产类型，进而影响着工厂设备的布置形式。根据以上已知条件可知，待布置设计的变速箱厂的产品品种单一，产量较大，其年产量为100000台，属于大批量生产，适合按产品的原则布置，宜采用流水线的组织形式。五.物流分析1.计算物流量产品名称毛重/kg废料/kg铸造废料锻造废料机加工废料精加工废料全年总质量机盖2.500/（0.8*0.8*0.98）=3.98603.9860*0.2=0.79723.9860*0.8*0.2=0.63783.9860*0.8*0.8*0.02=0.05101.486*500000=743000机座3.000/(0.8*0.8*0.98)=4.78324.7832*0.2=0.95664.7832*0.8*0.2=0.76534.7832*0.8*0.8*0.02=0.06131.783*500000=891500大齿轮1.000/(0.8*0.8*0.98)=1.59441.5944*0.2=0.31891.5944*0.8*0.2+1.5944*0.8*0.8*0.02=0.02040.595*500000=297500轴0.800/(0.8*0.95*0.98)=1.07411.074*0.2+1.074*0.8*0.95*0.02=0.01631.074*0.8*0.05=0.04300.274*500000=137000齿轮轴1.400/(0.8*0.95*0.98)=1.87971.8797*0.2+1.8797*0.8*0.95*0.02=0.02861.8797*0.8*0.05=0.07520.480*500000=240000端盖0.050/(0.6*0.8)=0.10420.10424*0.4=0.04170.10424*0.6*0.2=0.01250.0542*500000=27100通过对产品的加工、组装、检验等各种加工阶段以及各工艺过程路线的分析，计算每个工艺过程各工序加工前工件单位质量及产生的废料重量，并根据全年生产量计算全年物流量。例如，对机盖来说，它的工艺过程为原材料库—铸造车间—机加工车间—精密车间—标准件，其中在铸造、机加工和精密加工的过程中材料利用率分别为80%、80%、98%，而它的单件质量为2.5Kg，由此得出它的毛重为2.500/(0.80×0.80×0.98)=3.986Kg。从而在根据材料利用率得出各个过程产生的废料质量。如表5-1表5-1全年生产量计算全年物流量2.绘制各零件的工艺过程图根据各零件的加工工艺过程与物流量，绘制各零件的工艺过程如图5-1~图5-6所示。图中序号分别为如下表5-2表5-21原材料库2铸造车间3热处理车间4机处理车间5精密车间6半成品库7组装车间8锻造车间2废料16图5-1机2废料16图5-1机盖物流量45废料废料3.98600.79720.63780.05103.18882.55102.500原材料2废料16图5-2机座物流量45废料废料4.78320.95660.76530.06133.82663.06133.000原材料4\4废料1图5-4轴物流量53废料1.07410.21480.04300.85930.81636废料0.01630.8004原材料图5-3大齿轮物流量2废料2废料14废料0.10420.01250.06250.050图5-6端盖物流量图5-5齿轮轴物流量3.绘制多种产品工艺过程表由图5-1到5-6可得到表5-3表5-3多种产品工艺过程表由表可有：得一共有原材料库、铸造车间、锻造车间、机加工车间、精密车间、热处理车间、半成品库、组装车间八个车间。首先计算备产品的物流强度。机盖为2.5kg/件，机座为3kg/件，大齿轮为1kg/件，轴为0.8kg/件，齿轮轴为1.4kg/件，端盖为0.05kg/件，因此物流强度大小顺序为机座、机盖、齿轮轴、大齿轮、端盖。找出各零件加工第一个车间。原材料库。第二个车间。铸造车间、锻造车间、机加工车间。按物流大小排序为铸造车间、机加工车间、锻造车间。第三个车间。机加工车间、精密车间，热处理车间，根据物流强度大小排序为机加工车间、精密车间，热处理车间。综上三步：车间顺序为原材料库、锻造车间、机加工车间、锻造车间、精密车间、热处理车间、半成品库、组装车间。根据上述步骤得出多种产品工艺过程表，表5-4所示。表5-4经计算物流顺流程度W=68.378。调换存在物流倒流的情况，计算物流顺流程度W。经过两次的迭代，发现W物流不在不再增加，即为最优，最优为W=79.366所以最优排布顺序为：原材料库（1）、铸造车间（2）、锻造车间（8）、热处理车间（3）、机加工车间（4）、精密车间（5）、半成品库（6）、组装车间（7）为了研究各零件、组建生产过程之间的相互关系，将总工艺过程图中的产品排列于产品工艺过程表中，得到变速箱初始工艺过程表如下表所示。表5-4~5-6表5-4初始多种产品工艺过程表由初始产品工艺过程表可知，按照现行的工艺顺序，存在物流倒流的情况，为了使物流顺流强度W达到最大，可对某些作业单位的顺序进行交换。表5-5改进多种产品工艺过程表再次对其改进得到多种产品工艺过程表，直到满意为止表5-6最终多种产品工艺过程表4.绘制产品总工艺过程表变速箱总的生产过程可分为零件加工阶段——总装阶段——性能试验阶段，所有零件、组件在组装车间集中组装。将变速箱所有工艺过程汇总在一张图中，得到变速箱总工艺过程图如图所示。该图清楚地表示出变速箱生产的全过程以及各工序和个作业单位之间的物流情况，为进一步进行深入的物流分析奠定了基础。图5-7产品总工艺过程表六.物流强度分析1.绘制从至表表6-1从至表2.据产品总的工艺过程图，统计各作业单位之间的物流强度，统计的结果填入物流强度汇总表。表6-2物流强度汇总表表6-3物流强度等级划分表3.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，根据表6-3物流强度分布比例划分物流强度等级。表6-4物流强度分图4.根据以上分析绘制出原始物流相关表并形成单位物流相关表表6-5原始物流相关表从而得到：表6-6单位物流相关表表6-6单位物流相关表七.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总要依据。但是，也不能忽视非物流因素的影响，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，而应当考虑其他因素对各作业单位间相互关系的影响。在评价作业单位相互关系时，首先应制定出一套“基准相互关系”，其他作业单位之间的相互关系，通过对照“基准相互关系”来确定。表7-2给出的基准相互关系可供实际工作中参考。表7-11.明确各作业单位的特点，包括工作内容、工作性质，有无振动、噪声、烟尘及异味等环境污染，表7-2所示。表7-2各作业单位的特点2.从上面分析并整理出作业单位影响因素表7-3作业单位影响因素3.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，表7-4所示。表7-4非物作业单位相互关系表八.物流与非物流的相互关系合并1.通过产品特点分析明确物流对生产影响的大小，确定出物流与非物流的相对重要性，并得出加权值为2:1。2.利用作业之间的综合相互关系表，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。表8-1综合相互关系计算3.由以上可得，统计各段分数作业单位对的个数，划分综合相互关系等级。表8-2综合相互关系密级等级划分4.在这里便可以填写作业单位综合相互关系表表8-3作业单位综合相互关系九.绘制作业单位位置相关图1.综合接近程度计算先从作业单位综合相互关系出发，求出各作业单位的综合接近程度，所谓作业单位综合接近程度，就是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，其结果就是变速箱厂的作业单位的综合接近程度，并按其高低将作业单位排序，如表9-1所示。表9-1综合接近程度排序表综合接近程度分数越高，说明该作业单位越应该靠近布置图的中心：分数越低，说明该作业单位越应该处于布置图的边缘，因此，布置设计应当按综合接近程度分数高低顺序进行，即按综合接近程度分数高低顺序为作业单位排序。在作业单位位置相关图中，采用号码来表示作业单位的性能与功能。作业单位的相互关系，用相互之间的连线类型来表示。2.绘制作业单位位置相关图由设施规划书籍中可以得到工艺过程符号表9-2工艺过程符号按A、E、I、O、U、X级排序，处理各级作业单位对之间的相互位置，统计作业单位对按综合接近程度分数高低的顺序，安排各作业单位的位置。表9-3为关系密集程度表示方法。表9-3关系密级表示方式选单位距离长度，并且规定，关系密级为A级的作业单位之间的距离为一个单位长度，E为两个单位长度，以此类推。（1）从作业单位综合相互关系表中取出A级关系作业单位对，有1--2,6--7,7--9，共涉及5个作业单位，按综合接近程度分数排序为2=6,7,1=9。将综合接近程度分数最高的作业单位2布置在位置相关图的中心位置。处理作业单位对1--2。将1布置在图中距离2一个单位距离的位置上。布置6的位置。1--6,2--6的关系密级为U，是不重要关系，先不考虑位置排放。处理与6有关的作业单位对6--7。1--7,2--7的单位密级为U，是不重要关系，所以将7放置在距离6一个单位距离的位置。处理与7有关的作业单位对7--9。1--9,2--9,6--9的关系密级均为U，所以将9放置在距离7一个单位距离的位置。（2）从作业单位综合相互关系表中取出E级关系作业单位对，有2--4,3--4,4--6.涉及到的作业单位按综合接近程度分数排序为4、2=6、3。先布置综合接近程度最高的4单位。7--4,9--4关系密级为U，2--4，6--4关系密级为E，1--4关系密级为I。故将4布置在距离2，6二单位距离，距离1三单位距离的位置上。布置与4有关的单位对4--3.1--3,7--3，9--3关系密级为U，2--3关系密级为I，6-3的关系为O。所以将3布置在距离4二单位距离，距离2三单位距离，距6为四单位距离的位置。（3）从作业单位综合相互关系表中取出I级关系作业单位对，有1--4,1--8,2--3,2--8,2--11,3--11,4-