生产与运作管理5课件

第5章

生产和服务设施布置

Chapter5Facilitylayout

第一节概述一、概念：在给定的空间范围内，为生产运作系统内部各个生产作业单位和辅助设施及车间内部生产设备安排合适的位置，使系统运行有效、安全与经济。二、布置的重要性：它们需要投入大量的资金和精力它们具有长期性，改起来不太容易；它们对短期运作的费用和效率有很大影响。它有时体现某种思想精神

三、布置再设计最常见的原因：1．

无效率的运作（例如，高成本，瓶颈）:工厂布局2．

意外事故；3．

产品或服务设计上的改变；4．

引入新产品或服务；5．

产量或产出构成上的改变；6．

方法或设备的改变；7．

环境或其他法律要求的改变；8.情绪问题第2节厂区/车间布置

一、厂区布置：即对构成企业的生产单位作平面或立面布置,是在选定厂址、确定生产单位构成之后进行的一项重要的生产空间组织工作1、目标最短的运输路线最大的灵活性最有效的面积利用最良好的工作环境最合理的发展余地2、影响因素生产类型和生产规模地形地貌、地质条件生产单位的构成数量与规模外部环境条件，如公路、铁路、河流等企业远景发展环保等影响因素是什么?3、方法物料运量图法作业相关图法:计算机平面布置规划法模型法：物料运量图法步骤:1根据原材料、在制品在生产过程中的流向，初步布置各个生产车间和生产服务单位的相对位置，给出初步物流图。2统计车间之间的物料流量，制定物料运量表。3按运量大小进行初试布置，将车间之间运输量大的安排在相邻位置，并考虑其它因素进行改进和调整。物料运量图法010203040576+4=105+6=112+2=42+2=42211物料运量图法010203040576522644212452631图例：—2吨---1吨为了得到更为直观和清晰的观点，可把以上物料运量用物料运量相关线图来表示：各生产单位平面布置图652431例如，生产小批量玩具的工厂中，有收发车间(1)、塑膜和冲压车间(2)、金属成形车间(3)、缝纫车间(4)和喷漆车间(7)负责生产，组装车间负责装配包括小型玩具组装(5)、大型玩具组装(6)和机械组装车间(8)。假设单位货物在相邻两车间的运输成本为1元，其间每增加一个车间就增加1元。下图为第一年车间之间的预计工作量。车间之间的物料流动175500302002025010075908090178812599180205025018018737410371234567812345678现有工厂空间的大小如下图所示。假设我们要对8个车间的位置进行设计，以使相互间的物料运输成本最小。为了简化问题，假设所有车间占地面积相同（40米＊40米）注意：在这个例子中，允许对角线移动。所以车间2和3或者3和6之间都是相邻的。1357246816080Step2:成本矩阵——第一个解决方案17550060400607501001501802402701788125198360205050018018737410371234567812345678Step3:研究如何规划车间的位置以降低成本在流程图和成本矩阵的基础上，将车间1和6安排在一起以降低他们之间的运输成本是合理的。123456782003741009025103改进方案在许多可能的修改方案中，我们仅仅互换了两个车间的位置，实际上共有8！种可能方案。假设我们确实得到一个好的降低物料运输成本的方案，如下图：小型玩具组装5机械组装车间8收发车间1大型玩具组装6金属成形车间3塑膜冲压车间2缝纫车间4喷漆车间7级别代号关系密切程度评分1A绝对必要AbsolutelyNecessary62E特别重要EspeciallyImportant53I重要Important44O一般Ordinary35U不重要Unimportant26X不可接受1即着重从各部门之间相互关系的密切程度来布置各部门位置的一种方法。2）作业相关法作业相关法：快餐店布置部门6A部门5AO部门4XAX部门3AIUE部门2OUXAA部门1部门6部门5部门4部门3部门2部门1绝对重要A：1-21-33-52-64-65-6

最多A的是6不予考虑X：1-43-63-4

最多X的是3、4作业相关法：快餐店布置645213部门1部门2部门6部门5部门3部门4例如：一个小型工厂的生产、辅助、服务等八个部门的相互关系表图如下：

1总库2材料室3工具室4机修组5生产车间6更衣室7食堂8办公室AOAAEIOOOAUEXOAUUEIUUOUUUUOO第二步——将各方块切开，根据关系的密切程度和接近的必要性重新在平面上按A、E、I、O、U的顺序逐次排列1、A级：1与25与2，3，4123542.E级：5与6，7，84513623.I级：1与5；6与787451632第三步——按各部门实际面积大小的比例，绘制工厂平面布置图

2材料室

3工具室

4机修组

1总库5生产车间

8办公室

7食堂

6更衣室部门1（1000平方米）2（2000平方米）3（2000平方米）4（1000平方米）5（1000平方米）UOAUEOOIUU（1）在选择布置方案时，首先要编制“某系统的各部门接近程度表”部门与其他部门的关系关系分数12345UEIUUOOUEOAOIOAUUUOU2+5+4+2=132+3+3+2=105+3+6+3=174+3+6+2=152+2+3+2=9（2）选取关系分数最高的部门（部门3）开始布置，再选出与他关系最密切的部门（部门4），可布置如下图。本例中布置用的样片为1000平方米，部门3为2000平方米，所以需用两块样片。343（3）找出与已选部门（如部门3和4）关系最密切的部门，按A、E、I、O、U的顺序来选。如果有两个或两个以上同样关系程度的部门则比较它们的关系分数，优先布置关系分数最高的部门。

按照上述原则，本例可按部门3，4，1，2，5的次序进行布置。布置部门1可以有三个方案。（a）部门4—14分（b）部门4—14分（c）部门4—10分部门3—15分部门3—10分部门3—15分合计9分合计4分合计5分

接着对方案进行记分，两部门靠在一起按相关图上的数码算分，不靠在一起算零分。上述部门1的三种布置方案中，以方案（a）得分最多，其他次之。实际上部门1还有其他一些布置方案，但都不如方案（a）好。433133411334用同样的方法再布置部门2和部门5，最后可得出如下图的结果：2523314这种布置方法就是把工厂中的某一厂房或某一车间、工段内所需要布置的各种机器设备、通道和其他设施，按1/100的比例，用硬纸板剪成样片，按照应该占用的面积，适当地试布置在同一比例的建筑蓝图上。对于工厂总平面布置图和建筑物、构筑物样片可采用1/1000的比例。由于规模的不同，采用的比例可以适当放大和缩小。如果需要更形象化，可以采用适当比例的立体模型，使空间关系更加明显清楚。3)样片和模型布置法

(SamplesandModels)二、车间布置：生产车间通常由生产、辅助、仓库、通道、管理、服务等部分组成，其中生产部分又要根据生产过程的要求，安排若干设备与工作地。即要按一定的原则，正确确定车间内部各组成单位（如工段、班组）以及工作地、设备之间的相互位置。要求：

1）设备和工作地的布置应尽可能符合生产过程的流向和工艺顺序，使加工路线最短，便于物料运输，避免物流上的迂回，曲折或倒流；

2）充分、合理地利用车间面积；3）便于工人作业，留有足够面积供工人走动、操作、放置工具物品，物流运送与走行通道分开，工作环境符合采光、照明、卫生、防污染等要求。

车间布置类型：

按对象布置（ProductLayout)：产品原则布置。按工艺布置（ProcessLayout)：机群式布置固定式布置

(FixedPositionLayout)加工对象不动，人员、设备等流动

混合布置在工艺原则基础上,局部采用对象原则;

在对象原则基础上,局部采用工艺原则.1.工厂布局的形式

（1）产品原则布置（流水线布置）当产品品种少批量大时，应当按照产品的加工工艺过程顺序来配置设备，形成流水生产线或装配线。图1产品原则布置示意图图2汽车后桥加工生产线图3汽车装配生产线图4汽车焊接生产线产品原则布置的基础标准化及作业分工。整个产品被分解成一系列标准化的作业，由专门的人力及加工设备来完成。产品原则布置的优点产品产出率高，单位产品成本低；每一产品都按工艺流程布置设备，因此加工件经过的路程最直接、最短，无用的停滞时间也最少；由于操作人员效率高且所需培训少；生产管理和采购、库存控制等工作也相对简单。产品原则布置的缺点要求较多的设备，而设备的利用率相对较低；对产品种类及产量变化、设备故障等情况的响应较差；线上工作重复单调乏味，缺乏提升机会，可能会导致工人的心理问题或职业伤害；为了避免停产，设备备用件的库存可能比较大。典型的布置形式M1M2M3M4线切割钻车铣焊接磨油漆入口铣出口产品原则布置缺点：直线型生产线很难平衡优点：5个操作者可以减为4个工艺专业化原则布置：按工艺原则布置车间是将同类生产设备集中布置在一起，组成一个工作中心，对产品进行相同工艺的加工，适用于多品种中小批量生产。不同的产品要求选择不同的工艺路线，进度安排以及运输路线。为了提高效率，这类布置的重点是确定设备和工作地的相对位置，使运输距离最短、运输费用最小、时间最少。厂区布置方法也适用于这类车间布置。

典型的布置形式（2）工艺布置原则（机群式）把同类型的设备和人员集中布置在一个地方。图4工艺原则布置示意图图5钻削加工工段图5车削加工工段工艺专业化切割钻铣磨典型的布置形式切割铣铣铣磨钻钻切割镟床装配及测试磨床钻床电镀部门A部门D部门B部门C部门E带有部门工作中心的典型工艺原则布置固定布置：特点是加工对象保持不动，而工人、设备和物料却围绕着加工对象移动，完成生产过程，适用于特大笨重或受其他一些因素影响不同或不便移动的产品，如飞机制造、造船或大楼、大坝等大型建设项目。定位布置要求工人、设备、物料随生产过程的需要到达待加工的产品处，所以设计要重点考虑它们运送路线、方式与时间的控制，不能堵塞工地。

典型的布置形式固定布置

典型的布置形式产品机器机器人员人员人员机器机器（3）固定式布置原则（项目布置）主要是工程项目和大型产品生产采用的一种布置形式。图6固定式布置混合布置：

许多情况下混合使用以上三种布置方式。通过混合布置的方式可以设计一个既富于柔性又高效低成本的生产系统，比较典型的例子是成组生产单元与柔性制造单元。成组生产单元由于采用了成组技术,可以按零件族组织生产线,使之具备产品原则布置的缩影。柔性制造单元采用计算机控制零件在机器之间的输送与加工，实现了高度自动化，可以在小批量生产条件下享有产品原则布置所具有的一些好处。

成组单元

典型的布置形式原材料线切割钻磨铣车铣焊接磨油漆成品成组技术就是识别和利用产品零部件的相似性，将零件分类。一系列相似工艺要求的零件组成零件族。针对一个零件族的设备要求所形成的一系列机器，称作机器组（制造单元）。成组原则布置可以认为是产品原则布置的缩影，是将工艺原则布置系统转化为接近产品原则布置系统。成组原则布置的特点加工时间较短、物流效率较高；在制品较低、准备时间较短；具有工艺原则布置的柔性。图7板材加工FMS表不同布置类型的特征布置形式生产时间产品原则布置在制品技术水平产品柔性机器利用率工人利用率单位产品成本维护性设备投资规模工艺原则布置成组原则布置固定式布置短低低低高高低难大长高高高中.低高高易小短低中.高中.高中.高高低中中中中混合高中中高－－图8产品变化、产量和布置关系图产品种类P三、工厂流动模式工厂流动模式：工厂（车间）内部物料和人员流动的方向，反映工厂（车间）的出口和入口的布置以及工厂面积。图9基本流动模式3、布置方法从至表试验法重心法线形规划方法计算机辅助布置选择典型零件，制定典型零件的工艺路线，确定所用设备制定设备布置的初始方案，统计设备之间的移动距离确定出零件在设备之间的移动次数和单位运量成本用实验法确定最满意的布置方案1）从至表试验法（From-toChart）

例.设有6个部门，分配到厂区6个地块。由于技术上的原因，单位6必须设在A区。6个部门每天的搬运物料重量（吨）见表。从/至1234561——18050462236270——161020323744——2014482242——8052832018——6664762644——1．由上表可求得各生产单位间搬运物料重量的两两相应关系，如下表。部门总重量排序部门总重量排序1-225011-312431-412821-55071-610052-320112-43492-55262-610843-44133-50153-64084-526104-64145-610122．将物料搬运量最大的生产单位靠近布置，即从部门1-2邻近布置开始，依次考虑各单位的相对位置。由于技术上的原因，单位6必须设在A区，则可得各生产单位布置如下图。A部门6B部门2C部门5D部门3E部门1F部门4由于已知各地块间的距离，可求出各生产单位物料搬运总工作量（吨公里）。若已知搬运费用率，即可求得搬运总费用。第3节、装配线平衡装配线是流水生产组织应用最为广泛的一种。在装配线上装配产品，分为很多道工序，各工序的装配时间各不相等，有些工序之间存在前后顺序关系，而有些工序则没有先后顺序。流水生产的概念与特征概念:

流水生产是指产品经过各道工序，按规定的路线、规定的速度，一件接一件川流不息地进行加工和生产。特征:

（1）工作地专业化（2）各个工作地按照工艺过程的顺序排列（3）每件产品各道工序的加工时间要相等或成简单的整数比例关系（4）产品按照节拍进行生产1.流水线的平面布置设计（1）流水线平面布置设计原则：有利于工人操作方便；在制品运动路线最短；有利于流水线之间的自然衔接；有利于生产面积的充分利用。（2）流水线的布置模式单列直线形流水线双列直线形流水线图10流水线单列和双列直线布置示意图2.流水线生产平衡

（1）生产线平衡的定义生产线的平衡：要根据产品设定工作站数目，再将各工作单元分配到工作站，并使各工作站分配的工作量大致平衡，而每个操作工人在工作站上完成指定工作单元的工作，同时要使得生产线所需得工作地和用工人数最少的方案。按萨尔凡森提出“在规定的装配线速度下，使总的空闲时间最少，或使做一额定工作量的操作人数最少以使平衡延迟最少”的原则进行装配线平衡调整。

如果直接按每道工序设置工作地，则会有下列问题：工作地空闲多，浪费时间资源；工作地忙闲不均；浪费了人力资源。因此通常将整个作业分配给几个工作地，每一工作地由一个或两个工人操作,决定如何将作业分配到工作地的这一过程被称为生产线（或装配线）平衡。

生产线平衡节省时间；提高效率；降低成本。为什么生产线平衡？232.82.54.55分/件按工序的先后顺序，合理分配工作地使每个工作地的时间尽量接近节拍，并使工作地数目最少使各工作地之间负荷均匀，空闲时间要少计算装配线平衡状态的评价指标：流水线时间损失率和平滑指数装配线平衡的任务：装配线平衡的方法：以适当的方式将装配线上若干个相邻工序合并成一个工作地，并使这些工作地的作业时间接近或等于装配线的节拍。具体步骤:

1）确定装配流水线的节拍：装配线平衡的主要决定因素是生产线的节拍。节拍：流水线上连续出产两个相同制品的间隔时间。它是反映流水线的生产速度和生产率的重要参数。r=FeN=F0N

其中：r—流水线的平均节拍（分/件）Fe—计划期有效工作时间（分）N—计划期预计出产的合格产品产量（件）F0—计划期制度工作时间（分）—时间有效利用系数（0.9---0.96）若考虑到废品率p的影响，实际投料的产品产量N为：N=N(1-p)r=FeN例：某流水线设计日产量为1000件，每日制度工时为8小时，其中上午和下午各用20分钟检修设备，废品率为5%，试计算流水线的节拍。解：N=1000，p=5%,N=1000/(1-0.05)=1053Fe=860-220=440r=FeN=440/1053=0.418（分/件）某流水线计划日产量为150件，采用两班制生产，每班规定有21分钟的停歇时间，计划不合格品率为2%，计算该流水线的节拍。

2）计算最小工作地数：Smin

Smin=[∑ti/r]

Smin最小工作地数ti工序i的工作时间r装配线节拍[]向数值大的方向取整数例:节拍：5分/件∑ti=2+3+1.5+2.8+3+1=13.3Smin=[13.3/5]=[2.66]=3

231.5135

2.831

2463）组织工作地数确定工序优先顺序图,保证各个工序之间的先后顺序每个工作地分配到的小工序作业时间之和(Tei)，不能大于节拍,应尽量接近或等于节拍(Teir)应使工作地数目尽量少装配线平衡的方法（续）：分配步骤：（1）绘作业先后顺序图（2）从工作地1开始，按作业先后图从左到右给工作地分配作业；（3）每当一个作业分配后，计算出该工作地的剩余时间；（4）若出现两个作业情况都一样，可用下列方法之一解决：

a分配加工时间最长的作业；b分配后续作业数最多的作业，如果还一样，任选。

工作地123工序组合1,2--4,6--3,5工时4.844.5装配线平衡的方法（续）：5）计算评价指标装配线平衡的方法（续）：流水线时间损失率：L=（3×5-13.3)/3×5=0.113L装配线时间损失率Tei

第i个工作地的综合时间装配线平衡的方法（续）：流水线平滑指数：Temax=4.8SI=sqrt[(4.8-4.8)2+(4.8-4)2+(4.8-4.5)2]=0.854SI装配线平滑指数Temax工作地中工时最大者：max{Tei}SI用于衡量装配线负荷的均衡度例：假定一天工作8小时，一天要达到产量为400个单位。利用下列资料进行装配线平衡。

作业紧后作业作业时间/分ab0.2be0.2cd0.8df0.6ef0.3fg1.0gh0.4h结束0.3总计:3.8第一步,计算节拍.r=8*60/400=1.2分钟/单位第二步,计算最少工作地数.Smin=[∑ti/r]=[3.8/1.2]=[3.17]=4第三步画作业先后顺序图,从最初活动开始,由于表中紧后作业列中没有作业a和c,因此它们没有紧前作业.我们从这两个作业开始.begdf0.20.30.61.00.4h0.3ac0.20.8第四步分配作业到每一工作地.

工作地剩余时间够资格分配分配作业工作地的作业闲置时间11.2a,cc(0.8)0.4aa(0.2)0.2bb(0.2)021.2e,dd(0.6)0.6ee(0.3)0.3无--0.331.2ff(1.0)0.2无---0.241.2gg(0.4)0.8hh(0.3)0.5无---0.51.0工作地4工作地3工作地2工作地1begdf0.20.30.61.00.4h0.3ac0.20.8闲置时间百分比=闲置时间/工作地数*节拍=1/4*1.2=1/4.8*100%=20.8%生产线效率=100%-20.8%=79.2%注意：对此分配方案可作改进，将作业b放到工作地2，则工作地1的闲置时间为0.2，工作地2的闲置时间为0.1。即这种分配方案是可行的，但不一定是最佳的。它是装配线大致平衡的方法，而且在现实中，进行生产线平衡通常还要考虑其他因素，如技术方面的因素，人力因素，只要作业有人参与，作业完成时间将是个变数，工人疲劳或缺席，都会影响到生产线平衡。因此实际工作中很少涉及到人力作业的装配线完全平衡,对于有闲置时间的工作地，可由速度上不去的新工人操作。其他方法：企业还可采用其他方法，确保生产线平衡：1平行工作地，这有利于解决影响产品在生产线上流动的瓶颈作业问题。造成瓶颈的原因可能是有些作业的加工难度大或所需要的时间长。2交叉布置工人：当瓶颈出现时，闲着的工人可帮助忙着的工人，叫动态生产线平衡。1分钟1分钟30单位/小时

1分钟1分钟2分钟1分钟1分钟2分钟2分钟30单位/小时

30单位/小时

30单位/小时

30单位/小时

30单位/小时

30单位/小时

60单位/小时

60单位/小时

例如：一份工作包含四个工作地，如图所示：

第四节非制造系统的设施布置一、服务业布置：服务企业与顾客直接接触多,其设施的装修与布局更具特色。例如，除了考虑土地资源的约束外，要更多地考虑到适应服务需求数量和质量变化的柔性，影响顾客消费心理的美学因素，以及对社会与环境影响的因素。

服务设施的主要特点：不生产有形产品，提供有形的产品，或者涉及到物品。服务系统主要涉及的是人员、信息和商品的流动。服务设施的布置主要有两种，即办公室布置、零售店布置。

办公室布置主要考虑信息和人员的流动，零售店布置则考虑人员和商品的流动。服务设施的布置分成以下几种类型：1产品线布置。有些标准的服务可以分解为一系列每个顾客都必须经历的固定操作程序。工作区1工作区2工作区3工作区1原料顾客制成品材料和/或人工材料和/或人工材料和/或人工材料和/或人工工作流程生产或服务流水线托盘和餐具收银台面包土豆和蔬菜甜点色拉主菜饮料自助餐馆服务线以机场服务中旅客入境转机为例，每位旅客都必须经历以下程序：下飞机、入境登记、认领行李、通过海关、行李检查、国内航班登机，每道程序所需时间见表：活动平均时间/秒1下飞机302入境登记253认领行李604通过海关355行李检查286国内航班登机22按生产线平衡的方式，画出服务流程图如下：

3

60

60由图可见生产线不平衡，瓶颈为认领行李。为消除瓶颈，将行李面积加倍，入境登记与海关区域组合在一起，便可得到新的流程图。小时流量增加到120人。

2

144

251

12030入口4103

355128286

164

602过程布置：在过程布置方式中，执行相似任务或承担相同责任的人分成一组，类似于制造业中的工艺原则布置，其优点是是便于接受顾客的定制，为用户提供个性化服务，当然这对服务人员的技能要求也高了。从服务提供者的角度看，由于顾客需求不同，提供服务呈间歇式，每个部门则要设有顾客等待的区域，以应付顾客流的忙闲不均。过程布置考虑的主要问题让顾客行走的距离最短，或者相反，有时可能有意识地引导顾客去浏览某些区域。

药房诊断室化验室放射科手术室3定位布置：当被服务对象不便移动时，可以按定位布置方式安排服务设施，如住院部治疗的重病人，此时要考虑如何便于将医疗设备和材料送达病床。4定向布置：服务设施为便于顾客利用，需要有适当的标志为顾客定向。定向有两种：地点定向与功能定向。地点定向告诉顾客当前所在的位置，以及如何能到达他想去的地点；功能定向告诉顾客某个组织的功能及其工作程序，帮助他判断下一步该做什么。5混合布置：服务设施采用混合布置的情况也很多，如超市的商品采用过程布置，但在仓库，常使用传送带作业；医院住院部病人采用定位布置，但其他科室的布置采取过程布置。

二、仓库布置仓库布置取决于订货次数、物品间的相关性、通道的数量和宽度、储备分隔间的高度、定期对存储物品进行清点的必要性、以及物品的防腐和霉烂等因素。从某种意义上来说，仓库类似于制造业的工厂，因为物品也需要在不同地点（单元）之间移动。一般的仓库布置问题的目的都是寻找一种布置方案，使得总搬运量最小，原则是某一货区物品搬运次数最多，应将其放在仓库门口，以便最终降低搬运成本，从而降低生产成本。例：有一个家电用品仓库，共有14个货区，分别存储7种家电。仓库有一个出入口，进出仓库的货物都要经过该口，如下图。假定仓库每种物品每周的存取次数如下表，应该如何布置货区，使总搬运量最小。解：①若各种物品所需货区面积相同，则只需要把搬运次数最多的物品货区布置在靠近出如口之处。②若各种物品所需货区面积不同，就需要计算物品搬运次数与货区数量之比，取该比值最大者靠近出入口。该例中，比值大小顺序为：3、1、5、6、4、2、7入口72465537244551入口物品100150800375360160280搬运次数（每周）2143121所需货区50（7）150（4）200（3）125（5）360（1）80（6）280（2）搬运次数/所需货区7其它6收音机5电视4音响3微波炉2空调1电烤箱三、办公室布置1、办公室布置的主要考虑因素有两个：①信息传递与交流的迅速与方便；②人员的劳动生产率。2、基本模式：①传统的封闭式办公室；②近20年发展起来的开放式办公室布置。③带有半截屏风的组合办公模块。④“活动中心”型办公室布置。⑤远程办公室3、可采用作业相关图法

模块化布置：模块式布置：便于交流，一定的私密性；节省空间，灵活组合；外观统一、漂亮。

图32办公室模块化布置图零售服务业（如商店、银行和饭店）的布置目标是使企业每单位面积/空间的净收益最大化，零售店布置应尽可能提供给顾客更多的商品。周围环境条件：噪声、音乐、照明、温度等空间规划与功能性：设计顾客行走路径，商品分组徽牌、标记、装饰物

四、零售业布置零售业布局基于的思想是：销售量随展示给顾客的商品量而不断变化。展示率越高，销售