1、 流程分析的车间内部设施布置设计流程分析的车间内部设施布置设计第一章引言第一节 设施规划的意义和作用20 世纪是全球工业化的世纪，伴随着工业化的发展设施规划的作用越来越重大，特别是二次大战以后世界各国为了弥补战争的损失，都投入了大量的资金来新建和重建工业。我国在建国后的 50 年中，也在工业化道路上取得了突飞猛进的成就。以美国为例，自 1955 年以来每年有 8的国民生产总值（GNP）花费在新的工业设施的建设上 ，其中约有 40左右用于制造业设施的建设，估计每年达到2500 亿美元的投资。20 世纪 80 年代以后受到信息技术的推动，各类服务业设施的发展速度又大大的超过了制造业。根据 2001
2、 年美国统计，用于这些项目的投资达 2 万 3000 亿美元。我国仅在 1986 至1990 年七五期间，全社会固定资产投资，包括基本建设和技术改造的投资平均每年达到近 4000 亿元人民币，五年内总投入达到国民生产总值的 28。目前我国每年项目投资已多达万亿元人民币以上。50 年来的实践证明，在我国被广泛的称为工程设计中的相当一部分是设施规划设计，其水平的高低和规划设计质量的优劣，在建设项目中对资源是否合理利用，设施运营后能否实现科学管理，能否发挥社会效益和经济效益，对最终实现投资效果起到了决定性和关键性的作用。由此可见设施规划的重要性。第二节 设施规划的发展历程及在我国的发展现状设施规划设
3、计的发展历程可以分为三个阶段：二战前，设施规划主要用在制造也中，主要采用定性分析方法和经验设计。当然这种方法缺乏科学性，但经过大量实践的数据也反映一定程度的客观情况，根据经验新设计的工厂在较短时间内比较符合实际情况。二战后，方法逐渐由定性向定量转变，工作领域也由重点在制造业扩大到其他工业和服务业，设计对象向非工业设施扩大。20 世纪 60年代以后由 Richard.Muther 倡导的系统化设施布置规划（SLP）方法，由于采用理性化的推理方法和系统化的规划设计方法，使设施规划设计前进了一大步，但这一方法的推理还比较粗略，系统化工作内容比较烦琐。随着计算机技术和信息技术的发展，80 年代以来许多
4、学者研究了各种设施布置的模型及算法，推理更加细致合理，加上 CAD 技术使绘图工作也可自动完成，出现了各种商品化的设施布置软件就，使设施规划设计又前进了一大步。从我国目前来看，系统化设计和计算机辅助设施设计软件（puter Aided Facility Design 简称 CAFD）应用尚不普遍，经验加指标设计法在设施规划中还占有优势。除了主观原因外，还有系统化设计尚不习惯，相关设计软件还存在较多的不足和缺点，还需要对模型、算法以及 CAFD 软件作进一步研究改进和提高，更需要接个我国国情才能满足设施规划设计实际工作的要求。第三节 选题的意义我选择这个题目的背景是全球工业的大环境下，制造业、服
5、务业和其他工业等对设施规划的迫切需求。我从久达公司（一个小型民营企业）的设施规划设计的整个过程中，得到了一些实用性的东西。力求做到由点及面，从一个侧面了解我国中小制造企业设施规划中存在的问题，寻求我国中小制造企业设施规划的有效方法。第二章设施规划概论第一节 设施规划理论一、设施规划的含义和目标设施通常被广泛认为是一种有型的固定资产，在设施内，人、物料、机器集合在一起为了实现一个规定的目标，最典型的就是制造一种实实在在的产品或提供某种服务。12002 年美国生产与库存控制学会（APICS）将设施定义为：设施是物理工厂、配料中心、服务中心和其他的设备 。2001 年美国出版的Maynard 工业工
6、程手册第五版对设施的定义非常简洁，即：设施是运作能力的物理表达 。总之设施规划在不同的书籍和不同文献中都有不同的表达，但他们有共同之处。一是设施规划的对象是整个制造系统或服务系统而非其中一个环节；二是设施规划的目的是优化布置。所以设施规划可以解释为：是为新建或改建的制造系统或服务系统，综合考虑各种因素，做出分析、规划、设计，使资源合理配置、系统建成后能有效运营达到各种预期的目标。设施规划应该达到的目标2：符合生产、服务和工艺或服务过程要求最有效利用空间物料搬运费用最少为雇员提供方便、安全、舒适的环境保证生产灵活性适应管理方便二、设施规划的工作范围和工作组织就工业工程学科的范围来说，设施规划的主
7、要包括场址选择和部分设施设计。设施设计通常包括布置设计（也称布局设计）、物流（物料搬运）系统设计、建筑设计、共用工程设计、信息系统设计等 5 大部分。我的论文写的是其中的一个分支布置设计。世界各国设施规划设计的工作组织各有差异，工作组织与各国工程建设管理体制密切相关。设施规划设计经常是工程设计的一部分，而工程设计是工程咨询活动的一个组成部分，常与工程的项目管理或工程的总承包联系在一起。因此很少有只承担工程设计的机构。具有工程设计业务的机构的类型多种多样，如有属于大公司大企业的；也有隶属于政府的或独立设置的；也有私人独资的、股份制的；有综合性的、也有专业性的。这些组织机构按经营管理特点可分为：工
8、程咨询公司、工程公司和设计事物所三种基本类型。工程咨询公司公司能为工程全过程提供工程咨询服务的顾问性机构，既能为顾主在项目建设前从事调查研究、分析论证、提出各种可行方案供其选择，又能为以后的工程设计、项目管理、施工监管、直到竣工验收，甚至为交工后的职工培训、管理咨询等提供服务。工程公司工程公司是拥有资金和各种人力资源、施工设备和富有工程建设经验的公司。为业主从立项开始，包括可行性研究、工程设计、设备和材料采购、项目管理、试车指导人员培训等作总承包，也可对其中某项工作进行单项承包。设计事务所设计事务所是由注册建筑师和工程师组成，从事工程设计和工程监管的专业性机构，其中较多的是建筑师事务所。也有从
9、事土木、结构、暖通、空调、电器、给排水等专业的实际事务所，一般规模都比较小。第二节 流程概述一、 流程的概念 1234567 分页标题#e#就制造也而言，所谓流程简单的说就是成品在实现过程中原材料、半成品在各机台之间的流动。二、程序分析程序分析是从宏观的角度出发，对整个生产过程进行全面的观察记录和整体分析。流程分析以现行的工艺程序为基础，采用专用的图表和符号对其进行详细的观察、记录，应用 5W1H 技术和 ECRS 四大原则进行分析，最后通过改进，提出合理的工艺流程和车间平面布置与物料搬运路线。1.流程分析流程分析是通过绘制流程程序图来实现的。流程程序图由操作（）、检验（）、搬运（）、等待或暂
10、存（D）、贮存（）5种符号构成。此图比工艺程序图详尽复杂，因而常对 每一零件（或产品）单独作图，对其搬运、贮存、检验、暂存、操作都可进行独立研究。此种图表将 5 种符号按照发生的顺序用直线见符号连接起来，而表头部分则应有工作部别、工作名称、现行方法与建议方法及最后统计。绘制此图时须注意1：P56表上记述的内容必须是直接观察所的表上应提供尽可能全面的信息，所有的图表都应该具备有关信息，其表头应包括：产品、物料或设备的名称，附上图号或编号。所记录的流动程序，应明确说明起点与终点及该方法是现行的还是建议的。进行操作的地点（部门、工厂、工地等）。图表查阅号、总叶数、页号。记录者、审定人的姓名，记录日期
11、距离时间的总计，人工成本，材料成本，以便对新旧进行比较。2.线路图分析线路图是以作业现场为对象，对现场布置及物料和作业的实际流通路线进行分析，常与物流程序图配合使用，以达到改进现场布置和移动路线、缩短搬运距离的目的。路线图依比例尺绘制工厂的简图或车间平面布置，将机器工作台等相互位置绘制于图上并将流程程序图上所有的动作，以线条或符号表示。特别是材料与人员的流通路线，要按照流程程序记录的次序和方向用直线或虚线表示，各项动作发生的位置则用符号或数字表示。流通的方向一般以箭头表示。线路图主要用于搬运或移动。第三章工业设施布置的方法第一节 设施布置类型和工业设施布置的方法一、传统工业设施布置的类型1 工
12、厂总平面布置是对工厂的各物质组成部分在空间上进行最佳的分布与安排，至于各个组成部分内部如何布置，还需要深入研究车间布置、工作地布置、办公室布置以及库房的布置等等内容。总图设计传统理论忽视对车间设备布置的理论探索有历史缘由，在计划经济时期，优先发展重工业方针的指导下，工厂设计理论研究的重点是以冶金、采掘、能源为代表的大型重工企业。在当时的科技、管理条件下，车间外部主要依靠铁路运输，铁路的合理布置以便于生产调度组织便是十分复杂的问题，设计目标仅仅停留在能满足生产要求上，设计者对车间设备布置的重要性缺乏认识。目前，科技的进步促使厂内运输方式的多样化，生产流程不断简化，大规模流水生产广泛使用，第三产业
13、在产业结构中的比重不断提高，技术的发展也促成了厂房的联合及产品的小型化趋势。尤其是在激烈竞争中因顾客个性化需求造成产品的多样化发展趋势及新型生产方式如JIT 生产方式的通行促使企业生产管理及设施布置注重车间这个基本环节。相对于工厂总平面布置而言，车间布置更加重视生产环境与生产者的相互影响，注重人一机一环境的综合设计。2 车间的空间组织形式按工艺专业化组织按工艺专业化原则布置即按产品在流程中所需的各种工艺加工要求，分别设置相应的生产单位。工艺专业化的生产单位集中着同种类型的生产设备和同工种的工人，每一个生产单位组织完成同种工艺方法的加工或同种功能。如机械制造企业中的机械加工车间、热处理车间、装配
14、车间等;机械加工车间按设备又可分为机床组、铣床组、钻床组等。其优点为:(1)产品的制造路线有一定弹性，比较灵活，能较好适应产品品种变化的要求。(2)有利于提商设备利用率，个别设备出现故降对整个生产进程的影响最小.(3)工人固定操作某一种设备，有利于提高专业技能。工艺专业化生产单位生产上的分散不连贯存在以下缺点：(1)产品在加工过程中的运输路线较长，运输原材料、半成品的工作量较大。(2)产品在加工过程中停滞时间增多，延长生产周期，不利资金周转。(3)各生产单位之间协作、往来频繁，使生产作业计划管理、在制品管理、以及产品的成套性工作比较复杂。按工艺专业化原则建立的车间适用于产品品种多，数量少，产品
15、和工艺的标准化程度不高，设计不稳定，一般属于单件小批量生产类型的企业。按照对象专业化组织 就是以产品(或零件、部件)为对象设置生产单位。对象专业化的每一个生产单位基本上能独立完成该种产品的全部或大部分工艺过程。对象专业化生产单位有两种主要形式：(一) 以产品或部件为对象，将大部分加工、装配等工艺过程封闭在一个生产单位里，如汽车制造厂的发动机车间、底盘车间等。(二) 以同类零件为对象，将下料、加工、检验等工艺过程封闭在一个生产单位里，如机床厂的齿轮车间、轴承厂的滚子车间等。对象专业化生产单位的优点是:(1)缩短产品在加工过程中的运距，节省运输费用，减少仓库和生产面积的占用。（2）减少产品在加工过
16、程中的停放、等候时间，加快生产周期。(3)有利于按期、按量、成套地生产出完工产品。(4)便于采用先进的组织形式，如流水生产、成组加工单元等。(5)减少生产单位之间协作联系，简化生产作业计划工作和生产控制工作。（6）有利于强化质量责任和成本责任.其缺点是:往往因为生产单位的工艺或功能相对封闭而需增加一些利用率较低的设备，生产过程中某台设备的故障会影响整个生产单位的工作。 对象专业化车间，适用于产品品种少、数童大、产品的设计较稳定、工艺设计均已成熟、原材料、外购零件供应充足且能满足质量要求，以保证能用专用设备进行标准化连续加工的企业。对象专业化代表了现代生产过程组织的大趋势。从本质上讲，流水生产就
17、是把高度的对象专业化的组织形式和劳动对象的平行移动方式有机地结合起来，而形成一种先进的生产组织形式. 1234567 分页标题#e#在分析车间空间组织的基础上，可相应将车间布置划分为工艺布置式、对象布置式和固定布置式(见图 7-1)图 3-1一、工艺布置，又称生产过程式布置。其布置依据为专业化分工原则。其特点及适用范围在上节已述及。服务业中百货商店及医院通常是按工艺布置的。二、产品布置，又称对象布置。从理论上看，其流程是一条从原料投入到成品完工为止的连续线，其工艺过程是封闭的。在汽车、食品加工、家用电器、玩具等行业中有广泛的应用。典型例子是流水线和生产线。近年来，结合应用成组技术和数控加工技术
18、，一种称为制造单元(Manufacturing cell 或 Cellular Manufacturing，蜂窝制造)的产品布置形式发展很快，被称为未来工厂设备布置的一种方向。产品布置应用于金融、邮政、机场服务等，实现流水作业，可以大大提高服务质量和服务效率。三、定位布置。就是将产品或作业对象固定不动，设备和使用的原材料按加工顺序以及移动的困难程度环绕其作同心圆布置。适用于产品(或作业对象) 难以移动，加工件数少，工序时间长的情况.如飞机装配车间和造船厂。定位布 t 的优点是加工对象的移动较少，节省运物费用，工作程序易于设计和调整，管理也较为简单，缺点是不适应大批量生产，不便于采用科学的管理方
19、法。四、按成组生产原则布置按成组技术的相似性原则，将中小批量的产品及零件根据其工艺分成不同的工艺族，然后按照不同的工艺族来布置设备，这种布置方式称为成组单元或制造单元。制造单元的布置形式，由于产品成组提高了设备利用率，总体上缩短了物流路线，但也加大了生产管理的难度。五、U 形布置流水线的布置形式一般有直线型、直角型、U 型、山字型、环型和S 型(见图 3-1 中 a, b. c. d, e, f )。其布置目标是使设备、工具、运物装置和操作工人有机地结合起来，合理安排各个工作中心，使在制品的运输路线最短，便于工人操作和生产服务部门进行工作，以及充分利用生产面积。U 形布置是近些年来颇受工厂欢迎
20、的一种设备布置形式。U 型多工序生产线试用于多品种中小批量的生产，符合当代生产模式的需要。U 形布置时，工人容易掌握从毛坯到成品的全工艺过程，合理安排作业程序后可以减少工人各种多余的动作，便于工人多工序操作，便于对生产线进行全面管理。第二节 Muther 系统化设施布置方法（ SLP）一、SLP 概述20 世纪 60 年代美国 Richard Muther 提出的系统化布置设计是对工业设施布置传统布置经验设计方法的重要挑战，在世界范围内对设施布置都有教大影响。系统化设施布置方法（SLP）是对设计项目进行布置一套有条理的、循序渐进的、这是一种基本的程序模式，对各种布置都适用的方法。二、SLP 的
21、输入数据与四阶段SLP 的输入数据是 P、Q、R、S、T，即：P 产品和物料，包括其变化和特性Q 每种物品的数量R 加工流程或搬运路线，即工艺操作过程加工顺序或加工方法S 支持生产过程的服务部门或辅助部门T 与上述四项有关的时间因素，以及与设计本身进度有关的时间因素SLP 的四阶段：第一阶段是确定位置。位置可以是新址，也可以是原址，或者是一个厂房，或是一个仓库等。第二阶段是总体规划。要决定布置范围内的基本物流模式，要表明每个主要作业区、作业单位、车间或工厂的大小和相互关系。第三阶段是详细布置。包括每台设备或每项设施的位置。第四阶段是实施。四个阶段均按顺序进行，其中第一和第四阶段不属于真实的布置
22、设计工作，而第二、第三阶段是布置设计的主要内容三、总体区划和详细布置的工作内容总体区划通常首先是研究产品和产量，再研究为了完成生产所需的各种生产作业单位和非生产作业单位，再分析各作业单位间的物流和非物流关系，然后将物流和非物流相互关系用一张相互关系图表示。在总体区划已确定的方案下，详细规划每个作业单位的作业区、没台机器设备、每条通道、每个货架位子的详细布置，实际上对每个作业单位的详细布置时经常要对总体区划作出一些调整。所以，总体区划和详细布置并非相互独立，在前者工作时经常会遇到要考虑下一阶段的某些细节。这样前后的关联，常使这两个阶段要反复进行，才能得出较好的方案。从我国目前来看，系统化设计和应
23、用尚不普遍，经验加指标设计法在设施规划中还占有优势。除了主观原因外，还有系统化设计尚不习惯，相关设计软件还存在较多的不足和缺点，还需要对模型、算法以及 CAFD 软件作进一步研究改进和提高，更需要接个我国国情才能满足设施规划设计实际工作的要求。第三节 基于流程分析的车间内部布置19 世纪后期以来世界进入工业化时代，从欧洲、美洲到亚洲大规模地建立工业设施至今仍络绎不绝。工厂的总体布局与所属不同的工业部门密切相关，特别是离散型制造业如各种类型的机器制造和流程型制造如石油化工、冶金等行业，其总体布局大相径庭。但不论是离散型还是流程型，其工厂总体布局主要由生产流程决定，具有行业和生产工艺的特点，特别是
24、流程型制造工厂更是如此。在工业工程学科中的方法研究分析技术的实质是这样的：它通过对流程进行程序分析（包括流程分析、线路图分析），采用专用的图表和符号对其进行详细的观察、记录，应用 5W1H 技术和 ECRS 四大原则进行分析，最后通过改进，提出合理的工艺流程和车间平面布置与物料搬运路线。如图 2-1这说明了流程是设施布置设计的基础，程序分析是设施布置的灵魂所在。通过对流程进行程序分析而对流程进行再造，或对设备进行布置设计都可以使车间的物流效率得到大大的提高，从而提高整个车间的生产效率。但是我主要写的不是对流程进行改进或是说再造，我旨在通过流程程序分析，得到物流（物料流动）线路图。保持在原有流程
25、不便的情况下，对设备的布置进行改进。其具体步骤：借鉴 SLP 的第二和第三阶段工作内容，可分为以下几步：1 决定流动模式2 分析主要流程3 提取基本数据 1234567 分页标题#e#4 总体规划5 各区域详细规划6 评价实施第四章 基于流程分析的车间内部设施布置方法在久达公司中的应用久达公司是一家专业生产橱柜门板、室内门等的民营企业。公司主要有两道流程。一是方太公司的大批量的单子。二是 各种小批量的客户散单 。所以以下我也是针对这三个流程进行分析。第一节 久达公司设施布置与物流现状分析一、设施布置现状分析图 4-1 是原车间内部设施布置图。从图中看车间内部机器布置存在着许多问题，各个区域与通
26、道之间没有严格的界限。有的机器甚至摆在路中间，有的工作台挡在门口，这些都严重阻碍物流的畅通。另外各机器摆放也不是很合理。上一道工序和下一道工序之间没有按照流程来摆放，导致物流路线很长，而且整个物流路线错综复杂。见附录 图 4-1二、物流现状分析车间设备布置现状分析：从目前车间的设备布置情况来看，由于车间空间有限和机器多，再加上设备布置没有章法，导致整个车间机器和物品摆放杂乱，整个物流路线交错、回流、杂乱的现象。产品的生产周期就长了。原方太单流程线路图：见附录 图 4-2方太单物流现状存在的问题：1、打磨的板送到覆膜车间要绕个大弯且中间要经过摆放杂乱的货架。2、机器摆放不当、没有划分通道导致物流
27、不通畅。3、物流路线交错复杂、回流较多。4、从排拉手孔到包装的路程很远原散单流程线路图见附录 图 4-3散单物流现状存在的问题：1、门被机器堵塞2、机器摆放不当、没有划分通道导致物流不通畅。3、物流路线交错复杂、回流较多。4、修边到拼装、再返回包装要绕大弯第二节 总体布置现状分析决定流动模式设计制造设施的开始就要决定通过系统的原材料、零部件、在制品的总体流动模式。所谓总体流动模式就是指产品从原材料转换到半成品再到成品的从始至终的流动模式。在上一节中已经对设施布置现状和流程现状进行了分析。从总体布置图中可以看出，车间内部的场地面积有限，机台较多。结合车间产品的实现过程，我们决定采用 U 形布置和
28、成组布置相结合的流动模式。见附录 图 4-4 是工厂的 U 形布置图第三节 分析主要流程绘制流程程序图和流程线路图1 流程程序图我主要研究的是设备布置的改进对提高车间物流效率和降低物流成本的作用，所以在流程程序图中我并没有对流程进行 EDRS，而是保持原来流程不变。我也没有将流程细化到各工位的具体操作。图4-6、图 4-7 是简化了的流程程序图。注：1.其中距离的计算方法是过道距离，这是物料搬运设备沿着过4-5 中 ，设施 I、J、K 之间要考虑过道距离。设施 a、b、c、D 四段距离的总和。2时间=距离 /两设施间搬运工具的移动速度。整个车间主要的物料运输工具有手动托盘搬运车（平均速度 0.3m/s）、平衡重式叉车(平均速度 0.4m/s)、小轮手推车(平均速度 0.4m/s)。工作物名称：方太单研究者：戴建军工作场地：木工车间、膜压车间审阅者：研究量：300 片方法：改进前方法：改进后说明：距离（m）时间（min）符号距离（m ）时间（min ）D仓库取板到开料区开料 390511.6357.5932.4开料将开好的板送到磨边区 14.5440.6123.1020.96磨边将磨完的板送到排孔区 42.1471.763.0570.13排孔将排完的板送到拉槽区 21.8820.91
