1、第7讲 设施规划与设计,主讲: 李贤功,什么是设施规划与设计,设施规划与设计（Facility Planning and Design）是物流工程的一个重要组成部分，其任务是对系统的各类设施、人员、投资进行系统的规划与设计，用以优化人流、物流和信息流，从而有效、经济、安全地实现系统的预期目标。,设施规划与设计内容,设施规划与设计,设施选址,设施设计,布置设计,建筑设计,公用工程设计,信息通信设计,设施规划的目标,改善物料搬运、控制、內部管理 有效运用人力、设备、空间、能源 最少的设备投资 易于实施维护作业 提供员工安全的工作环境与工作满足,设施规划的成功实例,日本企业设施规划: 1 将原来设计
2、，制造能力分散的3座工厂改建为一个集约化的工厂； 2 某生产自动调节阀门厂，通过改善工厂内物流，提高生产率5成； 国内企业设施规划: 某汽车发动机厂，进行物流系统规划，使搬运量减少46.7%，节约了用地； 某变压器厂，通过设施重新规划，搬运费节约50以上。,设施选址的分类,单一设施的场址选择复合设施的场址选择,场址选择的任务,在已确定的地理区域内，经过调查研究、现场勘察，选出几个条件较好的场址，然后进行分析、比较、筛选，最后得出一个最满意的场址，推荐给上级决策部门作最后批准和决定。,设施选址的意义,设施选址恰当与否，对生产力布局、城镇建设、企业投资、建设速度及建成后的生产经营状况都有重大意义。
3、如果先天不足，会造成很大损失。因为场址一旦确定，设施建设完工，一般无法轻易改动。,生产力布局原则,最低成本原则 专业化分工合作原则 分散与集中相结合原则 重点开发原则 吸引外资合理投向原则,设施选址考虑的主要成本因素,运输成本 原料供应 动力、能源的供应量和成本 水供应 劳动力素质 建筑成本,设施选址考虑的主要非成本因素,社区情况 气候和地理环境 环境保护 当地政府的政策,设施选址流程图,确定任务,列出考虑因素,列出各项要求,根据选址与研究指标，预选地址,满意否?,No,Yes,确定评价方法,评价各选址方案,满意否?,No,有优解?,Yes,确定位置,编写设施选址报告,领导决策,找到新评价方案
4、,Yes,No,设施选址的四个阶段,准备阶段 地区选择阶段 地点选择阶段 编制报告阶段,准备阶段的内容,生产纲领和设施规模 需进行的各方面作业 设施的组成 计划供应的市场和流通渠道 需要资源的要求与供应渠道 产生的废物及其估算数量 运输量和运输方式的要求 所需职工的人数和等级要求 外部协作条件和信息的获取,地址选择阶段的内容,走访行业主管部门 选择若干地区 进行方案比较 各方面参加人员比较,地点选择阶段的内容,向当地城建部门征询意见 从气象、地质等部门取得各项历史资料 进行地质水文的初步考察 收集有关运输及排水设施的资料 收集各种费用的经济资料 对各种资料进行比较，选定合适的场址方案,编制报告
5、阶段的内容,对各项调查研究资料进行整理 绘制所选地点的设施位置图和初步总平面布置 编写设施选址报告，供决策部门审批,设施选址报告的主要内容,场址选择的依据 建设地区的概况和自然条件 设施规模与经济技术指标 各场址方案的比较 对各场址方案的综合分析和结论 当地有关部门的意见 附件，包括各项协议文件的抄件,常用的设施选址方法,优缺点比较法 重心法 线性规划法 德尔菲分析模型,优缺点比较法简介,这是一种最简单的设施选址方法，尤其适应于非经济因素的比较。如：区域位置;面积及地形；地势与坡度；风向和日照；地质条件；土石方工程量；场址现在所有者情况；交通情况；与城市的距离；供电与给排水；地震；防洪措施；经
6、营条件；协作条件；建设速度。,重心法的公式,min其中，n -市场地区数 （x,y） -场址的位置坐标 （ ) -市场地区i的位置坐标Wi -市场地区的市场要求量,线性规划法的数学模型,min s.t. m-待选场址数； n-销售区域数； ai-场址 i 的生产能力； bi -销售区域 j 的需求量； Cij-在场址 i 生产一单位产品并运送到销售区域 j 的总费用； xij-各销售区域对各供应工厂的需求量。,德尔菲分析模型的步骤,成立三个小组：协调小组，预测小组和战略小组。 识别存在的威胁和机遇 确定企业的战略方向和战略目标 提出备选方案 优化备选方案,其它的设施选址方法,费用效果分析法 关
7、联矩阵法 层次分析法（AHP法） 基于遗传算法的选址模型 仿真技术,设施布置的定义与研究对象,设施布置（Facility Layout）决策是确定生产系统内各物质部分的最优安排。主要研究制造企业各种不同情况下的布置问题，并提出某些有助于布置设计的技术方法和指导方针。,设施布置决策的依据,系统应达到的目标 系统对产品和服务的需求 加工过程的要求 建筑物或场所的有效空间 系统各部门之间物流和人流的大小,设施布置的目标,符合工艺过程的要求 最有效地利用空间 物料搬运费用最少 保持生产和安排的柔性 适应组织结构的合理化和管理的方便 为职工提供舒适安全的作业环境,设施布置按工作流程形式分类,工艺原则布置
8、 产品原则布置 定位布置 成组技术布置,设施布置按生产系统功能分类,存储布置 销售布置 工程项目布置,设施布置的步骤,搜集设施布置所需要的资料 物流分析 作业部门关系表 做设施总布置图,布置分析的基本要素,P(Product) 产 品Q(Quantity) 数 量R(Route) 生产路线S(Supporting Service) 辅助服务部门T(Time) 时间安排,系统布置设计程序图,输入数据(P、Q、R、S、T),物 流,作业单位相互关系分析,物流与作业单位相互关系图,面积相互关系,调整、修正与拟定方案,评 价,系统布置设计阶段图,施工安装：编制计划，进行施工安装,确定位置：确定所要布置
9、的相应位置,总体区划：在布置区域内确定一个总体布局,详细布置：确定各个作业单位或各个设施的具体位置,时间,阶段,解决布置问题的钥匙,什,么,S,为,辅助服务部门,用什么来支持生产,T,时间时间安排,产品何时生产？,P,产品材料,生产什么？,Q,数量产量,每项产品要制造多少？,R,生产路线工艺过程,怎样进行生产？,被加工的零件，根据预先设定的工艺流程，从一个生产单位转移到另一个生产单位，每项操作由该生产单位中的某台机器来完成。,1、工艺原则布置,工艺原则布置的优点,机器利用率高 可采用调用设备 设备和成员的柔性程度高 设备投资相对较少 操作人员作业多样化,工艺原则布置的缺点,流程较长，搬运路线不
10、稳定，费用高 生产计划与控制较复杂 生产周期长 库存量相对较大 操作人员需要较高的技术等级,工艺原则布置的过程,确定部门之间预期的搬运量 计算布置方案的搬运费用 改变部门布置的位置，以降低搬运费用,特征：以产品为中心布置设施、实施生产的方式。,粗纺,浆纱,整经,络筒,清花,梳棉,原棉,并条,织布,整理,布匹,细纺,（例：纺织企业加工流程）,工序 2,工序 C,工序 B,工序 A,工序 3,工序 1,材料1,产品1,材料2,产品2,（工艺专业化设施布置与加工流程示意图）,2、产品原则布置,产品原则布置的过程（一）,（ 1 ）画作业流程图,2,4,5,10,11,8,9,7,6,3,1,A,B,C
11、,G,F,J,K,H,I,E,D,产品原则布置的过程（二）,（2）周期时间（C）=（3）工作地数量（N）=（4） 选择作业分配规则，分配作业（5）效率=,产品原则布置的优点,布置符合工艺流程，物流顺畅 上下工序衔接，存放量少 生产周期短 物料搬运工作量少 对工人技能要求不高 生产计划简单，易于控制 可使用专用设备,产品原则布置的缺点,设备发生故障时将引起整个生产线中断 产品设计变化将引起布置的重大调整 生产线速度取决于最慢的机器 相对投资较大 生产线上重复作业，单调乏味 维修和保养费用高,定位置布局是指产品由于体积或重量庞大停留在一个地方，从而需要生产设备移到要加工的产品处，而不是将产品移到设
12、备处的布局方式。造船厂、建筑工地和电影外景制片场往往采用这种布局方式。通常只限于体积和重量比较大、不易移动的产品，且通常是单件或者是极小批量生产。,4、定位布置,定位布置的特点,定位布置的特点是具有相对较少的产品数量。在定位布置中，按照作业的级别安排顺序相当普遍。根据先后工序决定生产阶段，应按照物料的技术优先性安排物料。,定位布置的优点,物料移动少 采用班组方式可提高作业连续性 提高质量 高度柔性，可适应产品和产量的变化,定位布置的缺点,人员和设备的移动增加 设备需要重复配备 工人需要较高技能 会增加面积和工序间储存 生产计划需要加强控制和协调,成组技术布置,成组技术规划是将不同的机器分成许多
13、单元来生产具有相同形状和工艺要求的产品。其总目标是从工艺专业化类型的生产中获得产品规划的优点。 成组技术布置的步骤 将零件分类 识别零件组的物流类型 将机器和工艺分组，组成工 作单元,成组技术布置的优点,设备利用率较高 流程通顺，运输距离较短，搬运量少 有利于发挥班组合作精神 有利于扩大工人的作业技能 缩短生产准备时间 兼有产品原则布置和工艺原则布置的优点,成组技术布置的缺点,需要较高的生产控制水平以平衡生产流程 如果单元之间流程不平衡，需要中间储存 班组成员需要掌握所有作业技能 减少使用专用设备的机会 兼有产品原则布置和工艺原则布置的缺点,53,U形布置这是近年来颇受工厂欢迎的一种设备布置形
14、式。U 形多工序生产线适合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(多机床) 操作，便于对生产线的全面管理。图1-10为U形布置 示意图。,54,图1-10 U形布置示意图,55,56,1,2,3,4,5,6,10,9,8,7,为什么设计成“U”型单元布局,具有柔性生产能力 有利于单件流 便于员工沟通 节约场地,57,如何选取设施布置型式来适应市场变化,不同的生产类型,58,如何选取设施布置型式来适应市场变化,生产模式的演变,59,(三) 连续型车间设备布置,1. “河流
15、水系”状的总装配线布置就整个工厂布局而言，总装配线与其他零部 件、生产单位在布局上呈“河流水系”状分布，由 于企业实行同步化均衡生产，使物流通畅，如同 一条河流，最终流入总装配。其优点是物流路线 短、物流顺畅，物流和生产流相一致，所以减少 了物流成本和周转时间，易达到准时生产和低廉 物流的目的。,60,2.单条生产线，实现混流企业按市场定单组织多品种小批量的均衡 生产，采用“混流”生产，将多条生产线合为一 条，在这一条生产线上生产多种不同规格型号 的产品，并实现准时化。其优点是减少生产线 个数和工作站个数，设备量和所需厂房、库房 大大减少。,61,(四) 流动模式,无论采用何种布置方式都应考虑
16、物流、信息、人员流动的 模式。 1.影响流动模式因素：出入口、厂址或建筑物的尺寸、生产 流程特点和生产线的长度、通道的设置、运输的方式及其机 械化程度、储存的要求、发展的需要等。 2.流动模式的种类：由于外部运输条件或者原有布置的限 制，需要按照给定的出入口位置来规划流动模式。基本的流 动模式有5种。直线形、L形、U形、环形、S形等5种。,基本流动模式：（1）直线型生产过程短且简单（2）L 型绕开一定的建筑物或设施（3） U 型出入口在同一相对位置（4）环 型出入口在同一点（5） S 型较大面积内安排较长的生产线,直线型,L型,U型,环型,S型,S型,63,3.物流合理化的原则：即物流路径避免
17、交叉、迂回，消除流动阻碍,如图2-11所示。,64,改善前某洗衣机厂洗衣机主轴生产车间的流程线路图，整个生产与运输路线为101m，需搬运10次。,例,65,改进后的主轴生产流程路线图，消除了运输路线交叉的情况，缩短了距离。改进后路线为39m，总体可节约生产面积近40m2。,改善,4m,66,二、生产和管理模式对设施布置的影响,(一) 历史的回顾从大量生产开始在大量生产模式理念的统治下，形成了“大而全”的组织架 构。 (二) 精益生产(Lean Production)和准时制(JIT)7080年代日本在汽车制造业中创造的丰田生产方式，从 经营、组织、管理、产品、供销等都形成了与传统大量生产方 式
18、不同的一整套思想和做法。美国麻省理工学院(MIT)对之进行 了研究和分析后称之为“精益生产”(Lean Production)。精益生 产方式对工厂布置提出了更高的要求。日本丰田生产方式的主要创新之一就是准时制(Just ln Time 简写JIT)，JIT也是精益生产的主要部分。JIT可用于广泛范围 内的任何制造，对人的高度尊重是消除浪费的基础。JIT重视和 追求一切生产活动的可视化、简化、柔性化、组织化和标准 化。,67,(三) 单元制造(Cellular Manufacturing简写CM),单元制造也称基于单元的系统(Cell-based System)，其主要的支持者来自从事成组技术
19、 (GT)的人群，GT就成为产品和生产设施的组织 原理。CM是精益生产的工具，可以帮助企业以 尽可能少的浪费实行小批量多品种生产。在CM 中设备按工序排列，支持物料和零部件以最少 的移动和延迟顺畅地流动通过工艺过程。,68,(四) 快速响应制造(QRM),快速响应制造技术是指对市场的现有需求 和潜在需求作出快速响应的制造技术集成。它 将信息技术、虚拟现实技术、快速设计技术、 快速原型成形技术、管理科学等技术集成，充 分利用信息高速公路及制造业的资源，采用新 的设计理论和方法、制造工艺、新的管理思 想、新的企业组织结构，将市场、产品开发与 生产制造有机结合，以快速、经济地响应市场 个性化需求。,
20、69,(五) 制造业中当代生产和管理的新模式,当代对制造业的管理思想要求制造企业从枣核型 变成哑铃型，枣核型指两头小中间大，意味为研究开 发和销售这两个部门都小、力量薄弱，强大的是生产 制造部门，这正是传统大量生产模式的特点。哑铃型 指企业的主要力量放在研发和产品销售上，即两头 大、中间小。指的是缩小传统生产部门，企业只抓产 品的装配和关键零部件的制造，而将大量的制造工作 交给供应链系统中的其他中小企业。,70,快速原型成型技术是一种涉及多学科的新型综合制造技术。该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠CAD软件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。,71,第四节 实例分析某汽车厂设施布置分析,该汽车厂产品单一。从整个工厂布置来看，它是 采用产品原则进行总体布置规划的。整条生产线始终 以汽车装配过程为核心，按照产品原则来布置，具有 很明显的优点 。,72,装配车间是最主要的车间，整个车间由一 条传送带连接，传送带两侧配备装配设备。这 种布置即流水线布置方式，比较适合于少品种 大批量产品的生产。总装配线的组成如图1-13 所示。,73,冲压车间采用工艺原则来布置，如图1-14所示。,
