1、1设施规划与物流分析设计一. 课程说明1.1 课程设计的目的设施规划与物流分析课程设计是设施规划与物流分析课程的重要实践性教学环节，是综合运用所学专业知识，完成工厂布置设计工作而进行的一次基本训练。其目的是： 1. 能正确运用工业工程基本原理及有关专业知识，学会由产品入手对工厂生产系统 ，进行调研分析的方法。2. 通过对某工厂布置设计的实际操作，熟悉系统布置设计方法中的各种图例符号和表格，掌握系统布置设计方法的规范设计程序。3. 通过课程设计，培养学生学会如何编写有关技术文件。4. 通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养学生运用所学专业知识分析和解决实际技术问题的能力。1.2 设计题目液压
2、转向器厂总平面布置设计。1.3 设计内容与要求液压转向器厂总平面布置设计内容与要求如下：1. 液压转向器厂物流分析。2. 液压转向器厂作业单位相互关系分析。3. 作业单位位置相关图，相当于 A4 图样的坐标纸一张。4. 作业单位面积相关图，相当于 A4 图样的坐标纸一张。5. 液压转向器厂总平面布置图三套，A4 图样三张。6. 机加工布置图，相当于 A4 图样的坐标纸一张。7. 评价择优，选出最佳总平面布置图。1.4 原始给定条件当地现有一叉车修理厂，占地面积为 16000mm。厂区南北长 200m。东西宽为 80m，所处地理位置如图，该厂职工人数 300 人，计划改建成年产 6000 套液压
3、转向器的生产厂，需要完成工厂总平面布置设计。2公路公 路北图 1-1 待建液压转向器厂厂区图1. 液压转向器结构及有关参数液压转向器的基本结构有 22 个零、组件构成，每个零、组件的名称、材料、单件重量及年需求量如表 1-2工厂名称：液压转向器厂 共 1页产品名称 液压转向器 产品代号 计划年产量 6000(套) 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尺寸单件重量（kg）说明1 连接块组件 20 6000 0.092 前盖 HT250 6000 0.903 X 型密封圈 橡胶 6200 0.044 挡环 20 6000 0.035 滑环 20 6000 0.0
4、36 弹簧片 65Mn 42000 0.017 拔销 65Mn 6200 0.028 联动轴 45 6000 0.279 网体 HT250 6000 7.0010 阀芯 45 6000 0.611 阀套 20 6000 0.5612 隔盘 20 6000 0.32313 限位柱 45 6000 0.0114 定子 40Cr 6000 1.2015 转子 45 6000 0.6016 后盖 20 6000 0.8017 螺栓 45 36000 0.0218 O 型密封圈 橡胶 21000 0.0119 限位螺栓 45 6000 0.0220 油堵 塑料 28000 0.0121 标牌 铝 600
5、0 0.0122 护盖 塑料 6600 0.01编制（日期） 审核（日期）1-2 零件明细表2. 作业单位划分根据液压转向器结构及工艺特点，液压转向器厂设立如 1-3 所示 11 个 作业单位，分别承担原材料存储、备料、热处理、加工与装配、产品性能检验、生产管理与服务等各项生产任务。 作业单位建筑物汇总表序号 作业单位名称 用途 建筑面积 m2 结构型式 备注1 原材料库 储存钢材、铸锭 2030 露天2 铸造车间 铸造 12243 热处理车间 热处理 12124 机加工车间 车、铣、钻削 18365 精密车间 精镗、磨削 12366 标准件、半成品库 储存外构件、半成品 12247 组装车间
6、 组装转向器 12368 性能试验室 转向器性能检验 12129 成品库 成品储存 121210 办公、服务楼 办公室、食堂等 806011 设备维修车间 机床维修 1224表 1-3 作业单位建筑物汇总表43. 液压转向器生产工艺过程由于液压转向器结构比较简单，因此其生产工艺过程也很简单，总的工艺过程可分为零、组件制作与外购，半成品暂存，组装，性能试验与成品存储等阶段。（1）零、组件制作与外购 液压转向器上的标准件、异形件如塑料护盖、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存。其他零件由本厂自制，其工艺过程如 1-4 至 1-16 表。表中各工序加工前工件重量为：该工序加工
7、后工件重量/该工序材料利用率（2）标准件、外购件与半成品暂存 生产出的零、组件经车间检验合格后，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、组件在组装车间集中组装成液压转向器成品。（4）性能检验 所有组装出的液压转向器均需进行性能试验，试验不合格的返回组装车间进行修复。一次组装合格率估计值为 80%，二次组装合格率为 100%。（5）成品存储 所有合格液压转向器存放在成品库带出厂。下面表格是液压转向器零件加工工艺过程表产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)连接块组件 1 20 钢 0.09 6000 540序 号 作业单位名
8、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 1-4 连接块组件产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)前盖 2 HT250 0.90 6000 5400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 精铣、镗、钻 804 精密车间 精镗 955 半成品库 暂存5表 1-5 前盖产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)挡环 4 20 钢 0.03 6000 180序 号 作业单位名称 工序内容 工序材料利
9、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 1-6 挡环产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)滑环 5 20 钢 0.03 6000 180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 1-7 滑环产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)联动器 8 45 钢 0.27 6000 1620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、铣 403 精密车间 精磨 994 半成品库 暂存表
10、 1-8 联动器6产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)阀体 9 HT250 7.00 6000 42000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 精铣、镗 704 精密车间 精镗 905 半成品库 暂存表 1-9 阀体产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)阀芯 10 45 钢 0.6 6000 3600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 精车、钻、铣 703 热处理 热处理4 精密车间 精磨 995 半
11、成品库 暂存表 1-10 阀芯产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)阀套 11 20 钢 0.56 6000 3360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 8073 半成品库 暂存表 1-11 阀套产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)隔盘 12 20 钢 0.32 6000 1920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 1-12 隔盘产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年
12、产总重(kg)限位柱 13 45 钢 0.01 6000 60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 热处理车间 热处理4 精密车间 端磨 995 半成品库 暂存表 1-13 限位柱产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)定子 14 40Cr 1.20 6000 7200序 号 作业单位名称 工序内容 工序材料利用率(%)81 原材料库 备料2 热处理车间 退火3 机加工车间 车、钻、插、铣 504 热处理车间 调质5 精密车间 研磨 996 半成品库 暂存表 1-14 定子产品名称 件号 材料 单重
13、(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)转子 15 45 钢 0.60 6000 3600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 热处理车间 正火3 机加工车间 车、铣、钻 704 热处理车间 淬火5 精密车间 研磨 906 半成品库 暂存表 1-15 轴子产品名称 件号 材料 单重(kg) 计划年产量( 套) 年产总重(kg)后盖 16 20 钢 0.80 6000 4800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 暂存表 1-16 后盖9二.基本要素分析 2.1 产品 P-产量 Q
14、 分析企业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。机械制造业设备布置的基本形式按产品在制造过程中的位置是否变化分为产品移动式和产品固定式两大类。产品移动式布置又可分为产品原则布置、工艺原则布置及成组布置形式。每一种设备布置形式各有特点，分别适合不同的生产类型。（1） 产品原则布置产品原则布置也称为流水线布置或对象原则布置。当产品品种很少而生产数量又很大时，应按产品的加工工艺过程顺序配置设备，形成流水线，这是大量生产中典型的设备布置形式。由于产品原则布置是按产品的加工、装配工艺过程顺序配置各道工序所需设备、人员及物料，因此能最大限度的满足固定
15、品种产品的生产过程对空间和时间的客观要求，生产效率非常高，单件产品生产成本低，但生产适应性即柔性差，适合于少品种大量生产。（2） 工艺原则布置工艺原则布置也称为机群式布置。这种布置形式的特点就是把同种类型的设备和人员集中布置在一个地方，如车床工段、铣床工段、刨床工段及磨床工段，就是分别把车床、铣床、刨床和磨床集中布置在一个地方。这中布置方式便于调整设备和人员，容易适应产品的变化，生产系统的柔性大大增加。但是，当工件需要多种设备进行加工时，就不得不往返于各工序之间，增加了产品搬运次数与搬运距离，常常带来物料交叉搬运和逆向流动的问题，这种布置形式通常适用于单件生产。（3） 成组原则布置成组原则布置
16、又称为混合原则布置。在生产品种较多、每种产品的产量又是中等程度的情况下，将工件按其外形与加工工艺的相似性进行编码分组，同组零件用相近的工艺过程进行加工。同时，将设备成组布置，即把使用频率高的机器群按工艺过程顺序组合布置成成组制造单元，整个生产系统由数个成组制造单元构成。这种布置方式既有流水线的生产效率，又有机群式布置的柔性，可以提高设备开动率、减少物流量及加工时间。成组原则布置适用于多品种、中小批量的生产类型。现代成组原则布置包括柔性制造单元和柔性制造系统两种形式。（4） 固定工位式布置产品固定工位式布置适用于大型设备如飞机、轮船的制造过程。产品固定在一个固定位置上，所需设备、人员、物料均围绕
17、产品布置，这种布置方式在一般场合很少使用。综上所述，产品品种的多少，产量的高低直接决定了设备布置的形式，图 2-1 直观的反映了产品-产量与设备布置形式的关系。因此，只有对产品-产量进行深入的分析，才能恰当的设备布置方式。10产 量产 量产 品 ：产 品 ： ABC MNO QRS XYZ种 类 ： 少种 类 ： 少 多多 多多 少少数 量 ： 大数 量 ： 大 中中 少少 极 少极 少产 品 布 置 （ 流 水 线 型 ）产 品 布 置 （ 流 水 线 型 ）成 组 布 置成 组 布 置工 艺 布 置工 艺 布 置 固 定 布 置固 定 布 置图 2-1根据对液压转向器厂的基本要素的分析，该
18、厂生产的零件品种比较多，而且产量也不少，介于这两种情况，得出该厂应采用产品工艺原则布置方式。三.物流分析3.1 概述据资料统计分析，产品制造费用的 20%-50%是用作物料搬运，而物料搬运工作量直接与工厂布置情况有关，有效的布置大约能减少搬运费用的 30%左右。工厂布置的优劣不仅直接影响着整个生产系统的运转，而且通过对物料搬运成本的影响，成为决定产品生产成本高低的关键因素之一。也就是说，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流状态作出深入的分析。3.2 物流分析内容与方法物流分析包括确定物料在生产
19、过程中每个必要的工序之间移动的最有效顺序及其移动的强度的数量，一个有效的工艺流程是指物料在工艺过程中按顺序一直不断的向前一定直到完成，中间没有过多的迂回或倒流。当物流移动是工艺过程的主要部分时，物流分析就是工厂布置设计的核心问题。针对不同的生产类型，应采用不同的物流分析方法。（1）工艺过程图 在大批量生产中，产品品种很少，用标准符号绘制的工艺过程图直观的反映出工厂生产的详细情况，此时，进行物流分析只需在工艺过程图上注明各道工11序之间的物流量，就可以清楚的表现出工厂生产过程中物料搬运情况。另外，对于某些规模比较小的工厂，不论产量如何，只要产品比较单一，都可以用工艺过程图进行物流分析。（2）多种
20、产品工艺过程表 在多品种且批量较大的情况下，如产品品种为十种左右，将各产品的生产工艺流程汇总在一张表上，就形成了多种产品工艺过程表，在这张表上各产品工艺路线并列绘出，可以反映出各个产品的物流途径。（3）成组方法 当产品品种达到数十种时，若生产类型为中小批量生产，进行物流分析时就有必要采用成组方法，按产品结构与工艺过程的相似性进行归类分组，然后对每一类产品采用工艺过程图进行物流分析;或者采用多种产品工艺过程表表示各组产品的生产工艺过程，再做进一步的物流分析。（4）从至表 当产品品种很多、产量很小，且零件、物料数量又很大的时候，可以用一张方阵图表示各作业单位之间的物流移动方向和物流量。表中，方阵的
21、行表示物流移动的源，称为从；列表示物料移动的目的地，称为至；行列交叉点标明由源到目的地的物流量，这就是从至表，从中可看出各作业单位之间的物流状况。如上所述，不同的分析方法应用于不同的生产类型，其目的是为了工作方便，在物流分析时，应根据具体情况选择恰当的分析情况。3.3 物流强度根据前面的定义，物流分析包括确定物料移动的顺序和移动量两个方面。如果通过工艺流程分析能够正确的确定各工序或作业单位之间的相互关系（前后顺序） 。那么各条路线上的物料移动量就是反映工序或作业单位之间相互密切程度的基本衡量标准。我们把一定时间周期内的物流移动量成为物流强度。对于相似的物料，可以用重量、体积、托盘或货箱作为计量
22、单位。当比较不同性质的物料搬运状况时，各种物料的物流强度大小应酌情考虑物料搬运的困难程度。3.4 工艺过程图任何物料在加工过程中进行移动时，有五种基本形式。（1）操作 处于成形、处理、装配、拆卸等操作过程中。（2）运输 处于移动或运输中。（3）检验 处于计数、试验、校验或检验中。（4）停滞 等待其他操作完成。（5）存储 处于存储中。12图 3-1 物料形态表示符号下面分析给定的工艺过程表，由于各个部件的年需求量是固定的，也就是说液压转向器的生产呈理想状态（零库存生产） ，所以全年的物流量就没有必要给出。工艺过程表计算出各个工序加工前后单件重量及废料重量如下表 32 所示：各个零件原料重量与成品
23、重量对比表产品名称 件号 材料 原料重量(kg) 材料利用率(%) 成品重量(kg) 废料(kg)连接块组件 1 20 0.164 55 0.09 0.074前盖 2 HT250 1.973 45.6 0.9 1.073 挡环 4 20 0.075 40 0.03 0.045滑环 5 20 0.075 40 0.03 0.045联动器 8 45 0.683 39.6 0.27 0.413 阀体 9 HT250 18.518 37.8 7 11.518 阀芯 10 45 0.866 69.3 0.6 0.266阀套 11 20 0.7 80 0.56 0.14隔盘 12 20 0.4 80 0.
24、32 0.08 限位柱 13 45 0.0144 69.3 0.01 0.0044 定子 14 40Cr 2.424 49.5 1.2 1.224转子 15 45 0.866 69.3 0.6 0.266后盖 16 20 1.00 80 0.8 0.2表 3-213下面根据液压转向器厂各零、组件的工艺过程表绘制各零、组件的工艺过程图。1415图 3-3 各零、组件工艺流程图为了表示所有产品的生产过程，就需要为每一种产品绘制一份工艺过程图，但是当产品较多时，各自独立的工艺过程难以用来研究各种产品生产过程之间的相关部分，这时就需要把工艺过程图汇总成多种工艺过程图。16图 3-4 总的工艺流程图17
25、3.5 从至表根据各零、组件的工艺流程图绘制相关的从至表如下。表 3-5 从至表183.6 物流强度分析物流分析包括确定物料移动的顺序和移动动量两个方面。SLP 中物流强度化成 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，如下表所示 物流强度等级 符号 物流路线比例(%) 承担物流量比例(%)超高物流强度 A 10 40特高物流强度 E 20 30较大物流强度 I 30 20一般物流强度 O 40 10可忽略搬运 U 表 3-6 从至表绘制完成之后，在进行物流强度的相关分析。表 3-7 物流强度分析表19表 3-8 原始物流相关表 20表 3-9 作业单位物流相关表2
26、1四. 作业单位相互关系分析下面进行非物流方面的分析。作业单位相互关系密切程度的典型影响因素一般可以考虑一下方面：（1） 物流（2） 工艺流程（3） 作业性质相似（4） 使用相同的设备（5） 使用同一场所（6） 使用相同的文件档案（7） 使用相同的公用设施（8） 使用同一组人员（9） 工作联系频繁程度（10） 监督和管理方便（11） 噪声、振动、烟尘、易燃易爆危险品的影响（12） 服务的频率和紧急程度根据液压转向器厂的具体情况我们选择如下表所示的作业单位相互关系影响因素。并在此基础上作出非物流的各作业单位相互关系图。表 4-1 表 4-2从而制定非物流相互关系表.22表 4-3 作业单位非物流
27、相互关系表五 作业单位间物流与非物流相互关系合并根据液压转向器厂物流和非物流关系的重要程度，将加权值定为 1：1，取A=4，E=3，I=2，O=1，U=0，X=-1，通过综合相互关系密切程度数值计算公式，计算出各作业单位对的综合作业关系分值和等级。如下表。232526表 5-1 作业单位综合相互关系计算表表 5-2 作业单位综合相互关系表27六.绘制作业单位位置相关图6.1综合接近程度计算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。作业单位代号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 111 A/4 E/3 I/2 U/0 I/
28、2 U/0 U/0 U/0 U/0 I/22 A/4 U/0 I/2 I/2 U/0 U/0 U/0 U/0 X/-1 O/13 E/3 U/0 E/3 O/1 U/0 U/0 U/0 U/0 X/-1 U/04 I/2 I/2 E/3 E/3 O/1 I/2 O/1 U/0 I/2 U/05 U/0 I/2 O/1 E/3 I/2 U/0 U/0 U/0 U/0 U/06 I/2 U/0 U/0 O/1 I/2 E/3 U/0 U/0 U/0 I/27 U/0 U/0 U/0 I/2 U/0 E/3 A/4 U/0 I/2 I/28 U/0 U/0 U/0 O/1 U/0 U/0 A/4 A
29、/4 O/1 U/09 U/0 U/0 U/0 U/0 U/0 U/0 U/0 A/4 O/1 I/210 U/0 X/-1 X/-1 I/2 U/0 U/0 I/2 O/1 O/1 I/211 I/2 O/1 U/0 U/0 U/0 I/2 I/2 U/0 I/2 I/2综合接近程度13 8 6 16 8 10 13 10 7 6 11排序 2 7 10 1 8 6 3 5 9 11 4表 6-1 液压转向器厂综合接近程度排序表注：上表中 A=4，E=3，I=2，O=1，U=0，X=-1，然后对表中的作业单位综合接近程度进行计算并排序。6.2 绘制作业单位位置相关图关系等级表示方式如表所示2
30、8规定关系程度为 A 级的作业单位对之间距离为一个单位距离长度，E 级为两个单位距离长度，依次类推。通过综合接近排序表，制定作业单位位置相关图如下：七绘制作业单位面积相关图根据作业单位位置相关图，选择适当厂区大小比例，从而得到作业单位面积相关图如下：29八 绘制工厂总平面布置可行方案图考虑修正因素与实际条件限制因素，修改调整面积相关图。包括如下因素:1. 厂区占地面积大小2. 根据产品特点，确定物料搬运方法3. 确定厂内外运输方式，一般采用汽车4. 根据厂区地理条件选择道路形式及其技术参数，包括主次干道路宽度，弯道半径，交叉路口转弯半径等5. 根据厂外公路情况，设定数个厂门位置，形成多种布置方
31、案6. 设置厂前区位置，合理改变办公和服务楼外形7. 考虑风向特别是盛行风向对作业单位相对位置的影响，避免烟尘，异味等空气污染影响人身健康8. 考虑建筑物朝向，间距，防火，防噪声等因素考虑上述各种因素，整理出三套可行布置方案，按制图标准绘制成工厂总平面布置方案图。三套方案可见 CAD 打印版。九 评价择优首先对场址选择涉及的非经济因素赋以不同的权重，权重大小为 1-10；再对各因素就每个备选场址进行评级，共分为五级，用五个元音字母 A、E 、I、O、U 表示；各个级别分别对应不同的分数，A=4 分、E=3 分、I=2 分、O=1 分、U=0 分；最后将某因素的权重乘30以其对应级别的分数，得到
32、该因素所得分数，将各因素所得分数相加，分数最高者为最佳场址方案。各方案等级及分数编码 考虑因素 相关内容 权重一 二 三1 物流效率各种物料，文件信息，人员按照流程的流动效率。8 E(24) E(24) A(32)2 存储效率 物料库存的工作效率 6 I(12) E(18) E(18)3 场地利用率包括建筑面积、通道面积及立体空间的利用程度5 I(10) I(10) A(20)4 安全管理 方案是否符合有关安全规范 4 I(8) I(8) I(8)5 辅助部门的综合效率 各个系统之间的协调 4 I(8) E(12) E(12)6 物料运输效率物料运入、运出的搬运路线、方法等等。7 I(14)
33、E(21) E(21)7 环境的优良程度 周边的绿化等等 3 I(6) E(9) A(12)8工作环境及员工满意程度方案的场地、空间、噪声等对员工的影响4 E(12) E(12) E(12)94 114 135通过以上八个因素的比较可知，方案三的加权和为 135 为最高，所以方案三为最佳方案。但实际中需要根据实际情况进行必要的调整，或者重新附加因素进行进一步的评价和优化。对于一个真正的设计考虑的因素不仅仅有这些，还要考虑更多的更专业的因素，跟当地的法律法规，地理条件都有很大的关系。在以后的实施过程中还要具体的做好分析。十 机加工车间布置根据各个零件加工工艺过程表中机加工车床的加工用途可知；机加
34、工车间的加工有粗车、车、镗、压装、粗铣、钻、铣、插、检查共 9 个加工步骤。画从至表得31机加工车间从至表粗车 车 镗 压装 粗铣 钻 铣 插 检查 权重和罚点和粗车 0.630.6 3车 0.100.102.080.874.352.97 12.45镗 0.090.090.92.77.0142.068 44.85压装 0.090.450.09 0.45粗铣 7.931.27.9 31.2钻 0.60.61.22.42.627.864.42 10.86铣 0.921.840.92 1.84插 1.22.41.2 2.4检查权重和8 0.09 4.42 2.67 1.2 9.72 26.1罚点 31.3 0.09 15.54 7.35 2.4 58.85 107.05表 10-1效率=26.1/107.05=24.4%从至表中镗-检查的罚点数最大，工序应调整。做初始多种产品工艺过程表：
