基于SLP的少品种大批量生产车间设施布置设计毕业论文.docx
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基于SLP的少品种大批量生产车间设施布置设计毕业论文
本科生毕业论文（设计）
题目:
基于SLP的少品种大批量生产车间设施布
姓名:
置设计
学院:
专业:
班级:
学号:
指导教师:
基于SLP的少品种大批量生产车间设施布置设计
学生指导教师XX
摘要：
车间设施布局是工厂布局的重要内容之一，对整个企业生产系统运转的通畅程度有直接影响，而且，布局的优劣还直接决定着产品质量、生产率和经济效益。
本文运用SLP方法，研究少品种大批量生产车间设施布局优化，并以南通市珀利玛滤材有限公司的生产车间为例，发现车间内部问题，并对车间设施布局做出优化设计，实现了车间设施的合理布局。
关键词：
设施布局；少品种大批量；系统化设施布置规划（SLP）；优化
TheOptimizationofFacilitiesLayoutofFewerSpecies&LargeBatchProductionWorkshopBasedonSLP
StudentmajoringinIndustrialEngineeringXX
TutorXX
Abstract：
Theworkshopfacilitylayoutisoneoftheimportantcontentinthefactorylayout．Itplaysakeyroleintheoperationofproductionsystem，andagoodfacilityimprovesdirectlytheproductsquality,theproductivityandtheeconomyefficiency．ThispaperusesSLPmethod,studyontheFewerVarietiesandLargeBatchproductionworkshopfacilitieslayoutoptimization,andthedawnofNantongPoLimaFilterworkshopasanexample,theworkshopfoundthatinternalproblems,andmakeoptimumdesignforthelayoutofworkshopfacilities,realizethereasonablelayoutofworkshopfacilities.
Keywords:
FacilityLayout；LargeQuantitiesofFewerVarieties；SLP；Optimization
1绪论
1.1课题背景
自从有了工业生产,就有了工厂设计,也就有了设施布置设计。
设施布置设计在设施规划设计中占有重要地位,历来是倍受视的领域。
以工厂布置为例,它的好坏直接影响整个系统的物流、信息流、生产能力、生产效率、生产成本以及生产安全。
优劣不同的工厂布置,在施工费用上可能相差无几,但对生产运营的影响会有很大不同。
优良的设施布置可以节省物料搬运费用,缩短生产周期,加快流动资金周转。
因此,优良的设施布置是提高生产系统效益的重要源泉和手段,是改善生产系统整体功能、实现现代化管理和先进生产方式的前提和基础。
[1]
1.2设施布置设计发展概况
近年来,由于当今世界正从工业化社会向信息社会飞速发展,各个方面都发生了极其巨大的变化。
就制造业的生产方式而言,已从大量生产方式向准时制及精益生产方式,并进一步向计算机集成制造（CIMS）及敏捷制造方式迅速演变。
原有的许多程序和方法逐渐显现自身的不足和缺陷。
为适应生产方式的转变,人们对设施布置设计不断进行研究,取得了长足的发展。
最初的设施布置设计主要是凭经验和感觉。
但到了50年代,布置设计从传统的只涉及较小系统发展到大而复杂的系统设计,凭经验已难以胜任。
于是,在综合各学科发展的基础上,一方面,布置设计中运用起系统工程的概念和系统分析的方法,在1961年由美国的缪瑟提出了极具代表性的系统布置设计（SLP）理论;另一方面,60年代以来以JM摩尔等为代表的一批设施规划与设计者,较为系统地研究应用计算机技术进行平面布置及其优化的问题,并产生了许多用高级语言写成的平面布置程序,如用于新建设施的CORELAP、ALDEP程序和用于改建布置的COFAD、CRAFT程序,形成了计算机辅助设施布置（CAL）方法。
[1]缪瑟的系统布置设计（SLP）是一种条理性很强、物流分析与作业单位关系密切程度分析相结合、求得合理布置的技术,因此在布置设计领域获得极其广泛的运用。
国内在80年代以后引进了这一理论,收效非常显著。
而计算机辅助设施布置方法利用计算机的强大功能,帮助人们解决设施布置的复杂任务,为生产系统的设施新建和重新布置提供强有力的支持和帮助,节省了大量人力和财力,尤其是对大型项目和频繁的重新布置。
[2]
1.3本课题的研究意义
制造系统的设施布局优化一直是工业工程领域的重要研究内容之一，制造系统设施布局的好坏与制造系统的生产效率、生产成本、厂房利用率、设备的使用寿命和车间生产的安全性都有重要关系。
车间设施布局设计是一个多目标和多约束的问题，布局的周期和成本也较高。
通常物料搬运和运输的成本约占制造业总成本的20%～50%,工厂布局设计主要是确定工厂的生产部门、辅助部门和管理部门的位置。
一个良好的设施布置设计可以使物料搬运的成本降低,较好地发挥经济效益和社会效益。
本文针对南通市珀利玛滤材有限公司生产车间的设施布局现状存在的诸多不合理问题，采用系统布置设计（SLP）方法对车间进行物流和非物流关系分析，绘制出车间各作业单位位置相关图和作业单位面积相关图。
根据车间的实际情况，确定了优化布局方案，利用（SHA）系统化搬运分析原理进行优化评估，然后结合工厂实际情况确定最佳布置方案，这对降低该公司（纤维、涤纶）针刺毡的生产成本和物料搬运成本，合理规划好生产部门和辅助部门的相对位置，较好地发挥经济效益和社会效益有深刻意义。
1.4论文的主要研究内容及方法
设施布置设计属于工厂设计的范畴，从重要性的角度考虑，当属重中之重，其主要包括两个方面，工厂总平面布局以及生产车间布局。
本文的研究对象是南通市珀利玛滤材有限公司生产车间平面布局的优化、评价。
本文正文部分一共六个章节，其中第一章进行课题引入，概述了设施布置设计的发展状况以及课题的研究意义。
第二章介绍了SLP法的方法及原理，为下文应用分析做好铺垫。
第三章是论文的核心章节，结合实例运用SLP法分别进行物流分析与非物流分析，做出综合位置相关图。
接下来第四章在第三章分析的基础上进行整体分析并且得出两个优化方案。
最后第五章和第六章是运用SHA法对设计出的方案进行评价和最终方案的确定。
本文运用理论研究与实证分析、定性分析与定量分析相结合的研究方法来探讨SLP法在公司车间设施布置设计中的应用问题。
以缪瑟系统布置设计理论思想为指导，以对有代表性的工厂设施布置现状进行实地调研作为出发点，广泛收集各种资料信息，主要包括产品信息、工艺流程信息、工厂内部设施布局图，以及有关的政策文件、调查研究报告等。
利用这些资料，参考国内外的研究成果，SLP和SHA相结合的方法，对问题进行深入的分析和研究。
1.5论文写作思路
本篇论文主要是对除尘滤袋生产车间的进行系统布置设计，先用SLP方法对车间进行物流和非物流关系分析，绘制出车间各作业单位位置相关图和作业单位面积相关图，根据车间的实际情况，确定优化布局方案，利用（SHA）系统化搬运分析原理进行优化评估，然后结合工厂实际情况确定最佳布置方案。
2系统布置设计方法及原理
2.1SLP产生和概述
系统化布置设计由理查德·缪瑟于1961年提出，是一套针对设施规划布局的合理、系统的方法。
它的基本思想是将相关的基本要素转化为设施间的相互关系，而后再将这种相互关系转化为设施平面布局的位置关系，从而产生出设施布局的最优方案。
它条理清晰，考虑周全，且可操作性强，被广泛地沿用至今。
但是随着时代的发展，系统化布置设计方法也逐渐显示出不足之处。
激烈的市场竞争条件下，越来越多的企业开始使用制造资源规划系统、计算机集成制造系统、企业资源规划系统等软件，这些软件的高度计算机集成化要求企业的设施布置信息也趋于计算机化。
另外，运用系统化布置设计方法可提供的设施布置方案较少，在依据理论计算出的方案得到后，设计人员还需要再结合工厂自身的约束条件进行方案的修正。
尽管有如上不足之处，该方法在现实中仍给我们进行设施规划布置提供了一套行而有效的方法来参考。
下面我们来阐述一下系统化布置设计的几个基本要素：
（1）产品P
指对象工厂要生产的半成品、原材料、成品或加工的零组件等，产品这个要素影响着生产系统的组成和它各个作业单位间的相互关系、物流流量、设备的使用类型、原材料及物料搬运的作业方式等等。
（2）产量Q
指对象工厂所生产的产品的数量，可以用个数或件数、大小、重量等指标来表示，产量这一要素对生产系统的规模大小、所用机台的数量、物流运输量、设施面积大小等有着很大的影响。
（3）生产路线R
指对象工厂在加工生产产品时，依据加工工艺流程制定形成的生产路线，一般用工艺流程图、工艺过程表等表示，该指标对物料搬运的路线、各作业单位间的关系、仓库选址等有很大影响。
（4）辅助服务部门S
指辅助部门可以分为职能管理部门、辅助生产部门、生活服务部门、仓储物流部门等，在进行系统布置之前，要将以上所有辅助部门连同生产部门一起做一个整体的规划。
辅助部门的各作业单位如厂务、食堂、办公室、设备维修间、收发室等等对生产系统的支持有着至关重要的作用，这些单位设置的好坏可直接加强或减少生产单位的生产能力。
（5）时间要素T
指在何时，需要花费多久时间来生产出所需生产的产品，它包括各工序的作业时间及产品更换批次等。
2.1.1系统化设施布置的分析步骤
在运用系统化设施布置方法中，一般遵循如下步骤：
（1）准备相关的基本数据将相关的基础资料：
PQRST等搜集齐全，同时也要对各作业单位进行划分。
（2）根据所搜集的基本数据资料，对各个作业单位的功能及其相互关系进行分析，针对工厂的生产和作业流程，可从其工艺流程图等分析各作业单位间的物流强度、物流量，绘制出物流相互关系图；同时，若有非生产单位如周边设施等，也要采用非物流相互关系分析，从而得到各作业单位之间的综合相互关系图，用于确定各作业单位对的空间位置。
（3）确定作业单位对的面积并制定面积相关图
（4）修正面积相关图，得到几个设施布置的方案步骤3所得出的面积相关图仅为一个最原始的布置图，我们还需要对它进行修正，要结合企业工厂的自身约束条件进行调整，包含企业的物料运输方式，生产周期，操作方式，投资成本等，另外一些软性的因素也必须得到考量，如员工工作环境的安全性和便捷性，管理的方便性等。
（5）对最终的设施布置方案进行评价针对步骤4得出的几个布置方案，要进行投资收益的成本分析和评价，最终得出最佳布置方案。
2.2设计过程
SLP计过程的框架图如图2-1所示：
图2-1SLP框架图
系统布置设计的原则要求有①简化加工或作业过程；②有效地利用设备、空间、能源和人力资源；③最大限度地减少物料搬运；④缩短生产作业周期；⑤力求投资最低；⑥为职工提供方便、舒适、安全和职业卫生的条件。
系统布置设计采用四个阶段进行,称为“布置设计四阶段”如图2-2所示：
图2-2SLP阶段结构
阶段Ⅰ——确定方针:
无论是工厂的总体布置,还是车间的布置，都必须先确定所要布置的相应位置。
阶段Ⅱ——总体规划:
在布置的区域内确定一个总体布局。
要把基本物流模式和区域划分结合起来进行布置,把各个作业单位的外形及相互关系确定下来,画出一个初步区划图。
阶段Ⅲ——详细规划:
把厂区的各个作业单位或车间的各个设备进行详细布置,确定其总体位置。
阶段Ⅳ——规划实施:
编制施工计划,进行施工和安装。
总体区划和详细布置这两个阶段的工作是规划设计人员的主要任务。
这四个阶段顺序交叉,每个阶段的成果都要经过上级批准。
各阶段所需要的资料,随着阶段的进展而逐步加深。
2.3SLP国外研究现状与应用的不同领域
2.3.1国外设施布置现状
国外对于布局形式的研究，起始于很早的时候，在1961年缪斯提出代表性的系统布置设计理论后，由构建一类理想布局模型到扩展模型，例如：
多种多目标模型、动态布局模型鲁棒性布局，U型布局方式在工程中得到了广泛的应用。
系统布置设计是基于流程导向布局的一种布置方法，这种方法提出了作业单位相互关系的登记表是方法，是设施布置由定型阶段发展到定量阶段。
日本的JIT生产方式和单元生产线，通过“一个流”生产布局，极大节省了占用空间和减少非必要的存量，JIT起源于日本丰田的生产方式，对工厂布置提出了更高的要求。
1991年Hassan和Hogg[3]在《国际生产研究杂志》发表了“OnConstructingaBlockLayoutbyGraphTheory”,阐述了图论法的进一步研究，M.Adel[4]介绍的一种遗传算法（GA），解决在制造业中存在的设施布局和系统设计问题，保证运转成本最小化。
他考虑了各种物质流生产环境模式的流水车间布局、流程线布局（单线）与产品，多行布局、半圆形、循环布局。
GA方法的可以进行有效的
2.3.2SLP在整个物流园区或者整个仓库区中应用
陈娟[5]以钢铁物流园区为背景，对钢铁物流特性、发展现状、未来需求进行分析，划分园区作业区域。
探讨了SLP方法在物流园区布局设计中的具体实施和备选方案评价，提出了物流园区平面布置设计的方法和流程。
在此基础上进行案例分析，详细设计了SLP在钢铁物流园区布局规划中的具体实施方案。
李佳[6]运用SLP方法研究了临港物流园区的平面布局设置问题，通过计算物流园区内各区域的物流和非物流相互关系，得出综合相互关系，然后得出布局方案，并将临沂临港经济区作为案例进行验证分析。
李庆庚[7]依托上海市西郊农产品国际交易中心项目，以农产品物流园区为背景，对物流园区进行功能分析，并对目前的布局技术进行综述，在此基础上探讨了SLP在物流园区布局规划中的具体实施和备选方案评价方法。
徐科[8]首先根据丹灶铁路物流中心的物流作业总量对平面布局问题进行定性分析，然后根据一定的布局规划原则提出了3种布局方案，并进行了较为详细的说明与比较，最终得出一个较为可行的研究方案。
朱江洪[9]以柳州W物流园区为例，对园区仓库布局进行改善。
他通过对园区内物流公司的分类，园区物流量的计算和总结最终得出改善方案，并论证了方案的可行性。
2.3.3SLP在仓库的内部布局问题中的应用
沈中华[10]开展了仓库布局优化理论、方法和应用的研究。
他提出一个图书仓库的布局优化问题，对该问题建立了数学规划模型，设计了两种不同的蚁群优化算法进行求解，并通过与模拟退火算法的比较验证了蚁群优化算法在仓库优化布局问题上的优越性。
黎浩东，何世伟[11]等人建立了一个随机仓库布局问题模型，并设计出基于随机模拟的禁忌搜索算法求解模型，最后利用算例来验证算法的有效性。
郑建华[12]对上海石化物资供应公司仓库内部的整体布局进行了规划研究，首先利用从至表对石化仓库各个功能区进行规划，其次，针对石化仓库静态货位分配问题，按照货位分配的原则，建立了货位分配的优化目标函数组。
得出初始仓库布局图。
最后，使用Flexsim仿真软件对所有的初始方案进行评价，得出最优方案。
安婷婷[13]研究了制造企业仓库平面布局规划问题，她在论文中进行了理论创新，提出一套全新的仓库平面布局规划方法和步骤，即由仓库功能区面积作为初始数据计算得出仓库平面布局的一套理论，为制造企业仓库平面布局规划问题提供了一定的有价值的理论依据和借鉴，具有一定的学术意义。
此外，她依托某集团仓库设计与优化项目，运用定性与定量相结合的方法，建立数学模型，并用启发式算法进行求解，最后再运用仿真软件进行模拟仿真，为制造型企业仓库平面布局提供比较优化且具有参考价值的规划设计方法，能够帮助企业降低成本、提高仓库空间利用率，具有极大的实践意义。
2.3.4SLP和SHA结合应用实例
域李冰[14]应用系统化布置设计和搬运系统分析相结合的方法，对某工程机械厂进行物流分析与优化调整。
论文在分析工程机械厂的产品、产量、工艺过程等基本要素后，通过物流图和物流－距离图的绘制，对现有布置方案进行评价。
最后利用系统化布置设计方法对工程机械厂的总体布置进行优化调整。
杨建华,彭丽静,杨永清[15]等先用SLP对该厂各设施布置进行重新设计规划,提出两个可行方案,然后灵活运用SHA方法通过计算物料搬运费用的差异评估出最优方案。
2.4车间布置设计的原则
设施布置的好坏对于一个企业至关重要，它直接影响到企业的物流、信息流、工作效率、成本、工作环境、生产能力等等，新的生产车间需要进行设施布置的设计，旧有的生产车间同样需要定期地根据当时企业内外部环境的变化而进行设施布置的再规划设计，从而使企业能够再度适应社会要求。
不管是对新的生产车间进行设施布置的设计，还是对原有生产车间的设施进行再优化，都需要遵循如下的几点原则：
（1）综合整体的原则。
在进行设施规划的设计时，需要将所有对设施布置有影响的因素完全考虑在内，以免再次进行的设计因考虑不全面而非最优的设计方案。
（2）移动距离要最小。
物流量的大小，不仅可以反映物流费用的高低，还可以反映出物料在搬运过程中是否顺畅，所以在选择最优的设施规划方案时，应以物料搬运即移动距离最小为原则进行考量。
（3）流动性的原则。
好的设施规划方案应使在制品最小，并可以消除适当的等待浪费。
（4）空间利用原则。
优良的设施规划方案，要最大限度地利用好生产区域及周边服务区域，使空间利用程度最大化。
（5）柔性原则。
在进行车间布置时，要尽可能多地考虑到可能会出现的变化因素，以使再次的设施布置能够有可进行的空间，也可使企业更好地适应市场的变化。
（6）安全原则。
安全第一，无论何时何种条件设施规划都应以员工能够安全生产为首要考虑因素，同时能保证员工的工作环境舒适和方便。
2.5车间布置设计的形式
车间设施规划有如下几种基本的形式：
（1）工艺原则布置
又称为工艺过程布置，是按照工艺专业化特征进行布置的一种形式。
它将同种类型的设备集中放置在一起，完成相同的生产加工任务。
如：
将生产车间的车床和磨床分别放置，进行完车床工段后再进行磨床工段的加工。
（2）产品原则布置
又称装配线布置、产品专业化生产布置。
是按照产品布置的一种生产方式。
它将完成同一种产品的作业人员、设备集中在一起，从而完成相同产品的生产任务，是一种按照产品生产的步骤来进行机台或工艺过程安排的一种方式，这种布局方式适合少品种多批量生产的车间。
（3）成组原则布置
成组原则布置的原理是，按某种标准将工艺相似的工站组成一个小组，确定出这一小组的工艺流程，再根据工艺流程加工内容，进行作业人员和设备的选择，由这些人员和设备再组成一个Cell。
它更适合进行多品种小批量的生产方式。
（4）定位原则布置
又称固定式原则布置，指固定所被加工对象的位置，作业人员及机台都随着产品位置进行移动。
这种布置形式较不适用，仅适用于大型产品的生产布置，如船舶、飞机等。
（5）柔性原则布置
柔性原则布置是以市场为导向，作业人员和机台都依据市场上客户要求的不同而快速进行变化。
它要求整个布置能快速从生产某一种产品转换为另一种产品。
2.6少品种大批量生产车间的特点及其布局问题
2.6.1少品种大批量生产车间的特点
大批量生产基于产品或零件的互换性，标准化和系列化的应用，刚性生产线大大提高了生产效率，降低了生产成本，其显著的特点是产品结构稳定、自动化程度高。
大批量生产以牺牲产品的多样性为代价，生产线的初始投入大，建设周期长，刚性，无法适应变化愈来愈快的市场需求和激烈的竞争。
大规模生产的技术经济性:
大批量生产带来的产品质量的提高和成本的降低，其经济效益是显而易见的，大批量生产模式在20世纪20年代刚引入生产时，制造业就发生了一场重大变革，极大的推动了工业化进程和经济的高速发展。
无可否认，即便在市场瞬息万变的今天，大批量生产仍是一个重要的生产模式，对于具有长期的稳定性，对市场变化反映较慢的，生命周期较长的产品，比如大件的生产资料，批量生产仍然是能产生经济效益的模式。
然而，现代市场竞争的焦点已经从产品转变到了顾客的身上，因此少品种大批量生产方式在生产上占的分量在逐渐减少，尤其在快速消费品的生产上是不适宜的。
少品种大批量生产车间有以下特点：
（1）采用流水线方式，生产周期较短；
（2）生产过程中的在制品较少，物流顺畅；
（3）对作业人员的要求不高，培训时间短；
（4）生产计划易于管控；
（5）可以使用专用的设备及机台，并可进行自动化导入；
（6）一旦某一工站发生故障，则整条生产线都要停下来，易造成部分影响整体的情况；产能取决于瓶颈工站；
（7）产线的维护和保养费用高；
（8）流水线作业属重复单调的作业模式，作业员容易产生乏味和疲倦。
2.6.2少品种大批量生产车间的布局问题
在进行少品种大批量生产车间的布局时，需要针对该种车间的特点，考虑的问题也比单一品种大批量生产车间要多。
大批量生产以牺牲产品的多样性为代价，生产线的初始投入大，建设周期长，刚性，无法适应变化愈来愈快的市场需求和激烈的竞争。
解决少品种大批量生产的主要途径是：
采用各类适合大量生产的机械加工自动化设备和系统，实现高度的自动化生产。
1、建立大量的生产线，很多大量生产的工厂多采用组合机床自动线和专用机床自动线，在这种生产方式中，整个生产线的工作都自动进行。
2、建立自动化车间或自动化工厂。
在自动线的基础上，建立自动化车间和全盘自动化工厂是大量生产的较高层次。
在针对少品种大批量生产下流水线布局的车间优化问题时，做到“两个遵守，两个回避”，即遵守逆时针排布、出入口一致，回避孤岛型布局、鸟笼型布局。
优化过程应满足以下原则：
（1）流畅原则：
各工序的有机结合，相关联工序集中放置原则，流水化布局原则。
（2）最短距离原则：
尽量减少搬运，流程不可以交叉，直线运行。
（3）平衡原则：
工站之间资源配置，速率配置尽量平衡。
（4）固定循环原则：
尽量减少诸如搬运，传递这种Non-ValueAdded的活动。
（5）经济产量原则：
适应最小批量生产的情形，尽可能利用空间，减少地面放置原则。
（6）柔韧性的原则：
对未来变化具有充分应变力，方案有弹性。
如果是小批量多种类的产品，优先考虑“U”型线布局、环型布局等。
（7）防错的原则：
生产布局要尽可能充分的考虑这项原则，第一步先从硬件布局上预防错误，减少生产上的损失。
流水线布局的车间化常见的优化方法：
（1）花瓣型布局：
花瓣型布局是由多个单元共同组成，是按照“两个遵守、两个回避”原则进行布局的结果。
这种布局有助于提高单元间的互相协助，从而提高生产线平衡率。
花瓣式布局是进行“互助协作”的必要条件。
（2）“一个流”生产线布局：
这种方法的根本理念是精益生产。
其追求的主要有料搬运成本的最小化、空间和劳动力的有效利用、便于员工之间、员工与管理者之间、员工与用户之间的信息沟通。
（3）“U”型布置：
在U型布置中，生产线摆放如U型，一条流水线的出口和人口在相同位置，一个加工位置中可能同时包含几个工艺，所以U型布置需要培养多能工。
它减少了步行浪费和工位数，从而缩短周期、提高效率，同时也减少了操作工，降低了成本等。
2.7公司生产车间现状、存在问题以及解决方法
2.7.1生产车间现状
本文研究案例属于中小型私人企业，主要生产
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