《设施规划与物流分析》课程设计指导书12份.docx
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《设施规划与物流分析》课程设计指导书12份
《设施规划与物流设计》课程设计指导书
适用专业：
_物流工程_
课程编号：
设计周数：
____1周_______
学分：
1学分
淮阴工学院交通工程学院
2011年9月
第一章课程设计的目的和要求
第一节绪论
设施规划与物流设计是物流工程专业一门重要的主干专业课程。
设施规划是物流工程学科中公认的重要研究领域和分支之一。
设施规划特别是其中的工厂设计着重研究工厂总平面布置、车间布置及物料搬运等内容，其目标是通过对工厂各组成部分相互关系的分析，进行合理布置，得到高效运行的生产系统，获得最佳的经济效益和社会效益。
工厂作为一个生产系统是由人员、设备、技术等多种因素所构成，整个系统的效益即总投入与总产出之比应尽可能达到最高水平。
因此，工厂布置设计就是一项多因素，多目标的系统优化设计课题。
由于社会需要的多样性，生产不同产品工厂的模式必然存在着差异，这就给工厂布置设计带来了难题。
系统布置设计（SLP）方法提供了一种以作业单位物流与非物流的相互关系分析为主线的规划设计方法，采用一套表达力极强的图例符号和简明表格，通过一套条理清晰的设计程序进行工厂布置设计。
这种方法为设施设计人员与生产管理人员广泛采用，实践效果良好。
系统布置设计不是一种严密的设计理论，而是一套实践性非常强的设计模式和规范的设计程序。
学习和掌握系统布置设计方法最有效的手段就是直接参与设计工作。
第二节课程设计目的、条件和内容
一、课程设计的目的
设施规划与物流设计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、物流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实际技术问题的能力。
二、A工厂总平面布置设计原始给定条件
公司有地16000平方米，厂区面积北为200米，东西宽80米，如图1所示，该厂预计需要工人300人，计划建成年产100000套A的生产厂。
1、A工厂A产品的基本结构及有关参数北
A产品的结构及有关参数
产品A由39个零件构成，装配图见图2。
每个零件、组件的名称、材料、单件重量及年需求量均列于表16。
图2产品A装配图
表16产品A零件明细表
工厂名称：
A厂
产品名称
A
产品
代号
110
计划年产量
100000
共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
单件重量/kg
说明
39
垫圈
√
65Mn
200000
0.004
38
螺母
√
Q235
200000
0.011
37
螺栓
√
Q235
300000
0.032
36
销
√
35
200000
0.022
35
防松垫片
√
Q215
100000
0.010
34
轴端盖圆
√
Q235
100000
0.050
33
螺栓
√
Q235
200000
0.020
32
通气器
√
Q235
100000
0.030
31
视孔盖
√
Q215
100000
0.050
30
垫片
√
橡胶纸
100000
0.004
29
机盖
√
IIT200
100000
2.500
28
垫圈
√
65Mn
600000
0.006
27
螺母
√
Q235
600000
0.016
26
螺栓
√
Q235
600000
0.103
25
机座
√
HT200
100000
3.000
24
轴承
√
200000
0.450
23
挡油圈
√
Q215
200000
0.004
22
毡封油圈
√
羊毛毡
100000
0.004
21
键
√
Q275
100000
0.080
20
定距环
√
Q235
100000
0.090
19
密封盖
√
Q235
100000
0.050
18
可穿透端盖
√
HT150
100000
0.040
17
调整垫片
√
08F
200000
0.004
16
螺塞
√
Q235
100000
0.032
15
垫片
√
橡胶纸
100000
0.004
14
游标尺
√
100000
0.050
13
大齿轮
√
40
100000
1.000
12
键
√
Q275
100000
0.080
11
轴
√
Q275
100000
0.800
10
轴承
√
200000
0.450
9
螺栓
√
Q235
2400000
0.025
8
端盖
√
HT200
100000
0.050
7
毡封油圈
√
羊毛毡
100000
0.004
6
齿轮轴
√
Q275
100000
1.400
5
键
√
Q275
100000
0.040
4
螺栓
√
Q235
1200000
0.014
3
密封盖
√
Q235
100000
0.020
2
可穿透端盖
√
HT200
100000
0.040
1
调整垫片
√
08F
200000
0.010
2、作业单位划分
根据A的结构及工艺特点，设立如表17所示11个单位，分别承担原材料存储、备料、热处理、加工与装配、产品性能试验、生产管理等各项生产任务。
表17作业单位建筑汇总表
序号
作业单位名称
用途
建筑面积（m2）
备注
1
原材料库
储存钢材、铸锭
12×30
露天
2
铸造车间
铸造
12×24
3
热处理车间
热处理
12×12
4
机加工车间
车、铣、钻
12×36
5
精密车间
精镗、磨销
12×36
6
标准件、半成品库
储存外购件、半成品
12×24
7
组装车间
组装变速器
12×36
8
铸造车间
铸造
12×24
9
成品库
成品储存
12×12
10
办公、服务楼
办公室、食堂等
80×60
11
设备维修车间
机床维修
12×24
（3）A生产工艺过程
器的零件较多，但是大多数零件为标准件。
假定标准件采用外购，总的工艺过程可分为零件的制作与外购、半成品暂存、组装、性能测试、成品存储等阶段。
1）零件的制作与外购
制作的零件如表18、19、20、21、22、23，表中的利用率为加工后产品与加工前的比率。
表18A零件加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
机盖
29
HT200
2.500
100000
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
铸造车间
铸造
80
3
机加工车间
粗铣、镗、钻
80
4
精密车间
精铣、镗
98
5
半成品库
暂存
表19A零件加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
机座
25
HT200
3．000
100000
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
铸造车间
铸造
80
3
机加工车间
粗铣、镗、钻
80
4
精密车间
精铣、镗
98
5
半成品库
暂存
表20A零件加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
大齿轮
13
40
1．000
100000
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
锻造车间
锻造
80
3
机加工车间
粗铣、镗、钻
80
4
热处理车间
渗碳淬火
5
机加工车间
磨
98
6
半成品库
暂存
表21A零件加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
轴
11
Q275
0．800
100000
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
粗车、磨、铣
80
3
精密车间
精车
95
4
热处理车间
渗碳淬火
5
机加工车间
磨
98
6
半成品库
暂存
表22产品A零件加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
齿轮轴
6
Q275
1．400
100000
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
粗车、磨、铣
80
3
精密车间
精车
95
4
热处理车间
渗碳淬火
5
机加工车间
磨
98
6
半成品库
暂存
表23A零件加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
端盖
8
HT200
0．050
100000
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
铸造车间
铸造
60
3
精密车间
精车
80
2）标准件、外购件与半成品暂存
生产出的零件加工完成经过各车间检验合格后，送入半成品库暂存。
外购件与标准件均放在半成品库。
3）组装
所有零件组装车间集中组装成A成品。
4）性能测试
所有成品都在组装车间进行性能测试，不合格的就在组装车间进行修复，合格后送入成品库，即不考虑成品组装不了的情况。
5）成品存储
所有合格A均放在成品库等待出厂。
四、课程设计内容
1、设计内容
设施规划与物流分析课程设计的主要目标是培养学生如何分析、发现现有生产厂布置方面存在的问题，并加以改善的工作能力，以及掌握完整的系统布置设计方法。
针对给定的工厂实例，完成下列工作：
（1）产品分析，产品—产量分析，确定生产类型。
（2）生产工艺过程分析，绘制工艺过程图。
（3）进行物流分析，得到物流相关表。
（4）进行作业单位相互关系分析，得到作业单位相互关系表。
（5）将作业单位物流相关表与非物流相互关系表加权合并，求出作业单位综合相互关系表。
（6）绘制作业单位位置相关图。
（7）绘制作业单位面积相关图。
（8）产生二套布置方案并进行评价比较，得出最佳方案。
2、编写课程设计说明书
工厂布置设计说明书应包括各阶段工作数据表格、各布置方案简图及文字说明，工作量不少于12000字。
3、图样工作量
图样是工厂布置设计的阶段成果与最终成果，主要是二张布置方案图。
第三节课程设计进度计划及成绩评定
本课程设计计划用一周时间完成，各阶段进度计划如下。
1）物流分析1天
2）作业单位相互关系分析、物流与非物流相互关系合并、绘制作业单位位置相关图2天
3）绘制布置方案图、编写设计说明书2天
成绩评定：
课程设计成绩按优，良，中，及格和不及格记分。
附一：
课程设计报告书目录
二、现场调研分析
三、设施选址分析（新建）
七、作业单位非物流相互关系分析
十、方案的评价与选择
附二：
设计图布置样式
第二章系统布置设计
第一节概述
一、工厂设计研究范围
设施规划与设计是一种对企业的设备、物料以及人员所需空间进行合理分配和有效组合的技术，其研究对象相当广泛，不仅涉及到工矿企业，还包括学校、医院、商店等各行各业。
就工厂设计而言，主要包括厂址选择，工厂平面布置，物料搬运与仓储、能源管理和办公室布置等研究内容。
1、厂址选择
新建与扩建工厂时，首先要对未来的厂址进行选择，一是要确定工厂坐落的地区，二是要确定工厂在该地区的具体位置。
关于地区的选择，一般受当地工业布局的限制及社会宏观经济的约束。
影响工厂位置的因素很多，可分为定量的成本因素和定性的非成本因素。
重要的成本因素包括：
①运输成本；②原材料的供应成本；③动力能源和水的供应量及成本；④：
土地成本和建筑成本；⑤劳动力资源的供应量、素质及成本；⑧其他各类社会服务成本等。
定性的非成本因素包括：
当地的气候、地理环境、政策法规、社会因素及科技发展水平等。
其中包括环境保护、防止污染等。
建设新厂时，工厂的位置应尽量适应工厂未来发展的需要；对于改、扩建工厂，应充分考虑原有厂房的利用。
2、工厂布置
工厂布置主要包括工厂总平面布置和车间布置两个方面。
工厂总平面布置要对工厂的生产车间、物料储运部门、管理部门和生产服务部门的建筑物、场地和道路等，按照各部门之间相互关系的密切程度做出合理的安排。
车间布置主要是考虑工艺过程、物流量等因素，对机器设备，运输通道等做出合理的布局。
工厂布置是工厂设计的核心内容。
3、物料搬运
工厂内的物料搬运涉及到全厂工艺过程、搬运作业、仓库管理、信息系统等各个方面，现代物料搬运的重要特征是把物料搬运过程中的所有环节（包括运输、装卸，储存，加工，装配和包装等），当作一个整体的物流系统来考虑，并与工厂布置密切结合，使工厂物料流动与转移更趋合理，减少物料和能源消耗，缩短物料流动周期，提高产品质量，节省劳动力，最终实现系统总体效益最优化。
二，工厂布置的目标
任何一种系统的设计工作必须具备4个目标，即可行性、经济性、安全性和柔性。
一家工厂就是一个复杂的生产系统，因此，工厂设计当然应追求这4个目标。
对于工厂布置来说，主要表现在：
（1）必须满足生产工艺过程的需要（可行性）。
（2）减少物料搬运（经济性）。
（3）减少设备投资（经济性）。
（4）提高在制品的周转率（经济性）。
（5）充分利用现有空间（经济性）。
（6）有效发挥人力及设备的生产能力（经济性）。
（7）生产系统必须具备较大的加工范围，适应多种产品的生产。
当产品品种变化时，生产系统调整要简便（柔性）。
（8）维持良好的工作环境，确保操作人员舒适安全地工作（安全性）。
三、工厂布置的基本设计原则
为了达到上述的工厂布置目标，在根据当地规划要求确定适当的厂址位置的前提下，应根据下列原则进行工厂布置。
1、工厂总平面布置设计原则
（1）满足生产要求，工艺流程合理工厂总体布局应满足生产要求，符合工艺过程，减少物流量，同时重视各部门之间的-关系密切程度。
具体布置模式有两种：
① 按功能划分厂区，即将工厂的各部门按生产性质、卫生，防火与运输要求的相似性，将工厂划分为若干功能区段。
如中、大型机械工厂的厂区，可划分为加工装配区，备料（热加工）区，动力区、仓库设施区及厂前区等。
这种布置模式的优点是各区域功能明确，相互干扰少，环境条件好，但是，这种布置模式难以完全满足工艺流程和物流合理化的要求。
② 采用系统布置设计模式，即按各部门之间物流与非物流相互关系的密切程度进行系统布置，因此可以避免物料搬运的往返交叉，节省搬运时间与费用。
（2）适应工厂内外运输要求，线路短捷顺直工厂总平面布置要与工厂内部运输方式相适应。
根据生产产品产量特点，可以采用铁路运输、道路运输、带式运输或管道运输等。
根据选定的运输方式，运输设备及技术要求等，合理地确定运输线路及与之有关的部门的位置。
厂内道路承担着物料运输，人流输送，消防通行的任务，还具有划分厂区的功能；道路系统的布局对厂区绿化、美化，排水设施布置，工程管线铺设，也有重大影响。
工厂内部运输方式，道路布局等应与厂外运输方式相适应，这也是工厂总平面布置应给予重视的问题。
（3）合理用地节约用地是我国的一项基本国策。
工业企业建设中，在确保生产和安全的前提下，应尽量合理地节约建设用地。
在工厂总平面布置时可以采取如下措施：
① 根据运输、防火、安全，卫生、绿化等要求，合理确定通道宽度以及各部门建筑物之间的距离，力求总体布局紧凑合理。
② 在满足生产工艺要求的前提下，将联系密切的生产厂房进行合并，建成联合厂房。
此外，可以采用多层建筑或适宜的建筑物外形。
③ 适当预留发展用地。
（4）充分注意防火、防爆、防振与防噪声安全生产是工厂布局首先要考虑的问题，在某些危险部门之间应留出适当的防火、防爆间距。
振动会影响精密作业车间的生产，因此精密车间必须远离振源或采用必要的隔振措施。
如机械厂的精加工车间及计量部门应远离锻造车间或冲压车间。
噪声不仅影响工作，而且还会摧残人的身体健康。
因此，在工厂总平面布置时要考虑防噪声问题，一是可以采取隔音措施，降低噪声源发出的噪声级；二是可以采取使人员多的部门远离噪声源的方法。
（5）利用风向、朝向的自然条件，减小环境污染生产中产生的有害烟雾和粉尘会严重影响工作人员的身体健康，并会造成环境污染。
进行工厂总平面布置前，必须了解当地全年各季节风向的分布和变化转换规律，绘制成风向图。
另外，建筑物的朝向也是工厂总平面布置时应注意的问题，特别是对日照、采光和自然通风要求较高的建筑物，更应注意这个问题。
（6）充分利用地形、地貌、地质条件。
（7）考虑建筑群体的空间组织和造型，注意美学效果。
（8）考虑建筑施工的便利条件。
上述设计原则涉及面非常广，往往存在相互矛盾的情况，应结合具体条件分别考虑。
2、车间布置设计原则。
（1）确定设备布置形式根据车间的生产纲领，分析产品—产量关系，从而确定生产类型是大量生产、成批生产还是单件生产，由此决定车间设备布置形式是采用流水线式，成组单元式还是机群式。
（2）满足工艺流程要求车间布置应保证工艺流程顺畅，物料搬运方便，减少或避免往返交叉物流现象。
．
（3）实行定置管理，确保工作环境整洁，安全车间布置时，除对主要生产设备安排。
适当位置外，还需对其它所有组成部分包括在制品暂存地，废品废料存放地，检验试验用地、工人工作地，通道及辅助部门如办公室，生活卫生设施等安排出合理的位置，确保工作环境整洁及生产安全。
（4）选择适当的建筑形式根据工艺流程要求及产品特点，配备适当等级的起重运输设备，进一步确定建筑物高度、跨度、拄距及形状。
（5）采光、照明、通风，采暖、防尘、防噪声。
（6）具备适当的柔性，适应生产的变化。
四、工厂布置方法
由于工厂布置中需要考虑的因素很多，其中很大一部分因素不能用定量的方法表示，而且工厂布置又是多目标的，往往存在相互矛盾的要求。
因此，许多布置都依赖于设计人员的经验，否则无法确保布置成果的合理性。
而良好的布置设计与拙劣的布置设计之间的实际施工费用相差无几，但两者日后生产作业的效率、质量、成本与安全却有极大的不同。
如何确保工厂布置合理、延长布置方案的使用寿命周期，是工厂布置设计人员长期以来一直探索的课题。
美国R.Muther提出的系统布置设计SLP法提供了一整套具有清晰条理性和严密逻辑性的分析方法。
SLP法采用作业单位间关系密级与相互关系表、图来研究各种因素对布置设计的影响，使布置设计由定性阶段发展到了定量阶段，受到广大设计人员的欢迎，在许多领域都得到了广泛应用。
第二节系统布置设计（SLP）模式
一、系统布置设计基本要素
一般讲，工厂布置设计就是在根据社会需要确定出某些待生产的产品及其产量以及确定厂址的前提下，完成工厂总平面布置和车间布置，提供布置方案的实施。
产品及产量由决策部门在设计纲领中作出规定；厂址的确定主要由经营决策人员根据某些社会因素，经济因素及自然条件做出决策；建厂工作则主要由土建施工人员来完成，与设施布置设计人员直接相关的任务是总平面布置和车间布置。
如图2-1所示，为了完成工厂总平面布置和车间布置，需要从产品户及产量Q出发，首先对产品组成进行分析，确定各零、部件生产类型，制定出各个零部件的加工、装配工艺流程；根据工艺流程各阶段的特点划分出生产车间，并根据生产需要设置必要的职能管理部门及附属生产与生活服务部门。
整个工厂就是由生产车间、职能管理部门、附属生产及生活服务部门以及为使生产连续进行而：
设置的仓储部门这几类作业单位所构成。
然后，由工厂布置设计人员来完成工厂总平面布置及车间布置。
在图2-1所示的工厂设计过程中，基本给定条件（要素）为产品P及产量Q，涉及到了除平面布置设计以外的如制定加工，装配工艺过程等多种专业技术问题，要求多种专业技术人员配合协作来完成。
为了突出平面布置设计，可把平面布置前各阶段工作的结果作为给定要素来处理，包括工艺流程R，辅助服务部门S及生产时间安排T，这样就形成了单纯的工厂布置模型，如图2-2所示。
在R．Muther提出的系统布置设计（SLP）中，把产品P，产量Q，生产路线R、辅助服务部门S及生产时间安排T作为给定的基本要素（原始资料），成为布置设计工作的基本出发点。
1、产品P是指待布置工厂将生产的商品，原材料或者加工的零件和成品等。
这些资料由生产纲领和产品设计提供，包括项目。
品种类型，材料、产品特性等。
产品这一要素影响着生产系统的组成及其各作业单位间的相互关系、生产设备的类型，物料搬运方式等。
2、产量Q
产量指所生产的产品的数量，也由生产纲领和产品设计提供，可用件数，重量、体积等来表示。
产量Q这一要素影响着生产系统的规模，设备的数量、运输量、建筑物面积的大小等。
3、生产路线R
为了完成产品的加工，必须制定加工工艺艺流程，形成生产路线，可用工艺过程表（卡）、工艺过程图、设备表等表示，它影响着各作业单位之间的关系、物料搬运路线、仓库及堆放地的位置等。
4、辅助服务部门S
在实施系统布置工作以前
升级会员 