SLP和SHA在稀土金属生产厂的应用.docx
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SLP和SHA在稀土金属生产厂的应用
SLP和SHA在稀土金属生产厂的应用
江西理工大学
本科课程设计（论文）
题目：
SLP在稀土金属生产厂A分厂的应用
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第一章概述
1.1课题引入
当今世界的稀土加工已趋成熟,对稀土一类生产资料的加工,主要采用萃取、熔炼的方法,以最大限度地提取金属元素。
磁性材料厂作为一种新型的稀土产品加工地,是根据用户的需求,对稀土原料进行熔炼加工的、具有相应的仓储、加工、装卸搬运、运输、贸易、信息及服务等功能的稀有金属生产组织。
由于稀土金属生产加工的复杂,影响因素较多,决定了磁性材料厂的规划和设计是一项比较复杂的工作。
工厂布置设计是一项多因素、多目标的系统优化问题。
学习和掌握工厂布置设计方法最有效的手段就是直接参与设计工作。
由于社会需要的多样性，生产不同产品的工厂之间必然存在差异，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，采用一套表达极强的图例符号和简明表格，通过一系列条理清晰的设计程序进行工厂布置设计。
它是一套实践性非常强的设计模式和规范的设计程序，并且为设施规划设计人员与生产管理人员广泛采用，运用效果良好。
1.2磁性材料的国内外发展概况
磁性材料是电子行业非常重要的材料，在家电、汽车、计算器、通讯、医疗、航天、军事等领域的应用十分广泛。
经过20多年的建设和发展，我国已经形成了品种齐全的磁性材料体系，各主要门类磁性材料的产量均居世界第一位。
目前我国磁性材料行业已经形成了一定数量的大规模骨干企业，产质量量和技术档次都有了较大幅度的提升，产品应用范围正逐步向高档领域扩展。
中国的磁性材料工业凭借丰富的资源和劳动力的优势，以及巨大的国内外市场支持，将有一个稳定的发展时期。
由于国情等各方面的因素，国内磁性材料行业落后欧美、日韩，中高端基本上都控制在国外企业手中，总体来看，中国的磁体性能还以中低档为多数，虽然产量高居世界第一，但产值并不理想。
统计显示，磁材出口均价还不到进口磁材均价的一半，而这些出口磁材产品还是相对比较高档的产品。
近年来，国内磁性材料产业得到了很大发展，年增长率超过20%，现在，我国磁性材料工业在产量方面已经初具规模，中低档产品占据了较大的国际市场，在高档产品方面开始形成竞争力。
2007年，磁性材料行业迎来了又一个高速发展的机遇期。
2007年比2006年需求增长了15%—20%。
中国的铁氧体工业基本上保持在20%以上速度增长，平均每五年产量翻一番。
目前磁性材料行业主要面临两大发展机遇，一是环保节能的机遇，一是国际产业转移带来的机遇。
成本和下游产业链的变化，造成了世界磁性材料产业链在欧洲－美国－日本－中国的转移，目前国内磁性材料的产量已占世界的60%。
由于世界上尚无其它地区能够为磁性材料行业提供如此有利的生产环境，该行业向国内的转移将成为长期的趋势。
我国的磁性材料工业凭借丰富的资源和劳动力的优势，以及巨大的国内外市场的支持，从微不足道的产业一跃成为全球的前列。
纵观国际国内市场发展的需求，磁性材料市场前景十分光明。
下游产品数字化和智能化的趋势给磁性材料企业带来市场空间。
汽车电机、宽带网络、信息家电市场的高速增长是磁材行业面临的重大机遇。
目前正值中国磁性材料行业大变革、大发展的时代，国内磁材行业具备上下游优势。
原材料和下游两方面的支撑使得中国磁性材料企业发展壮大，成为日本、欧美厂商以外的磁性材料的主要来源。
虽然在工艺、设备、原材料方面逊于日本TDK等领先厂商，但国内一些实力较强的企业，如中科三环等已在子行业中成为龙头，并具备规模优势和下游议价能力，与全球龙头厂商的差距也在缩小。
而经济衰退导致国内实力不强，管理不力的中小企业纷纷倒闭，这就给一些有实力的公司提供了机遇。
虽然业绩受到很大的影响，但相比别的行业，还具有很大的竞争力。
铁氧体与钕铁硼在性能和价格方面各有优劣，互替代空间不大。
但钕铁硼由于体积小、重量轻、磁性强的优点，在节能环保等新领域应用比重更高，成长性更好。
我国的磁性材料产业需要通过技术创新，继续加强稀土永磁材料的探索、加强高档稀土永磁材料的开发，使我国稀土永磁材料能保持持续发展。
从整体上看中国磁性材料技术水平接近国际水平，但没有自已的知识产权和创新的产品。
重点扶植中国专利产品，如钕铁氮磁体，但必须要全行业和相关的配套行业一起合作。
同时还有产业的结构调整，中国的磁性材料企业一定要有自己特色的产品，在某一方面（价格、质量、市场占有率）领先全行业，使国内外其他企业无法竞争。
中国的磁性材料产品特点要低价优质，才能参于国际竞争。
我国的磁性材料企业，加强自身的整合，不断提高管理和技术水平，通过与国外先进磁性材料企业加强合作，互助互利，使磁性材料产业更好的扎根于中国，使中国的磁性材料产业更好的服务于全球。
預計到2010年中国的铁氧体磁体的产量将全球的产量60%以上，钕铁硼磁占全球的80%；到2020年，中国市场需要永磁铁氧体50万吨，软磁铁氧体20万吨，钕铁硼磁体7万吨，约占全球市场的60%、40%和60%随着现代系统优化技术的发展和计算机辅助设计技术的应用，工厂布置设计已广泛地采用计算机辅助设计来进行设施规划与布置。
由于影响设施布置的因素错综复杂，并且因素之间相互影响、相互制约，而且大多数因素还具有不确定性，因此，在设施布置设计中常常以物流分析作为其主要的内容。
大多数的计算机辅助设施布置设计软件也都是以物流分析为主，采用定量分析和定性分析相结合的方法，并将定性分析转化为定量分析。
作为现代设施设计人员与生产管理人员，掌握并应用计算机辅助设施布置设计的方法和程序已成为必然。
1.3对磁性材料A分厂进行设计的目的和意义
在本次课程设计过程中，我以某磁性材料企业A分厂为例进行该厂的总平面布置。
布置中以物流分析和作业单位间相互关系分析等方面的知识为基础。
在总布置中充分考虑了工作环境安全性、物流效率和搬运方便性、工艺流程的连续性、人员车辆分流、辅助部门服务、管理方便性、布置方案的可扩展性和绿化及防污染等因素，最终布置出一种较理想的方案，使企业在生产中物流、人员和信息的传递效率最佳高，降低生产成本，从而使企业在激烈的市场竞争中处于有利的位子。
因此我要正确地运用工业工程基本原理及有关的专业知识，对给定的生产系统进行详细的分析。
如果工厂的选址和平面布置不合理，在生产进行中再来改善的成本和难度更高。
平面布置对一个企业相当重要，对此我们应有足够的重视，尽量在开始时做到最好。
因此，此次设计的目的和意义是对磁性材料A分厂平面布置做充分的考虑和分析，使工厂的平面布置和设备布局达到最合理，从而提高企业在该行业的竞争力。
其中设施设计又包含了：
信息系统设计、物流系统设计、布置设计、建筑设计和公用工程设计。
这次课程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个组成部分相互关系的分析，进行合理的布置，得到高效运营的生产系统，获得最佳的经济效益。
论文将运用SLP设计模式对赣州市金瓶开发区某磁性材料企业A分厂进行平面布置设计和对其进行基本要素分析、物流分析、作业单位之间非物流相互关系分析、总平面布置等。
第二章系统设计方法及原理
2.1SLP法基本原理
缪瑟的系统布置设计SLP——是一种最早应用于工厂设计的系统布置设计方法,具有很强的条理性,是一种把物流分析与作业单元关系的密切程度分析相结合、求得合理布置的技术。
在布置设计领域获得极其广泛的运用。
SLP方法的依据和切入点是：
产品P、产量Q、工艺过程R、辅助部门S、时间T这5个基本要素。
采用SLP法进行总平面布置的首要工作是对各作业单位之间的相互关系做出分析,包括物流和非物流的相互关系,综合得到作业单位相互关系表。
然后,根据相互关系表中作业单位之间相互关系的密切程度,决定各作业单位之间距离的远近,安排各作业单位的位置,绘制作业单位相关图,将各作业单位实际占地面积与作业单位位置相关图结合起来形成作业单位面积相关图；通过作业单位面积相关图的修正和调整得到数个可行的布置方案；然后采用一定的评价方法对各方案进行评价,择优选出最佳方案。
2.2设计过程
为了完成工厂总平面布置设计，需要从拟生产的产品品种和产量出发，对产品组成情况进行分析研究；确定各零件、部件生产类型，制定出各个零件、部件的加工、装配工艺流程；根据工艺流程和各阶段的特点划分出生产车间；根据生产需要设置必要的职能部门以及附属生产和生活服务部门；制定生产计划大纲；根据生产大纲以及约束条件，选择设施布置设计方法；进行布置设计，得出多个可行的方案；选择最优方案，完成工厂布置设计。
其设计过程如图2-1所示。
图2-1
2.3设计模型
在R．Muther提出的系统布置设计（SLP）中，把产品（Product）、产量（Quantity）、生产路线（Route）、辅助服务部门（Serve）及生产时间安排（Time）等作为给定的基本要素或者原始资料来处理，这样就形成了单纯工厂布置模型，如图2-2所示。
图2-2
1、产品（Product）。
产品是指待布置工厂将要生产的品种、原材料或加工的零件和成品等。
具体包括品名、品种类型、材料、特性等，主要由生产纲领提供，它影响着生产系统的组成及其各作业单位问的相互关系、生产设备的类型、物料搬运方式等。
2、产量（Quantity）。
产量是指所生产产品的数量，可用件数、重最、体积等来表示，它影响着生产系统的规模、设备的数量、运输量、建筑面积的大小等。
3、生产路线（Route）。
为了完成产品的加工，生产满足质量要求的合格产品，必须制定的工艺路线或工艺规程，它影响着物料搬运路线、仓库、堆放地的位置以及各作业单位之问的关系等。
4、辅助服务部（Serve）。
生产系统的组成大体上可以分为基本生产车间、辅助生产车间、后勤服务、职能管理部门、科室部处、生活服务部门及仓储部门等。
可以把为了保证基本生产车间和辅助生产车间正常运行所必需的工具、维修、动力、管理部门、停车场、绿化带以及后勤保障部门等统称为辅助服务部门S，其占地总面积有时甚至大于生产车间所占面积，所以布置设计时应给予足够的重视。
5、时间（Time）。
时间是指在什么时候、用多少时间生产出产品。
在工艺过程设计中，根据时间因素确定生产所需各类设备的数量、占地面积的大小和操作人员数量。
2.4系统布置设计模式
任何一种系统设计过程都是反复迭代、逐步细化的寻求最优解的过程，工厂布置设计更是如此。
设计步骤的正确与否往往是工厂布置设计能否成功的关键。
系统布置设计SLP模式就是一种人们广为采用的、成功的设计方法。
2.4.1设计阶段的划分
系统布置设计是一种逻辑性强、条理清楚的布置设计方法，整个设计过程大体可划分为确定位置、总体区划、详细布置及实施共4个阶段。
1、确定位置（阶段I）
在新建、扩建或改建工厂或车间时，首先应确定出新厂房坐落的地区位置。
在这个阶段中，首先要明确待建工厂的产品、计划生产能力，参考同类工厂确定待建工厂的规模，从待选的新地区或现有工厂中确定可供利用的厂址。
图2-3
2、总体区划（阶段Ⅱ）
总体区划又叫区域划分，就是在已确定的厂址上规划出一个总体布局。
此阶段中，首先应明确各生产车间、职能管理部门、辅助服务部门及仓储部门等作业单位的工作任务与功能，确定其总体占地面积及外形尺寸。
在确定了各作业单位之间的相互关系后，把基本物流模式和区域划分结合起来进行布置。
3、详细布置（阶段Ⅲ）
详细布置一般是指一个作业单位内机器及设备的布置。
在详细布置阶段，要根据每台设备、生产单元及公用、服务单元的相互关系，确定出各自的位置。
4、实施（阶段Ⅳ）
在完成详细布置设计后，经上级批准可以进行施工设计，绘制大量的详细安装图，编制搬迁、安装计划，按计划进行机器设备及辅助装置的搬迁、安装施工工作。
在系统布置设计过程中，上述4个阶段按图2-3所示的顺序交叉进行。
在确定位置阶段，就必须大体确定各主要部门的外形尺寸，以便确定工厂总体形状和占地面积；在总体区划阶段，就有必要对某些影响重大的作业单位进行较详细的布置。
整个设计过程中，随着阶段的进展，数据资料逐步齐全，能发现前期设计中存在的问题，通过调整修正，逐步细化完善。
在系统布置设计4个阶段中，阶段I与阶段Ⅳ由其他专业人员负责，系统布置设计人员应积极参与；阶段Ⅱ和阶段Ⅲ由系统布置设计人员完成。
因此，可以说工厂布置设计包括工厂总平面布置（总体区划）设计及车间布置或车间平面布置（详细布置）设计两项主要内容。
2.4.2SLP设计模式
在系统布置设计的阶段Ⅱ和阶段Ⅲ，可以采用系统布置设计SLP程序来完成。
SLP设计程序模式如图2-4所示。
2.4.3SLP设计步骤
1、准备原始资料。
在系统布置设计开始时，首先必须明确给出基本要素
如产品P、产量Q、生产工艺过程R、辅助服务部门S、及时间安排T等这些原始资料，同时也需要对作业单位的划分情况进行分析，通过分解与合并，得到最佳的作业单位划分状况。
所有这些均作为系统布置设计的原始资料。
2、工艺过程分析。
通过零件的生产工艺过程和利用率，计算各工序之间的物流量，绘制各零件的工艺过程图，绘制多产品工艺过程图，绘制各作业单位对之间从何单位至何单位物流强度汇总表。
3、物流分析与作业单位相互关系分析。
以生产流程为主的企业，因为物料移动是工艺过程的主要组成部分，因此，物流分析是布置设计中最重要的方面；而对于某些辅助服务部门或某些物流量较小的工厂，虽然物流关系不太密切，但相互之间的联系大，各作业单位之间的非物流关系对布置设计也就显得很重要，因此，需要对非物流关系进行详细的分析。
介于上述两者之间的情况，在进行作业单位相互关系分析时，需要综合考虑作业单位之间物流与非物流的相互关系。
物流分析的结果可以用物流强度等级及物流相关表格来表示。
非物流的作业单位间的相互关系，可以用关系密级及相互关系表来表示。
在需要综合考虑作业单位间物流与非物流的相互关系时，可以采用简单加权的方法将物流相关表及作业单位间相互关系表综合成综合相互关系表。
4、绘制作业单位位置相关图。
根据物流相关表与作业单位相互关系表，考虑每对作业单位间相互关系等级的高低，决定两作业单位相对位置的远近，得出各作业单位之间的相对位置关系，有些资料上也称为拓朴关系。
这时并未考虑作业单位具体的占地面积，从而得到的仅是作业单位位置相关图。
图2-4SLP设计程序模式
5、作业单位占地面积计算。
各作业单位所需占地面积与设备、人员、通道及辅助装置等有关，计算出的面积应与可用面积相适应。
6、绘制作业单位面积相关图。
把各作业单位占地面积附加到作业单位位置相关图，就形成了作业单位面积相关图。
7、修正。
作业单位面积相关图只是一个原始布置图，还需要根据其他因素进行调整和修正。
此时需要考虑的修正因素包括物料搬运方式、操作方式、储存周期等，同时还需要考虑实际限制条件，如成本、安全和职工倾向等方面是否允许。
考虑了各种修正因素与实际限制条件后，对面积图进行调整，得出数个有价值的可行方案。
8、方案评价与择优。
针对得到的数个方案，需要进行费用及其他因素评价。
通过对各方案的比较评价，选出或修正设计方案，得到布置方案图。
第三章LSP在磁性材料厂设施布置中的应用
布置一个磁性材料加工分厂A，A分厂成立于是2001年，地处赣州市金瓶开发区，占地30亩。
该厂自成立以来主营业务为多种稀有金属氧化物，稀有金属及各种稀有金属合金的生产加工与销售。
目前该厂主要产品有单一稀土金属：
金属钕、金属镝、金属镨；稀土合金有：
镨钕合金、钆铁合金、钬铁合金等；年综合生产能力1560吨。
3.1基本要素分析（P、Q、R、S、T及作业单位）
对磁性材料厂的各种生产要素，作业单位进行计算分析。
3.1.1产品P
该厂生产的主要产品有单一稀土金属：
金属钕、金属镝、金属镨；稀土合金有：
镨钕合金、钆铁合金、钬铁合金等。
3.1.2数量Q
1、计算每月各种稀土金属的生产量
A厂每月为自己生产80吨Nd-Fe-B的原料产品以及生产50t外包产品的原料。
其中生产80吨Nd-Fe-B，需要32%的稀土，而稀土中PrNv合金的含量为90%；Dy的含量为10%。
为了节省原材料的成本，10%的PrNv合金可以用钆铁合金替代；8%的Dy可用钬铁合金替代。
外包的50吨中，需要80%的钆铁合金、10%的钬铁合金、10%的PrNv合金。
各种稀土金属及合金的需求量如图3-1所示。
2、计算单个熔炼炉的生产能力
工厂采用三班倒的生产方式，每台熔炼炉每班生产11块稀土金属块，每块金属块重2Kg。
所以每台炉子每个月的生产能力为：
11×2×3×30=1980Kg=1.98t
3、计算所需熔炼炉的个数
根据每台炉子的月生产能力以及各种稀土金属的月需求量，可以计算出各种稀土金属的生产需要的熔炼炉的个数。
如表3-1所示。
金属名称
每月需求量/t
每台炉子每月产量/t
理论所需炉子数量/台
实际所需炉子数量/台
合计/台
PrNd
25.736
1.98
12.9979798
13
40
Dy
2.35525
1.98
1.189520202
2
GdFe
42.304
1.98
21.36565657
22
HoFe
5.2048
1.98
2.628686869
3
表3-1熔炼炉需求表
图3-1各稀土金属及合金的需求量
4、计算抛光机的台数
根据每台熔炼炉的生产能力以及抛光机的加工速度可以计算出所需抛光机的数量。
如表3-2所示。
5、计算切割机的台数
根据每台熔炼炉的生产能力以及切割机的加工速度可以计算出所需切割机的数量。
如表3-2所示。
表3-2抛光机和切割机需求表
炉子数量/台
生产能力（块/月）
抛光机加工速度（分钟/块）
所需抛光机数量/台
切割机加工速度（分钟/块）
所需切割机数量/台
40
39600
6
6
10
10
6、计算变压器的数量
选用315KV的变压器。
每台变压器能负载4台熔炼炉。
所以需要40/4=10台变压器。
3.1.3加工工艺路线R
加工工艺路线如图3-2和图3-3所示。
图3-2稀土金属加工工艺流程
图3-3电解加工流程
3.1.4厂区作业单位的划分S
根据稀土金属的加工工艺流程，可将其作业单位划分为原材料仓库、生产车间（包括熔炼加工区、抛光区、切割区、清洗包装区）、检验部门、成品仓库、辅助服务部门（包括职工宿舍、食堂、值班室、停车场）、办公室。
分别承担原材料的储存、加工、检验、生产管理与服务等各项生产任务。
如下表3-3所示。
表3-3作业单位及其用途
序号
作业单元
名称
用途
建筑面积m2
结构形式
备注
1
原材料库
储存原料
1000
2
电解车间
电解、铸造、剥离
3000
3
检验车间
检验分析
600
4
废品处理
车间
粉碎不合格
产品及切割废料
200
5
抛光车间
抛光、打磨
500
6
切割车间
切割产品
500
7
包装车间
充氩真空、包装
250
8
成品仓库
成品储存
500
9
办公
服务楼
办公室、食堂、休息室等
700
10
备用设备
车间
备用设备储藏维修处
100
主要作业单位及其功能：
1、原材料库
产品金属钕的原材料金属钕氧化物、包装袋都是采用外购的方法获得，入厂后由原材料库保存。
2、电解车间
将原材料在电解炉中电解，电解出来的产品然后进行铸造、成型、剥离。
3、半成品暂存
电解铸造生产出来的稀土金属送入半成品库进行储存。
4、检验车间
半成品中的稀土金属取样送入检验室进行检验分析，合格品送入抛光车间进行表面抛光处理，不合格产品送入废品处理车间进行粉碎。
5、抛光车间
对合格产品进行表面抛光处理。
6、切割车间
将稀土金属加工成特定规格大小的金属块。
7、包装车间
抛光后的产品经过切割处理然后进行充氩真空包装，然后送入成品库。
8、成品仓库
所有合格稀土金属及其合金产品存放在成品库中储存，等待出厂。
3.1.5时间安排T
工厂采取24小时分3班不间断生产的生产方式。
3.2产品—产量分析
生产的产品品种的多少及产品的产量的高低，决定了工厂的生产的类型，进而影响着工厂设备的布置形式。
根据以上已知条件可知，待布置设计的A厂的产品品种单一，产量较大，其年产量为1560吨，属于大量生产，适合按工艺原则布置。
3.3产品工艺过程分析
3.3.1计算物流量
通过对产品加工、检验、包装等各种加工阶段以及工艺过程路线的分析，计算每个工艺过程各工序加工前产品单件重量以及产生的废料重量，并根据生产1000t产品计算物流量。
如表3-4所示：
表3-4稀土金属及其合金的毛重及废料
产品名称
毛重/103t
废料/103t
稀土金属及其合金
1.3
0.3
3.3.2绘制产品的工艺过程图
根据稀土金属及其合金的加工工艺过程与物流量，绘制的稀土金属及其合金的工艺过程如图3-4所示：
单位（103kg）
3.4绘制从—至表
将各个部门、车间的距离以及物流量制成从—至表。
表3-5表示各作业单位之间的相互距离，表3-6表示稀土金属及其合金产品每日的搬运量，表3-7表示稀土金属及其合金的搬运总量。
将表3-7稀土金属及其合金中的物流强度按作业单位对汇总到表3-8物流强度汇总表中。
表3-5作业单位距离从—至表
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
序号
作业单位（至）
作业单位（从）
原材料库
电解车间
检验车间
废品处理
抛光车间
设备备用车间
切割车间
包装车间
仓库
合
计
1
原材
料库
60
60
60
90
80
100
110
120
680
2
电解
车间
5
5
75
50
75
85
95
390
3
检验
车间
15
40
15
50
60
70
250
4
废品
处理
75
30
85
95
105
390
5
抛光
车间
50
10
20
30
110
6
设备
备用
75
85
95
255
7
切割
车间
10
20
30
8
包装
车间
10
10
9
仓库
2115
表3-6稀土金属及其合金搬运数量从—至表
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
序号
作业单位（至）
作业单
位（从）
原材料库
电解
车间
检验车间
废品处理
抛光车间
设备备用车间
切
割
车
间
包装车间
仓库
合
计
1
原材料库
1.3
1.3
2
电解车间
0.05
0.2
1.05
1.3
3
检验车间
0.05
0.05
4
废品处理
0.3
0.3
5
抛光车间
0.025
1.025
1.05
6
升级会员 