动线型系统布置设计法在徐州污水处理厂的应用研究毕业论文 精品.docx

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动线型系统布置设计法在徐州污水处理厂的应用研究毕业论文精品

本科生毕业设计（论文）

题目：

动线型系统布置设计法在徐州污水

处理厂的应用研究

二〇一一年六月

中国矿业大学毕业设计任务书

学院矿业工程学院专业年级工业工程07-2班

学生姓名

任务下达日期：

2011年1月14日

毕业设计日期：

2011年3月14日至2011年6月10日

毕业设计题目：

动线型系统布置设计法在徐州污水处理厂的应用研究

毕业设计专题题目：

毕业设计主要内容和要求：

院长签字：

指导教师签字：

中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：

成绩：

评阅教师签字：

年月日

中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩

答辩情况

提出问题

回答问题

正确

基本

正确

有一般性错误

有原则性错误

没有

回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：

年月日

学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：

年月日

摘要

系统布置设计（SystematicLayoutPlanning）理论即SLP法在平面布置设计中已经获得非常广泛的应用，但将传统的系统布置设计方法SLP直接应用于现代企业设施布置设计存在一些不足，进而结合现代企业的运作特点，在借鉴传统SLP方法的基础上，将动线型SLP法应用于现代企业的设施布置设计中，使企业的设施规划设计更加完善。

本文将SLP法结合动线型SLP法运用于徐州奎河污水处理厂提标改造工程平面布置设计中。

关键词：

SLP；动线型SLP；平面布置设计

ABSTRACT

TheSystematicLayoutPlanningtheory,theSLPMethod,hasgotwidelyappliedonthelayoutdesign,buttherearestillsomeproblemsonhowtoapplythetraditionalSLPonthemodernenterprisedesignonfacilitieslayoutdirectly.Thus,thegoodapplicationofthemovingline-typeSLPonthedesignoffacilitieslayoutinmodernenterprisewhichisbasedonthetraditionalSLPaswellasthefeaturesofrunningamodernenterprisewillmakeabetterdesignoffacilitieslayout.ThisessaywillapplySLPtogetherwiththemovingline-typeSLPonhowtoimprovethedesignonengineeringlayoutofKuiRiverSewageTreatmentPlantinXuZhou,JiangSu.

KeyWords:

SLP（SystematicLayoutPlanning）;Movingline-typeSLP;layoutdesign

1前言

1.1研究背景和意义

由RichardMuther在20世纪60年代提出的具有系统性和条理性的系统布置方法，即SLP-SystematicLayoutPlanning在制造业已经得到广泛的应用。

SLP是工业工程专业《设施规划与物流分析》专业课里的重要技术，我国最早于1993年招收工业工程的本科生，1994年起开始招收硕士生，近年来工业工程专业得到了社会的广泛认可，被广泛应用于制造业，并逐渐应用到服务业等行业，在地域上逐渐由东部地区向西部推广。

由于我国工业工程起步较晚，SLP技术没能得到很好的应用，众多企业在系统布置设计的时候主要是凭经验和感觉进行设计，从而导致了企业设施规划不合理，增加了制造及管理成本，因此研究SLP在我国企业中的应用将具有非常高的经济价值和社会意义。

SLP作为设施规划的一种重要技术，可以促进整个生产系统的人流、物流、信息流更加顺畅，减少人员、物料的移动成本，提高空间利用率，改善整个生产过程的整体效率，帮助企业降低制造成本，应对来自于市场、客户和竞争者的压力，达到高效管理的目的。

笔者在本文将动线型SLP法应用于徐州奎河污水处理厂提标改造工程平面布置设计中，希望通过研究，合理布置设计徐州污水处理厂，提高该厂经营效益，也希望从该研究中得到SLP法应用于非制造业的一些思路。

1.2研究的内容及结构

笔者通过在徐州市奎河污水处理厂实习，搜集整理资料发现该企业在设施布局方面的问题，应用SLP改进方法的研究成果对其进行研究，改进该企业的设施布局，帮助该企业降低经营成本，提高企业的综合效益。

研究结构如图1-2-1所示。

图1-2-1研究结构图

2概述

2.1SLP相关理论介绍

2.1.1SLP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。

2.1.2SLP法的程序模式

系统布置设计的工作程序模式有十个步骤，其程序模式如图2-1-1。

图2-1-1SLP法的程序模式

2.1.3SLP设计步骤

由SLP法的程序模式可知SLP设计步骤如下：

（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扑关系。

这时并未考虑作业单位具体的占地面积，因而得到的仅是作业单位位置相关图。

（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，得出几种有价值的可行方案。

（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。

2.2SLP法的不足及改进

2.2.1SLP法的不足

在现代企业设施布置中，直接应用SLP法进行设施布置设计存在以下问题：

（1）不适合现代企业的生产特点。

传统的SLP方法是基于计划推动式生产的方法，而现代企业的生产是基于市场定单需求，属于拉动式生产。

（2）缺少物流战略规划。

战略规划比任何其它因素对现代企业设施布置设计的影响都要大，布置设计各项问题的分析都要基于企业经营战略、以实现战略规划为目标。

传统的设施布置方法缺少战略规划，影响现代企业的持续发展。

（3）缺少动态柔性。

SLP方法基本上是静态的，缺乏动态柔性。

而现代企业的生产经营是以市场为导向的，随机性、时效性等特点很明显，要求其布置设计和生产系统具有适当的弹性、柔性，能紧随市场变化及时地、适度地进行调整。

（4）SLP方法缺少动线分析过程。

所谓动线，就是货物和人员的移动路线。

在整个企业范围内货物和人员的流动不能发生阻断、迂回、绕行和相互干扰等现象，要求动线具有完整性、合理性和流畅性。

在总体规划方案初步确定后，就要及时地进行动线分析，以便做出相应的调整。

（5）由于历史的局限性，SLP方法没有充分考虑利用计算机技术。

传统的方法主要是手工布置，受主观经验、自身知识及能力等多种因素的影响，虽然在布置过程中考虑了系统优化，但往往得不到较优解，有时得到的可能仅仅是非劣解，想要获得优秀的、令人满意的方案是比较困难的；而且手工布置程序繁琐，导致设计者最终提供给决策者的方案较少，可供决策者选择的余地太小，不利于科学决策。

2.2.2改进SLP法——动线型SLP法

根据上述分析的在现代企业设施布置中运用传统SLP法存在的问题,本文将结合现代企业自身的生产运作特点,在参考国内外研究的新成果和新技术的基础上（2、3）,提出一种适合现代企业的设施布置设计的改进SLP法。

由于此方法加入了动线分析，故称之为动线型SLP法,其程序模式示意图如图2-2-1所示,大致分为八个阶段。

图2-2-1动线型SLP法的程序模式示意图

（1）资料搜集与分析阶段。

资料搜集与分析是现代企业设施布置设计的重要前提。

在此阶段，搜集并分析影响布置设计的基础数据和背景资料，主要包括：

E-Entry，指加工、服务的对象或接收的订单；I-Item，指加工产品或处理货物的种类；Q-Quantity，指加工产品或处理货物的数量；R-Route，指产品的工艺流程或货物处理的作业流程；S-Service，指辅助部门和物流服务水平；T-Time，指生产加工的时间安排或物流服务的时间；C-Cost，指现代企业的建造预算。

EIQ分析属于基于拉动的分析方法，与传统SLP中基于推动的PQ分析有本质区别。

上述资料可以根据对历史资料或商务合同的统计、同类现代企业的参考类比、专家经验咨询、市场调查分析、甚至是实验测算的办法获得，尽可能准确。

（2）确定设施布置类型。

对于生产企业来说，企业生产的产品品种的多少以及每种产品产量的高低，决定了企业的生产类型，直接影响着企业的总体布局及生产设施的布置形式。

在新建、改建、扩建企业时，首先要确定企业未来生产的产品及其生产纲领，必须对企业的未来产品与产量关系--生产类型进行深入分析，进一步优化设计制造系统和确定最优的工艺过程，这是企业布置设计的前提。

根据单位时间内产品的生产量，可以把企业的生产类型分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。

按产品在制造过程中的位置是否变化分为产品固定式和产品移动式两大类。

固定布置指加工或服务对象位置固定，而加工或服务设备围绕着该固定位置移动的一种布置方式。

这种方式主要用于飞机、轮船等难以移动的加工对象的布置。

产品移动式布置又可分为产品布置、工艺布置及成组布置三种形式。

每一种设施布置形式各有特点，分别适应不同的生产类型。

产品布置也称为流水线布置或对象布置，这种布置形式就是按产品的加工工艺过程顺序配置设备，这时生产效率非常高，但生产适应性差，适用于少品种大量生产。

工艺布置也称为机群式布置，即把同种类型的设备和人员集中布置在一个地方，这样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，当工件需要经过多种设备进行加工时，工件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与逆向流动的问题，这种布置形式通常适用于单件生产及多品种小批量生产模式。

成组布置又称混合布置，在产品品种较多，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，同组零件用相似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布置组合成成组制造单元，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，可以提高设备开工率、减少物流量及加工时间，成组布置适用于多品种、中小批量的生产类型。

综上所述，产品品种的多少、产量的高低直接决定了设施布置的形式，图1-3-2直观反映了产品种类——产量与设施布置形式的关系，图中每柱代表一类产品的产量。

只有对产品种类——产量关系深入分析，才能产生恰当的设施布置形式。

图1-3-2E-Q曲线

以上均是针对生产企业来说的，而对于物流中心，同样可以根据处理货物的种类--数量关系确定恰当的设施布置形式。

（3）作业单位及作业活动分析。

在对前述基础数据和背景资料分析的基础上，进而对现代企业主要的业务活动、作业的关联性及其大体作业流程进行分析，划分作业区域和作业单位。

在此过程需注意作业区域之间可能存在的信息交换关系、组织协调关系、考虑操作安全和环境需要而保持的距离关系。

在大多数企业中，各作业单位之间既有物流联系也有非物流联系，两作业单位之间的相互关系应包括物流关系与非物流关系，因此要将作业单位间的相互关系与非物流的相互关系进行合并，求出合成的相互关系--综合相互关系，然后由各作业单位间综合相互关系出发，实现各作业单位的合理布置。

（4）初步方案形成阶段。

在这一阶段所采用的方法，和传统的SLP方法基本上是一致的。

只是由上一步的部门综合关系图生成线型图，再将面积的约束及各种实际限制条件加入，采用试错法生成空间关系图，即生成初步布置方案X、Y、Z…

（5）方案评估和选择阶段。

对上一步形成的数个方案，应用系统工程学，技术经济学，或者计算机仿真的方法，从社会、经济、技术等方面因素，对各方案进行的综合评价和方案评估，从中选择一到两个可选方案进行详细设计。

（6）详细布置设计阶段。

对各作业区内部所使用的各种设施、设备器具、作业场所、车间通道等进行详细布置和安排。

在此阶段建议重复使用综合关系法，因为从考虑问题、布置思路和处理方法等角度来看，各作业区内部的详细布置设计和各作业单位布置设计的方法几乎完全一样，只是工作的深度、设计的范围和细致程度不同，详细设计阶段考虑的问题更细致些，布置的内容更具体些。

（7）动线分析。

在此之前均是空间的合理布置设计，故在对一到两个可选方案进行详细布置设计后，有必要对现代企业的物流动线和人行动线进行分析，即物料搬运系统分析，并对最优方案进行调整、反馈修正，使其物流动线和人行动线具有最大的合理性和流畅性，并使搬运方法和搬运手段合理化，以提高现代企业的运转效率。

在这里可以运用系统搬运分析方法SHA（SystenaticHandlingAnalysis）进行动线分析。

一般来说，选择车间内部流动模式的一个重要因素是车间入口和出口的位置。

常常由于外部运输条件或原有布置的限制，需要按照给定的入、出口位置来规划流动模式。

此外，流动模式还受生产工艺流程、生产线长度、场地、建筑物外形、物料搬运方式与设备、贮存要求等方面的影响。

物流动线的主要型式有：

直线型、U型、S

型、O型、L型等。

实际流动模式常常是由五种基本流动模式组合而成的。

新建企业时可以根据生产流程要求及各作业单位之间物流关系选择流动模式，进而确定建筑物的外形及尺寸。

（8）确定最佳布置方案。

根据以上动线分析，确定最佳布置方案进行实施，在实施过程中再对布置方案进行调整和进一步完善。

2.3国内外研究的现状

在系统设计方法被引入以前，人们使用经验设计法来解决设施布置问题。

利用多年来在设计、建造和运行各种行业的工厂中所累积起来的经验、教训、数据和资料，人们在设计同类型的或相似的工业设施时将其作为参考。

经验设计方法的要点在于寻找同类或相似工厂作为样板，但必须根据目标和实际的内外部因素设计多个可供选择的方案，利用经验数据或指标决定各部门面积，通过方案评估比较决定优选方案，最后绘制标准的总平面布置图和详细的车间布置设计图。

因此，经验设计法是布局形式模仿现有同类工厂的布局，但也作局部或者小的改进；人员、设备、面积等均采用指标法加以估算，即从已建成的同类工厂中统计计算出生产单位产品或其他所需要的厂房面积、设备及人员等；然后在已确定的面积上对各部门或各种设备及设施，在参考样板厂的情况下进行布置。

采用的手段是模仿、修改加定性分析。

在SLP这一系统化，流程化的方法被引入以来，被广泛的实践和证明，得到了学术界和企业界的公认。

基于这一方法的多种演算方式也随之发展起来。

多数的设施布置问题大多都是基于SLP开发的算法。

传统的设施布局的目标是使生产活动中的运输成本最小，将机器、部门和生产单元的运输状况以从至表的方式来进行量化。

通常使用物料在不同部门问的运输量、运输距离来衡量各部门相邻的重要程度。

而相邻生产单元的中心直线距离往往被作为衡量距离的点。

美国的伊利诺斯州立大学对车间布局进行了研究，将车间的设备分为几个单元，建立相关图（它是一个根据相邻设备之间物流的重要程度而分为几个等级的列表），按照理查德的SLP方法来确定车间布局的步骤，利用启发式算法将所建立的关系表进行优化，最终通过计算机程序自动得到一个合理的布局，并且能够给出相应的评价体系。

计算机辅助设施布置技术（CRAFT-ComputerizedRelativeAllocationofFacilitiesTechnique）产生于20世纪70年代。

这种技术的基本思想是，为简化起见，假定当物料需要跨越一个车间时，成本加倍；当物料跨越两个车间时，成本为原来的3倍，以此类推。

从车间的这些输入和最初布置方案开始，计算机辅助设施布置技术试图用布置方案的总物流成本来衡量方案的优劣，并不断改进。

车间之间的物流成本=物流量

车间中心的直线距离

单位距离运输成本

计算机辅助设施布置技术以迭代的方式不断交换两个车间的位置来改进布置，直到所得布置方案的物流成本不能再降低为止。

也就是说，计算机辅助设施布置技术要不断计算两个车间位置交换后对总成本的影响；如果总成本降低，则交换位置，而这个过程是通过相应的CRAFT计算机辅助软件来进行。

SPACECRAF、CORELAP、ALDEP和COFAC是计算机辅助设计和规划技术中的另外几种专家系统，但都未在排列备选计划的优先次序时考虑到专门知识，他们的程序中没有人类设计者所具备的创造性。

利用CRAFT进行设施规划，该方法的主要特点有：

采用启发式算法，当移动两个部门能够使得物流费用减少时，则交换这两个部门；不保证有最优解：

起始状态（InitialLayout）会决定最终的布局；部门数目越多，运算次数和时间越长。

如对于10个部门的运算次数将达到lO的阶乘；以划分的小格作为每个部门的面积基础，经常会导致奇怪的布局形状。

国内针对车间布局的研究已经展开，目前有上海交通大学，同济大学，华中理工大学等，所做的研究工作也主要是集中在算法的研究上，从而对布局进行优化，同济大学提出面向敏捷制造的车间布局形式，详述了新型模式的车间布局，并且阐明基于新模式下的车间布局需要不断变化和调整，在其整个生命周期中，不清楚生产数据的情况下，利用模糊生产数据的方式进行车间布局，并提出基于敏捷制造的分布式布局的思想。

上海交通大学则根据精益生产的哲理应用于车间的平面布局之中。

提出了生产线车间布局的数学模型和结构模型，并根据设备的特点提出车间设备的分类方法，提出了基于设备分类的定序算法和定位算法。

3企业概况及问题

3.1徐州污水处理厂概况

徐州污水处理厂是淮河流域建成的第一家城市污水处理厂，主要负责处理徐州市奎河流域排放的生活污水和工业废水。

该厂建于1994年，处理规模为10万

；1997年～1998年完成二期扩建，污水厂总设计规模达到晴天16.5万

，雨天30万

；2002年，徐州市政府出资对奎河污水处理厂进行技术改造，出水水质提高到GB18918-2002中的一级B标准，其中

≤70mg/L。

2003年底，奎河污水厂采用TOT（移交-经营-移交）方式转为市场化运营，由安徽国祯环保节能科技股份有限公司托管运行，经营权限为30年。

公司地处徐州市南郊姚庄，持有国家环保部（原国家环保总局）颁发的环境污染治理设施运营资格证书（国环运营证1506生活污水甲级、国环运营证2583工业废水甲级），并通过环境管理体系、职业健康安全管理体系、质量管理体系认证。

公司自2004年4月运营以来，自觉接受政府部门的监督管理，出水水质水量、安全生产、在线监测、污水处理等指标符合监管要求，努力改善了淮河的水体环境，为徐州市的环境建设做出了重要贡献。

3.2徐州市奎河污水处理厂提标改造工程概况

根据环评有关要求，奎河污水处理厂出水CODCr、NH3-N应执行GB18918-2002中的一级A标准，其余指标应执行GB18918-2002中的一级B标准。

现有处理设施难以确保污水处理稳定达标排放，因此需进行提标改造。

2009年12月上海市政工程设计研究总院编制完成了《徐州奎河污水处理厂提标改造工程可行性研究报告》。

2010年1月，江苏省发改委组织有关专家对本可研究报告进行了审查论证。

徐州奎河污水处理厂提标改造工程项目总投资6964.19万元，其中工程费用5625.35万元。

本提标改造项目主要工程内容包括：

（1）恢复初沉池功能，晴天运行2座，雨天运行4座；

（2）拆除现状污泥堆棚1座和堆肥车间1座；

（3）将现状曝气池1改造为厌氧池，曝气池2改造为厌缺氧池，处理流量为16.5万m3/d，水力停留时间0.3+2.7=3.0h；

（4）新建1座生物反应池，处理流量为16.5万m3/d，分2组，每组水力停留时间为9.5h；

（5）新建1座紫外线消毒池，1座加药间；

（6）改造污泥脱水机房，新建污泥堆棚1座；

（7）新建部分工艺管线；

（8）增加一路供电电源。

徐州奎河污水处理厂提标改造项目于2010年7月16日开工建设，计划2011年4月底进水运行。

3.3企业在设施布置方面的问题

（1）现有部分设备陈旧，设备利用率较低；

（2）徐州污水处理厂物流路