设施规划与物流课程设计某传动阀门减速器厂的设施布置设计大学论文.docx
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设施规划与物流课程设计某传动阀门减速器厂的设施布置设计大学论文
12级工业工程
专业综合课程设计
设计题目某传动阀门减速器厂的设施布置设计
组长（学号）：
组员（学号）：
学院：
安全与环境工程
班级：
工业1202班
指导教师：
完成日期：
2015-6-12至6-26
摘要
随着制造业生产方式的转变，许多制造企业需要新建厂区以扩大生产，或者需要对原有的生产系统进行优化。
越来越多的企业管理者和工程技术人员开始重视设施布置问题，设施布置包括新生产系统的设计和已有生产系统的优化。
对于制造业来说，设施布置是否合理，将对生产系统的运行产生长期的影响。
因此，对制造业设施布置设计及优化问题的研究具有重要的意义。
首先，本文简单的阐述了设施布置设计的相关理论，着重介绍了系统布置设计方法（SLP）。
其次，以某传动阀门减速器厂的设施布置的设计为实例，应用系统布置设计的相关理论知识对新工厂的设施布置进行规划设计，得到初步方案。
最后基于加权因素比较法进行设施布置方案的评价与选择，从而得出最优方案。
关键字：
设施布置；系统布置设计；评价与选择
ABSTRACT
Withthetransformationofmanufacturingproductionmode,manymanufacturingenterprisesneedtobuildthenewplanttoexpandproduction,orneedtooptimizetheoriginalproductionsystem.Moreandmorebusinessmanagersandengineeringandtechnicalpersonnelhavebeguntopayattentiontothefacilitieslayoutproblem.Thefacilitylayoutincludesthedesignofthenewproductionsystemandtheoptimizationoftheexistingproductionsystem.Formanufacturing,facilitieslayoutisreasonable,willhavealong-termimpactontheoperationoftheproductionsystem.Therefore,itisofgreatsignificancetostudythelayoutdesignandoptimizationofmanufacturingfacilities.First,thispaperbrieflyexpoundstherelevanttheoryoffacilitylayoutdesign,andemphaticallyintroducesthesystemlayoutdesignmethod（SLP）.Secondly,toatransmissionvalvedecelerationfactoryfacilitylayoutdesignasanexample,therelevanttheoreticalknowledgeoflayoutdesignofapplicationsystemofnewplantfacilitylayoutofplanninganddesign,thepreliminaryscheme.Finally,theevaluationandselectionoffacilitylayoutschemeisbasedontheweightedfactorcomparisonmethod,andtheoptimalschemeisobtained.
Keywords:
facilitylayout;systemlayoutdesign;evaluationandselection
1前言
制造业是其他行业的基础，制造业的发展水平在很大程度上决定着一个国家的总体经济状况。
在全球竞争日益激烈的情况下，制造类企业的经营模式正逐步想集团化和国际化发展，生产设施大规模兴建。
与此同时，制造业的生产方式从大规模生产方式开始向更具柔性的大批量定制生产方式转变，原有的设施布置渐渐不适应生产方式的转变，需要对原有的生产系统进行进一步的设计优化。
目前，为了顺应市场的变化和在激烈的市场竞争中生存下去，越来越多的制造类企业开始关注设施布置设计及优化问题。
，并且意识到物流合理化是实现制造业设施设计的关键。
在制造业中，各个设施之间物料流动是生产过程中不可缺少的环节，高效的物流运作是降低运营成本、缩短产品交货时间、加强企业综合竞争力的重要手段。
无论是新生产系统的设计还是旧生产系统的改进优化，都需要一个科学的设施布置方案，以实现企业物流的合理化，减少不必要的的投资，减少物料搬运，减少运营成本，有效的利用空间、设备、为职工提供舒适、安全的生产环境。
从而为企业赢得市场。
本课程设计是对制造业设施布置问题进行调研与分析总结的基础上，掌握制造类企业内部物流的特征及工厂设施布局存在的普遍问题，利用工业工程理论、系统布置设计方法等知识，研究制造业设施布置方案的设计，利用系统布置设计方法、物料搬运系统分析方法、加权因素比较法等知识探索制造业设施布置方案的优化模型。
对于制造业而言，良好的设施布置是提高生产系统效率、改善生产系统功能的重要手段，也是实现先进生产方式的基础。
2设施布置设计相关理论
2.1设施布置设计
设施布置设计（FacilityLayout）简称为设施布置，它是根据企业的经营目标和生产计划，在已经确定的空间场所内，按照从原材料的输入、零部件和产品的生产和制造，到成品的包装、运输的整个过程，力争将物料、设备、人员所需的空间作最适当的分配，已获得最大的生产效益。
设施布置包括作业单位的总体布置和作业单位内部的局部布置，在制造业中，他包括工厂总平面布置（简称为工厂布置）和车间布置。
本课程设计研究的是工厂总平面布置的设计。
2.2设施布置设计的原则及基本形式
（1）设施布置设计的原则
工艺流程合理，尽量使生产对象流动顺畅，重视各作业单位之间的关系密切程度，同时避免工序间的往返、交叉。
适应厂区内外运输要求，运输路线短捷顺直。
合理用地，最有效的利用空间。
安全生产，减少环境污染。
（2）设施布置设计的基本形式
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同种类型的设备和人员集中在一个地方。
它适用于多品种、小批量的生产模式。
产品原则布置。
也称为流水线布置，它是一种根据产品制造的步骤来安排设备的方式。
固定式布置。
该种布置形式适用于特大型设备（如轮船、飞机）的生产制造。
成组布置原则。
成组原则布置又称为混合原则布置，介于产品原则布置和工艺原则布置之间，它是将不同的机器组成工作单元来对工艺和形状相似的零部件进行加工。
适用于多品种、中小批量的生产类型。
2.3设施布置设计的方法
设施规划与设计发展至今，设施布置的设计方法主要有一下5类。
（1）摆样法。
它是指把按照一定比例制成的样片摆放在同一比例的平面图上，用来模拟生产系统的组成，然后通过各种样片也就是各作业单位的相互关系分析，调整平面图上样片的位置，来得到不同的布置方案，直到得到较优的布置方案为止。
（2）数学模型法。
它是指利用数学、系统工程、运筹学的模型和技术来研究设施布置问题，从而减弱在设施布置中的决策的主观性，提高布置的精确性。
（3）图解法。
它是指将摆样法与数学模型相结合，主要包括螺旋规划法、运输行程图及简化布置规划法等。
（4）系统化布置设计法。
系统化布置设计（SystematicLayoutPlanning，简称SLP）法是设施布置的设计方法中最具有代表性的，应用最广泛的方法。
（5）计算机辅助设施布置技术。
计算机辅助设施布置技术慢慢发展为建立数学模型利用特定算法求解最优布置方案，人工智能技术的发展为计算机辅助设施布置提供了许多新算法，主要有模拟退火、遗传算法等。
3系统化布置设计
在设施布局设计的五大类方法中，系统化布置设计法是基础，也是最具有代表性、应用最广泛的方法。
美国布置设计权威之一的R·缪瑟在总结了大量工厂设计经验的基础上，提出了经典的系统化布置设计（SystematicLayoutPlanning，SLP）方法，简称SLP法。
SLP法是一种以作业单位物流与非物流的相互关系分析为主线的设施布置设计方法，适用于工厂的新建、扩建或改建中对设施的布置或调整。
3.1系统布置设计方法的基本要素
进行设施布置设计要考虑众多因素，在系统化布置设计法中，按照R·缪瑟的观点，最基本的要素是产品（Product），产量（Quantity），生产路线（Route）、辅助服务部门（SupportingService）和时间（Time），一般形象的简称为P、Q、R、S、T，具体说明见下表1。
表1设施布置设计的基本要素
设计要素
具体内容
P:
产品（材料或服务）
是指系统将要生产的商品、原材料、加工的零件和成品等。
它影响着生产系统的组成。
生产设备的类型、物料搬运方式等。
这一要素具体包括种类、型号、零部件、产品特征，主要由生产纲领和产品设计提供。
Q：
产量（数量）
是指所生产、供应或使用的商品量，一般用所生产产品的重量或者体积表示，产量Q影响着设施规模、车间所需设备数量、生产系统的物流量等。
R：
生产路线（工艺过程）
它是工艺过程设计的成果，是指为了生产出合乎质量要求的产品所设计的设备表、工艺过程图、工艺过程卡等。
它影响着各设施间的相互关系、设施的位置、物料搬运路线等。
S：
辅助服务部门
它是指为了保证企业生产活动正常运行所必需的工具、维修、动力、管理部门、收费、发运、停车场、绿化带以及后勤保障部门等。
这些部门是生产的支持系统。
T：
时间（时间安排）
它是指在什么时候，用多少时间生产出产品
3.2系统化布置设计程序模型
系统化布置设计通过作业单位相互关系的等级划分，使设施布置由定性阶段发展到定量阶段，是当前工厂布局设计的主流方法，其设计程序模式可表示为下图1所示。
图1系统布置设计法的基本模式
整个过程包含以下几个方面：
（1）准备原始资料
在布置设计时，首先必须明确给出基本要素—产品、产量、工艺流程、辅助服务部门及时间安排等这些原始资料，同时也需要对作业单位的划分进行分析，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材料。
（2）物流分析与作业单位相关关系分析
针对某些以生产流程为主的工厂，物料移动是工艺过程的主要部分时，物流分析是布置设计中最重要的方面。
物流分析的结果可以用物流强度等级及物流相关系来表示，非物流的作业单位间的相互关系可以用关系的密切及相互关系来表示。
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采用简单的加权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。
（3）绘制作业单位位置相关图
根据物流相关表，考虑每队作业单位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关位置关系。
（4）作业单位占地面积计算
各作业单位所需的占地面积与设备、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。
（5）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上，就形成了作业单位面积相关图。
4基于SLP的某传动阀门减速器厂的设施布置设计
某传动阀门减速器厂现有地10800平方米，南北为120米，东西宽90米，预计需要工人300人，计划建成年产10000套传动阀门减速器的厂，采用系统化布置设计方法对该厂进行设施布置设计。
4.1基本要素分析
（1）基本结构及有关参数
本产品由15个零件构成。
每个零件、组件的名称、材料、单件重量及年需求量均列于表2中。
表2零件明细表
产品名称：
XJ系列减速器
产品代号：
JSQ
计划年产量：
10000
序号
零件名称
零件代号
外购
自制
单位数量
单件重量/Kg
总重量/kg
1
手轮
JSQ-01
√
1
2
20000
2
中心齿轮轴
JSQ-02
√
1
1
10000
3
端盖
JSQ-03
√
1
0.5
5000
4
行星齿轮
JSQ-04
√
3
0.5
15000
5
销
GB/T68
√
3
0.03
900
6
内齿圈
JSQ-05
√
1
0.01
100
7
连接盘
JSQ-06
√
1
1
10000
8
行星架
JSQ-07
√
1
0.3
3000
9
轴套
JSQ-08
√
1
0.05
500
10
蜗杆
JSQ-09
√
1
1
10000
11
左端盖
JSQ-10
√
1
0.4
4000
12
壳体
JSQ-11
√
1
1.5
15000
13
蜗轮
JSQ-12
√
1
0.8
8000
14
减速器盖
JSQ-13
√
1
2.5
25000
15
指示盘
JSQ-14
√
1
0.04
400
（2）作业单位划分
根据减速器的结构及工艺特点，设立如表3所示的10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3作业单位建筑物汇总表
序号
部门（车间）名称
用途
建筑面积（m2）
1
原材料仓库
外购件、原材料及油料存储
25×30
2
铸造车间
毛皮铸造
20×30
3
热处理车间
对个零件的热处理机电镀
22×30
4
机加工车间
对毛坯及各零件的机械加工
30×25
5
半成品库
对生产出的零、组件暂时存储
20×20
6
总装车间
将各部件装配成型、喷漆
20×45
7
性能试验室
对成品的测试及质量检查
20×35
8
成品仓库
产成品存储
17×35
9
维修车间
设备及零部件维修
20×20
10
办公楼
技术和管理人员办公室
30×25
（3）生产工艺过程
由于减速器的结构比较简单，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。
零、组件制作与外购。
自制零、组件的生产工艺过程分别见表4~10表所示。
表中各工序加工前工件重量=该工序加工后工件重量/该工序材料利用率。
标准件、外购件与半成品暂存。
生产出的零、组件经车间内检验合格后，进入半成品库暂存。
定期订购的标准件和外协件均放在半成品库。
组装。
所有零、组件在组装车间集中组装成减速器成品。
性能试验。
所有组装出的减速器均需进行性能试验，试验合格的成品送入成品库，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%。
成品存储。
所有合格减速器存放在成品库待出厂。
表4手轮加工工艺过程卡
零件名称
零件代号
材料
单件重量/kg
计划年产量
总重量/kg
手轮
JSQ-01
HT200
2
10000
20000
序号
部门（车间）名称
工序内容
材料利用率
1
原材料仓库
准备铸锭
2
铸造车间
铸造
70％
3
热处理车间
正火
4
机加工车间
车、铣、钻
80％
5
热处理车间
电镀
表5中心齿轮轴加工工艺过程卡
零件名称
零件代号
材料
单件重量/kg
计划年产量
总重量/kg
中心齿轮轴
JSQ-02
45钢
1
10000
10000
序号
部门（车间）名称
工序内容
材料利用率
续表5
1
原材料仓库
备件
2
热处理车间
正火
3
机加工车间
粗车、粗铣
80％
4
热处理车间
淬火
5
机加工车间
精车、精铣
90％
表6端盖加工工艺过程卡
零件名称
零件代号
材料
单件重量/kg
计划年产量
总重量/kg
端盖
JSQ-03
HT200
0.5
10000
5000
序号
部门（车间）名称
工序内容
材料利用率
1
原材料仓库
准备铸锭
2
铸造车间
铸造
60％
3
热处理车间
正火
4
机加工车间
钻、镗、铣
80％
表7行星齿轮加工工艺过程卡
零件名称
零件代号
材料
单件重量/kg
计划年产量
总重量/kg
行星齿轮
JSQ-04
45钢
0.5
10000
5000
序号
部门（车间）名称
工序内容
材料利用率
1
原材料仓库
备件
2
热处理车间
正火
3
机加工车间
粗铣、钻孔
80％
4
热处理车间
淬火
5
机加工车间
精铣、精镗
90％
表8蜗杆加工工艺过程卡
零件名称
零件代号
材料
单件重量/kg
计划年产量
总重量/kg
蜗杆
JSQ-09
45钢
1
10000
10000
序号
部门（车间）名称
工序内容
材料利用率
1
原材料仓库
备料
2
机加工车间
粗车
3
热处理车间
正火
80％
4
机加工车间
精车
90％
表9壳体加工工艺过程卡
零件名称
零件代号
材料
单件重量/kg
计划年产量
总重量/kg
壳体
JSQ-11
HT200
1.5
10000
15000
序号
部门（车间）名称
工序内容
材料利用率
1
原材料仓库
备料
2
铸造车间
铸造
75％
3
机加工车间
粗铣、精铣、钻孔
80％
表10蜗轮加工工艺过程卡
零件名称
零件代号
材料
单件重量/kg
计划年产量
总重量/kg
蜗轮
JSQ-12
QT500
0.8
10000
8000
序号
部门（车间）名称
工序内容
材料利用率
1
原材料仓库
备件
2
热处理车间
正火
3
机加工车间
粗车、粗铣
70％
4
热处理车间
淬火
5
机加工车间
精车、精铣
80％
4.2绘制工艺过程图
（1）计算各零件物流量
通过对产品加工、组装、检验等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艺加工前工件单件重量及产生的废料重量，如表11。
表11各零件物流量计算
产品名称
毛重/kg
废料/kg
第一加工区废料
第二加工去废料
手轮
2/（0.7*0.8）=3.571
3.571*0.3=1.071
3.571*0.7*0.2=0.500
中心齿轮轴
1/（0.8*0.9）=1.389
1.389*0.2=0.278
1.389*0.8*0.1=0.111
端盖
0.5/（0.6*0.8）=1.042
1.042*0.4=0.417
1.042*0.6*0.2=0.125
行星齿轮
0.5/（0.8*0.9）=0.694
0.694*0.2=0.139
0.694*0.8*0.1=0.056
蜗杆
1/（0.8*0.9）=1.389
1.389*0.2=0.278
1.389*0.8*0.1=0.111
壳体
1.5/（0.75*0.8）=2.5
2.5*0.25=0.625
2.5*0.75*0.2=0.375
涡轮
0.8/（0.7*0.8）=1.429
1.429*0.3=0.429
1.429*0.7*0.2=0.200
（2）各零件的工艺过程图
根据各零件的加工工艺过程与物流量，绘制各零件的工艺加工图和传动阀门减速器生产工艺过程图，其中序号表示为：
1—原材料仓库，2—铸造车间，
3—热处理车间，4—机加工车间，5—半成品库，6—总装车间，7—性能试验室，8—成品库，如图2~9所示。
图2手轮加工工艺过程图3中心齿轮轴加工工艺过程
图4行星齿轮加工工艺过程图5蜗杆加工工艺过程
图6涡轮加工工艺过程图7端盖加工工艺过程
图8壳体加工工艺过程
图9传动阀门减速器生产工艺过程图
4.3物流相互关系分析
（1）物流从至表以特定的排列顺序，按“行”排列物料搬运的起始作业单元，以相同的排列顺序按“列”排列物料搬运的终止作业单元，记录从起始作业单元至终止单元的所有物料搬运量总和的行列相交的方阵表格。
根据产品的生产工艺过程图，计算出各作业之间的物流强度，绘制物流从至表，如表12所示。
表12物流从至表
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
原材料库
铸造车间
热处理车间
机加工车间
半成品库
总装车间
性能试验室
成品仓库
维修车间
办公楼
1
原材料库
7.113
4.9
2
铸造车间
3.125
1.875
3
热处理车间
12.912
1
4
机加工车间
1.389
6.3
5
半成品库
11.69
6
总装车间
14.028
7
性能试验室
2.338
11.69
8
成品仓库
9
维修车间
10
办公楼
（2）物流强度分析及物流相关表
作业单位对物流强度等级应以承担物流量的比例或者物流路线的比例大小为标准，一般分为超强、特强、较大、一般、可忽略搬运五种物流路线，以字母A、E、I、O、U表示，物流强度等级比例划分参照表13。
表13物流强度等级比例划分参照表
物流强度等级
符号
物流路线比例（%）
承担的物流量比例（%）
超强
A
10
40
特高
E
20
30
较大
I
30
20
一般
O
40
10
可忽略搬运
U
0
根据表12和表13，梳理出作业单元对以及其物流强度，进而比较各单元的物流强度并对其大小进行排序，并绘制物流强度汇总表14。
同时根据物流强度的大熊啊划分作业单位对的物流等级，从而进一步展开物流分析，最后根据各作业单元的物流关系，绘制作业
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