企业物流系统规划及合理化研究.docx
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企业物流系统规划及合理化研究
1前言
全球经济一体化进程的飞速推进和信息技术的日新月异极大地促进了全球物流业的发展。
物流的理念已逐渐深入社会经济生活的各个方面，尤其是对于制造业来说，物流系统的合理程度直接影响到企业的生产效率与经营效益。
在我国，有关物流系统规划方面的理论、方法、技术、管理和实际应用已经引起了企业界的高度重视。
先进且高效的物流系统越来越成为企业增强自身竞争力的核心要素，物流网络的建设和设施的合理化逐渐成为使物流合理化和高效化的核心[1]。
于此同时，市场竞争的加剧，也要求众多的制造业企业通过降低成本、提高质量和改进服务等方式来提高市场竞争能力。
自工业革命以来，逐渐研究出了许多基于手工设计、数字分析、图解技术的方法来对企业的物流系统进行设计规划，近年来，计算机辅助工厂布置也蓬勃发展，但在众多的布置方法中，以R•缪瑟提出的SLP（SystematicLayoutPlanning，系统化布置设计）最为著名，应用十分广泛，这种方法普遍适用于工厂和生产系统设计[2]。
我国工业得到巨大发展，“中国制造”成为主流的同时，中国制造业的物流系统规划的科学性、合理性面临着国际竞争的挑战。
随着中国工程师视野和活动的不断扩大，寻求合理搞笑的物流系统规划方法也成为了必然。
其中SLP法把量的概念引入到了设计分析的全过程。
形成了布置设计工作的数学模型，使整个布置设计过程更加科学，也极大促进了计算机辅助布置技术的发展。
SLP法作为一种逻辑性强，条理清楚的布置方法，在国内制造业中应用广泛。
目前，国内的制造业企业普遍存在的问题是物流费用过高。
越来越多的企业意识到降低成本不仅仅可以通过改变产品的工艺设计和加工方面的的工艺来实现。
统计数据表面，产品制造费用中的20%～50%都是用作物料搬运的[3]。
尽量减少这一部分费用，于社会，与企业都是有益的。
虽说在设施规划与设计方面的物流系统规划已经发展得较好，但此学科还有待进一步的延伸。
工厂的布局设计中，建筑设计人员往往根据感觉、经验和建筑设计规范从主观对物流的看法来进行布置规划，其结果是造成各个车间之间的物流运作效率较低、物流成本较高。
对于企业来说，不能仅仅凭借经验和主观判断进行总平面布置，使用SLP法进行工厂设计与改进也是必要的。
优良的平面布置可以使物料搬运费用减少10%～30%[3]。
随着我国国民经济的高速发展，我国变速箱行业保持了多年高速增长，自我国加入WTO之后,近年来的变速箱行业的出口形势也喜人：
自从2008年全球金融危机爆发，我国的变速箱行业发展在此期间遭遇到了一些困难，比如国内需求下降，出口减少等，2009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国变速箱行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，进入2010年，全球经济复苏的前景面临波折，国内经济结构调整的呼声逐渐升温，变速箱行业中技术含量低的人力密集型企业，缺乏品牌的出口导向型企业面临发展危机，同时注重培养品牌和技术创新能力较强的企业将占得先机[4]。
变速箱行业企业如何面对新的经济环境和政策环境，制定适合当前形势和自身特点的发展策略与竞争策略，是变速箱企业在未来两年我国经济结构调整大潮中立于不败之地的关键，对变速箱工厂进行设施规划和工厂平面布置，降低生产成本，就显得尤为重要。
对国内的变速箱企业来说，从设施规划与设计方面下手，应用SLP方法控制生产成本，降低产品利润，是不可避免的趋势，本课题就对一个年产量为10万台变速箱的工厂进行设施规划，其应用的原理和方法同样可用于其它企业的物流系统规划和分析中。
本文对目前的平面布置技术进行了综述，运用了在工厂平面布置设计领域得到广泛运用的SLP方法。
研究了SLP方法在变速箱制造企业平面布置设计方面的科学手段和方法，目的是将SLP技术应用于本课题涉及的变速箱工厂的布局规划，作为制造业企业进行工厂设计通用的理论。
本文以设计一个年产量100000单位的变速箱生产企业的平面布置为例，通过查阅变速箱机械设计方面的资料，运用工业工程、设施规划与设计中SLP法的相关知识，对所选的系统进行详细的工厂布置设计。
通过运用系统布置方法中的各种图例和表格工具，对变速箱工厂进行规范化的平面布置设计。
本课题的研究背景项目是某变速箱工厂的工厂平面规划建设。
参考其它变速箱工厂布置和设施规划规划的资料和经验，以合理高效的物流系统为目的设计该变速箱工厂平面。
研究的主要目的是探讨工业工程中的SLP（SystematicLayoutPlanning，系统布置规划）方法和思想在变速箱工厂设施设计与规划中的应用，通过对工厂厂区的合理设计与布局规划，实现在建设满足在目前和将来一定时期内需要的工厂厂区，同时兼顾最低的建设投入，占用较少的土地资源，并有较低的运作成本和较高的运作效率。
2企业物流系统规划方法研究
2.1企业物流系统规划方法
企业物流系统规划问题就是在一定的诸如物料搬运费用最小目标下确定各分区空间位置的设计问题。
物流设施布置方法源于工厂布局设计，伴随工厂布局设计研究地不断深入，物流设施布局的方法也日益发展，常用的方法有SLP法、ALDEP法和摆样法等：
（1）SLP（SystematicLayoutPlanning，系统化布置设计）法。
此方法由RichardMuther于1961年首次提出，研究出了了作业单元之间相互关系的密级表示法，SLP法以大量图表为分析手段，以实现物流系统运作费用达到最小值为目标，综合考虑作业单位之间的物流关系与非物流关系，最终求得合理的设施布置方案，也是运用最广泛的物流系统规划方法。
（2）ALDEP（AutomatedLayoutDesignProgram，自动布置设计程序）法。
ALDEP法是基于凑合法的布置设计的算法。
工作原理为按照物流系统作业单元之间的密切程度等级进行平面布置[5]。
（3）摆样法。
利用二维平面的比例来研究规划的模拟方法，通过按一定比例制成的样片在同一比例的平面图上表示出设施系统的组成、设施、机器或活动。
来反映物流系统的实际运作情况[5]。
除此之外的企业物流系统规划方法还有定量布置程序法、计算机化关系布置法、数学模型法等，本文的研究运用的方法仅涉及SLP法，具体将在下文详细介绍其理论方法。
2.2SLP概述
2.2.1SLP规划设计步骤概述
（1）SLP布置设计四阶段
在系统设计布置中，每一个布置设计项目从开始确定任务到最后实际完成安装都要经过布置设计如图2.1所示的四个阶段[6]：
阶段一为确定位置，主要工作为确定要进行布置的工厂或车间的位置。
根据拟建工厂的产品类型和计划生产能力确定该工厂的规模，选择合适的地点作为厂址。
阶段二为总体规划，主要工作为在选定的布置区域内确定总体布局，把基本物流模式和区域划分结合起来综合考虑，划分主要作业单位，确定各主要作业单位的区域的大小、相互关系和具体外形。
阶段三为详细布置，主要工作为确定各个作业单位或设备的详细位置，公用及服务的部门的布置也应该在这一阶段完成。
阶段四为安装阶段。
在完成详细布置设计的工作之后，可以进行实地安装搬迁工程，此阶段的规划不在本文讨论范围之内。
图2.1工厂布置四阶段
（2）SLP规划工厂布置设计步骤：
①确定基本要素。
搜集资料，确定变速箱厂系统布置设计的5个基本要素。
②作业流程分析。
由第一步的资料分析产品工艺，利用作业流程分析图将不同性质的作业加以分类和整理，统计出各作业单位的详细储运单位及作业数量。
③物流分析。
该过程是SLP法进行设施规划的核心，通过对物流路线和物流量进行分析，尽量减少物流量和缩短物流距离，以达到提高运作效率、降低运作成本的目的。
④活动相关性分析。
对物流活动区域及及与物流无关的管理或辅助性的区域进行综合性的的业务活动相关性评价，确定各区域之间的综合密切程度。
⑤初步方案。
综合考虑物流相关性和非物流相关性，初步确定布置方案，在不合修正条件和实际约束条件冲突的情况下形成几个具体布置方案。
⑥评价与选择。
对得到的几个布置方案进行全面评价，选择最佳布置方案。
2.2.2SLP平面布置规划中的要素及其影响
影响布置设计的因素众多，按照缪瑟的观点，要素可以归纳为最基本的P、Q、R、S、T五项[6]：
P（Product，材料或服务）指规划设计的对象即布置工厂所生产的产品、原材料、加工的零部件或提供服务的项目。
Q（Quantity，数量或产量）是指所生产、供应或使用的材料或产品的数量。
R（Route,生产路线或工艺过程）指根据所生产的产品品种、数量等设计出的工艺流程、物流路线、工序顺序等，可以用设备表、工艺路线卡、工艺过程图等表示。
S（Services，辅助服务部门）指保证生产正常运行的辅助服务性活动、设施以及服务的人员。
包括道路、生活设施、生产管理，质量控制及废物处理等；它是生产的支持系统，从某种意义上来说对生产系统的正常运行起着举足轻重的作用。
T（Time，时间或时间安排）指在什么时候、用多长的时间生产出产品，包括作业、工序、流动、周转等标准时间。
这些因素决定着设备的数量、需要的面积和人员、工序的平衡安排等。
2.2.3SLP的实施
（1）物流关系分析。
物流分析是设施布置设计中除P-Q分析之外的另一个基本分析，也就是R分析，即工艺流程和物流路线的分析。
分析的基本手段有工艺过程图（作业程序图）、多种产品工艺过程图、从至表和物料流程图等[6]。
工艺过程图表是用标准符号绘制，能直观反映出生产详细情况的表格。
其重要作用是在分析工艺过程的基础上，通过产品加工、组装、检验等各加工阶段及加工路线的分析，计算出每个工艺过程的各工序（作业单位）间的物流强度。
多种产品工艺过程图是将所有零件或产品的工序都汇总在一张图表上、通过分析、调整图表上的工序，使彼此之间有最大物流量的工序尽量靠近。
当产品数量很多，达到30～50组时，就应该采用成组方法，按照产品结构与工艺过程的相似性进行归类分组，再对每一类产品采用工艺过程图进行物流分析。
从至表适用于以表示建筑物之间、部门之间或机器之间的物流量、物料搬运总量等。
当产品、零件、物料数量非常多时需要用到从至表。
（2）非物流关系分析。
非物流关系无法定量表示，只能通过定性分析加以区分。
SLP中作业单位之间的相互关系密切程度等级划分为A、E、I、O、U、X。
主要考虑的有程序性的关系、组织和管理上的关系、功能上的关系、环境上的关系等，其中程序性的关系是因物料流、信息流而建立的关系，组织和管理上的关系主要考虑同一部门的功能应尽量紧密布置，功能相近、相似及具有关联性的工作单位应距离较近，布置紧密，环境上的关系也就是工作单位从舒适的操作环境和安全考虑上需保持较近或较远的距离[7]。
（3）综合相互关系分析
作业单位综合相互关系分析是求的作业单位物流相关关系表和非物流作业相关关系表后进行的工作。
①首先确定物流与非物流相互关系的相对重要性，进行加权取值。
②然后进行综合相互关系计算，根据作业单位对之间物流与非物流关系等级的高低进行量化，如A=4，E=3，I=2，O=1，U=0，X=-1，并加权求和，求出综合相互关系。
③最后进行综合相互关系的等级划分，综合计算得出综合相互关系的量值，须经过等级划分，才能建立与物流相互关系表相似的综合相互关系菱形表。
3.变速箱工厂平面布置概述
3.1变速箱工厂设计背景及介绍
中国的汽车变速箱市场正处在快速发展变化时期。
一方面，国内汽车市场的巨大潜力为变速箱行业提供了增长空间，2009年我国汽车产销分别完成1379.10万辆和1364.48万辆，跃居全球首位，其中，乘用车2009全年国内销量达到1025.9万辆，同比增长59.1%[4]。
另一方面，自动变速箱技术的快速发展，给国内汽车变速箱市场带来了新的发展机遇。
我国汽车变速箱市场规模达300亿元以上，对变速箱厂厂区进行设施规划与设计，是保证其工作效率、降低生产成本，使变速箱行业企业在未来两年我国经济结构调整大潮中立于不败之地的关键。
要求达到的目标是设计一个适用于各种地域经济开发区的变速箱工厂，得出能满足生产要求的变速箱厂平面布置图。
整合变速箱厂的物流，使产品流通能够达到满足客户的服务要求。
本文立意从改善作业效率、使企业物流合理化、提高企业经营绩效的角度设计此变速箱工厂。
本课题拟建设的变速箱厂生产的变速箱为普通单级用圆柱齿轮减速器，计划建成年产100000套变速箱的生产厂。
运用工业工程基本原理及相关知识，由变速箱产品入手对工厂生产系统进行调研分析，合理使用图例、符号、表格等手段，进行规范化的系统布置设计，编写有关的技术文件，解决该变速箱工厂的实际问题。
本文所涉及的变速箱工厂内部作业功能设计仅包括该工厂的物流活动（入库、储存、集散、出库、加工、运输、配送）[6]。
在设计时应考虑以下几点：
（1）功能分区明确，人流、物流畅通；
（2）交通运输流畅，物流路线合理，减少物流迂回；
（3）充分利用土地资源，减少浪费。
3.2变速箱工厂平面布置分析
3.2.1变速箱工厂物料要求
根据普通单级用圆柱齿轮减速器的结构与工艺要求，列出该型号变速箱的物料要求，如表3.1所示[8]：
表3.1变速箱厂物料要求表
工厂名称：
变速箱厂
产品名称
变速箱
产品代号
110
年产量
100000
序号
零件名称
自制
外购
材料
总计划需求量
单件重量/kg
40
端盖
√
HT200
100000
0.040
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
√
HT200
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
2.000
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
3.2.2自制件工艺过程表
其中该厂生产的自制件7有个，其相应的工艺过程表如表3.2至表3.7所示：
表3.2机盖加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量/kg
机盖
29
HT200
2.500
100000
250000
序号
工序
作业单位名称
1
备料
原材料库
2
铸造
铸造车间
3
清理
4
热处理
热处理车间
5
油漆
6
粗铣
机加工车间
7
钻
8
精铣
精密车间
9
暂存
半成品库
表3.3机座加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量/kg
机座
25
HT200
3.000
100000
300000
序号
工序
作业单位名称
1
备料
原材料库
2
铸造
铸造车间
3
清理
4
热处理
热处理车间
5
油漆
6
粗铣
机加工车间
7
钻
8
精铣
精密车间
9
暂存
半成品库
表3.4大齿轮加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量/kg
大齿轮
13
40
1.000
100000
100000
序号
工序内容
作业单位名称
1
备料
原材料库
2
锻造
锻造车间
3
热处理
热处理车间
4
粗铣
机加工车间
5
插齿
6
加工键槽
7
粗车
8
精车
精密车间
9
热处理
热处理车间
10
暂存
半成品库
表3.5轴加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量/kg
轴
11
Q275
0.800
100000
80000
序号
工序内容
作业单位名称
1
备料
原材料库
2
热处理
热处理车间
3
粗车
机加工车间
4
铣
5
磨
6
热处理
热处理车间
7
暂存
半成品库
表3.6齿轮轴加工工艺过程表
产品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量/kg
齿轮轴
6
Q275
1.400
100000
140000
序号
工序内容
作业单位名称
1
备料
原材料库
2
热处理
热处理车间
3
车外圆
机加工车间
4
插齿
5
磨外圆，齿轮
5
热处理
热处理车间
6
暂存
半成品库
表3.7端盖（8、40）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/kg
端盖
8/40
HT200
0.050/0.040
200000
10000/8000
序号
工序内容
作业单位名称
1
备料
原材料库
2
铸造
铸造车间
3
清理
4
热处理
热处理车间
5
粗铣
机加工车间
6
钻
7
精铣
精密车间
8
暂存
半成品库
3.2.3变速箱工厂作业单位划分
由上一节讨论的各个自制件的工艺过程要求，总结各个自制件所需的工艺将车间划分为11个工作中心：
表3.8工作中心划分
序号
作业单位名称
用途
01
原材料库
储存钢材
02
铸造车间
铸造
03
热处理车间
热处理
04
机加工车间
车、铣、钻
05
精密车间
精镗、磨削
06
标准件、半成品库
储存外购件、半成品
07
组装车间
组装变速箱
08
铸造车间
铸造
09
成品库
产品储存
10
办公服务楼
办公楼、食堂等
11
设备维修车间
机床维修
3.2.4变速箱工厂平面布置问题引出
由该变速箱工厂的预计生产规模及工艺过程，分析得知生产出变速箱的7个自制件需要布置的作业单位为11个。
设计要求为完成该年产量为100000的变速箱工厂总平面布置设计，要求尽量节约土地资源，各工作中心位置分配合理，企业内部物流系统合理。
有较高的生产效率并满足顾客的需求，改善工人的生活作业环境。
通过搜集的资料和数据进行估计，得出该生产规模的变速箱工厂各个工作中心的面积设计如下便可满足要求：
表3.9各工作中心面积
序号
作业单位名称
建筑面积/（m*m）
备注
01
原材料库
20*30
露天
02
铸造车间
12*24
03
热处理车间
12*12
04
机加工车间
13*36
05
精密车间
12*36
06
半成品库
12*24
07
组装车间
12*36
08
铸造车间
12*24
09
成品库
12*12
10
办公服务楼
80*60
11
设备维修车间
12*24
4变速箱工厂平面布置
4.1变速箱工厂基本要素分析
生产的产品品种的多少及每种产品产量的高低，决定了工厂的生产类型，进而影响着工厂设备的布置形式。
根据以上已知条件可知，待布置设计的变速箱厂的产品品种单一，产量较大，其年产量为100000台，属于大批量生产，适合按产品的原则布置，最好采用流水线的组织形式。
即按产品的加工、装配工艺过程顺序布置各道工序所需设备、人员及物料，此种生产方式单件产品成本虽低但柔性较差。
图4.1P-Q曲线
根据P—Q曲线，本课题所研究的变速箱工厂的少品种、大批量生产方式落在M的范围内，故选择按产品原则布置的方式，可以最大限度地满足固定品种的产品生产过程对空间和时间的客观要求[6]。
4.2产品工艺过程分析
根据各零件的加工工艺过程与物流量，绘制各零件的工艺过程如图4-1～图4-7所示。
图中序号分别为：
1—原材料库；2—铸造车间；3—热处理车件；4—机加工车间；5—精密车间；6—半成品库；8—锻造车间。
4.3物流分析
4.3.1变速箱工厂物流强度统计
表4.1变速箱加工工艺从至表（单位：
t）
由已分析的自制件工艺过程表，结合外购件物流强度，画出加工工艺从至表：
至
从
1
2
3
4
5
6
7
8
9
合计
原材料库
铸造车间
热处理车间
机加工车间
精密车间
半成品库
组装车间
锻造车间
成品库
1
原材料库
528
320
170
848
2
铸造车间
515
515
3
热处理车间
1215
100
1315
4
机加工车间
230
576
220
1026
5
精密车间
100
459
559
6
半成品库
1261.1
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