车间产线设计与设施规划的研究.docx

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车间产线设计与设施规划的研究

广西工学院毕业论文

论文题目：

车间产线设计与设施规划的研究

姓名梁荣欢

系别管理学院

专业班级工业082班

学号200800702075

指导教师何恒

日期2012年5月25日

摘要

随着国家宏观调控政策的逐步落实和生产要素成本的大幅上升，国内制造业企业之间的竞争日益激烈，降低车间的物流成本越来越成为众多企业关注的焦点。

运用科学合理的设施布置方法和技术，对车间设施进行科学合理的规划显得非常必要。

本论文通过对食品制造商“徐福记国际集团东莞徐记食品有限公司”的新建棒棒糖车间生产线进行设计及设施规划分析。

通过对棒棒糖的生产过程、主要的加工工艺、生产设备、要求的产线及所要达到的产能目标进行分析，从而进行合理的设施规划与物流系统设计，提出系统的设施布置，并对其可行性、预期效果进行评估，最终进行设施的安装、运行，并取得了预期的效果。

关键词：

设施规划，产能，工艺，物流

Abstract

Alongwiththenationalmacroeconomicregulationandcontrolpolicygraduallyimplementandproductionfactorsofthecosttorisesharply,thedomesticmanufacturingincreasinglyfiercecompetitionbetweenenterprises,reducelogisticscosthasbecomemoreandmoreoftheplantofthemanyenterprisethefocusofattention.Usescientificandreasonablefacilitieslayoutmethodandtechnology,aworkshoponscientificandreasonablefacilitiesplanningisverynecessary.

Thispaperthroughthefoodmanufacturers"XuFuJiinternationalgroupthedongguanxurememberfoodlimitedcompany"newlollipopsworkshopproductionlinedesignandfacilitiesplanninganalysis.Throughtothelollipopsproductionprocess,themainprocessingtechnologyandequipment,theproductionlineandtherequirementstoachievetheproductioncapacityofthetargetisanalyzed,andareasonablefacilitiesplanningandlogisticssystemdesign,thispaperbringsforwardthesystemarrangement,staffingplanfacilities,anditsfeasibilityandtheexpectedeffectassessment,andfinallytofacilitiesinstallation,operation,andhasobtainedthedesiredeffect.

Keywords：

facilitiesplanning，capacity，Craft，physicaldistribution

一、绪论

（一）课题研究背景及意义

竞争是企业的生命，是促进企业发展的动力，在现代市场经济中竞争正在全范围地活跃着。

特别是在经济飞速发展的今天，随着我国加入WTO,国家贸易壁垒的逐渐消除，竞争将日益激烈，并更加残酷，企业将面临更加严峻的考验和挑战。

为此，企业必须以全新的意识创造全新的竞争条件来适应全新的竞争环境，才能在竞争中立于不败之地，并获得持续发展。

回展世界经济发展史，特别是近30年的发展，我们不难发现，当今工业化社会正在向信息化社会高速推进，这一伟大变革在各个方面都产生了极其深远的影响。

就制造业的生产方式而言，已从大量生产方式转向准时制及精益生产，柔性生产等方式。

并进一步向计算机集成制造（CIMS）及敏捷制造方式演变。

生产方式的转变对企业合理利用地资源提出了更高的要求，这就是在新的竞争条件下企业所要面临的新的竞争环境，而新的生产方式必然改变生产车间的物流状况，这又将对车间生产线的设计与设施的规划有所新的要求。

生产制造企业的设施布局是设施规划领域的一个重要问题。

它研究如何按照一定的原则，在预先给定的生产车间内，将生产系统所使用的机器、仓库等的位置以及与之相关的物料流和人员流进行合理地组织与布置，以达到最优的设计目标（如物流成本最低、设备利用率最高等）。

一个设计良好的设施布局能加快物料处理效率，减少在制品的停留时间，显著提高企业的生产效率。

如何合理的产线设计及设施规划是企业在激烈的市场竞争中如何有效地配置和利用企业资源，增加生产系统的柔性，降低制造成本，提高效益；如何缩短生产周期加速资金周转，如何降低在制品等物料占用，实现物流合理化等己成为企业生存与发展所必须解决的关键问题。

但是有时人们在设计或是研究车间生产活动时，关注的主要只是一个个的离散的生产加工过程，而忽视了将这些离散的加工点串起来的生产过程，也就是对整体的生产系统缺乏一个系统的规划，这使得在整个车间的生产组织上，相关的物流组织运行存在欠缺性，无形中给企业带来生产成本。

一个有缺陷的车间布局会造成工作条件差、生产效率低、劳动强度大、生产成本高等，这将使企业在激烈的市场竞争中处于不利的局面。

为此，改进企业的生产组织模式或是全面考虑设计产线、完善产线设施布局，进而使其物流系统达到或是接近优化状态，从而减少加工企业的物料往复运输、提高生产效率、降低生产成本和降低工人劳动强度等具有实际应用价值；同时，也减少了企业的生产成本，增强企业的市场竞争能力。

长期的生产实践表明，设施规划的最终布局结果对于生产系统运行过程中的物料运送成本、效率，以及系统的实际产能、生产效率等均有重大影响。

在生产管理方面，它被认为是提高生产效率和降低生产成本的决定性因素之一；在节约投资方面，被当作是仅次于新设备添置的一种重要技术举措。

因而在生产企业，设施布局问题受到越来越多的重视，己经达到与产品设计同样重要的位置.

因此，设计一个优良的设施布局（规划）可以给生产制造企业带来诸多好处:

优良的设施布局不仅可以减少生产系统的总体运行费用，还能加快物料处理效率，减少在制品的停留时间，提高企业生产效率，使企业对市场需求做出及时地响应，增强企业的市场竞争能力。

因此对生产企业设备布局优化设计的研究也具有重要的工程实用价值。

（二）国内外研究状况

一个生产车间的资源是否合理利用，车间设施是否布置得当，工艺设备是否先进与实用、适用，能否取得好的投资效果，能否实现企业的科学管理，能否发挥企业的经济效率和社会效率，规划设计起决定性的作用。

好的规划与设计，可以提高生产力，可以大大降低企业的运行成本，可以提高企业的运作效率，可以避免不必要的改扩建，可以提高企业对客户的服务能力，还可以提高企业间的合作能力。

1、国外研究情况

国外的设施布置设计最初主要是凭经验和感觉。

但到了50年代，布置设计从传统的只涉及较小系统发展到大而复杂的系统设计，凭经验已难以胜任。

于是，在综合各学科发展的基础上,一方面,在布置设计中运用起系统工程的概念和系统分析的方法．在1961年由美国的缪瑟提出了极具代表性的的系统布置设计（SLP）理论；另一方面。

60年代以来以JM摩尔等为代表的一批设施规划与设计学者，较为系统地研究应用计算机技术进行平面布置及其优化的问题，并产生了许多用高级语言写成的平面布置程序，如用于新建设施的CORELAP、ALDEP程序和用于改建布置的COFAD、CRAFT程序，形成了计算机辅助设施布置方法。

缪瑟的系统布置设计技术条理清晰、考虑完善（包含定性和定量固素），因而被广泛采用．但随着时代的发展，其不足之处也逐渐显现。

比如，激烈的市场竞争迫使企业应用MRP—II、ERP、CIMS等来武装自己。

然而信息资源的高度计算机集成化要求设施布局信息的计算机化；同时，它们的动态特性要求必须建立设施布置的快速响应（即迅速提供高效可行的新的布置方案）。

而且，随着科技的发展，技术的创新，新产品的不断研发，必然不断出现新工艺，或者对原有工艺进行改进，而SLP法的车间设施很大程度上要依赖工艺流程来布置，工艺的大的变化可能就是对原有设施布置的推翻。

此时，既要满足时间性又要满足最优性是不现实的。

而且，传统的系统布置设计技术不太适合企业流程再造（BPR）。

而现代企业为了适应市场变化，必须进行企业流程再造。

而大多数制造企业的设施布置都是一次性的，如果在设计初期不加以考虑，以后再进行流程再造就很困难。

同时，系统布置设计技术提供的布置方案太少。

在初步方案确定后，设计者要根据约束条件自己调整方案。

2、国内研究情况

我国的设施规划研究相对于国外而言比较晚,我国的设施规划的研究是在新中国建立后随着大规模经济建设而发展起来的,而且当时沿用的是计划经济条件下形成的原苏联模式。

改革开放以后,虽引进了一些发达国家设施规划的现代方法和技术,但和其他国外的发达国家相比仍有一定的差距。

首先,系统掌握并能运用工业工程和设施规划知识者仍为数不多。

很长一段时间以来,工业工程专业在我国高等学校是个空白,很少出版系统论述设施规划的教材或专著；“设施规划与设计”这一名词及其内涵还鲜为人知,这对于提高我国工程设计人员素质和规划设计水平十分不利。

其二,现代设施规划设计技术是工程建设和企业技术改造的需要,然而,许多企业时空没有充分利用导致生产效率和经济效益低下,生产设施适应市场变化的柔性差。

在目前,这种技术还没有形成咨询设计市场的需求。

一方面规划设计体制还没有完全摆脱计划经济的传统习惯,不少设施规划仍凭借“老经验”进行设计及规划。

另一方面,许多企业也还没有意识到对这种技术的紧迫需求,或限于条件而没有提到日程上来。

在我国制造型企业，大多数生产车间的布置设计没有与产品及设备的更新换代同步，导致车间布置与产品生产工艺流程不符，由于这些设施布置不合理而导致的物流方面的问题很多，如物流流速慢，停滞长，机构分散且不协调，物耗费用高，浪费严重，有些生产车间比较杂乱，容易发生安全事故。

因此,在我国大力宣传设施规划推广设施规划技术是很有必要的。

（三）本文的研究内容及架构

本论文的第一部分为绪论，其概述了论文研究的背景和意义，以及就设施规划的一些国内外的研究现状进行简述和对本论文的主要内容及结构安排进行简要的说明。

第二部分是对本文所用到的理论方法进行阐述，对生产设施规划、生产物流的理论基础进行了阐述，并对产线设计规划应用的模式等理论进行了简述，从而为车间产线设计及设施规划提供了理论支持。

第三部分是对徐福记国际集团东莞徐记食品有限公司及棒棒糖生产车间的生产情况进行了简述，对其兴建（改建）独立棒棒糖生产车间及对其进行设施规划的必要性进行大致的论述。

第四部分是在第三部分的基础上提出了新建（改建）的棒棒糖车间的设施布局方案，经过物流成本等方面的分析后选择最优方案，并对方案的实施进行评估。

第五部分是对本文作简要的总结和展望。

二、生产车间设施规划简论

（一）设施布局设计概述

设施规划是对一个生产系统进行全面的、系统的规划和安排，这种规划和安排是有目的的，这就是要确定经济合理的投入，使设施得到优化的配置，以支持整个系统实现有效的运行，获得期望的产出。

车间设施布置（规划）是以工艺生产为前提,各专业全面考虑,共同协作,对车间的各工段、各设施在车间场地范围内的生产厂房,生产附房,生活附房和全部设备进行合理布局,合理排列、设计的结果,最后以图纸的形式由工艺设计人员汇总表示出来。

布局设计是设施设计的重要组成部分，设施布局设计是指生产企业根据经营目标和生产纲领，在确定的空间内，按照从原材料的接收、零件和产品的制造直到成品的包装、发运的全过程，将人员、设备、物料所需空间做适当、有效的分配和组合，以获得最大的生产经济效益，而物流的走向及路程的远近又是影响车间效益重要因素之一，所以设施布局的设计与规划不但要考虑产品的工艺，还要把车间的生产物流列入系统设计的主要解决的问题。

传统的系统布置设计SLP法将研究设施布置问题的依据和切入点归纳为P—产品、Q—产量、R—工艺过程、S—辅助部门、T—时间5个基本要素。

采用SLP法进行企业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，经过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问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，绘制作业单位位置相关图。

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，然后采用加权因素对各方案进行评价择优，并对每个因素进行量化，以得分最多的布置方案作为最佳布置方案。

（二）设施布置设计原则

一般车间的设施布置设计有两种类别，分别为：

第一、车间平面布置，即从生产,辅助生产,生活这三个方面的因素去考虑的布置方法。

第二、工艺设备布置，即按照产品的工艺流程，生产流水线上所有的设备的前后投入使用顺序的一种布置。

具体应该遵从以下原则：

1.车间平面布置原则

（1）符合生产工艺要求，即在生产上要符合产品的工艺要求，便于生产,管理和安装维修等。

（2）符合安全要求，即在系统运行后腰做到防火,防爆,防毒,防腐、防噪声等相关的安全规定，其中如果是食品制造业，还要特别注重清洁卫生。

（3）适合全厂总平面布置要求，即在总体上要达到整体的协调,整齐,美观。

（4）考虑将来发展要求，即要从长远来规划，为日后产线的改进或重新规划留有发展的空间。

2.工艺设备布置原则

（1）符合生产工艺要求。

设备的布局要从产品的工艺流程来做整体的规划，使在不影响加工工艺的前提下做到最合理的布置，避免一些不必要的生产成本的产生等。

（2）符合生产设备的检修、维修要求。

设备在经过长时间的运行后一般都会有一些小问题，这就需要对设备进行检修，所以在设备的布置安装设计上要留有进行年度或是月度的检修空间；再者对于一个车间特别是自动化程度较高的车间来说，一般设备都是24小时运转，设备在经过长时间的运行后有可能会发生一些故障，这需要有一些必要的预留空间给维修人员进行抢修，以保证车间产线不至于长时间停线。

（3）合理安全,整齐美观,操作方便的要求。

只有合理的布置才能便于机械设备的操作，但更重要的是要保证生产安全，离开了安全，一切都将无法有序大进行。

（4）确定设备的布置形式。

根据车间的生产纲领，分析产品-产量干系，确定生产类型是大量生产、成批年生产还是单间生产，由此确定车间设备布置形式是流水线形式，或是成组单元式，还是机群式。

总的来说，主要有以下几点：

第一，物流原则，在物流设计方面，各种设备应按照实际工艺路线和生产流程排布成线，便于工人操作，减少物料回流率，并按物流量及物流路线，以使物流符合生产过程的需要，物料搬运费最少。

除物流外，还应注意人员流和运输方式的安排。

第二，厂房建筑方面，厂房平面力求简化，便于建筑定型化和施工机械化，充分利用刻司面积，缩短物料运送距离，同时考虑设备之间、设备与车间墙体的净间距，精心安排出入口、通道等;设备排列尽量整齐，避免排列过松或过紧;除设备本身外，还必须有足够的人员操作、通行及检修需要的位置;为堆放原料、半成品、成品和包装材料留有余地，以及必要的运输、消防、安全通道等。

第三、特殊位置要求，满足特殊设备的指定摆放位置，如笨重的设备和震动的设备尽量布置在底楼地面等。

第四、考虑非物流因素进行系统布置，要便于管理，同时考虑各作业单位的功能、生产性质、安全、环保、卫生、防火、运输、设备的安装与检修等要求，为职工提供方便安全舒适的作业、工作环境。

（三）设备布局研究内容

设备布局设计。

指在一定的生产环境下，制造系统设计人员根据生产目标对生产单元内部的设备、通道、物料出入口位置进行详细的布置。

目的是达到生产过程物料运输工作量最小化从而实现高效率、低成本的生产目标。

设备布局设计中的设备包括加工设备、物料传输设备、检测设备和计算机系统。

1.设备布局形式

设备布置问题是在已完成生产系统总体布置的基础上，对各部门内部进行的具体化布置。

设备布置形式取决于生产类型和生产组织形式，因此根据设备之间的关系，布置的基本形式可分为产品原则置（ProductLayout）、固定工位式布置（FixedProductLayout）、工艺原则布置（ProcessLayout）和成组原则布置（GroupLayout），具体如下（见图2-1）:

图2-1设备布置基本形式

A）产品原则布置:

固定制造某种部件或某种产品的封闭车间，其设备、人员按加工或装配的工艺过程顺序布置，形成一定的生产线，适用于少品种大批量的生产方式。

B）固定工位式布置:

是以原材料或主要部件固定在一定位置的布置形式。

生产时所需的设备、人员、材料等都服从于工件的固定工位。

这种布置适用于大型的不易移动的产品，如飞机装配、船舶制造等。

C）工艺原则布置:

又称机群式布置，是同类设备和人员集中布置在一个地方的布置形式。

如按车床组、磨床组等分区，各类机床组之间也保持一定顺序，按照大多数零件的加工路线来排列。

这种形式适用于多品种小批量的生产方式。

D）成组原则布置:

这是实施成组加工的布置形式，介于工艺原则布置与产品原则布置之间，适用于中小批量生产。

典型的是成组单元布置（CallLayout），即在工作场地内配置可以完成工艺相似零件组所有零件全部工序所需的不同类型的机床，以此为一个单元，再在其周围配置其他必要的设备。

上述分类是按照设备之间的位置关系，此外还存在其他分类形式，如根据设备的排列形状和加工物流路径大致分为单行布局和多行布局两大类。

单行布局根据零件加工的物流流向可以分为单向布局和双向布局:

而根据设备的单行布局形状可以细分为直线形布局、U形布局、环形布局；多行布局主要是多行直线形布局，见图2-2。

图2-2设备布局类型

A）多行直线形布局。

加工设备在多行沿着直线布置，工件由物料运输系统按照加工工艺的需要既可以沿着直线在不同加工设备间移动，又可以垂直于直线在不同加工设备间移动，这种布局有效地节约了生产空间，适用于加工零件种类繁多、工艺复杂的情况，物料传输具有较高的柔性，物料传输设备利用率和容错能力较高，但其物料运输控制系统设计较复杂。

B）直线形布局。

加工设备沿着一条直线布置，工件由物料运输系统按照加工工艺的需要沿着直线在不同加工设备间移动。

该布置方式的优点是工件在一条生产线上加工，工件传输的时间和费用较少，系统延迟较低，这种布局比较适用于生产空间为狭长形的车间。

C）环形布局。

加工设备沿着一个环形布局，工件由物料运输系统按照加工工艺的需要沿着环形轨迹在不同加工设备间移动，这种布局因具有结构简单、物流控制容易、物料处理柔性高等一系列优点而得到广泛应用。

D）U形布局。

加工设备沿着一个U形布置，工件由物料运输系统按照加工工艺的需要沿着U形轨迹在不同加工设备间移动，这种布局比较适合于生产车间长宽比较小的情况。

在确定车间布局形式后，首先需要仔细分析影响布局设计的基本约束条件，并较为准确地建立描述布局间题的数学模型，然后再通过对布局模型求解找到最优或较优的布局方案。

首先介绍布局问题的建模问题。

2.车间设备布局一般原则

（1）要按车间分工确定的车间生产纲领和生产类型为依据，确定车间的生产组织形式和设备布局的形式。

（2）要求工艺流程通顺，物料搬运短捷方便，避免往返交叉。

（3）要根据工艺流程选择适当的建筑形式，采用适当的高度、跨度、柱距，配备适当等级的起重运输设备，充分利用建筑物的空间。

（4）要对车间的所有组成部分，包括机器、工作位置、毛坯与零件存放地、检验试验用地、辅助部门、通道、公用管线、办公室、生活卫生设施等，合理区划和协调配置。

（5）为工人创造安全、舒适的工作环境，使采光、照明、通风、采暖、防尘、防噪音等具有良好的条什，将工位器具设在合适的部位，便于工人完成作业。

（6）具备适当生产变化的柔性。

（四）物料搬运（物流）系统设计一般原则

（1）减少环节，简化作业流程，实现物流合理化。

物料搬运不仅不增加货物的价值和使用价值。

相反还会产生附加成本和增加货物的破损可能性，因此作业环节越少越好，尽可能避免重复搬运。

同时要注意工步间、工序间的衔接，做到作业的连续性，作业路径尽量缩短，避免迂回和交叉运行，按生产工艺流程组织作业。

（2）以满足生产工艺的需要为前提，充分发挥机械设备的利用率。

物料搬运机械没备的选用和配备，在满足生产工艺需要的前提下，要考虑各种设备的充分利用，以安排得当为要。

（3）贯彻系统化、标准化的原则。

物料搬运本身是一个系统，因此搬运作业与物流的其它环节之间，搬运作业与生产工艺各工序、工步之间要协调。

才能做到物流合理，提高生产效益。

搬运的工艺、装备、设施，货物的单元、运载下具、存储装置，信息流各种形式。

组织管理方式乃至标志，用语等都应当标准化、系列化、通用化，这是实现物料搬运作业现代化的前提。

（4）步步活化、省力节能。

在搬运过程中，下一步比前一步更便于作业时称为“活化”；物料搬运的工序、工步应设计得使物料的活性指数提高（至少不降低），叫做步步活化。

还应采取节省劳力和降低能耗的措施。

（五）合理设计及规划车间设施布置的意义

对于一个企业来说，一个合理的车间生产设施的布置有一下优点：

（1）可大幅度缩短生产周期，加速资金周转。

过去的设计人员在设计车间生产系统时，往往只考虑到通过先进的制造工艺来提高生产率、降低成本，而忽视了车间生产物流的合理规划所起的作用，缺乏对整个制造过程物流的系统分析。

有可能个别的加工点的效率有明显的提高，但是整个制造系统的生产周期没有明显改善。

统计和分析表明，在工厂的生产活动中，从原材料进车间到成品出厂，物料真正处于加工等纯工艺时间只占生产周期的5%-10%，而90%-95%的时间都处于停滞和搬运状态。

所以减少物流时间，可缩短生产周期和交货期，提高资金周转能力，增强企业竞争能力。

（2）可大幅度减少车间工作量，减少劳动力占用，减轻工人的劳动强度在大量生产的机械制造企业中，加工1吨产品平均搬运量为60吨次以上，一般工厂从事搬运贮存的工作人员占全部工人的15%-20%。

所以通过对产品及工艺的分析，合理布置生产设施、合理设计物流系统，对车间生产意义重大。

（3）可降低生产成本，减少流动资金占用，增加企业利润，提高企业经济效益。

有关的国外统计资料表明，在制造业中，总经营费用的20%-50%是物料搬运费用，而优良合理的物流系统设计可使这一费用至少减少10%-30%。

在工业发达国家，除了加强营销、减少原材料的使用和能源消耗外，已经把改造车间物料搬运、改善车间中物流状况看作是减少开支以获取利润的“第三源泉”。

而合理的车间设施的规划可以有效地减少生产过程的运输成本，从而降低生产成本，减少流动资金占用。

（4）可提高产品质量产品在车间的搬运、贮存过程中，由于搬运手段不善，造成磕、碰、伤，从而影响产品质量的现象非常严重