车间布局优化设计.docx
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车间布局优化设计
某公司车间设施布局优化设计
摘要
车间布局问题是现代企业发展中面临的最重要的课题之一。
设备布局、工作地布置是否合理化、科学化、最优化，工人的搬运动作是否合理，搬运路线是否畅通等，影响今后的发展和管理工作的便利。
本设计以一个生产车间布局为研究对象，运用基础工业工程的研究方法对车间布局进行分析和研究，把基础IE的研究方法和属ABC分析法结合起来，在原有的常规车间布局设计的基础上，将多目标优化研究应用于车间的布局设计，使得我们最终得到的布局更加接近我们的实际情况，符合外界环境。
让我们在车间系统改善时少走弯路。
关键词：
车间布局作业流程设施规划ABC分析法
WorkshopOptimizationDesignofMulti-LayersFactory
Abstract
Plantlayoutproblemisthedevelopmentofamodernenterprisefacingoneofthemostimportantissues.Equipmentlayout,andlayoutworkistorationalizethescientificandthemostoptimized,workershandlingtheactionisreasonable,suchashandlingtheflowline,theimpactoffuturedevelopmentandmanagementoffacilities.
Thisthesisregardslightingcompanyastheresearchobject,usetheresearchapproachofbasicindustrialengineeringtoanalyzeandimprovetheshopfloorlayout.UsebasicSFLtheoryandmulti-targetmodelknowledgetodesignournewlayoutandactasoneevaluationsystem.LetourworkismoreefficientandavoidanymistakesThisthesiscombinesresearchapproachofbasicIEwithanattributehierarchicalmodel,Andsetuponekindofevaluationsystemforsmallcompanies.Practicehasprovedthatthemethodthatthispaperadoptsiseffectiveandofgoodpopularizationmeanings.
Keywords:
ShopfloorLayout；Productionprocedure；Attributehierarchical；
ABCstoragemethod
第一章绪论
1.1设施布局的概念
所谓设施布局，是指在选定的设施区域内，合理安排组织内部各生产作业单元和辅助设施的相对位置和面积、设备的布置，使之构成一个符合企业生产经营要求的有机整体。
设施布局是否合理，对于企业的生产经营活动有着重要的影响，它影响着企业的生产经营成本、职工的工作环境、物料的运输流程以及企业的应变能力。
企业进行设施布局，必须根据选定地址的地形地貌，对组成企业的各个部分确定其平面或者空间的位置，并根据物料的流程，确定内部的运输方式和运输路线。
根据这个步骤，我们知道，要进行设施布局，必须首先确定企业内部生产单位的组成情况，以及生产单位内部采用的专业化形式[3]。
1.2布局问题概述
布局问题在英文文献中常称为Layout，packing,container,pallet。
布局问题就是把一些物体按照一定的要求、合理地放置在一个指定的空间内；或者说是把一个指定的空间规划成若干小空间的组合，然后把这些小空间内合理放置一些物体。
布局问题几乎涉及到各个行业，包括机械产品的生产车间，物流企业的设施布局，运输码头、航空港口、食品饮料生产车间、图书馆布局等等。
布局问题表现形式多种多样，从布局的维数来分有一维布局，二维布局和三维布局。
从布局物体形状来分，布局问题可以分为规则物体（一般指矩形，三角形和圆形等）和非规则的物体的布局问题。
早期布局问题研究主要集中在规格形状物体布局的理论研究和实际应用上，二维规则布局是在一定的平面上尽量布局好大的矩形物体设计，以及切割问题的求解与优化方面，三维布局在汽车和物流运输方面主要体现在底盘装配、货物装载、立体仓库等方面研究与应用。
过去几十年里，车间设备布局一直是跨学科的研究课题，设备布局发展过程既包含科学因素又包含人体功能学和艺术因素等等。
最近的研究中，这一课题得到了运筹学和管理工作者的极大关注，它是一个优化问题，在满足某些性能指标的前提下，得到优化的设备布局方案。
车间布局主要以生产系统的空间静态结构为研究对象，从企业的产品动态结构――物流状况分析出发，探讨企业平面布局的设计目标、设计原则，着重研究设计方法和设计程序（步骤），使企业的人力、财力、物力和物流、人流、信息流得到最合理、最经济、最有效的配置和安排；从根本上提高企业的生产效率，达到以最小的投入获得最大经济效益目的，车间布局是工业工程学科的一个重要研究领域。
在制造系统中，布局优化设计是指在确定的区域内合理地安排物理设备，如在车间中安放机器。
车间布局改进其实就是一个多目标研究问题。
车间布置的首要问题是考虑生产制造过程或物流的要求；同时，布局问题由于不同的优化目标、实际问题的不同种类、不同的布局设计阶段而呈现多样性。
生产车间是企业重要的综合性管理基础，是企业内部管理的出发点和落脚点。
其管理水平的高低直接影响企业的竞争能力，影响企业的整体管理水平的提高和整体功能的发挥。
如何加强生产车间的管理，使企业在激励的市场经济竞争的形势下立于不败之地，已成为企业领导研究的重要课题。
其中车间布局优化是车间管理的的进一步提升。
其一，车间布局的不合理生产成本大大增加。
增加了物流运输的距离。
其二，车间布局优化是对不成熟的车间布局的进一步改进，使其提高车间的产出能力和产量效率。
因此，不管企业新建、扩建还是生产产品发生布局优化改革，必须注意到工厂布置的合理性，优良的布置应该是:
最简化的生产物流;最少的物料搬运费;最快捷地改变工艺流程;最有效地利用空间;最舒适、称心和安全的工作环境;避免不必要的投资;激发工人劳动热情等。
通过改进车间布置，改善搬运设备，可以大大提高工人的工作积极性，从而提高生产效率，降低产品成本，提高产品的竞争能力。
当今社会，需求朝着多样化方向发展，产品更新换代周期迅速缩短，市场竞争日趋激烈，降低产品生产成本，是关系到企业兴衰存亡的关键，如何优化车间布局，降低物流成本和生产成本，减少库存量，提高企业竞争力是现代管理科学的中心课题。
[6]
1.3我国车间布局的发展现状
自从RichardMuther在二十世纪年代初期发表了他在第一部关于系统布局规则一书以来，车间平面布置设计的基本方法也就随之产生了。
在世界求新、求变的浪潮中涌现出来的新思想和新理念。
以敏捷制造作为理论的车间布局问题。
在我国，企业以前大多数没有经过科学的规划和设计，即使进行过设计也是在计划经济时期所采用的传统设计方法，而且从投入使用至今，基本没有进行过再规划设计，更不用说企业物流系统设计了。
有的工厂也调整生产布局，往往是根据领导或技术人员的习惯和意愿，不能称之为设计，更谈不上系统设计，无法满足市场经济的要求。
我们过去的实际工作中，一方面追求一时的速度，仓促地、不周密地进行规划设计，造成了选址不当、布置不佳、物流不畅、面积利用不好以及管理不善造成的生产现场跑、冒、漏等高浪费现象，其结果是边生产、边改造，浪费了大量的资金、人力和物力。
另一方面产品生产不适应市场，长期亏损甚至停产等现象[10]。
上世纪80年代，“物流”的概念开始引入我国，设施规划与物流技术、物料搬运设计、系统布置设计等逐渐被人们认识，车间布局的研究和应用已经被认为是国民经济中的一个重要组成部分。
提高物流效率，降低物流成本，向用户提供优质服务，实现物流合理化、社会化、现代化，己成为广大企业的共识。
但是，与发达国家相比，我国的车间布局水平还处在一个较低的水平上，因此迫切需要进行深入的研究和实践。
第二章设计背景
2.1公司概况
本课题是关于温州长密密封制造有限公司的其中一个车间设施布局优化的设计。
温州密封制造专业生产泵用机械密封以及碳化硅环、碳石墨环、碳化钨环和橡胶件等密封材料的中外合资企业。
生产销售机械密封件、橡胶密封、碳化硅、碳石墨密封环、汽车零配件、摩托车配件、水泵配件。
公司的产品行销全国石油、化工、电力、轻工、食品、医药及污水处理等工业领域，出口欧美、非洲、中东、东南亚等国家和地区。
产品生产装配图如图2-1所示：
图2-1产品装配图
公司主要有五个车间组成：
陶瓷车间、模具车间、冲件车间、橡胶车间、组装车间。
其中陶瓷车间又分为SIC生产区和陶瓷生产区，陶瓷车间的工艺流程如图2-2：
图2-2产品工艺流程图
2.2车间布局目前存在的问题分析
通过实习期间对该车间生产流程、物料搬运、设施规划、仓储管理调查了解，发现其中存在的问题有：
1、设施布局不合理。
车间内机器布置没有充分运用工业工程的原理，机器“一”字型布置，占用空间大产品在工序间的临时储存及等待时间过长。
同时未能考虑到安全因素的要求，容易造成安全事故。
2、仓库分类混乱。
产品和原料的种类繁多，常用的原料原材料、毛坯、半成品就有50-60种，一旦信息不畅就导致一些特殊物料未备货而影响生产进度。
3、物流搬运路线混乱。
作业员在车间内走动频繁，繁忙时通道容易发生拥堵。
物流路线交叉现象较为严重。
4、车间生产效率很低，其中合格品的占有率仅为81.5%，其主要原因之一：
对于产品光面度的要求要达到粗糙度<0.2mm即为20丝，而压制机和抛光机相邻，压制机主要是将粉末压制成型，这就导致大量粉尘，从而影响产品的表面粗糙度。
5、加工流程混乱复杂，没有既定标准，工人凭经验和主观感觉决定何时搬运多少
半成品到下一工序，各工位工作效率低下，现场管理混乱。
[13]
第三章陶瓷车间总体规划
3.1企业生产系统布局的目标
企业生产系统布局的目标是使得各关联的设备联结成一个有机结合的整体，设计的总目标是使人力、物力、财力和人流、物流、信息流得到最合理、最经济、最有效的配置和安排，即确保规划的企业能以最小的投入获取最大的效益[17]。
其典型目标是：
（1）有效利用设备、场地、人力和物力
（2）简化加工流程
（3）满足交货周期要求
（4）最大限度减少生产物流成本
（5）追求投资最低化
（6）为企业员工提供安全、方便、舒适和健康的工作条件
车间布局的目标实际上也是多目标问题，故需要用恰当的指标或者权重对每个方案进行评价，达到整体目标的最优化。
其中车间布局优化的优越型如图3-1所示：
图3-1车间布局优越性结构图
拟通过本次设计，对现有规划进行优化，以解决上一章中描述的相关问题。
3.2总体优化的目标
本设计的总体目标是通过设施优化对某公司的车间进行优化设计，最大限度地提高生产过程的有效性和经济性。
车间优化是把车间内部的“小物流”作为主要的研究对象。
将制造系统视为一个物流系统，应用物流分析的原理和方法解决这个系统的两个问题——设施规划和物料搬运系统设计。
寻求最佳物流设计方案是车间优化的主要目标。
车间优化是对车间已有设施的再规划和再布置。
车间的整体布局和各种生产设施的合理配置是物流合理化的前提。
设施设计旨在减少物流迂回、交叉以及无效的往复运输，避免物料运送中的混乱、线路过长等弊端。
物料搬运系统设计是使各种生产设施配置合理；研究库存和在制品的合理储备量标准；选择合理的搬运方式和物料容器；研究物流系统全过程涉及的装备、设施、路线及其布置的方法。
在一般生产活动中，从原材料到成品出厂，物料真正处于加工和检验的时间只占生产周期的10%左右，而处于仓库储存、搬运或生产线上等待的时间约占90%左右。
综上所述，车间设施布置要合理并满足下列要求：
1、符合工艺过程的要求，尽量使生产物资流动顺畅，避免工序间的往返交叉，使设备投资最小，生产周期最短。
2、物料搬运费用最少，要便于物料、产品和废料等运输路线短捷，尽量避免运输的往返和交叉。
3、最有效地利用空间，使建筑物内部设备的占有空间和单位制品的占有空间较小。
4、保持生产和安排的柔性，使之适应产品需求的变化、工艺和设备的更新扩大生产能力的需要。
5、适应组织结构的合理化和管理的方便，使有密切关系或性质相近的作业单位布置在一个区域并就近布置。
3.2.1设施规划的目标
设施规划过程中运用精益思想的原则，车间的整体布局和各种生产设施的合理配置是物流合理化的前提。
设施规划旨在减少物流迂回、交叉以及无效的往复运输,避免物料运送中的混乱、线路过长等弊端。
研究库存和在制品的合理储备量标准；选择合理的搬运方式和物料容器；通过工位布置和操作方法的改善，减少动作的浪费；通过调整生产线布局、合并生产线，来达到节约场地的目的；同时合理设定生产节拍，配合符合生产量的生产人员，消除整个生产过程中的瓶颈与松弛点，最大限度地提高生产过程的有效性和经济性。
3.2.2流程设计的目标
目前，随着市场的需求发生变化，多品种小批量的生产已经成为公司普遍认可的生产方式。
但批量无论怎么小，产品或零件不可能以个为单位进行加工，只能尽量以“小批量”生产，并以这种批量单位，完成全部工序的加工。
批量生产必然造成中间品的存在及搬运的产生，库存及搬运成为生产的前提及必然产物。
如何减少产品的停滞时间、改善库存与不良、降低搬运及堆积的浪费，是本次流程设计的主要目标。
在此基础上细化分工作业，简化作业难度，培养多技能的多能工，平衡生产的时间。
将原先的直线化生产布置，更改为按工艺过程布置，可以降低等待时间，提高作业效率。
3.3改进前的总体布局
本次生产车间优化设计的总体规划主要体现在车间的平面布局上，拟从设施规划的角度着手改进。
在总体设施规划时应将以下这些原则作为基准：
1、减少或消除不必要的作业。
在时间上缩短生产周期，空间上减少占用量，物料上减少停留、搬运和库存，保证投入资金最少、生产成本最低。
2、以流动的观点作为出发点，并贯穿在规划设计的始终。
因为企业的有效运行依赖于人流、物流、信息流的合理化。
3、重视人的因素。
工作地的设计，实际上是人—机—环境的设计，要考虑环境因素对人的工作效率和身心健康的影响。
4、运用系统的概念、系统分析的方法求得系统的整体优化。
同时也要注意把定量分析、定性分析和个人经验结合起来。
5、规划设计要从宏观（总体方案）到微观（每个子系统），又从微观到宏观，反复评价、修正。
6、加强现场“5S”管理，应用5S管理方法，进行整理、整顿、清洁、清扫和素养5个步骤，并结合计算出的生产计划，利用5S思想，严格控制生产现场，何时何地需要什么物料或工具都准时送到位，达到精确生产。
[16]
陶瓷区可以分为以下区域：
压制区、烧结区、磨圆区（外圆磨、内圆磨、双面磨）、抛光区、模具摆放区、半成品存储区、成品仓库、粗检区、精检区、清洗区、办公区11个区域，改进前的总体布局图如图3-2所示:
图3-2改进前总体平面布局图
陶瓷车间改进前总体局图见附图
（一）。
3.4总体布局优化
从目前的分析看来，陶瓷车间设施规划存在的问题可以归纳为：
1、储存区的存物品过于杂乱，不方便管理和使用。
储存区分为成品储存区和半品储区，半成品储存区主要放置待外圆磨、内圆磨、双面磨、抛光的半成品，由于半成品随意摆放在半成品储存区，当待进一步加工时就需要2-3名员工经行寻找和搬运。
平均完成一个半成品的搬运需要3—5min，占生产时间的15%，这导致机器的等待的时间过长和员工闲置。
2、成品储存区堆放压制出来的毛坯，由于陶瓷粉经研制成的毛坯离清洗区很近，就很容易因为毛坯受潮而导致产品出现误差，从而导致次品的出现。
3、生产区的机器布置混乱，迂回运输量较大。
由于机器距离比较远，使得下一道工序等待时间过长，使物品的搬运距离太长。
4、布置不当导致生产存在一个瓶颈，造成线上库存积压。
由于磨圆的机器比较少，导致抛光机经常处于等待状态，故将此处视为改进的地方。
5、由于粉末压制的毛坯在为经行烧结之前受空气湿度的影响很大，故需要毛坯存放和清洗区的间隔要大些，而图3-2中，毛坯是存放在仓库之中，和清洗区相邻，这就使得毛坯容易受潮，从而影响产品的质量。
此处视为改进之处。
6、虽然压制和烧结这连个工序是连续性，但由于烧结存在很大的火种隐患，故和压制区的距离要得当，但从图1看出压制和烧结离的距离太远导致搬运的距离浪费，此处视为改进的地方。
7、对于做密封器件来说，对精度的要求非常严格，精检就是要保证产品的质量，是管理的一大重要工作，故办公区应该和精检区很近，故此处有待改进在对整个陶瓷区进行重新布置时，首先要确定相关作业单位，并通过对作业单位相关性表进行分析（见表3-2、表3-3和表3-4），确定出各作业单位的规划方案。
表3-1作业单元物流相关表
表3-2相互关系等及理由
代号
关系密切原因
1
工作流程的连续性
2
生产服务
3
物料搬运
4
管理方便
5
安全与污染
6
公用设备及辅助动力源
7
共享场地
8
共享人员
表3-3关系密切程度分类表
代号
密切程度
A
绝对重要
E
特别重要
I
重要
O
一般
U
不重要
X
不予考虑
表3-4作业相互关系原因
作业代号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
A/5
E/2
U
U
U
U
E/2
E/6
10
O
2
A/1
A/2
E/1
I/2
I
U
U
U
O
3
A/1
I/1
O
I
E
U
E
O
4
A/1
O
U
U
U
O
E
5
A/1
E/2
O
E
O
O
6
A/2
E
E
U
E/4
7
A7
U
U
E/4
8
U
U
U
9
U
U
10
I/4
11
通过上述分析可以得出作业相关图考虑到要对生产安全性和产品质量的考虑，故①压制区、②烧结区、③清洗区要做特殊处理，对关系工作表经行分析如图3-3关系族所示：
图3-3关系族图
经过上述分析得出改进后的陶瓷区总体布局如图3-3所示：
图3-4改进后的总体布局
改进后的方案将原有的两个储存区分为三个独立区域，这样就大大减少了拥堵现象，改进后使得物料的流动更为顺畅，减少停滞的浪费，大大缩短产品在工序间的临时储存时间及等待时间，从而降低了产品的生产周期。
改进后总体布局图见附图
（二）。
改进后的物流路线图见附图（三）。
第四章车间设施布局优化和设计
4.1车间储存区的优化设计
改进后的车间设施规划较原规划方案，重新划分了储存区，将其分为毛坯和半成品及成品存储区。
所以这次设计的首要工作就是做好仓库的规划工作是此次设计中重要的一部分。
储存区的好坏直接影响生产的速率和效率。
也是产品质量得到有限保障的一个重要部分。
4.1.1基于ABC法库存分类管理
公司生产的产品种类很多，但材料的种类比较固定，由于陶瓷零部件的好坏直接影响组装后成品的的质量，其储存期又短，特殊型号的产品从入库到出库，完成一个周期只需要一周。
如果每个品种都大量备货就容易导致浪费。
原有陶瓷区的存储分类只是将半成品和成品分开存放，同时随意摆放，再者压制出来的毛坯也只是很随意的摆放在成品仓库，很容易出现物品碰撞。
导致成品出库和毛坯加工出库难的现象。
现根据物料一个月来的使用数量，用库存ABC方法对其进行分类。
ABC分类法，又称重点管理法，是根据事物在技术经济方面的主要特征，进行分类排列，分清重点和一般，从而有区别地确定管理方式的一种分析方法。
它把被分析的对象分成A，B，C三类，所以称为ABC分析。
由于物资的重要性往往不只反映在物资的某一方面，如价格高低或占用资金多少，还与资源取得的难易，物资对生产的影响等因素有关。
因而，其分类也可以采用其它标准或结合多种影响因素，统一分类。
同时，A，B，C三类物资所占百分比数，也需要根据所管库存物资的具体情况加以规定。
陶瓷车间的现有产品类型的存储如表4-1所示：
表4-1现有的库存类型
陶瓷产品系列
产品型号
规格范围
月生产量（个）
储存天数（天）
G系列
G1-XX
10～105
458900
15
G2-XX
10～105
23000
40
G3-XX
10～105
24500
40
G4-XX
10～105
24500
40
S系列
S1-XX
10～105
25000
50
S2-XX
10～105
27310
50
S3-XX
10～105
15670
50
S4-XX
10～105
10000
50
S15-XX
10～105
31000
50
103系列
103-XX
10～105
500000
15
103A-XX
10～105
80000
30
103B-XX
10～105
30000
30
104系列
104A-XX
10～105
100000
15
104B-XX
10～105
250000
15
108系列
108-XX
10～105
458900
15
301系列
301-XX
10～105
580000
15
560系列
560-XX
10～105
500000
15
560A-XX
10～105
6000
50
560B-XX
10～105
4000
50
560C-XX
10～105
4000
50
560D-XX
10～105
600000
15
其它系列
303-XX
10～105
300000
7
E-XX
10～105
80000
7
F-XX
10～105
76000
7
208-XX
10～105
100000
7
注：
所有系列皆为动环、静环两种型号
现有的存储方式只是将半成品和成品分开不同型号类别的产品存放在不同的托盘上，并未为存储的商品进行归类存放,这就给仓库管理带来的问题有：
1、使得出入库困难，导致商品混乱，不易于管理。
2、需求量大的品种进出频繁，因放置分散而导致每次存取物流路线过长。
2、需求量少的品种容易被放置于堆底，需要取用时不易取出，往往要反复搬运。
造成劳动资源的浪费。
3、紧急订单的特殊产品由于储藏期短，和其它商
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