5物流工程伊俊敏第3版电子教案(电子工业出版社)LEv3.05

1第5章设施布置与设计FacilityLayoutDesign国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社2013072引导案例日本爱新精机安城工厂生产床垫、工业用缝纫机、气体加温泵及冷气机。床垫生产空间紧凑，并不比一所中学的篮球馆来得大，但却有7条单元生产线，每天生产750张不同颜色、样式和大小的床垫。除了床褥机器外，每一条生产线所使用的机器，都是依照工艺流程顺序排列，主要的机器设备有弹簧圈成形机、弹簧圈、装配机、多针头床褥机、切割机、凸缘缝纫机、床垫机、边缘缝纫机、贴边缘机和包装机。每部机器都与下一流程的机器衔接起来，不容许多余的空间放置半成品。每条生产线都采用“一个流”生产，工作时允许一件产品在流动。床褥机每一次仅制作一个床垫的布料。每一工件在工作站间移动时，顺便就完成加工动作，在编织机开始编织床罩20分钟后，床垫就已做好，准备出货至日本2000家家具仓库的客户手中，以服务该公司的经销商。对于大众化的床垫，则在每一条生产线的终端地点，有一小间储藏室保存3~40件的标准床垫成品(其标准库存数量依据每日销售量而定)。每一床垫都放置在某一指定位置，并贴上看板标签。每收到一件订单时，就出货一件，并将附在其上的看板取下，送回生产线的起点，当做生产指示单。这样的系统可以确保这些大众化的床垫，仅保存最少必要的存量。对非标准的床垫，则不设立库存，而是依据家具仓库所下的订单，直接由生产线生产，直接出货至家具商。这就是爱新精机的JIT生产方式和单元生产线。本章主要内容设施布置概述设施布置的内容、设施布置的原则。基本布置类型定位式布置、产品原则布置、工艺原则布置、成组单元布置。流水线平衡与设计流水线相关概念、流水线平衡、流水线设计。单元式布置精益生产与单元式布置、单元的形成、单元生产线的三种类型、单元生产线布置与设计。45.1设施布置概述设施布置与设计是决定企业长期运营效率重要的决策。设施布置设计对生产系统极为重要，据测算，物料搬运和布置有关的成本占工厂生产总运营成本20~50%。采用有效的布置方法，可以使这些成本降低30%，甚至更多。生产系统设施布置要解决的主要问题是：是根据企业的经营目标和生产纲领，在已确定的空间场所内，按照从原材料的接收、零件和产品的制造，到成品的包装、发运的全过程，将人员、设备、物料所需要的空间做最适当的分配和最有效的组合，以便获得最大的生产经济效益。不仅有形的生产和服务设施会碰到布置和重新布置的问题，即使是非物质生产的服务系统，如商店、宾馆、餐馆也同样面临此问题。55.1.1设施布置的内容在进行设施布置决策要考虑的内容主要有以下几个方面：物流和物料搬运设备。确定物流的重要性和形式，采用何种设备，是传送带、起重机、自动仓库还是自动小车来发送和存储物料。并考虑物料在不同工作单元间移动的成本。容量和空间要求。只有先确定了人员、机器和设备的要求后，才能进行布置，为每一作业单位分配合理的空间，并考虑通道、洗手间、餐厅、楼梯等附属设施的要求。环境和美学。布置决策也要求确定窗户、分隔高度、室内植物等环境因素，以降低噪音、改善空气流通和提供隐密性等。信息流。通信交流对公司都是很重要的，布置必须方便交流，在办公室布置中尤其重要。设施布置≈工厂设计≈工厂总体布置+车间布置。工厂总体布置设计生产车间、辅助生产车间、仓库、动力站、办公室、露天作业场地等各种作业单位和运输线路、管线、绿化和美化设施的相互位置物料的流向和流程、厂内外运输的联接及运输方式。车间布置设计各生产工段（工作站）、辅助服务部门、储存设施等作业单位及工作地、设备、通道、管线之间和相互位置物料搬运的流程及运输方式。7“作业单位”Activity是指布置图中各个不同的工作区或存在物，是设施的基本区划。作业单位的最高层次是要设计的设施(Facility)，它包括一系列部门(Departments)，部门可以是车间或其他机构。而部门由工作中心(WorkCenter)组成，若是工厂这些工作中心可以是工段或班组，如车床工段；也可以是柔性制造单元(FMS)。通常部门级的布置指的是块状布置图(BlockLayout)，工作中心级的布置是详细布置图(DetailedLayout)。工作中心由工作站(Workstation)组成。工作站也称工作地，是最小作业单位，它一般由一台机器和/或一个作业人员组成。工作地布置是整个布置的基础，工作站面积大小和形状对上面几个层次的布置影响很大，一般通过人机工程、工作测量和机器本身的尺寸和输入输出要求来确定工作地的面积和其他要求。9作业单位的层次设施部门部门部门部门工作中心工作中心工作中心工作地工作地工作地块状布置图详细布置图工作地布置宏观微观工厂总平面布置图车间布置图设备布置图宏观--微观的多次轮回105.1.2设施布置的原则设施布置的好坏直接影响整个系统的物流、信息流、生产经营能力、工艺过程、灵活性、效率、成本和安全等方面，并反映一个组织的工作质量、顾客印象和企业形象等内涵。设施布置工作不但在新设施设计时要做，在原有设施重新设计改造时也需要。企业经营总会面临内部条件和外部市场的各种变化，从而会出现当初布置设计时考虑不到的问题，都可能会要求重新布置生产或服务系统。11设施布置设计要考虑的基本原则：整体综合原则。设计时应将设施布置有影响的所有因素都考虑进去，以达到优化的方案。移动距离最小原则。产品搬运距离的大小，不仅反映搬运费用的高低，也反映物料流动的通畅程度，因此，应以搬运距离最小原则选择最佳方案。流动性原则。良好的设施布置应使在制品在生产过程中流动顺畅，消除无谓停滞，力求生产流程连续化。空间利用原则。无论是生产区域或储存区域的空间安排，都应力求充分有效地利用空间。柔性原则。在进行厂房设施规划布置前，应考虑各种因素变化可能带来的布置变更，以便于以后的扩展和调整。安全原则。应考虑使作业人员有安全感，方便、舒适。125.2基本布置类型可按设施类别分为生产设施和服务设施两大类，再来细分布置形式。生产设施的四种基本的布置形式：定位式布置产品原则布置工艺原则布置成组单元布置服务设施的三种基本的布置形式：零售店布置办公室布置仓库布置适应市场变化：不同的生产类型生产类型少品种大批量生产多品种小批量生产中品种批量生产定制生产按产品预测程度分订货生产存货生产按产品产量分设施布置的基本型式（产品在制造过程中的位置是否变化）移动式布置成组单元布置工艺原则布置产品原则布置定位式布置设施布置155.2.1定位式布置定位式布置(Fixed-PositionLayout)也称项目布置，它主要是工程项目和大型产品生产所采用的一种布置形式。它的加工对象位置，生产工人和设备都随加工产品所在的某一位置而转移。之所以要固定，是因为加工对象大而重，不易移动。如工程建设、飞机厂、造船厂、重型机器厂等。1617固定式布置问题还没有很好解决，问题有三：场地空间有限；不同的工作时期，物料和人员需求不一样，这给生产组织和管理带来较大困难；物料需求量是动态的。因此一般不采用固定式布置，即使采用，也尽量将大的加工对象先期分割，零部件标准化，尽可能分散在其他位置和车间批量生产，以降低生产组织管理难度。如工程建设的预制件生产和大型机器设备的部件生产。固定式布置是人类最早的生产布置形式，用于农业种植、房屋建造、道路建设和采掘开矿等方面。随着技术的进步和工业化生产，便有了产品原则布置和工艺原则布置。185.2.2产品原则布置产品原则布置(ProductLayout)，又称流水线布置（AssemblyLineLayout）或对象原则布置。当生产产品品种少批量大时，应当按照产品的加工工艺过程顺序来配置设备，形成流水生产线或装配线布置。Ford首创流水线生产，受屠夫启发。现代化工业大生产的标志1920产品原则布置的基础是标准化及作业分工。整个产品被分解成一系列标准化的作业，由专门的人力及加工设备来完成。以汽车装配线为例，对于一条装配线而言，其车型基本不变或变化不大，整个装配顺序固定不变，这样，通过作业分工将汽车装配分解为若干标准化的装配作业，各个工作站配备有专用的装配设备来完成固定的装配作业，不同工作站间的运输采用专用的、路径固定的运送设备。在服务系统中，服务对象的个性千差万别，流水线布置的应用相对较少。但可以分解为一系列标准作业的服务也可以采用这种布置方式，如自助餐厅服务线及汽车的自动清洗服务等。产品原则布置的优缺点优点：产品产出率高，单位产品成本低，专用设备投资也因产量大而摊薄；每一产品都按自己的工艺流程布置设备，因此加工件经过的路程最直接、最短，无用的停滞时间也最少；由于操作人员只做一种产品的一个工序，效率高且所需培训少；生产管理和采购、库存控制等工作也因变化少而相对简单。缺点：主要在于但它要求较多的专用设备；对产品种类及产量变化、设备故障等情况的响应较差；线上工作重复单调乏味，缺乏提升机会，可能会导致工人的心理问题或职业伤害；为了避免停产，设备备用件的库存可能比较大。225.2.3工艺原则布置工艺原则布置（ProcessLayout），又称功能布置（FunctionalLayout）。将功能相同或相似的一组设施排布在一起。如在机械加工车间中，数台车床被排列在一起组成车床组，钻床排列在一起组成钻床组，铣床组成铣床组、磨床组成磨床组……，因此，工艺原则布置在机加工车间中还被称作机群式布置。加工工艺需要这些设备的工件按工艺路线成批进入这些班组。不同的产品需要不同的工艺路线。为了适应多种加工对象及工艺路线，需要采用可变运输路线的物料搬运设备，如叉车、手推车等。23工艺原则布置优缺点优点：1.机器利用率高，可减少设备数量2.设备和人员柔性程度高，更改产品和数量方便3.操作人员作业多样化，有利于提高工作兴趣和职业满足感缺点：1.由于流程较长，搬运路线不确定，运费高2.生产计划与控制较复杂，要求员工素质的提高3.库存量相对较大25工艺原则布置在服务业中也很常见，此时称为过程原则布置。例如综合医院的布置一般是将功能相似的检查设备，如牙齿的X射线检查仪、内脏的X射线检查仪等及相应的医护人员组成放射科，或将服务功能相似的医生，如外科医生、精神科医生等分别组成外科、精神科。此外，汽车修理间、航空公司和公共图书馆都属于这一类。小型模具修理厂布置工艺原则工长存储会议室经理员工助理ProductPresentations加热焊接空压机抛光通风存储备用办公室UPUPDOWN餐厅休息二楼数控磨CNC数控磨2拆装员工更衣柜Totepan600x400数控镗数控铣CNCMilling装配检验钳工喷丸砂轮机工具柜工具柜工具柜休息淋浴男女检查275.2.4成组单元布置上述三种基本布置形式是理想的模型，实际布置设计时很难有理想的条件，因此常常有几种形式的组合。工艺原则布置和产品原则布置代表了小批量生产到连续大规模生产的两个极端，而成组单元布置则是一种折中。成组单元布置（GroupLayout）在制造业中又称单元制造（CellularManufacturing），是一种较为先进的布置方法。由于顾客需求的多样化，多品种、少批量生产模式已成为当前生产的主流。如果应用通用加工设备进行生产，不但速度慢，而且成本高。成组技术正是适应这种需要而发展起来的。简单地说，成组技术就是识别和利用产品零部件的相似性，将零件分类。一系列相似工艺要求的零件组成零件族，针对一个零件族的设备要求所形成的一系列机器，称做机器组，这些机器组即制造单元。成组单元布置综合了工艺原则布置和产品原则布置的优点。相比于工艺原则布置，由于经过分组，其加工时间较短、物流效率较高、在制品数量较低、准备时间较短，同时既具有产品原则布置的高生产率，又具有工艺原则布置的柔性特点，因而是一种灵活和具有发展潜力的布置方式，能适应产品设计和产量的不断变化。成组单元布置的主要形式是生产单元（WorkCell）或单元生产线（Ce