机械制造装备设计之6――物流系统设计-哈工大(威海)黄博

“规格严格、功夫到家”机械制造装备设计哈尔滨工业大学（威海）机器人研究所山东省现代数字化医疗装备高校重点实验室黄博本课程主要讲述内容机械制造装备及制造业动态机械制造装备设计方法金属切削机床设计典型部件设计工业机器人设计机床夹具设计物流系统设计机械加工生产线总体设计物流系统的意义物流（Logistic）据德国统计：生产周期中，工件有85%的时间处于等待状态；5%的时间用于运输和检测；10%的时间用于加工和调整。单纯改进加工过程，最多再缩短生产周期的3%——5%。总经营费用中：20%——50%是物料搬运费用；合理物流可减至10%——30%。丰田公司提出“彻底排除生产过程中的浪费”过量生产的浪费；等待的浪费；搬运的浪费；加工本身的浪费；库存的浪费动作的浪费加工废品的浪费企业内部物流系统——生产物流生产物流（ProductionLogistics）指企业生产过程中发生的涉及原材料、在制品、半成品、产成品等所进行的物流活动。起点：原材料、外购件的投入；终点：产成品仓库，中间每个节点的加工、搬运、仓储等活动。企业内部物流系统——生产物流生产物流是生产用物料在空间和时间上的运动过程，是生产系统的动态表现。既包括物料在空间上的布局；也包括时间上的组织。具体有：1、工厂布置：工厂范围内各生产手段的位置确定、各生产手段之间的衔接，以及实现这些生产手段的方式。2、工艺流程：即产品的技术加工过程。3、装卸搬运：是生产物流过程中发生频率最高的物流活动。4、仓库作业：用于生产过程中半成品、在制品短暂停留的场所。企业生产物流——生产类型生产规模•大量生产——品种少、产量大、长期重复生产且条件稳定•成批生产——品种较多，单产品产量较小；成批轮番生产•单件小批——品种繁多，每一品种产量极少，生产重复率低工艺特征•连续型——物流连续均匀地流动、改变，如造纸等。•离散型——物料离散地间断地按一定工艺顺序运动。•项目型——物料进入生产场地后，几乎处于停止“凝固”状态产品需求•备货式——按已有标准或产品系列进行生产、补充和维持库存•订单式——按用户订单进行生产。如：船舶、锅炉等企业生产物流——工艺特点对比项目型生产物流（飞机）连续型生产物流离散型生产物流含义在固定式生产中，当物料进入生产场地后，几乎处于停止的“凝固”状态在流程式生产中，物料均匀、连续地流动，不能中断在加工装配式生产中，产品生产的投入要素由许多可分离的零部件构成，各零部的加工过程彼此独立特点物料采购量大，供应商多原材料、在制品占用大，无产成品占用物流在加工场地的方向不确定、加工变化极大物料需求与具体产品存在一一对应的相关需求生产出的产品和使用的设备、工艺流程固定且标准化工序之间几乎没有在制品储存制成的零件通过部件装配和总装配最后成为产品生产工艺离散各环节之间要求有一定的在制品储备生产物流管理的重点按照项目的生命周期对每阶段所需的物料在质量、费用及时间进度等方面进行严格的计划和控制保证连续供应物料和确保每一生产环节的正常运行在保证及时供料，零件、部件的加工质量的基础上，准确控制零部件的生产进度，缩短生命周期企业生产物流——生产过程组织空间组织时间组织综合组织•工艺化•对象化•混合化•顺序移动•平行移动•混合移动•流水线企业生产物流——生产过程组织•最短的路线•最大的灵活性•最有效的面积利用•最良好的工作环境•最合理的发展余地空间组织目标——获得最大的效益•符合加工过程的要求•靠近布置原则（密切联系的、同类性质的），尽可能紧凑。•发展原则（适应生产变化的需要）•有利于安全与健康•充分利用外部环境的便利条件空间组织的要求企业生产物流——生产过程组织空间组织工艺化方法按照不同的工艺性质建立专业化生产单位，在工艺专业化的生产单位内，集中着同种类型的生产设备和同工种的生产工人，每一个生产单位只完成同种工艺方法的加工或同种功能。如：铸造厂、锻造厂、热处理厂。又如：将多种零件的类似加工工艺集中在一个区域；对象化把加工对象的全部或大部分工艺过程集中在一个生产单位中，组成以产品或零件、部件、零件组为对象的专业化生产单位。如：齿轮厂、曲轴厂、电机厂等。又如：某一个区域内包含多种加工方法的机床，仅为特定对象服务。混合法其实有些类似于成组法的方法，将多个对象的相同工艺集中处理，尽量集中二者的优点。企业生产物流——生产过程组织时间组织顺序移动方式整批移动，管理工作简单，会出现加工零件在工序上等待的现象，加工周期长，适宜批量不大和工序较短的零件加工。平行移动方式单件移动，由于前后道工序的加工时间不等，零件在工序之间仍会有等待和停顿，从而会使设备和工人发生停歇现象，并且这些停歇时间是分散的，不能使用；适宜产量大和工序同期化程度高的产品生产。混合移动方式（平行顺序移动）两者结合,扬长避短，保持每道工序连续进行企业生产物流——生产过程组织生产过程组织的要求连续性——不出现或少出现不必要的中断、停顿或等待的现象。平行性——各工序在时间上实行平行交叉作业。零件平行；工序平行。比例性——生产过程各阶段、各工序之间在生产能力上要保持一定的比例性。具体体现在工人人数、设备数量、生产速率、开工班次上。均衡性——按计划有节奏、均衡的进行。时间间隔内生产相等或递增数量的产品。准时性——在需要的时间生产出需要种类、需要数量的产品。适应性——指能由生产一种产品迅速转移到生产另一种产品的应变能力。企业生产物流——生产过程组织经营计划——针对全部产品线的长期计划；综合计划——针对规格产品的中期计划（6-18个月）（主）生产计划——针对特定产品的中短期计划（3-12个月）规划的变量：改变能力；改变需求；具体策略：稳定策略跟踪策略混合策略企业生产物流——生产过程组织主生产计划（MasterProductionSchedule）承上启下保持与综合计划的一致性；驱动MRP计划及其他计划为客户提供可靠的订单交货期或订单承诺评估计划变更的影响企业生产物流——生产过程组织物料需求计划（MRPMaterialRequirementPlanning)MRP只是一个生产计划与控制系统；与企业管理有着密切联系的财务、销售和经营规划等脱节；MRPII（企业内部的人、财、物）围绕企业的基本经营目标，以计划为核心，对企业各种制造资源进行统一的计划和控制，全面集成销售、制造和财务管理功能，使企业的物流、信息流、资金流流动畅通的动态反馈系统。一般分为生产控制（计划、制造）；物流管理（分销、采购、库存管理）；财务管理（帐务、成本、资金）三大子系统。ERP(EnterpriseResoursePlanning)扩展了管理范围，把客户需求和企业内部的制造活动以及供应商的制造资源整合在一起，对供应链上的所有环节进行有效管理。MRPII仍是ERP的主要组成部分；供应链的所有环节有效管理，上升到对价值链的控制。企业生产物流——生产过程组织企业生产物流——生产过程组织JIT准时制生产（Just-In-Time）20世纪60年代丰田公司的生产管理系统；在正确的时间(RightTime)、正确的地点(RightPlace)做正确的事情(RightThing)；以期达到零库存、无缺陷、低成本的理想生产模式。凡是超出生产所绝对必要的最少的设备、材料、零件和工作时间的部分都是浪费。看板管理系统是JIT生产现场控制技术的核心，利用看板技术控制生产和物流，可达到准时生产的目的。企业生产物流——生产过程组织MRP与JIT对比理念不同——MRP承认现状，不期望改变现有管理，将库存视为资产，平衡能力与需求；JIT改变现状，消除浪费。执行侧重不同——MRP关注计划，解决的是复杂情况下的计划与规划问题；JIT注重执行，解决的是执行过程的简化与柔性问题。生产和控制方式不同：MRP是推式系统，适用于离散制造；JIT是拉式系统，适用于重复制造。JIT（系统对需求的同步反应）MRP(以库存供应)库存一项负债，目标：零库存。一项资产，合适的库存保证“安全”批量满足需求即可，可能是频繁的小批量由规模经济决定启动成本降低启动成本，需要有迅速的生产转换不做优先考虑供应商紧密合作伙伴，视供应商为工厂的延伸。货源多元化，供应商竞争来实现最低价格质量零缺陷允许缺陷，避免质量要求过高的额外成本设备维护保护性维护，停产会危机下游生产并不重要企业生产物流——厂房布置东风汽车公司前身是70年代开始建设的第二汽车制造厂，位于湖北省十堰市。22个专业厂分布于十堰市各山坳内，布局十分分散，东西距离近30公里。没有考虑大物流量生产所必需遵循的“移动距离最小原则”，在生产系统规划与设计中没有进行正确的物流分析，工厂布置分散，22专业厂分散在山坳。由于零件工艺线路长，专业厂相互之间复杂的协作关系，加上厂房车间地域上的分散，东风公司的生产组织极其复杂，物流始终是压在企业肩上的一个重担。十堰基地也给东风汽车公司的后续发展带来障碍，公司不得不另址规划其载重车和轿车的生产厂址，不过，通过总结教训和学习，从襄樊到武汉，公司工厂布置与设计已经发生了质的飞跃。企业生产物流——厂房布置工厂总体平面布置解决工厂各个组成部分，包括生产车间、辅助生产车间、仓库、动力站、办公室等各种作业单位和运输线路设施的相互关系，解决物料流向和流程、厂内外运输的连接。车间布置解决工作地、设备、通道、管线之间和相互位置，解决物料搬运的流程及运输方式。设施布置原则整体综合原则(将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流动性原则(应使在制品在生产过程中流动顺畅，消除无谓停滞)空间利用原则(生产区或储存区力求充分有效利用空间。)柔性原则(考虑各种因素可能带来的变更，以便于扩展和调整)安全原则（如铁岭市清河特殊钢-钢包事件）企业生产物流——厂房布置基本原始资料产品（Product）产量（Quality）工艺过程（Route）辅助部门（Service）时间安排（time)物流分析工艺过程图从至图作业单位相互关系AbsolutelyNecessary)EspeciallyImportantImportantOrdinaryUnimportantX(不能接近）企业生产物流——厂房布置序号作业单位名称1234567891011121314原材料库油料库标准件、外购件库机加工车间热处理车间焊接车间变速器车间总装车间工具车间油漆车间试车车间成品库办公服务楼车库E4E4I3I3E3UUI1UUUUI2E4UX5X5UUUE1UUX5I2UUUI2I2UUUUUI2A1O2A1I2E6UO2UI4UUUUE1X5UUX5UUUUX5UUX5O2E1UUI2UI4O2I1I1E1UE4I3UUUO4UUUX5UA1O4UO4E3I8作业单位物流相关表作业单位的非物流相关表作业单位位置相关图企业生产物流——机床上下料装置设计机床上下料装置（工件自动装卸装置）将待加工工件送到机床上的加工位置；将已加工工件从加工位置取下至流水线或码垛。企业生产物流——机床上下料装置设计企业生产物流——机床上下料装置设计上下料装置的设计原则符合生产节拍要求，提高生产率；力求平稳，减少冲击，保证工件不变形或损坏；简单可靠，维护方便。一定适应范围，尽量满足多种工件上下料要求。机床上下料装置的分类企业生产物流——机床上下料装置设计液体上量企业生产物流——机床上下料装置设计粉粒料供料企业生产物流——机床上下料装置设计卷料企业生产物流——机床上下料装置设计料仓式上料机构一种半自动的上料装置，其特点是不能使工件自动定向，需要人工定时将一批工件按照一定的方向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构将工件逐个送到机床夹具中去。企业生产物流——机床上下料装置设计料仓——贮存工件（自重式、外力式）自重式：直