系统化厂房布置与物流分析方法

-1-《设施规划与物流系统》FD－设施布置方法一览表布置方法和技术年代主要特点和使用条件流程图、样片排列等经验判断方法50年代直观、简便、易行关于设施间物料流动顺序和数量的各种数学分析方法。如属于最优化及其搜索算法的二次分派算法（QAP，1957）及相应的计算机软件CRAFT（1964）和CORELAP（1967）50年代中期到60年代初、中期适用于设施数目不太多的情况系统布置规划方法（SLP）60年代至今该方法属于系统仿真技术，要求把影响布置的因素尽可能量化，在离散状态下组合寻优。适用于设施数目不超过15个的情况。其突出特点是具有方法论意义人－机交互式决策支持方法80年代至今按决策者意图靠计算机系统支持决策，能进行预测判断；借助于模糊集理论，采用图论方法等设计数据集成和设计模型集成的理想实验环境方法（综合决策环境方法）90年代至今(1911年MCG-INES)是对纯粹计算机程序支持的改进方法系统化厂房布置SLP工厂布置的方法和技术，一直是工业工程领域不断探索的问题．自工业革命以来研究出了许多手工设计、数字分析和图解技术，60年代以来，又发展了计算机辅助工厂布置，在众多的布置方法中，以R·缪瑟提出的系统布置设计SLP(SystematicLayoutPlanning）最为著名，应用十分普遍；这种方法不仅适用于工厂和生产系统设计，还可以用于医院、学校，百货商店、办公楼等设施设计。一、阶段结构系统布置设计采用四个阶段进行，称为“布置设计四阶段”。Ⅰ确定位置:工厂的总体位置Ⅱ总体区分：初步规划基本物流模式和总体布局Ⅲ详细布置：确定各作业单位的具体位置Ⅳ实施：编制施工计划，进行施工安装阶段时间二、程序模式选择分析寻优输入数据（P、Q、P—Q、R、S、T）1、物流2、作业单位的相互关系3、物流—作业单位相互关系图4、必要面积5、可用面积6、面积相互关系图9、拟定几种布置方案10、评价7、修正条件8、实际制约系统布置设计程序模式三、设施布置设计的要素分析•输入数据（P、Q、R、S、T）？•影响布置设计的因素众多，基本要素可以归纳为5项：P产品(或材料或服务)、Q数量、R生产路线(工艺过程)、S助服务部门、T时间(或时间安排)。•五个要素分别回答以下问题：P——Product生产什么？Q——Quantity生产多少？R——Routing怎么生产？S——Supportingservice用什么支持生产？T——Time何时生产？五要素对设施布置的影响1、P产品或材料或服务（Production）指规划设计的对象所生产的产品、原材料、加工的零部件或提供服务的项目。包括原材料、进厂物料、工序间储备、产品、辅助材料、废品、废料、切屑、包装材料等。产品这一要素影响着设施的组成及其相互关系、设备的类型、物料搬运的方式等。2、Q数量或产量(Quantity)指所生产、供应或使用的材料或产品的数量或服务的工作量。这一要素影响着设施规模、设备数量、运输量、建筑物面积等。3、R生产路线或工艺过程(Routing)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。它影响着各作业单位之间的关系、物料搬运路线、仓库及堆放地的位置等。4、S辅助服务部门(SupportingService)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、消防设施、照明、采暖通风、办公室、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。5、T时间或时间安排(Time)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。•城市规划、•外部协作条件、•交通运输条件、•地质水文条件、•自然气候条件、•关于职业安全和卫生、环境保护等方面的规程、标准和技术规范等。影响设施布置设计的其他要素四、物料分类及产品—产量分析•现象：物料种类繁多，可运性不相同。•问题：如何统计量一物流系统中性质、特•征各不相同的物料数量？如何区分各物料的重要等级程度？如何确定设施布置的型式？四、物料分类及产品—产量分析1、物流量的计算（1）定义：在一定时间内（一年或一个月）通过两设施间的物料数量。可以用重量、体积、托盘或货箱来表示。（2）计算方法：方法一：当量物流量——用物料的某一特征（重量、几何形状、装载和包装形式等）来估算物流量。可用下式表示：f=q.n其中：f——当量物流量q——每个标准搬运单元的当量吨数n——单位时间内两设施间流动的标准单元数例：载重为两吨的标准载重箱，载一箱锻件为2当量吨，载一箱壳体也为2当量吨。方法二：玛格（magnitude）——用可运性衡量当量物流量。标准的1玛格：一块干燥的木块，体积为5*5*5立方厘米，可以方便地用手拿住。一包香烟=0.5mag一个电话亭=50mag一个低堆垛的托盘（1200cm*1200cm）=38mag玛格的计算：M=A+A（B+C+D+E+F）/4其中：A——基本值，通过计算物料体积后查玛格曲线得出。B——密度修整系数C——形状修整系数D——损伤危险程度修整系数E——状态（物理、化学）修整系数F——价值因素（若不考虑，则F=0）2、物料的分类：把相同或相似性质的物料归并成类，可大大简化物流分析。可依次采用两种分类方法：方法一：按物料的基本形态进行分类固体——成箱液体——成桶气体——成瓶方法二：按影响物料可运性的物理特征进行分类，包括：外形尺寸、重量、形状、损坏可能性、状态（热、湿、粘、脏）、数量、时限性（季节性、突发性）关键：抓住有决定性的影响特征物料分类程序列表标明所有物料名称记录其物理特征、其他特征编制物料特征表每类物料写出分类说明确定各类的主导特征把相似主导特征的归为一类3、产品—产量（P—Q）分析产品产量分析是为了确定设施基本布置形式而采用的综合分析方法，同时也是物料重要等级分类的方法。下图是一种典型的“8——2原则”下的PQ分析结果。QAGBCDEFPP——Q分析图由该图可知：A—D四种产品占总产量的80%，可考虑用产品原则布置，其余品种可考虑按工艺原则布置系统布置规划SLP－分析阶段1.产品品种－产量分析（P－Q分析）•I区为单一或少品种大批量产品，宜采用流水生产线的大生产方式和按产品原则布置•IV区表示多品种小批量或单件生产，宜采用工艺原则布置•II和III区的产品品种和批量均中等，宜采用成组技术布置产品品种数目P产量QIIIIIIIV思考：下列三图应分别采用何种布置型式QQPPPQ-17-五物流分析FlowAnalysis•当物料移动是工艺过程的主要部分时，物流分析就是工厂布置设计的核心工作，也是物料搬运分析的开始，它对应布置设计问题“钥匙”的第三个字母R（路线）。•零部件物流是该部件在工厂内移动时所走过的路线，物流分析不仅要考虑每个零部件在工厂内的路线，还要遵循两个最小和两个避免的原则：•两个最小原则：经过距离最小和物流成本最小。•两个避免原则：避免迂回和避免十字交叉。-18-•物流分析有助于设计人员选择最有效的机器设备、设施、工作单元和部门的安排布局，同时还有助于改进生产过程。•在物流分析时要验证工艺路线是否正确、合理，检查是否可以取消、合并、改变顺序、位置或人员和改进细节。ECRS•因此正确合理的设施布置不仅能提高生产效率和工作效率，也是节约物流费用从而降低产品或服务成本的重大措施。•除了物料和设施外，分析职员工作时在设施内走动时的路线也是很重要的。人员流动分析用来安排工厂内所必不可少的服务设施，以方便职员的工作。-19-5.1物流分析的内容与方法•物流分析包括确定物料在生产过程中每个必要的工序之间移动的最有效顺序及其移动的强度和数量。-20-•针对不同的生产类型，应采用不同的物流分析方法：1）工艺流程图(ProcessChart)。在大批量生产中，产品品种很少，用标准符号绘制的工艺过程图直观地反映出工厂生产的详细情况，此时，进行物流分析只需在工艺过程图上注明各道工序之间的物流量，就可以清楚地表现出工厂生产过程中的物料搬运情况。2）多产品工艺过程表(Multi-columnProcessChart)。在多品种且批量较大的情况下，如产品品种为10种左右，将各产品的生产工艺流程汇总在一张表上，就形成了多种产品工艺过程表，在这张表上各产品工艺路线并列绘出，可以反映出各个产品的物流途径。-21-3）成组方法(GroupTechnology)。当产品品种达到数十种时，若生产类型为中小批量生产，进行物流分析时，就有必要采用成组方法，即按产品结构与工艺过程的相似性进行归类分组，然后对每一类产品采用工艺过程图进行物流分析；或采用多产品工艺过程表表示各组产品的生产工艺过程，再做进一步的物流分析。4）从至表(From-toChart)。当产品品种很多，产量很小且零件、物料数量又很大时，可以用一个矩阵图表来表示各作业单位之间的物料移动方向和物流量。-22-1、工艺过程图(OperationProcessChart)工艺过程图就是把工艺路线卡和装配程序图汇总到—起而形成的一种流程图。绘制过程先在图的右上部从第—个装配作业的主要组件开始，在垂直线上按工艺路线卡的作业顺序用圆圈表示加工和装配，用正方形表示检验．其它零部件，如果自制，分别用垂直线画出其作业顺序，如果外购，则分别用水平线进入装配作业。物料形态表示符号符号行动类别主要结果操作生产或完成运输移动检验鉴定停滞干扰储存保存-23-工艺过程图可以用来详细描述产品生产过程中各工序之间的关系，也可以描述全厂各部门之间的工艺流程。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，可以计算出每个工艺过程的各工序（作业单位）间的物流强度，从而为作业单位位置的确定找到基础数据。1450.190.10.310.19废料0.49（0.29）原材料机加工热处理30.01标准件工艺过程分析：毛坯重0.49，经热处理的毛坯重0.19，机加工中需返回热处理的为0.1。由此可知，1——4之间的物流强度为0.3-24-2．多种产品工艺过程图•企业生产的产品品种多，特别是只进行成形加工处理生产，而不考虑装配时，可以采用多种产品工艺过程图来分析确定其物料流。从该过程图中可以看到平面布置的雏形。•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，直至获得最佳工艺安排顺序。-25-2．多种产品工艺过程图多种产品工艺过程图分析主要通过作业单位的排序，求得物流顺流程度W的最大值。其中：W的计算式为Wjk为产品Pj的工序Rjk与Rjk+1之间的物流强度Djk为权值工序相邻，且物料移动为直接正向时，取权值为2工序不相邻，且物料倒流时，取权值为-211njkDjkWjk-26-示例2：多种产品工艺过程描述表-27-示例2：初始多种工艺过程表-28-示例2：最佳顺序多种产品工艺过程表-29-5.2从至表•从至表是矩阵式的，通常用来表示建筑物之间、部门之间或机器之间的物流量，它适用于多产品或多零件时的情况。•如果计入作业单位之间的距离，还可以表示作业单位之间的物料搬运总量，即物流强度。•从至表的画法是：在从至表上横行和竖列的标题栏内，按同样顺序列出全部作业单位，将每个产品或零件在两个作业单位之间的移动，分别用字母代表产品或零件，数字代表搬运总量，填入两个作业单位横行和竖列相交的方格内。•从表的左上角到右下角，画一条对角线，零件前进记在右上方，退回记在左下方。-30-例5-3•设有三个产品A、B、C，制造它们涉及到的8个作业单位，分别是原料、锯床、车床、钻床、铣床、检验、包装和成品，以1~8代替。三个产品的工艺线路和每天运量如下表所示产品号每天搬运托盘数工艺路线A12563546788B14356783C123456785-31-To123456781.原