物流设施布置设计教材76218.pptx
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1、4.1 概述4.2 生产物流系统分析4.3 设施布置技术4.4 搬运系统分析第4章 物流设施布置设计通过学习本章的内容,你应该掌握:通过学习本章的内容,你应该掌握:1、生产物流系统的特点2、当量物流量与物料活性系数的概念3、生产物流系统分析的过程4、系统布置设计的过程5、搬运系统分析的过程本章目标 物流设施是物流系统的重要组成部分,其规划和布置设计的好坏将对物流系统运作效果产生重大影响。以工厂布置(Plant Layout)设计为例,它的好坏直接影响了整个企业的物流、人流、信息流的畅通,也影响了企业的生产能力、生产率、生产成本和生产安全。据测算,工厂运营成本中的2050是与物料流动有关的成本,
2、良好的设施布置可以使这些成本减少30%,甚至更多。因此在美国,设施布置被认为是提高企业生产率的决定因素之一。1设施布置设计的概念设施布置设计的概念u就是通过对物流设施内部的物流、人流、信息流进行分析,对建筑物、机器、设备、运输通道和场地做出有机的组合与合理配置,以提高设备利用率、生产柔性和生产率,减少在制品、库存物品的搬运作业量。4.1 概述概述u在生产物流系统内,设施布置设计主要包括两方面的内容:工厂总体布置和车间布置。u工厂总体布置设计主要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、露天作业场地等各种作业单位和运输线路、管线、绿化及美化设施的相互位置,同时也应解
3、决物料的流向和流程、厂内外运输的连接等。u车间布置设计主要解决各工段、生产部门、储存设施、辅助服务部门、物流作业部门等作业单位及工作地、设备、通道、管线之间的相互位置,同时也要解决物料搬运的流程及方式。2.生产设施布置设计的总体原则生产设施布置设计的总体原则u(1 1)可行性原则:)可行性原则:必须满足生产工艺和生产过程的需要。u(2 2)经济性原则:)经济性原则:减少物料搬运,减少设备投资,提高在制品的周转率,充分利用现有空间,有效发挥人力及设备的生产能力。u(3 3)安全性原则:)安全性原则:维持良好的工作环境,确保操作人员舒适安全地工作。u(4 4)柔性原则:)柔性原则:生产能力必须具备
4、较大变化空间,以适应多品、多批量的生产要求。3.物料流动的基本模式物料流动的基本模式 在对设施布置问题进行分析时,首先要对设施内物料的流动模式做出分析。物料流动模式有水平和竖直两种,在设施布置时,对于单层设施,只需考虑水平流动模式,但如果是多层设施,则还需考虑竖直模式,但总的来说,水平模式是最基本的。企业物流的基本流动模式有5种,如图4-1所示。图4-1 物料流动的基本模式 4.设施布置的基本形式设施布置的基本形式u(1)工艺原则布置)工艺原则布置(Process Layout)又称功能或机群布置,是一种将同类设备或人员集中布置在一个地方的布置形式,适用于单件生产及多品种、小批量生产模式,常见
5、于单件小批加工车间、百货商店、综合医院、汽车维修和公共图书馆等场合。在布置时,功能相似的机器装配在一起,同类型的工序在同一工作区完成,材料按工艺工程通过各工作区。该方式的机器设备利用率和生产柔性较高,设备投资相对较少;但是,相应地也存在物料搬运效率低下、生产周期长、单位产品成本高等缺点。u(2)产品原则布置)产品原则布置(Product Layout)又称流水线、装配线或对象原则布置,是一种根据产品制造的步骤安排设备或工作过程的方式,适用于少品种、大批量的生产方式,常见于汽车装配线、食品加工和家具制造等场合。在布置时,按产品加工、装配的工艺过程来配置设备、人员及物料。该方式易形成一定的生产线,
6、能最大限度地满足固定品种产品的生产过程对时间和空间的要求,生产效率高,单件产品成本低;但生产适应性即柔性差,对产品种类及产量变化、设备故障等情况的响应较差。u(3)固定工位布置)固定工位布置(Fixed Position Layout)指加工或服务对象位置固定,而加工或服务设备围绕着该固定位置移动的一种布置方式,适用于单件、大型或重型设备的加工生产模式,常见于飞机制造厂、造船厂、建筑工地等场合。该方式的物料移动较少、产品柔性高、可连续作业,但也存在人员设备移动距离大、工人技能要求高、工序空间和存储面积大等缺点。u(4)成组技术布置)成组技术布置(Group Layout)又称混和原则布置,是一
7、种介于产品原则和工艺原则之间的一种组合布置形式,适用于多品种、中小批量生产情形,多见于企业加工车间、装配车间等设施的布置。在布置时,整个生产系统由数个成组制造单元构成,而将工件按其外形或工艺相似性进行编码分组,同组零件用相似的工艺过程进行加工。由于产品成组,该方式的设备利用率高,物流顺畅;但存在所需生产控制要求高、专用设备利用率低等缺点。由上所述,产品品种的多少、产量的高低直接决定了设备布置的形式。在选择设施设备布置形式时,一般应对产品产量关系进行分析,根据产品变化情况和产量两个主要指标来综合确定采用何种布置方式,如图4-2所示。图4-2 产品变化、产量和布置关系图 上述设计原则涉及面较广,有
8、时会存在相互矛盾的情况,应结合实际情况,加以综合考虑。虽然布置的方法越来越科学,但目前还不存在能解决一切问题的方法,和家庭布置一样,设施布置应该结合具体的条件来进行。5.解决布置问题的解决布置问题的“钥匙钥匙”要做好设施布置设计,需要考虑很多因素。按照美国设施规划设计专家理查德缪瑟的观点,影响布置设计的最基本要素有5个,抓住这些基本要素就等于抓住了解决布置问题的“钥匙”,如图4-3所示。图4-3 解决布置问题的“钥匙”(1)产品)产品P(Product,材料或服务),材料或服务)指待布置系统所生产的商品、原材料、加工或处理的零件、成品或提供服务的项目等,由生产纲领(工厂的和车间的)和产品设计提
9、供,可用项目、种类、型号、零件号、材料、产品特征等来表示。产品这一要素影响着设施的组成及其各作业单位间相互关系、生产设备的类型、物料搬运的方式等方面。(2)数量)数量Q(Quantity,产量),产量)指所生产、供应或使用的商品量或服务的工作量,由生产纲领和产品设计提供,可用件数、重量、体积或销售的价值表示。数量这一要素影响着设施规模、设备数量、运输量、建筑物面积等因素。(3)生产路线)生产路线R(Routing,工艺过程顺序),工艺过程顺序)指工艺过程、设备、工序和它们的先后顺序,为工艺过程设计的成果,可用工艺路线卡、工艺过程图、设备表等表示。它影响着各作业单位之间的关系、物料搬运路线、仓库
10、及堆放地的位置等方面。(4)辅助服务)辅助服务S(Services,辅助服务部门),辅助服务部门)指公用的、附属的及有关的作业单位或职能部门,包括工具、维修、动力、收货、发运、铁路专用路线、办公室、更衣室、食堂、厕所等,由有关专业设计人员提供。这些部门是生产的支持系统,在某种意义上加强了生产力,在布置设计中必须设置这些部门才能有效地工作。某些情况下,辅助服务部门的总面积大于生产部门所占的面积。(5)时间)时间T(Time,时间安排),时间安排)指在什么时候、用多长时间生产出产品,包括各工序的操作时间、更换批量的次数。在工艺过程设计中,根据时间因素可以求出设备的数量、需要的面积和人员,并平衡各工
11、序的生产能力。6.生产工厂生产工厂总体总体设施设施布置设计布置设计注意事项注意事项 u(1)满足生产要求,符合工艺流程,尽量减少物流量,同时重视各部门之间的关系密切程度。u(2)适应工厂内外运输要求,线路应短捷顺直,要与工厂内部运输方式相适应,并根据选定的运输方式、运输设备和技术要求等,合理地确定运输线路及与之有关的部门的位置。u(3)合理用地,充分利用地形、地貌、地质条件。企业在建设中,在确保生产和安全的前提下,应尽量合理节约用地,并适当预留发展用地。u(4)充分考虑建筑群体的空间组织和造型,以及建筑施工的便利条件。u(5)充分注意防火、防爆、防损与防噪声等安全生产问题。充分利用当地自然条件
12、,减少环境污染。7.生产生产车间布置设车间布置设计注意事项注意事项 u(1)根据生产要求,确定设备布置形式。根据车间的生产纲领,分析产品产量关系,确定生产类型是大量、成批还是单件生产,由此决定车间设备布置形式是采用流水线形式、机群式还是成组单元式。u(2)满足工艺流程要求。车间布置应保证工艺流程顺畅、物料搬运方便,减少或避免往返交叉等物流现象。u(3)选择适当的建筑形式。根据工艺流程要求及产品特点,配备适当等级的起重运输设备,进一步确定建筑物高度、跨度及外形。u(4)实行定置管理,确保工作环境整洁、安全。除了要对主要生产设备安排适当位置外,还需对其他所有组成部分包括在制品暂存地、废料存放地、工
13、人工作地、通道、辅助部门,如办公室、生活卫生设施等安排合理的位置,确保工作环境整洁及生产安全。u(5)应注意采光、照明、通风、采暖、防尘、防噪,并使布置具备适当的柔性,以适应生产的变化。8.当量物流量当量物流量 在一个给定的物流系统中,物料从几何形状到物化状态差别很大,其可运性或搬运的难易程度相差也很大,简单地用重量作为物流量计算单位并不合理。例如:一吨重的桌子、椅子和一吨重的煤、木材、钢材,可运性就不一样。一台电冰箱不算太重,但它比同样重量的木材就难运多了。因此,在物流系统分析和规划设计过程中,必须找出一个标准,把系统中所有的物料通过修正、折算为一个统一量,即当量物流量,才能进行比较、分析和
14、统计运算。9.玛格数玛格数Mag(Magnitude)(1)定义)定义“玛格”(Mag)是“数量大小”(Magnitude)的简称,它是为度量各种不同物料的“可运性”而创造出来的一种单位,起源于美国。u一个玛格等于一件物品:可以方便地拿在一只手中;相当密实;结构紧凑,有一些可堆积的性质;不易受损坏;相当清洁、坚固和稳定。u“1马格”的典型例子:一块经过粗加工的10立方英寸(约150立方厘米)大小,或稍大于222英寸(555厘米)的木块,约有两包香烟大小。(2)计算方法步骤)计算方法步骤 计算步骤为:“计算物料体积确定玛格数基本值确定修正参数确定玛格数”。计算物料体积计算物料体积:在计算时,要采
15、用外部轮廓尺寸,不要减去内部空心或不规则的轮廓。图4-4 玛格曲线图(物品大小的基本值A)确定玛格数基本值:查玛格曲线图4-4和玛格数基本数值表4-1,得到玛格数基本值A。表4-1 典型物品及其对应的基本值体积玛格数0.005立方英寸0.1立方英寸1.0立方英寸1/2001/201/410立方英寸(约150立方厘米)1玛格100立方英寸 3.51000立方英寸10000立方英寸100000立方英寸102550 确定修正参数:查修正因素及修正参数值表4-2,按松密程度或密度(B)、形状(C)、损伤危险性(D)、情况(E)和价值因素(F)五个参数来修正,得到修正参数。表4-2 修正因素及修正参数值
16、数值 B 松密程度或密度 C 形状*D 损伤危险性 E 情况 F 价值因素-3十分扁平并且可以叠置或可以套叠(平纸张或金属板材)指每一物品的价格等级,此处未详细列出。因为在一个工厂内,它通常不会导致运输能力的变动,而且搬运的小心程度已体现在“损伤危险性”这一因素内。但是,如果你的情况仍需考虑一个“价值”修正值,请自行设立其零点和尺度。-2非常轻或空的(体积庞大的钣金制品)易于叠置或套叠(纸簿、汤碗)不易受任何损坏(废铁屑)-1轻和庞大的(拆散的瓦楞纸板箱)较易叠置或略可套叠(书、茶杯)实际上不易受损坏或受损极小(坚实的铸件)0比较密实的(干燥的木块)基本上是方形,并具有一些可叠置性质(木块)略
17、易受损坏(加工成一定尺寸的木材料)清洁、牢固、稳定的(木块)+1相当重和密室的(空心铸件)长的圆的或有些不规则形状的(袋装谷类,短棒)易受挤压、破裂、擦伤等损坏(油漆过的物品)有油的、脆弱的、不稳定的或难于搬运的(带油切屑)+2重及密实的(实心铸件、锻件)很长、球状或形状不规则的(桌上电话机)很容易受一些或容易受许多损坏(电视显像管)表面有油脂、热的、很脆弱或滞留的很难搬运的+3非常重和密实的(模块、实心铅)特别长的、弯曲的或形状高度不规则的(长刚梁)极易受一些损坏或易受非常多的损坏(水晶玻璃、高脚器皿)(发粘的胶面)+4特别长及弯曲的或形状格外不规则的(弯管、木扶座椅)极易受到非常多的损坏(
18、瓶装酸类,炸药)(熔化的钢)注:注:*“扁平”和可“叠套”的物品通常以叠置的形式搬运。当衡量上述六个因素时,须以一叠或一套而不是每个单件作为单位。确定玛格数:按下式计算得到玛格数。式中:A基本值;B密度修正系数;C形状修正系数;D损伤危险程度修正系数;E状态(化学状态、物理状态)修正系数;F价值因素,如不考虑价值,则F=0。上述公式有1个变量,5个参数,而且影响因素太多太复杂,因而玛格数未能在实际中达到广泛应用,但这种概念代表一种很好的思路,有待今后实践的突破。(3 3)玛格数算例)玛格数算例 一个四屉文件柜,由冲压和焊接而成,但未油漆,并且没有抽屉,试计算其玛格数。首先,从玛格曲线图中查得基
19、本值A30。再从修正因素表中查得修正值B为-2级,C为+1级,D、E、F均为0,带入玛格数计算公式,可得:在实际工作中,多取为整数23。10.物料的活性系数物料的活性系数 物料活性系数是指用来度量物料搬运难易程度的指标,又叫物流机动性指标。一般将分为5个等级,如表4-3所示。的等级的等级物料状态物料状态0堆在地面上1集中,装在容器内2垫起,可吊装3装载,可近距离移动4装在车上或接上悬链表4-3 物料活性系数分级 作为一种度量物料搬运难易程度的指标,还可用于分析某一物流在系统中的平均机动性。物流的平均活性系数按式4-1计算。与(投资)费用的关系如图4-5所示,正相关关系。(4-1)图4-5 与(
20、投资)费用的关系图4-6 物流活性系数曲线 将某一物流按流程及各段的活性绘制在坐标图上,即得到该物流的活性系数曲线,如图4-6所示。图4-7 物料搬运活性系数示意图物料的存放状态和活性系数如图4-7 所示。表4-4 物料搬运活性系数确定原则表物品状态作业说明作业种类还需的作业数物料活性系数集中搬起升起运走散放于地上集中、搬起、升起、运走要要要要40集装于箱中搬起、升起、运走(已集中)否要要要31托盘上升起、运走(已搬起)否否要要22车中运走(不用升起)否否否要13运动中不要(保持运动)否否否否0410.作业单位作业单位(Activity)它是设施布置时对不同工作区和存在物的基本区划。任何一个企
21、业都是由多个生产车间、职能管理部门、仓储部门及其他辅助服务部门组成的,通常把企业的各级组成统称为“作业单位”。每一个作业单位又可以细分成更小一级的作业单位,如生产车间可细分成数个工段,每个工段又是由多个加工中心或生产单元构成,那么生产单元就是更小一级的作业单位。该术语可以是某个厂区的一个建筑物、一个车间、一个重要出入口,也可以是一个车间的一台机器、一个办公室、一个部门。作业单位可大可小、可分可合,究竟怎么划分,要看规划设计工作所处的阶段或层次。对于现有设施,可以使用原有组成部分的名称划分作业单位或进行新的分合。对于新的项目,规划设计人员要逐个确定所有的作业单位,这对于布置设计的顺利进行十分必要
22、。4.2.1 4.2.1 生产物流系统分析的生产物流系统分析的生产物流系统分析的生产物流系统分析的图例符号图例符号图例符号图例符号流程及面积类型符号流程及面积类型符号 在生产物流系统中,任何物料在其加工或移动时,有五种基本形态:操作:处于成形,处理、装配,拆卸等操作过程中。运输:处于移动或运输中。检验:处于计数、试验、校验或检验中。停滞:等待其它操作完成。储存:处于储存中。4.2 生产物流系统分析生产物流系统分析 在设施规划与设计时,常用一系列的图例符号来表示物料的流动或存储状态,目的是为了便于记录、表示和评定,主要包括流程面积或等级评价两个方面。(1)表示流程或面积的类型,如表4-5所示。(
23、2)表示数量或评定等级的相对重要性,如表4-6所示。其中,流程类型的图例符号采用美国机械工程学会(ASME)制定标准中的流程图例符号,颜色和阴影采用国际物料管理协会(IMMS)的标准。在使用图例符号时,设施规划设计人员可有很大的选择余地,在具体项目中可以选择最合适的图例符号、颜色和阴影。表4-5 流程及面积类型符号u*采用ASME标准;*采用IMMS标准。4.2.2 4.2.2 生产物流系统分析的生产物流系统分析的生产物流系统分析的生产物流系统分析的图表技术图表技术图表技术图表技术1.物流路径图物流路径图用圆圈节点代表各个部门,用直线或弧线连接各个部门间发生的物流流动,可直观地分析物流强弱。弧
24、线用来表示不相邻部门间发生的物流,上方的弧线表示跳跃,下方的弧线表示回退,采用不同的线形来区分不同的物流内容,如图4-8所示。图4-8 物流路径图 物流路径图是在工厂布局图上制作的。该图的用途:可指出由某些因素引起的问题,如交叉交通、回运和途经距离。物流路径交叉的情形,不符合要求,在设施布置中应尽量避免;回运指物料运回的情况,为了提高效率,应尽量减少;途经距离越短,消耗的成本越少,因此应尽可能减少途经距离。2.工艺过程图工艺过程图在大批量生产中,产品品种很少,用标准符号绘制的工艺过程图可直观地反映出生产的详细情况,如图4-9所示。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
25、可以清楚地表现出工厂生产过程中的物料搬运情况。对于某些规模较小的工厂,无论产量如何,只要产品比较单一,都可以用工艺过程图进行物流分析。图4-9 工艺过程图3.多种产品多种产品工艺过程表工艺过程表 在产品品种较多且批量较大的情况下,如为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,如表4-7所示。在这张表上,各产品工艺路线并列给出,可以反映出各个产品的物流途径。为了在布置上达到物料顺序移动、尽可能减少倒流,通过调整图表上的工序,使彼此之间有最大物流量的工序尽量靠近,直到获得最佳的顺序。表表4-7 4-7 多种产品工艺过程表多种产品工艺过程表4.从至表从至表 当产品
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