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系统化厂房布置

http://www.5acbd.com  2008/12/18 17:38:00 来源:

系统化厂房布置
         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(System  Layout Planning)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”。

二、程序模式
三、设施布置设计的要素分析
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——生产什么?
        Q——生产多少?
        R——怎么生产?
        T——何时生产?
        S——用什么支持生产? 
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 (Supporting Service) 
      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。

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?

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= 0.5  mag
               一个电话亭=50 mag
               一个低堆垛的托盘(1200 cm*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                      
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。

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

五  物流分析 Flow Analysis

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。

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。

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。
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(Process Chart)。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-column Process Chart)。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。
3)成组方法(Group Technology)。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-to Chart)。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。
1、工艺过程图(Operation Process Chart)
           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。
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。
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。
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

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。
各作业单位距离见下表,试作出物流分析。
有了距离从至表和产品运量从至表,以相应格子的运量乘以距离便得物流强度。
再按作业单位对的强度划分等级,物流强度等级划分采用著名的A、E、I、O、U等级,AEIO比例如下图,U级比例只给无物流的作业单位对,有物流的作业单位对一般不考虑。

六  SLP相关图技术

相关图是缪瑟首先使用的,它能直观地表示出各作业单位两两之间的关系密切程度,而这正是布置的依据。
因为企业内作业单位之间关系影响因素较多,所以除了进行物流分析之外,还要有非物流分析。

6.1  非物流分析
物流分析所得到的是定量的相互关系,但是各作业单位之间还存在着其他的关系。例如以下就是非物流因素为主的情况:
        诸如电子和精密机械的工厂,需要运输的物料很少,物流相对来说不重要。
         辅助设施与生产部门之间常常没有物流关系,但必须考虑它们之间的密切关系,像维修间、工具室、更衣室、休息室与生产区都的一定的密切关系。
          在纯服务性设施中,例如办公室、维修间内,常常没有真正的固定的物流,常用信息流或人流当作“物流”。
         在某些情况下,工艺过程也不是布置设计的唯一依据。例如重大零部件的搬运要考虑运入运出的条件,不能按工艺过程布置;有的工序属于产生污染或有危害的作业,需要远离精密加工和装配区域,也不能考虑工艺顺序。
因此,在分析作业单位相互关系时,除了物流关系外,还要考虑非物流的相互关系。
        它们一般不能用定量的方法得到,而要用一些定性的方法。这时相关图每个菱形格子不但要表示两两之间的密切程度等级(Closeness Rating),还要加上评级的理由。
         定性给出密切程度等级时,包括A、E、I、O、U和X六种,其比例一般按表4-16掌握。
这些理由一般不要超过8~10条。常见理由如:
工作流程
作业性质相似
使用相同设备、设施或同一场地
使用相同文件
使用一套人员
联系频繁程度
监督和管理
噪声、振动、烟尘、易燃、易爆等
非物流关系评级主要由上述理由确定,
A级一般只用于部门间有密切的工艺联系或使用相同的设备或场所,如钢材库和下料区、最后检查和包装、清理和油漆等。大量的人员流动也可定为A。
如果对A有些把握不准,就可定为E,如两个作业单位间人员流动量大但并不是每时如此,再如方便和安全要求、搬运物料要求和服务频繁和紧急等。
U是最多的,当两个作业单位间不需要相关或无干扰时采用。
X同A一样重要,但方向相反,是不需要密切靠近的。例如油漆间就不能和焊接间相邻。一般噪音、烟尘、发热、致冷和气味都是列X的理由。
因为这种评级是定性的,必须遵循以下的方法和步骤:
   由设施布置人员初步决定各作业单位间的关系,并经集体讨论,充分阐明理由并作出分析。
   访问相关图中所列作业单位的主管或上级,和充分的调查研究。
   决定密切程度的标准,并逐项把这些标准列在相关图的理由表中。
   对每一对作业单位确定密切程度等级和理由。
   应允许任何人对相关图提意见,允许多次评审、讨论和修改。
6.2  综合相关图
综合考虑物流和非物流关系时,要确定两种关系的相对重要性。这一重要性用比值m:n来表示,一般不应超过1:3~3:1。
如果比值大于3:1,意味着物流关系占主导地位,设施布置只考虑物流即可;
当比值小于1:3时,说明物流的影响很小,只考虑非物流关系即可。
实际情况下,根据两者的相对重要性,比值可为3:1,2:1,1:1,1:2,1:3。
有了此比值和两个相关图,就要将相关图中各密切程度等级按表4-16予以量化。

七  平面布置方案的确定

明确了各相关的作业单位以及各单位之间的物流和非物流相互关系后,就可以按一定的规则和方法,设计出各种平面布置方案。
这些方法根据作业单位划分的大小,可用于工厂总平面布置、车间布置和服务设施布置等。
平面布置方法主要是缪瑟的线型图法和Tompkins的关系表法,其它方法还有螺旋法等,下面主要介绍前两种方法。

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