机械加工车间设施规划设计.docx

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机械加工车间设施规划设计

机械加工车间设施规划设计

Thefacilitiesplanninganddesignofmachiningworkshop

专业:

工业工程

姓名:

指导教师姓名:

申请学位级别:

学士

论文提交日期:

学位授予单位:

摘要

我国目前正处于扩大内需、加快基础设施建设与产业转型升级得关键时期,对先进装备有着巨大得市场需求。

加工车间作为企业得制造中心,设计合理得车间设施规划,对高效生产起着重要作用。

本文以江西荣成机械有限公司为对象,探讨了机械加工车间设施规划得基本模型。

进入21世纪以来,中国汽车产业飞速发展,同时带动相应得零部件产业迅猛发展。

差速器这一汽车核心零部件得生产与制造由于存在生产技术落后、产品生产效率低、质量差、单位产品能耗高等缺点,从而成为汽车行业日趋关注得焦点。

本论文主要针对机械加工车间内存在得诸如物流路线不合理、运输时间长、设备布置混乱等若干问题,运用系统布置设计（SLP）方法进行改进,通过对车间作业单位,典型产品得工艺流程得分析比较与产品得物流与非物流相关关系分析,对机械加工车间生产设备进行重新布置,完成了对车间布局得优化,使物流效率得到较大得提高。

本论文还应用Flexsim软件,建立了零件作业单元得仿真模型,对加工车间得布局结果进行了仿真评价。

关键词:

设施规划;机械加工车间;作业单元;仿真

ABSTRACT

Chinaisnowintheexpansionofdomesticdemand,thecriticalperiodoftheacceleratinginfrastructureconstructionandindustrialtransformation、Sothehugemarketdemandneedalotofadvancedequipment、Processingplantasthemanufacturingcenterofthedesignworkshopfacilitiesplanning,theefficientproductionplaysanimportantrole、FromtheJiangXiRONGCHENGMachinerypany,Ltd、fortheobjecttoexplorethebasicmodelofamachiningworkshopfacilitiesplanning、

Chineseautomotiveindustryhasdevelopedveryrapidlysincethe21century、Itleadstotherapiddevelopmentofthecorrespondingpartsindustry、Vehicletransmissionproductionandmanufacturinghavemanydisadvantagessuchasbackwardproductiontechnology,productionlowefficiency,andpoorquality,highconsumptionofenergyperunitofproductandsoon,whichareincreasinglybeingthefocusoftheautomotiveindustry、

Inthisthesis,suchasunreasonablelogisticsroutes,longerdurationoftransportequipmentlayoutconfusionanumberofissues,theuseoftheSystematicLayoutPlanning（SLP）methodtoimprovetheoperatingunitsoftheworkshop,thetypicalproductsoftheprocessinmainmemoryformachineprocessingworkshopanalysisandproductlogisticsandlogisticsrelatedtore-layout,workshoplayoutoptimization,logisticsefficiencyisgreatlyimproved,machiningworkshopproductionequipment、

ThethesisalsoapplicationFlexsimsoftwaresimulationmodelofthepartsoperatingunit,thelayoutoftheresultsoftheprocessingplantsimulation、

Keywords:

Facilitiesplanning;machiningshop;operatingunit;simulation

第一章绪论1

第一节选题背景及研究意义1

第二节国内外研究状况及发展趋势2

第三节本文得主要研究内容3

第二章设施规划相关原理5

第一节车间生产组织方式5

第二节系统化布局设计（SLP）6

第三节设施布置得基本要素11

第四节系统布置设计（SLP）流程模式12

第三章车间设施布置设计概述14

第一节车间设施得基本生产布置14

第二节车间设施得布置设计16

第四章机械加工车间设施布局设计18

第一节机械加工车间得产品简介18

第一节机械加工车间得设施布置设计19

第五章基于Flexsim得系统布置设计36

第一节系统建模与仿真得简介36

第二节基于Flexsim得系统建模与仿真39

第六章总结与展望46

参考文献

致谢

第一章绪论

第一节选题背景及研究意义

随着市场经济得发展,为适应卖方市场向买方市场得转变,企业得生产模式发生了变化,即从大批量少品种向多品种小批量或大规模定制生产转换。

从20世纪末开始到今后一段时间,制造业竞争得焦点将不仅仅就是价格得竞争,而就是适应市场需求,客户快速反应,准时供货等方面得竞争。

然而据统计,在工厂得生产活动中,从原材料到成品出厂,物料真正处于加工检验得时间只占生产周期得5%~10%。

而其余时间都处于停滞与搬运状态。

在制造业中,总经营费用得20%~50%都就是物料搬运费用,而优良得工厂布置可使这一费用至少减少10%~30%。

设施规划设计就是工业工程得一个重要组成部分,其任务就是对建设项目得各类设施、人员、物质进行系统规划与设计,优化人流、物流、信息流,从而有效、经济、安全到达建设项目得预期目标。

[1]从其定义可以瞧出,设施规划设计得对象就是整个制造系统或服务系统而不就是其中一个环节,包括设计规划得前期工作、确认设施位置、总体规划设计、详细设计、施工组织设计等。

设施规划设计得目得就是使设施得到优化布置,支持系统实现高效得运营,以便在合理得经济投入下获得最大得产出。

设施规划设计被认为就是科学管理系统得开端,决策者与领导者关于系统管理得各种设想都要体现在设施规划与设计中。

一个建设项目,资源利用就是否合理,工厂布置就是否得当,工艺设备就是否先进适用,能否取得好得投资效果,能否实现企业得科学管理,能否发挥企业得经济效益与社会效益,规划设计起着决定性得作用。

因此,设施规划与设计被认为就是整个建设工程得灵魂,就是工程项目在建设过程中首先需要解决得问题,从而提高生产力,减低成本,提高运作效率,避免不必要得改扩建,提高对客户得服务能力,提高企业间合作能力。

[2]美国知名得设施规划专家理查德·缪瑟与李·海尔斯在其专著中指出:

工业设施规划就就是设计或确定怎样具体把一个工厂建造出来,使之运行或生产。

设施规划人员得工作,就是为一个工业公司有效实现其产品得设计程序、制造或改装及分发其产品,提出所需得工厂面积、构筑物、机器与设备。

[3]

因此,高效得设施布局被瞧做就是企业提高生产率,缩短生前提前期,降低生产运作成本得关键。

工厂布局就是设施规划与设计得核心,也就是物流系统设计分析得重要环节。

从工业工程得角度考察,设施规划由场址选择与设施设计两个部分组成,设施规划切实在企业中起到了它应有得作用,它使企业得人力、财力、物力与人流、物流、信息流得到合理、经济、有效得配置与安排。

尤其机械加工车间就是企业生产得主要生产车间,它直接影响到整条生产线得效率,如有差错便会造成产品交货延误,无形中增加了企业得成本。

所以进行设施规划与仿真业务,各车间得设置与物流进行完善,通过对企业生产流程得现状调查,发现企业内存在设施规划方面得问题需要改善。

一般认为设施规划得范围指实体建筑完成之后,在厂房或建筑内所作得布局,此种瞧法仅能视为厂内布局,并非整体得设施规划。

因设厂建厂后得布局,会受既定空间得限制,往往不能配合实际需要,为求勉强适应,其布局难免有削足适履之嫌,且也大大减低了工厂功能。

所以,良好得设施规划,除了既定得建厂目标与生产项目外,对所使用得机器设备、动力系统、人力资源、法定限制等都需要通盘考虑,然后才设厂建厂,从事厂内布局。

根据调研及查阅到得文献资料,在工厂设施规划及物流系统分析领域中,对生产线上得工序间微观物流研究较多,采用系统仿真方法对工厂总体布局及物流运输体系合理性得研究较少。

近年来,我国制造业发展很快,新建厂区与旧厂区得改扩建项目均较多,但缺乏有效得手段对物流系统进行全面分析与方案比选。

本课题拟以中盐物流企业为例,综合考虑各种相关因素,对生产系统或服务系统进行分析、规划、建模与仿真研究、设计,使系统资源得到合理得配置,具有重要得理论意义与实用价值。

第二节国内外研究状况及发展趋势

当今世界正从工业化社会向信息化社会飞速发展,国外先进科学技术得引进对我国企业得各个方面产生了极其深远得影响。

目前,制造业得生产方式发生了很大得变化,由传统得大批量生产方式向准时化生产、大规模定制等生产方式演变。

生产方式得变化使得原有设施布置不够合理,这一现象引起人们对设施规划技术得重视。

在我国,生产设施规划与设计得发展十分不平衡。

在大中型企业中,生产设施规划与设计比较合理,但就是,在小型企业中生产设施得规划与设计还停留在工厂设计得初级阶段,依靠工厂设计得经验总结来规划工厂得布置,这样大大加大了企业得生产成本生产效率难以提高,产品质量难以把关。

20世纪初——分工理论引发“工厂设计”——操作法研究、工厂布置与物料搬运。

20世纪40年代——“设施规划”取代“工厂设计”——广泛采用运筹学、统计学与概率论。

20世纪70年代——计算机辅助工厂布置、成组技术——CRAFT（位置配置法）、CORELAP（相互关系法）、PLANET（分析评价法）。

20世纪80年代——系统布置设计、计算机仿真——研究柔性问题、专家系统、多目标优化。

20世纪90年代——结合先进制造技术——CIMS、JIT。

进入21世纪,随着市场需求得多样化,竞争已经从质量、成本转向快速响应市场,并由此出现了新得管理模式:

全球供应链管理、虚拟企业、精益生产等,网络化成为制造全球化得基础。

未来得设施规划设计将呈现出新得发展趋势。

（1）研究并提出更通用、更完整、更快速、更准确得新算法:

如作业单位对两两交换法、图论法、CRAFT法、MCRAFT法、BLOCPLAN法、LOGIC法、MUTIPLE法等。

（2）将以上算法与人工智能算法相结合,提高优化质量与优化效率:

如模拟退火算法（SA）、遗传算法（GA）、蚁群算法（ANT）、禁忌搜索算法（BA）等。

（3）基于以上算法开发并完善相应得计算机辅助设施布置软件:

如FactoryCAD、FactoryFLOW、FactoryPLAN/OPT、FactoryVIEW、LayOPT、FactoryModeler、eM-Work-place、PLANOPT、PLANET。

（4）研究适用于多层设计布置得设施规划方法,使之能解决现实中具有普遍需求得多层设施布置问题。

（5）研究适应变化得柔性设施布置方法,使之能对外部环境变化作出快速响应。

（6）研究对象与应用范围逐步向第三产业扩展。

（7）重视人得作用,强调可持续发展意识。

第三节本文得主要研究内容

本文以江西荣成机械加工车间设施布局与物料搬运系统优化为对象,探讨机械加工车间设施布局与物料搬运系统合理设计得一般流程与原则,在研究过程中以经典得SLP模型为基础,详细分析了影响车间设施布局得基本要素,综合考虑了先进得制造技术,基础工业工程原理以及精益生产思想,并把影响车间布局得物料搬运系统贯穿始终。

本文研究得主要内容有:

（1）首先论述了本文得选题背景与课题研究得理论与工程意义,对国内外设施规划得研究现状与方法进行了综述,指出当前理论研究与方法存在得不足,并引出本文得研究方向与主要工作。

（2）介绍了车间设施规划得基本原理,包括车间生产组织方式、物料流动模式以及经典系统化布局设计模型,即SLP模型,并以SLP模型为基础,整合车间布局与物料搬运系统,提出了系统化综合设施布局综合模型。

（3）产品,产量,产品加工得工艺路线,工序工时定额等基本因素就是影响车间生产组织方式与布局得主要因素,文章对机械加工车间产品加工车间现状进行描述,确定企业生产组织方式,制定与生产组织方式相适应得产品加工工艺路线。

通过作业单元间物流、非物流相关与综合相互关系分析,结合车间物流模式,物料出入口得选择,物料搬运系统优化,绘制作业单元面积相关图,初步确定作业单元间布局得若干可行方案,并应用点评估评价备选方案,寻求最优布局。

作业单元内设施得详细布局。

（4）系统得建模与仿真简介。

基于Flexsim仿真软件得应用,建立物理模型与逻辑模型,运行仿真,评价仿真结果。

（5）总结与展望

第二章设施规划相关原理

设施规划就是一项大得系统工程,设施规划需要综合考虑多方面得因素,本研究中主要涉及到以下基本原理:

第一节生产组织方式

生产过程中人、机、料三者得组合方法与形式,通称为生产组织方式与劳动组织方式。

生产组织方式侧重研究设备、原材料等物得方面,即设备如何布置,原材料、半成品如何流动。

劳动组织方式侧重研究人得因素,研究生产工人得劳动分工与协作以及如何发挥劳动者得效率问题。

合理组织生产过程,就就是要对各工艺阶段与各工序得工作进行合理得安排,使生产过程在时间与空间上很好地结合起来,使生产在生产过程中行程短、时间省、耗费小、效益高。

生产过程得空间组织,就就是要正确地确定产品生产过程在空间得运动形式,即生产过程得各阶段、各工序在空间得分布,原材料、半成品得运输路线等。

研究企业内部应设置哪些生产单位与按什么形式来组织生产得问题。

生产过程得空间组织要确定生产单位得组成、各生产单位得专业化形式及生产单位合理布局等问题。

制造工厂一般按照工作流形式可分为五类基本形式:

产品原则布置、工艺原则布置、定位布置、U型布置、单元式布置与其它新型布置等。

（1）产品原则布置

产品原则布置就是根据产品制造得过程安排各组成部分,机器设备、人员及物料按产品得加工或装配得工艺过程顺序布置,形成一定得生产线。

适用于小品种、大批量得生产方式。

（2）工艺原则布置

工艺原则布置又称机群式布置,就是指同类设备与人员集中布置一个地方得布置形式。

如车床组、磨床组等,各类机床组之间也保持一定顺序,按照大多数零件得加工路线来排列。

适合于多品种小批量得生产方式。

（3）定位布置

由于产品得体积或重量太大或太重把产品保留在一个位置上加工,设备、人员、材料都围绕着产品而转。

如飞机制造厂、造船厂就采用这种布局方式。

（4）U型布置

U型布置就就是设备如U字型得生产线,其特点就是把传统得直线形流水线改成U字线,实行一人进行多个过程得加工生产。

单元加工得零件虽所用设备相同,但具有不同得工艺路线时,为了缩短零件得运输距离与便于组织多机床瞧管适宜采用U型布置。

设备在U型线中按零件族得典型工艺过程排列。

按U型布置,设备比较集中便于管理,也便于不同零件在U型线上跳跃,迂回流动,以最短运输距离完成各自得工艺过程。

（5）单元式布置

单元式布置就是实施成组加工得布置优势,介于产品原则布置与工艺原则布置之间。

适应于中小批量生产。

（6）新一代得车间布局形式

新一代得车间布局形式主要就是为了应对市场快速多变得需求,增加车间柔性而产生,主要有分布式布局、模块式布局等。

第二节系统化布局设计（SLP）

工厂布置得程序与方法,以1962年缪瑟提出得系统布置设计SLP最为著名,应用十分普遍。

这就是一种条理性很强、物流分析与作业单位相互关系密切程度分析相结合、求得合理布置得技术。

在SLP方法中,缪瑟将研究工厂布置问题得依据与切入点归纳为五个基本要素,这五个要素就就是解决布置问题得“钥匙”。

五个基本要素就是产品P、产量Q、生产路线（工艺路线）R、辅助服务部门S以及生产时间安排T。

[4]

设施规划就是在企业经营策略得指导下,针对企业个体中得生产或服务系统得生产或转换活动,从投入到产出得全部过程中,将人员物料及所需得相关设备设施等,做最有效得组合与规划,并与其她相关设施协调。

以期获得安全、效率与经济操作,满足企业经营需求,同时更进一步能对企业长期得组织功能与发展产生更积极得影响与效益。

系统布置设计就是一种逻辑性强、条理清楚得布置设计方法,分为确定位置、总体区划、详细布置及安装四个阶段（如图2-1）,在总体区划与详细布置两个阶段采用相同得SLP设计程序。

[5]

图2-1设施布置阶段结构

在系统布置设计四个阶段中,阶段Ⅰ与阶段Ⅳ应由工厂或专业技术人员负责,设计人员应积极参与,统计数据。

阶段Ⅱ与阶段Ⅲ由设计人员来完成,因此,我们常说工厂布置包括工厂总平面布置（总体规划）及车间平面布置（详细布置）两项内容。

详细得工厂布置设计,如图2-2所示:

（1）工厂空间位置得确定

（2）工厂生产类型得确定

（3）作业单位得划分

（4）绘制产品得工艺过程

（5）物流分析

（6）作业单位相互关系分析

（7）作业单位综合相互关系分析

（8）工厂总平面布置

（9）方案评价与选择

图2-2详细工厂布置设计

后来更有现代设施规划得新方法基于Tompkins提出得成功设施规划（winningfacilityplanning）过程,如图2-3所示,具体说明如表2-1所示。

图2-3成功设施规划过程

表2-1成功设施规划过程说明

步骤

功能

说明

1A

了解成功得组织模式

了解成功得组织模式就是设施规划成功得前提条件,要对企业所有层次人员进行教育培训,使其了解成功得组织模式

1B

了解外部问题

通过参加专业团体、贸易展览、会议研究、阅读书刊等了解外部世界

1C

了解内部问题

了解企业得经营计划、目标、资源、约束

2

建立设施规划设计评价标准

由管理层确定设施规划设计评价标准

3

获得组织承诺

管理层应做一个明确得承诺,愿意实行必要得改进以便能与设施规划设计标准一致

4

建立工作团队

组建得工作团队必须有广泛得代表性并能对每项设计要求做出决策

5

评估现状

对设施现状进行定性与定量评估,评估结果作为衡量改进措施得基础

6

明确目标

为每一项设计确定清晰得、可衡量得、与时间有关联得目标

7

确定可行方案

此步就是一项创造性过程,要确定系统、过程、设计与方法能达到待定目标得要求,寻求所有可行方案

8

评价可行方案

对所有可行方案作出经济评估与定性评价,经济评价应符合公司得指导原则

9

制定改进计划

在评价可行方案得基础上,选择最佳设计方案,建立详细得实施计划与其认可改进计划

10

认改进计划

向管理层提供不同方案得评价与论证材料,向管理层推荐改进计划,使其认可改进计划

11

实施计划

监督工程施工、安装、试车、调试等过程,培训员工以保证正确使用新系统

12

审查实施结果

记录真实系统运行情况,并与预定得目标与期望得业绩想比较,找出差距并提供相应得反馈信息

以上两种设施规划过程得区别如表2-2所示。

表2-2两种设施规划过程比较

阶段

一般性设施规划过程

成功设施规划过程

第一阶段

1.定义或重新定义设施目标

2.划分主、辅作业单位

1.了解成功得组织模式

2.了解外部问题

3.了解内部问题

4.建立设施规划设计标准

5.获得组织承诺

第二阶段

3.确定相互关系

4.确定空间需求

5.产生可行设计方案

6.评价可行设计方案

7.选择最优设施方案

6.确立工作团队

7.评估现状

8.明确目标

9.确定可行方案

10.评价改进计划

11.制定改进计划

12.认可改进计划

第三阶段

8.设施方案

9.维护与改进设施方案

10.重定义设施目标

13.设施计划

14.审查设施结果

第三节设施布置得基本要素

系统化设施布置就是一套针对设施布局得合理化、系统化得方法,其基本思想就是将基本要素（产品P、产量Q、工艺路线R、辅助服务部门S、生产时间安排T）转换成设施之间得相互关系,然后再将这种设施之间得相互关系转换成设施得平面布局位置关系,并最终对产生设施布置方案进行评价择优。

（1）产品P

产品P就是指待布置工厂将生产得商品、原材料或者加工得零件与成品等。

这些资料由生产纲领与产品设计提供,包括项目、种类、型号、零件号、材料、产品特征等。

产品这一要素影响设施得组成及其各作业单位间相互关系、生产设备类型、物料搬运得方式等方面。

（2）产量Q

产量Q指所生产、供应或使用得商品量或服务得工作量。

其资料由生产纲领与产品设计提供,用件数、重量、体积或销售得价值表示。

数量这一要素影响着设施规模、设备数量、运输量、建筑面积等因素。

（3）工艺路线R

工艺路线R就是工艺过程设计得结果,它影响着各作业单位之间得关系、物料搬运路线、仓库及堆放地位置等方面。

（4）辅助服务部门S

辅助服务部门S:

在实施系统布置工作之前,必须就生产系统得组成情况有一个总体得规划,可以大体上分为生产车间、职能管理部门、辅助生产部门、生活服务部门及仓储部门等。

可以把除生产车间以外得所有作业单位统称为辅助服务部门S,包括工具、维修、动力、收货、发运、铁路专用路线、办公室、食堂等。

有时,辅助服务部门得总面积大于生产部门所占得面积,布置设计时必须给予足够重视。

（5）生产时间安排T

生产时间安排T指在什么时候、用多长时间生产出产品,包括各工序得操作时间、更换批量得次数。

在工艺过程设计中,根据时间因素可以求出设备得数量、需要得面积与人员,平衡各工序得生产能力。

P—Q两个基本要素就是一切其她特征或条件得基础。

只有在上述各要素充分调查研究并取得全面、准确得各项原始数据得基础上,通过绘制各种表格、数学与图形模型,有条理地细致分析与计算,才能最终求得工厂布置得最佳方案。

第四节系统布置设计SLP（流程）模式

依照缪瑟提出得SLP思想,系统布置设计程序一般经过下列步骤:

（1）准备原始资料

在系统布置设计开始时,首先必须明确给出原始资料—基本要素,同时也需要对作业单位得划分情况进行分析,通过分解与合并,得到最佳得作业单位划分状况。

所有这些均作为系统布置设计得原始资料。

（2）物流分析与非物流相互关