第4章设施规划与设计课件.ppt

第四章 设施规划与设计*,4.1 设施规划与设计的理论概述4.2 设施布置设计4.3 系统化布置设计（SLP）,4.1 设施规划与设计的理论概述,一、设施规划与设计定义设施规划与设计Facility Planning and Design，任务是对建设项目的各类设施、人员、投资进行系统规划与设计，用以优化人流、物流和信息流，从而有效、经济、安全地实现建设项目的预期目标。,4.1 设施规划与设计的理论概述,二、设施规划与设计的研究范围,三、设施规划与设计的阶段结构,4.1 设施规划与设计的理论概述,一、设施布置的内容设施布置设计(Facility Layout) 工厂布局(Plant Layout)是根据企业的经营目标和生产纲领，在已确定的空间场所内，按照从原材料接收、零件和产品的制造，到成品的包装、发运的全过程，力争将人员、设备、物料所需要的空间做最适当的分配和最有效的组合，以便获得最大的生产经济效益。,4.2 设施布置设计,一、设施布置的内容工厂总体布置设计解决工厂各个组成部分的相互位置，包括生产车间、辅助生产车间、仓库等等，同时要考虑物流的流向和流程、场内外运输方式。车间布置设计要解决各生产工部、工段、服务辅助部门、储存设施等作业单位的布置，同时也要解决物料搬运的流程及运输方式。,4.2 设施布置设计,二、设施布置设计的设计方法摆样法：简单的布局设计数学模型法：系统工程、运筹学图解法：实践应用不广系统布置设计SLP (Systematic Layout Planning)法：当前工程布局设计主要应用的方法。,三、设施布置的目标(1)符合工艺过程的要求。尽量使生产对象流动顺畅，避免工序间的往返交错，使设备投资最小，生产周期最短。(2)最有效地利用空间。使场地利用达到适当的建筑占地系数(建筑物、构筑物占地面积与场地总面积的比率)，使建筑物内部设备的占有空间和单位制品的占有空间较小。(3)物料搬运费用最少。要便于物料的输入和产品、废料等物料运输路线短捷，尽量避免运输的往返和交叉。(4)保持生产和安排的柔性。使之适应产品需求的变化、工艺和设备的更新及扩大生产能力的需要。(5)适应组织结构的合理化和管理的方便。使有密切关系或性质相近的作业单位布置在一个区域并就近布置，甚至合并在同一个建筑物内。(6)为职工提供方便、安全、舒适的作业环境。使之合乎生理、心理要求，为提高生产效率和保证职工身心健康创造条件。,目标,二律背反,在系统中，一种功能要素效益的增长会使另一种功能要素的效益降低，也就是说出现了此消彼长、此损彼益的现象。,四、设施布置决策的依据设施布置决策，可以定义为确定生产系统内各物质部分的最优安排。它需要决定部门的位置、机器的位置、在制品存储点等，目的在于以一种顺利的工作流(工厂内)或一种特殊的流动方式(服务组织内)安排这些要素。解决布置决策问题，主要取决于以下方面：(1)系统应达到的目标。存储费用、劳动力、闲置设备和保管费用保持在一定水平之下，达到预期的产量和利润。(2)系统对产品和服务的需求。需求量的预测对布置决策的“目标确定”有着重要意义。在这方面，所关心的是当前与未来的需求量水平以及产品品种搭配。不同类型的市场产品，在布置策略上有明显区别。,(3)加工过程的要求。它是所选择布置类型的主要约束条件。(4)建筑物或场所的有效空间。布置一般约束在建筑物的实际范围以内。(5)系统各部门之间物流和人流的大小。当系统目标、用户需要、加工过程、空间有效利用率、物流大小确定后，下一步应把这些因素转变为需要容量和有效容量的数量估算。“需要容量”指必须满足目前需要的生产能力和满足经过一段时间后的生产能力两方面；“有效容量”指通过重新布置现有设施而获得的生产能力，或是通过布置新的设施而获得的生产能力(在预算限度内)。若想获得对能力的数量估计，首先应适当选择生产能力的测定单位。部分生产系统生产能力的测定单位如表4-5所示。,若己知设施布置的依据和生产能力的测定单位，即可开始对设施进行布置。理想情况是，布置能适应环境状态的变化(使得布置的计划工作，除考虑现有产品当前与未来需求的变化外，还应考虑新产品)，能适应工艺与材料方面的技术突破，而不必花很多钱重新布置。,表4-5 部分生产系统的能力（容量）测量单位,五、布置的基本形式设施布置形式受工作流的形式限制，有三种基本类型 (产品原则布置、工艺原则布置、定位布置)和一种混合类型(成组技术布置)。,图4-2 P-Q分析曲线,(1)产品原则布置(Product Layout。也称装配线布置，是一种根据产品制造的步骤安排设备或工作过程的方式。产品流程是一条从原料投入到成品完工为止的连续线。固定制造某种部件或某种产品的封闭车间，其设备、人员按加工或装配的工艺过程顺序布置，形成一定的生产线，适用于少品种、大批量生产方式。（汽车装配、家具制造）(2)工艺原则布置(Process Layout)。又称机群布置或功能布置，是一种将相似设备或功能集中布置在一个地方的布置形式，比如按车床组、磨床组等分区。被加工的零件，根据预先设定好的流程顺序，从一个地方转移到另一个地方，每项操作都由适宜的机器完成。它适用于多品种小批量生产方式。（医院）,(3)成组技术布置(Group Layout)。将不同的机器组成加工中心(工作单元)，对形状和工艺相似的零件进行加工。成组技术布置和工艺原则布置的相似点是加工中心完成特定的工艺过程。加工中心完成的品种有限，适应于中小批量生产。 (4)定位布置(Fixed Layout)。产品(由于体积或重量庞大)停留在一个位置上，设备、人员、材料都围绕产品而转。飞机制造厂、造船厂、建筑工地等都是这种布置方式的实例。（德阳二重）按生产系统功能分类(1)存储布置 (2)销售布置 (3)工程项目布置。各类布置的综合方案较常见，如在地窖里储存葡萄酒，不仅作为库存功能布置，而且也按工作流程布置。,零售商店、画展,青藏铁路、地铁,(5) U形布置,六、工艺布置原则工艺原则布置是最常用的方法，用于对具有类似工艺流程的工作部门进行布置，使其相对位置达到最优。在很多设备安排中,最优布置通常意味着妥善安置相互有大量运输量的部门，使总的物流运输管理费用最小。,六、工艺布置原则例1 假设需要布置某玩具工厂的8个部门,使各部门间物料搬运费用最少。建筑物面积宽80m,长160m,为简化,所有部门的面积相同,如40m40m。见图1。假设:所有物料用标准尺寸柳条箱运输,用铲车将柳条箱逐个装上卡车(构成一个装载量);邻近部门之间运输费用是搬动一个装载量为1元,每隔一个部门增加1元;对角线之间允许移动,并认为均相邻。,图1 建筑面积和部门,步骤1 确定部门之间的预期搬运量（运行第一年后），如表1步骤2 计算布置方案的搬运费用，如表2，小计,3474,步骤3 改变部门布置的位置以降低搬运费用。缩短1与6的距离，即4、6换位，此时新布置方案的搬运费用如表3，小计,175,50,0,60,200,60,75,0,200,150,90,240,270,17,88,125,198,360,20,5,0,25,0,180,187,748,206,7,3736,假设只考虑搬运费用，得到一个理论最佳布置方案，如图2所示，搬运费用如表4,小计：2967元,七、产品布置原则产品原则布置与工艺原则布置明显不同的特征是工件流程的模式。在工艺原则布置中物流线路可变性强；而产品原则布置中，设备和车间服务于专门的产品线。所以，在产品原则布置系统中，各部门的相对位置以及生产部门内各部分定位所出现的困难比工艺原则布置要小。,七、产品布置原则特殊情况下的产品原则布置,如装配线的布置,工厂设计人员将面临较复杂问题如何达到装配线均衡流动,使在装配线上操作的工人停工时间最短。这时往往面临两个问题: 在给定的周期时间内,求工作地点的最小数量-布置问题； 在已定的工作地点数量条件下,求最小的周期时间-编制进度表问题。,七、产品布置原则“工作地点”通常是为完成给定工作量的特定位置，不一定由固定人员操作；周期时间指相邻产品在装配线上通过所需的时间。一般是周期时间和工作地点合并求解。装配线平衡是一个与设施布置相牵连的问题，它将所有基本工作单元分派到各个工作站，以使每个工作地点在周期时间内都处于繁忙状态，完成最多的操作量，从而使各个工作地点的未工作时间（闲置时间）最少。,七、产品布置原则以下用例子说明产品原则布置在装配线平衡中的应用过程。例2 某传送带上组装J型手推车,每天需生产500辆,其生产时间为420min。表5列出了手推车的组装步骤及其时间,请根据周期时间和作业顺序限制,求使工作地点数量最少的平衡方式。,解：用流程图表示作业先后次序,确定周期时间计算满足周期时间要求的最少工作地点数（取不小于计算值的最小整数）选择作业分配规则，规则1，首先分配后续工作较多的作业；规则2，首先分配操作时间最长的作业。利用这两项规则排列作业，如表6分配各工作地点的作业，根据规则1平衡。从第一项开始，一次一项，逐项增加，直至作业完成所需时间等于周期时间。分配结果如表7,计算装配线效率,表7 根据规则1作出的平衡,由于效率不高，根据规则2作出平衡，如表8所示。此时,表8 根据规则2作出的平衡,练习,一条装配线的预定日产量为360单位，该装配线每天运行450min。表中给出了该产品的作业时间和前接作业。试：画出流程图；求出周期时间；用后续作业最多规则平衡该装配线。用最长的作业时间作为规则2；所做装配线平衡的效率是多少？,八、其他布置(1)成组技术布置。成组技术布置目前被广泛应用于金属加工、计算机芯片制造和装配作业。成组技术布置可以通过以下三个步骤实现：将零件分类；识别零件组的物流类型；将机器和工艺分组，组成工作单元。(2)服务业布置。零售服务业如商店、银行和餐馆布置的目的是使店铺单位面积的净收益达到最大。实际上，此目标经常被转化为如最小搬运费用或产品摆放最多等标准。同时，布置中还有其他许多人性化因素需要考虑。Mary Jo Bitner用服务场景概括了提供服务的物理环境，以及这些环境怎样影响顾客和雇员。服务场景有三个组成部分：环境条件；空间布置以及功能性；徽牌、标志和装饰品。(3)办公室布置。办公室布置越来越趋向于开放式办公室，员工的空间仅用低层分割墙隔开。徽牌、标志和装饰品，很可能在办公室布置中比零售服务业布置更重要。中心管理部门的办公和布置反映公司期望的形象。,4.3 / 系统化布置设计方法,一、系统布置设计法（SLP法）概述在SLP法出现之前，设计人员仅凭经验和主观判断进行总平面布置。理查德缪瑟提出SLPSystematic Layout Planning法。该法提出了作业单位相互关系的等级表示法，使设计布置从定性阶段发展到了定量阶段。,二、系统化布置设计SLP程序模式,原始资料的分析，主要是产品-产量分析，同时还要结合其他原始资料进行分析。这对实际的布置设计都是重要的准备工作。物流，在以流程为主的工业设施中，常常是布置设计的最重要的方面。按照物料移动的顺序，可以得到一个流程图，来标明生产部门之间的物流关系。除了生产部门之间的物流关系外，还有许多辅助服务部门之间的非物流关系，必须同时考虑各种作业单位之间的物流和非物流的相互关系。把物流关系和作业单位相互关系合并起来，可以构成一个“物流和作业单位相关图”。在此相关图的基础上，得出各自需要的面积，结合可用面积的分析，得出允许采用的面积，附在作业单位相关图上，形成面积相关图。这是一个基本布置图，而不是有效布置图。在综合考虑各种修正因素和限制条件以后，要对基本布置图进行修正，经过筛选，形成若干个可供选择的方案。对备选方案进行比较和评定，选出一个方案，完成总体规划的工作。,4.3 / 系统化布置设计方法,图1 SLP程序图,作业单位综合关系表,物流/非物流相互关系,作业单位面积相关图,作业单位位置相关图,数个可行布置方案,最佳方案,4.3 / 系统化布置设计方法,一、产品产量分析(PQ分析)决定采用何种原则进行布置(产品、工艺、成组、固定),4.3 / 系统化布置设计方法,二、相互关系分析（一）物流关系分析（R分析）工艺过程图/工艺流程图/线图多种产品工艺过程图*从至表,工艺过程图/工艺流程图/线图,多种产品工艺过程图,从至表,4.3 / 系统化布置设计方法,二、相互关系分析（一）物流关系分析（R分析） 从至表物流强度等级物流强度：一定时间周期内的物料移动量。,表1 物流强度等级划分表,当量物流量,4.3 / 系统化布置设计方法,二、相互关系分析（二）非物流关系分析通过单位之间活动的频繁程度可以说明单位之间的关系是密切或是疏远。,图2 作业单位相互关系图,表2 “密切程度”代码表,4.3 / 系统化布置设计方法,（三）综合相互关系分析物流关系分析（R分析），求出物流量及相互关系；考虑非物流关系，作业单位相互关系表；确定物流和非物流的相对重要性，1:33:1之间；量化物流强度等级和非物流关系的密切程度等级。通常A=4，E=3，I=2，O=1，U=0，X=-1；计算量化后的作业单位综合关系值；综合相互关系等级划分；最终得到综合相互关系表，画出综合相互关系图。,4.3 / 系统化布置设计方法,（三）综合相互关系分析（以钢材配送中心为例）物流关系,4.3 / 系统化布置设计方法,（三）综合相互关系分析（以钢材配送中心为例）非物流关系,4.3 / 系统化布置设计方法,（三）综合相互关系分析（以钢材配送中心为例）考虑物流与非物流关系比重1:1，得综合关系,4.3 / 系统化布置设计方法,（三）综合相互关系分析（以钢材配送中心为例）考虑物流与非物流关系比重1:1，得综合关系,4.3 / 系统化布置设计方法,（三）综合相互关系分析（以钢材配送中心为例）考虑物流与非物流关系比重1:1，得综合关系表,4.3 / 系统化布置设计方法,（三）综合相互关系分析（以钢材配送中心为例）考虑物流与非物流关系比重1:1，得综合关系图,4.3 / 系统化布置设计方法,三、平面图布置方案在明确了作业单位综合相互关系之后，就可以设计出作业单位平面布置方案图。两种方法：（一）根据物流量布置各作业单位，目的是使相邻两作业单位间的物流量最大。根据物流量大小定出对应物流强度等级；具体布置个作业单位，先不管面积；在初步布置图上，将实际面积反映到图中。,4.3 / 系统化布置设计方法,三、平面图布置方案（二）用作业单位关系图法布置平面图第一阶段的步骤根据作业单位关系图确定各作业单位的相对位置第二阶段的步骤结合各作业单位的应有面积画出真实的平面布置图,4.3 / 系统化布置设计方法,三、平面图布置方案第一阶段的步骤先不管面积，从关系等级高的作业单位开始选择安排,Y,X,Z,V,T,W,U,4.3 / 系统化布置设计方法,三、平面图布置方案第二阶段的步骤选取一个单位面积，面积为整数倍将实际面积代入第一阶段确定的布置方案修正调整,4.3 / 系统化布置设计方法,第二阶段假设配送中心形状是个矩形，选取单位面积为20,Y,X,Z,V,T,W,U,“作业单位(Activity)”是指布置图中各个不同的工作区或存在物，是设施的基本区划。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、一个办公室的一个部门。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。,