公司冲压车间布局规划与评价.doc

本科生毕业论文（设计） 中文题目Z公司冲压车间布局规划与评价 英文题目 the Layout Program and Evaluation of Company Zs Stamping workshop 学生姓名 黄卫光 班级 411012 学号 41101211 学院 机械科学与工程学院 专业 工业工程 指导老师 马艳华 职称 副教授 吉林大学学士学位论文（设计）承诺书 本人郑重承诺：所呈交的学士学位毕业论文（设计），是本人在指导教师的指导下，独立进行实验、设计、调研等工作基础上取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。对本人实验或设计中做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确的方式注明。本人完全意识到本承诺书的法律结果由本人承担。 学士学位论文（设计）作者签名： 年 月 日 摘要 本篇论文的主要内容是针对Z公司冲压车间进行平面布局规划，通过运用本文后面将介绍的相关理论知识，并以该公司的相关数据为基础，在对Z公司的冲压车间的布局现状和生产现状进行仔细的描述与认真的分析后，采用经典的系统布置设计法（SLP）对冲压车间重新划分作业单位并进行物流分析与非物流分析，进而得到各个作业单位之间的综合关系量化值，以此为权重基础，使用图论法得出作业单位最优邻接图和车间总体块状布局图。整体布局后，并得到了规划后的车间的三个布局备案。最后，本文对三个备选方案进行了AHP-模糊综合评价，选出了Z 公司新厂房的最优布局方案。 关键词：工厂布局，系统布置设计，图论法， AHP-模糊综合评价 Abstract In this paper,the main content is the new stamping workshop planning for the company Z . First, summarize the theories used in this paper, and then,describe and analyze the present plant layout and company production based on the relevant data of the company.Using the first half of the classic method that Systematic Layout Planning (SLP),redivide the departments and analyze the logistics relationship and non-logistics relationship,so that get the quantizing numerical value of the comprehensive relationship,which as the weigh of the Graph Theory,at last get the optimum adjacent graph of the departments and several new plants bulk layout using the graph theory. After the overall layout，Finally got three different plant layout scheme. which are analyzed and of the results of AHP- Fuzzy evaluation, select best one as the new plant layout plan of company Z .Keywords: plant layout，Systematic Layout Planning ，Graph Theory， AHP- Fuzzy 目录第1章绪论.1 1.1 车间布局设计概述.1 1.1.1 布局设计概述.11.1.2 物流设计概述.1 1.2 论文研究背景.21.2.1 理论背景.21.2.2 现实背景.2 1.3 设施规划的发展与现状.3 1.4 论文研究内容与方法. 3 1.4.1 研究内容.3 1.4.2 研究方法.4 1.5 研究目的和意义.4第2章相关理论.5 2.1 系统布置设计（SLP).5 2.1.1 系统布置设计（SLP)概述. 5 2.1.2 系统布置设计（SLP)基本要素. 62.1.3 系统布置设计（SLP)程序模式. 62.1.3 产品-产量分析（P-Q分析）.7 2.2 代表产品法.7 2.3 图论法.8 2.4 AHP-模糊综合评价.8 2.4.1 层次分析法（AHP).8 2.4.2 模糊综合评价法.10第3章 Z公司冲压车间现状描述与P-Q分析.12 3.1 Z公司冲压车间简介.12 3.2 Z公司冲压车间布局现状.12 3.2.1 车间布局现状分析.12 3.2.2 新冲压车间规划.14 3.3 Z公司冲压车间的生产现状. 14 3.3.1 产品（P)-产量(Q）分析.14 3.3.2 生产过程分析. 15第4章 Z公司冲压车间布局方案设计与评价.16 4.1 冲压车间的作业单位的划. 16 4.2 作业单位物流关系分析. 16 4.2.1 物流分析方法的选择. 16 4.2.2 物流强度计算. 23 4.3 作业单位非物流关系分析. 27 4.4 作业单位综合关系分析. 30 4.5 作业单位最优邻接图与块状布置图. 34 4.5.1 图论法构造最优邻接图. 34 4.5.2 作业单位面积计算. 41 4.5.3 面积图与块状布置图. 44 4.6 方案的评价与选择.51第5章结论与展望.56 5.1 结论.56 5.2 展望.56致谢. 58参考文献.59附表1 Z公司冲压车间2013年产量明细表. I附表2各生产线现有设备明细表.IV附录1 评价指标重要度评估专家问卷. V附录2 备选方案选优评估专家问卷. VII 第1章 绪论1.1车间布局概述1.1.1 布局设计概述 从一般意义上说，布局设计就是将一些物体按一定的要求合理放置在一个空间内，它是一个涉及到优化，仿真，信息处理等技术的交叉学术领域，实践证明它还是一个复杂的组合优化问题，它存在于现实生活的各行各业。车间布局设计是决定企业长期运营效率的重要决策，它是将系统各个部门，工作中心和设备按照系统中工作移动的情况来进行配置。布局问题具有广泛的应用背景，布局结果的好坏对整个行业的生产的合理性，经济性以及安全性等都有和重大的影响。由于车间的布局决定了以后的物流方向和速率，从而从结构上限定了车间的功能和潜力，因此车间布置是构造一个有效车间系统最为重要的环节，相同的车间，相同的人员，相同的设备和技术，仅仅是由于布置的方式不同，生产系统的功能可能有天壤之别。高效率的车间布置作为提高企业生产效率和效益的重要手段之一，越来越受到人们的重视。1.1.2 物流设计概述物流设计是整个车间布局的一个重要环节之一，是本篇论文后面将考虑的重点之一。我国过家标准GB/T 183542001物流术语中的物流的定义是：“物流是物品从供应地向接受地的实体流动过程。根据实际需要，将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能实施有机的集合。”车间布局的实质就是对制造资源在空间上密切有机结合，时间上适当连接、减少物料搬运工作量，减少自制零件和外购件的损坏在布局设计过程中考虑物流因素，不仅能降低其过程中的运输成本而且还能加快生产流程，最终达到提高生产能力和降低企业生产成本的目的。在工业发达的国家,除了降低原材料和能源消耗外,已把改进物料搬运、改善工厂中的物流组织看作是减少和节省开支以获取利润的“第三源泉”,这是值得我们很好地研究和挖掘的。因此,工艺设计人员除了要根据产品生产纲领正确选择生产工艺和机器设备外,还必须进行物流分析和设计，因为合理的物流设计也同样能大大提高生产率,降低生产成本。1.2 论文研究背景1.2.1 理论背景在全球制造业剧烈竞争的今天，制造业是工业的主体和国民经济的重要支柱，改革开放以来，我国制造业日趋成熟，增长速度已经连续20年位居全球之首，成为仅次于美国的全球第二大制造大国。但是与发达国家的先进制造业想比，现阶段的制造业在许多方面都存在较大的差距。与国外企业相比，中国制造业企业仍存在劳动生产率较低和盈利能力不强的情况，无论是在传统行业还是在高技术含量的现代制造业中，中国制造企业和国外优秀企业都存在的巨大的利润差距，大型企业亦如此，对于中小型企业，这种情况甚至严重的多。抛开企业的制度和人口素质的差异，就单纯的企业设施布置设计就存在着较大的差距，而企业的设施布置对生产系统极为重要，据测算工厂的总运营成本中的20%-50%是与物流搬运和布置有关的成本，采用有效的布置方法，可以使这些成本降低30%,甚至更多。故企业的设施布置是影响企业利润的重要因素之一。随着时代的发展，人们逐渐意识到工厂的平面布局的重要性，我们的较多大型企业也逐步从经验式布置向系统布置设计(SLP)或者计算机辅助设计方向转变。学术界的一些先进的设施规划也逐渐应用到生产实践当中，用于提高企业的生产效率和增强企业的竞争力。1.2.2 现实背景本篇论文主要是针对Z公司的冲压车间的平面布局，通过对Z公司冲压车间的设施布置进行合理的规划调整，来达到提高Z公司的生产效率和降低生产成本的目的。Z公司是一家创建30多年的国家汽车厂，主要生产佳宝，V70,森雅等几种车型的汽车，其冲压车间主要是生产与车外壳有关零件，该公司目前运转正常，但由于冲压车间的布局和规划存在一些不足，导致生产流程不能很顺利流畅的进行，效率没有达到原本应有的水平，这严重的制约了该企业的发展。1.3 设施规划的发展与现状设施规划发源于早期的制造业,伴随着工业生产产生的,一直以来都是工业工程的重要分支只有联系工业工程的发展史,才能清晰地把握设施规划的发展史.具体主要分为一下几个阶段:第一阶段:二十世纪初至三十年代是学科的萌动初创期,一泰勒的科学管理方法和福特的流水线生产为标志。第二阶段:二十世纪四十年代至六十是设施规划学科的快速发展时期。第三阶段:七十年代后,计算机在生产管理中的应用标志的设施规划进入现代发展阶段。设施布局设计已不是新问题，即使在原始的小作坊里，工匠们也要根据工序流程和物件移动的需要来合理布置他们的工作间。随着生产复杂性和生产规模的日益增强和扩大，各种布局方案应运而生，如工程布局，功能布局，作业线等布局方案。其中最经典的是理查德·谬瑟于1961年提出的系统布置设计(System Layout Planning,SLP).由于设备布局设计问题的复杂性及其实用性，从60年代开始，有学者就开始着手研究计算机辅助设计问题，故随后产生了一系列计算机辅助布局设计的软件，如CORELAP、PLANET、SHAPE、CRAFT等,这些软件在布局设计建模、布局求解算法及系统交互等方面做出了巨大的贡献。由于布局规划方法的多样性，在面对具体的实际问题，我们要正确的选择恰当的方法，并将其运用到具体的实际问题中，从而达到解决实际问题的目的。1.4 论文研究内容与方法1.4.1 研究内容 本论文以系统布置设计(SLP），图论法，模糊综合评价法等相关研究方法为理论基础，来研究Z工厂冲压车间的设施布置设计及优化问题。 第一章 绪论 本章简略的介绍了车间布局，物流布局，制造业设施布置的背景，设施布置在国内外的发展现状，研究的内容和方法，以及研究的目的和意义。 第二章 相关理论 本章介绍了系统布置设计（SLP)相关理论，代表产品法的使用原理，图论法的概念，以及AHP-模糊综合评价法的系统评价的概念，以上理论为后续的论文打下了结实的铺垫。第三章 Z公司现状描述与分析与P-Q分析 该章首先是对Z公司冲压车间现状进行了简单的介绍，然后对该公司的冲压车间布局现状和工厂的生产现状进项详细的描述和分析，为下一章Z公司冲压车间布局规划方案提供数据基础。第四章 Z公司冲压车间布局规划与评价 对Z公司冲压车间总体平面布局方案进行规划与评价，结合物流分析和非物流分析得到作业单位综合关系分析，结合图论法得到作业单位的邻接关系，绘制作业单位面积相关图，经过修正后得到三个备选方案，最后利用AHP-模糊综合评价法对备选方案进行评价得到最优方案。第五章 结论与展望 总结本文工作成果并展望发展空间。1.4.2 研究方法采集Z公司冲压车间的具体所需数据后，为了将Z公司冲压车间布置的更合理，更高效。本文通过使用系统设施布置方法(SLP),结合Z公司现有数据，在基本要素中采用代表产品法进行产品P-产量Q分析，大大简化设施布置的的过程后，用SLP对该工厂的作业单位进行物流关系和非物流关系分析，再通过物流关系和非物流关系的权重来得出综合关系，最后通过各作业单位的综合关系运用图论法得出车间的块状布置图。对布置后的多种方案采用AHP-模糊综合评价法进行评价。1.5 研究目的和意义本文是在对制造业设施布置问题进行调研与分析的基础上，掌握制造业内部物流特征及工厂设施中存在的问题，通过利用工业工程理论系统工程理论，系统布置设计方法，层次分析法，模糊综合评价法等知识，来达到研究制造业设施布置方案的设计和评价的目的。本文的主要目的是对Z公司的冲压车间经行合理的设施布置，在保证生产过程流畅的基础上尽量降低物流成本，并有效地利用空间，同时也注重人的因素，为进行工作的人创造安全舒适的工作环境。对制造业而言，良好的设施布置是提高生产系统效率和改善生产系统功能的重要手段，也是实现先进生产的基础。本文的研究意义在于，通过本次调研，希望由于布局不合理而引起的物流浪费的情况能得到足够的重视，通过对车间的合理布局和规划，达到资源的充分利用，降低成本，增强公司的市场竞争力的目的。 第2章 相关理论2.1 系统布置设计（SLP）2.1.1 系统布置设计（SLP)概述设施布置的方法和技术，一直都是工业工程领域不断探索的问题。在众多布置方法中，物流处于重要地位。人们都把寻求最佳物流作为解决布置问题的主要目标。在世界范围内影响较大、应用十分普遍的当属1916年理查德· 缪瑟提出的系统布置设计SLP，这是对工业设施传统布置经验设计方法的重要挑战。SLP是一种条理性很强、物流分析和作业单位关系密切程度分析相结合、寻求合理布置的技术，不仅适合各种规模或种类的工厂的新建、扩建或改建中对设施或设备的布置或调整，也适合制造业中对办公室、实验室、仓库等的布置设计，同时也可用于医院、的、商店等服务业的布置设计。2.1.2 系统布置设计（SLP）基本要素在缪瑟提出的系统布置设计SLP中，正把P,Q,R,S,T作为给定的基本要素（原始材料），作为布置设计工作的基本出发点，并称之为解决布置问题的钥匙。1） P-Products 指系统物料的种类。在生产系统中产品P是指带不知工厂将生产的商品、原材料或者加工的零件和成品等。产品这一要素影响着生产系统的组成及其各作业单位间生产设备的类型、物料搬运方式等方面。2） Q-Quantity 指数量。在生产系统中指所生产的产品的数量，也由生产纲领和产品设计方案决定，可以用件数、重量、体积等来表示。产品Q这一要素影响着生产系统的规模、运输量、建筑物的面积大小等方面。3） R-Routing 指路线。它包括工艺路线、生产流程、各工件的加工路线以及形成的物流路线。为了完成产品的加工，必须制定加工工艺流程，形成生产路线，可以用工艺过程卡、工艺过程图、设备等表示。它影响着各作业单位之间的关系、物料搬运路线、仓库及堆放的位置等方面。4） S-Service 指辅助生产与服务过程的部门。它包括工具、维修、动力、收货、发运、铁路专用路线、办公室、食堂等。在SLP中。S也常用来表示工厂作业单位部门划分情况。5） T-Time 指物料流动的时间。根据时间因素，确定生产所需各类设备的数量、占地面积的大小和操作人员数量，来平衡各工序的生产时间。通过详细的调查，可将系统中的P,Q,R,S,T的情况统计清楚，以备分析。在上述各要素充分调查研究并取得全面、准确的各项原始数据的基础上，通过绘制各种表格、数学和图形模型，有条理地细致分析和计算，才能最终求得工程布置的最佳方案。2.1.3 系统布置设计（SLP)程序模式在整个SLP设计中，可以被划分为四个阶段：确定位置，总体区划，详细布置，实施。这四个阶段均是按顺序经行的，其中第1阶段和第四阶段不属于布置设计工作，第二阶段和第三阶段是布置设计的主要工作。具体系统布置设计（SLP)程序模式如图2-1所示 图2-1系统布置设计（SLP）程序模式在本次Z公司冲压车间设施布置中，只用了系统布置设计（SLP）程序模式的前半部分，即在得出作业单位的综合关系后，直接用图论法构造邻接图和块状布置图。2.1.4 产品-产量分析（P-Q分析） 有了 P,Q,R,S,T基本要素后，还要进行P-Q分析。P-Q分析是要回答采用什么样的生产方式，从而采取什么样的基本布置模式。 P-Q图是P-Q分析的基本手段。如图2-2所示 图2-2 生产系统P-Q分析图中的横轴表示产品P（品种或种类），纵轴表示数量Q。从图上可以看出，M区的产品数量大，品种少，适宜于大量生产方式，加工机床按产品原则布置。J区的产品数量少，品种多，属于单件小批量生产方式，应该按工艺原则布置。在M区和J区之间的部分，则适宜采用上述两两相结合的成组原则布置。综上所述P-Q分析的结果不仅仅是确定生产方式和布置形式的基础，也是划分作业单元的基础。2.2 代表产品法 代表产品法是在所生产的产品中，选择一种产量大、劳动量打、结构和工艺较有代表性的产品为代表产品，用代表产品为标准来核定生产力，活用其代表产品劳动量为代表来计算产品的生产节拍。代表产品法的步骤： 对于生产多种产品的设备或设备组，生产能力可用代表产品法来核算。第一步，计算代表产品表示的设备组生产能力M（代表产品） 式中t为代表产品的台时定额第二步，将各种产品计划产量换算成代表产品表示的总产量Q 式中：Q以代表产品表示的计划总产量，单位为台或件；第i种产品的计划产量，单位同上；第i种产品的台时定额与代表的台时定额之比。2.3 图论法图论法利用图论这种数学工具来解决设施规划问题，它是在相关图的基础上利用图论来构造个作业单位的相对位置的邻接图。图论法中以节点代表部门，边代表各部门之间的相互关系，可以是相关图的密切程度，也可以是从至表的物流量数值。在本次Z公司冲压车间设施布置中，我将以相关图来构建邻接图，利用邻接图来构建相应的块状布置图。2.4 AHP-模糊综合评价法2.4.1 层次分析法（AHP)在1971年，美国运筹学家匹兹堡大学教授 T.L.萨迪提出了层次分析法（Analytic Hierarchy Process 简称 AHP）。该方法把复杂的问题分解成多个组成因素，建立多因素、多层次的评价系统，然后通过定性信息定量化的方式，使复杂的评价问题清晰化。在运用AHP方法进行评价或决策时，大体可以分为一下四个步骤：1） 分析评价系统中各要素之间的关系，建立系统的递阶层次结构。具体层次结构如下图2-3所示： 图2-3 层次分析结构模型 2）对同一层次的各要素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较判断矩阵，并进行一致性检验。具体判断矩阵标度定义如下表2-1所示： 表2-1 判断矩阵标度定义 标度 含义 1 两个要素相比，具有同样重要性 3 两个要素相比，前者比后者稍重要 5 两个要素相比，前者比后者明显重要 7 两个要素相比，前者比后者强烈重要 9 两个要素相比，前者比后者极端重要 2,4,6,8 上述相邻判断的中间值 倒数 两个要素相比，后者比前者重要性标度于是判断矩阵为： （2-1）式中表示要素i与要素比较的重要性指标，09，1, =1 ,其中n为判断矩阵的阶数。 3)由判断矩阵计算被比较要素对于该准则的相对权重。 4）计算各层次要素对系统目的的合成权重，并对各备选方案排序。求各要素相对于上一层某要素（准则等）的归一化相对重要度向量 常用方根法，具体计算如下式： （2-2） （2-3） 然后利用式下式计算并进行一致性检验 （2-4） （2-5） 一致性指标的具体求法如下式所示： (2-6) (2-7） 式中的为同阶的判断矩阵的一致性指标的平均值，当CR0.1时完全满足一致性指标要求。2.4.2 模糊综合评价法由美国著名控制论专家L.A.扎德教授在1965年提出模糊集合理论（fuzzy sets)的概念，用来表达某事物的不确定性。模糊综合评价是一种基于模糊数学的评价方法，它应用于隶属度理论将评价中的定性转化成定量，使不确定的事变的更加清晰了。具体模糊综合评价的步骤如下： 1）确定因素集A，评语集V，并为评语集每一个等级赋分得集合H： 2）构建隶属度矩阵隶属度指的是多个评价者对某个评价对象在某因素做出选择的可能程度。矩阵形式为： 3）确定权重向量W： 4） 按照某种运算法则，计算综合评定向量和综合评定值： (2-8） （2-9） 第3章 Z公司冲压车间现状描述与P-Q分析3.1 Z公司冲压车间简介Z公司是一家汽车有限公司，是一家大型国有企业的全资子公司，该公司成立于1980年，是一家小型乘用车，商务用车的生产基地。该公司经过几十年的发展，已步入国家500强企业行列。当然，本次研究课题主要是针对该公司的冲压车间，该公司冲压车间占地面积1.2万平方米，主要设备是压力机，天车，电动葫芦，拥有1048套模具，该冲压车间拥有6条生产线。3.2 Z公司冲压车间布局现状3.2.1 车间布局现状分析Z公司冲压车间目前规格为96m×125m×13m,该冲压车间有两个大门，一个门通向原料库和成品库，另一个门通向焊接车间。车间分别有如下作业单位，休息区，办公区，检具区，更衣间，卫生间，6条生产线，模具存放区，模具清洗区，模具维修区等，工作人员每日工作8小时，一班制，具体车间布局图如图3-1所示。 图31 现冲压车间平面布局图 注：1.上门为通向原料库和成品库的大门，我们编号为门1，下门为通向焊接车间的大门,，我们编号为门2. 2.上图白色地段均为通道或空闲地。通过几天的实习观察，发现冲压车间存在以下几点不合理之处：（1）冲压车间生产物流方向为，存放在门1外的原料通过叉车运送到冲压A线，冲压B线，冲压C线，冲压D线，冲压E线的物料缓存区，进行工件加工后，放在成品缓存区，部分成品通过叉车直接运送到门2处的焊接车间，大部分则直接通过吊车运回物料缓存区，叉车在物料缓存区运送成品直接入库。这样由于焊接车间，冲压车间，仓库位置的原因导致物流路线过于迂回，导致物流负荷过重，造成不必要的人力资源浪费，提高了生产成本。 （2）车间类没有固定的材料存放区，基本要冲压板料都是由叉车直接运输过来然后大致堆放在冲压压线旁边。综上所述，该冲压车间存在诸多不合理之处，故经行重新布局优化。3.2.2 新冲压车间规划（1）新冲压车间仍使用原冲压车间的面积规格，新冲压车间只是在原有的基础上进行重新布局。（2）冲压车间现有设备可以满足现生产的需要，因此无需添置新设备，故仍沿用原冲压车间的设备。对新厂房的布局目标：1.最大限度的解决物料搬运，降低生产成本。2.尽量减少在制品不需要的停滞，提高生产效率。3.尽量提高设备，人员，空间资源的最大利用。4.为工作人员提供安全舒适的工作环境3.3 Z公司冲压车间的生产现状3.3.1