基于SLP的增速器车间布置设计
作者姓名：吕二军
班级：2008******
指导教师：陈老师
良好的设施布置可以使生产企业内部物流合理化，减少物料搬运，降低生产成本，提高生产效率。系统布置设计（SLP）方法能快速寻找合理满意的布局方案，并能以直观可视化的图形显示结果，使设计具有相对合理性、稳定性和高效性。
本文首先介绍了工厂设施布置的原则、类型和影响因素，并重点阐述了系统布置设计方法。然后以增速器车间为例，按照SLP的程序，对该车间进行产品工艺分析、物流相互关系分析，画出作业单位位置相关图，再结合所需面积进行调整，画出作业单位面积相关图。最后用Proplanner系列软件中的路径流计算器对车间物流进行仿真分析，确定车间布置方案。该布置使物流路线顺畅短捷，减少资源浪费的现象，达到了使生产系统低成本高效率运营的目的。
关键词：布置设计 SLP 物流相关图
Layout Planning of Speed Increaser Workshop Based on SLP
Abstract:An efficient facility layout is useful to manufacturers to rationalize the internal logistics, reduce material handling, and reduce production costs, improve production efficiency. SLP system layout can quickly find the reasonable satisfaction of the layout of the program, and intuitive visualization graphics to display the results which have the relative rationality, stability and efficiency.
This paper first introduces the principles of factory facilities layout, type, and influencing factors, and focuses on the system layout design method. Accelerator workshop, for example, product process analysis in accordance with the SLP program, the workshop, the relationship between logistics analysis, draw a location map of the operating units, combined with the required area to be adjusted, draw the graph of the operating unit area . Finally, the path flow calculator in Proplanner series of software workshop logistics simulation analysis to determine the plant layout program. The layout of the logistics routes smooth short, to reduce the phenomenon of a waste of resources to achieve the purpose of production systems, cost-effective operations.
Keywords:layout design; SLP;logistics; correlation diagram
当今世界正从工业化社会向信息化社会飞速发展，这一伟大变革在各个方面都产生了极其深远的影响。就制造业的生存方式而言，已从大量生产方式向准时制及精益生产方式转变，并进一步向计算机集成制造（CIMS）及敏捷制造(AM)方式演变，生产方式的转变必然促进设施布置设计的研究与发展[1]。
在机械制造业，设施布置的问题受到越来越多的重视，工厂设计与产品设计同样重要。随着竞争的日益激烈，企业的经营模式正逐步转向集团化和国际化，高科技车间大规模新建，如何对生产系统进行合理布置成为有待解决的问题之一；与此同时，客户对产品的种类、价格、交货期等都提出了更高的要求，企业的生产方式正从大规模生产向更具柔性的大批量定制生产转变，原有的设施布置渐渐不适应现阶段的产品结构，因此需要对原有生产系统进行改造，使其能根据生产计划的变化而变化[2]。
企业在满足客户个性化需求的同时，如何有效地重新配置和利用资源，增加系统的柔性，降低生产成本，提高效益，保持较低的生产成本和较短的交货期是赢得市场的重要因素。因此，无论是扩大生产新建车间，还是对原有的生产系统进行改造重组，都需要对其进行快速、合理的布局设计，满足市场需求。
随着先进制造技术和制造模式的发展，极大地改善了企业的生产能力，提高了生产率，降低了生产成本，提高了产品质量。但同时也出现了企业的设施布置与制造能力的提高不一致的问题，成为企业进一步发展的瓶颈。
设施布置的好坏直接影响整个生产系统的物流、信息流、生产能力、生产效率、生产成本以及生产安全。优劣不同的设施布置，在施工费用上可能相差无几，但生产运营的影响会有很大不同[3]。优良的设施布置可以节省物料搬运费用，缩短生产周期，加快流动资金周转。因此，优良的设施布置是提高生产系统效益的重要资源和手段，是改善生产系统整体功能、实现现代化管理和先进生产方式的前提和基础。
在我国设施布置主要以手工操作作为主要的解决方法，以人为经验作为主要的参考依据，费时费力，且效率低下。同时由于设施布置研究的问题存在含糊不清、互相矛盾和无法量化等众多影响因素，而且规划目标也不是唯一的，因此不能准确的反映真实的布局环境。
本文从理论上研究了系统化布置设计（SLP）及其在我国的发展与应用，并通过SLP在某增速器车间布置中的应用来介绍了SLP的应用过程，为生产系统的设施布置设计和重组优化等管理决策提供必要的参考。
从18世纪产业革命是靠人的经验、技术、直觉和手工绘制工厂布置，到19世纪30年代以泰勒为代表的工程师们将机器和物料的管理提到一定层次上来，人类对设施规划与设计的认识才真正开始。五十年代以后，工业工程学科发生了重大变化，运筹学、系统工程学、计算机科学、人机工程学的发展，使得工业工程从只限于作业的研究发展成了包括设施规划、物料搬运在内的数十个分支学科体系。系统工程的概念和系统分析的方法的应用，使设施布置发生了质的飞跃[4]。
自从有了工业生产，就有了工厂设计，也就有了设施布置。设施布置为设施规划的一部分，设施规划起源于制造业的工厂设计。二次世界大战前，早期的工业工程课程中将方法研究、物料搬运和工厂布置三方面内容合成一门课程，称为“工厂布置设计”。其中工厂布置方面的内容主要采用定性分析方法和经验设计。当然，这种方法缺乏科学性，由于不同工厂之间存在较大差异，且布局问题是典型的完全困难问题，使得工厂设计一直没有形成系统的理论和方法体系。工厂设计人员往往从各自的经验出发进行设计，主观性较大，很难得到合理的设计方案。
20世纪60年代美国Richard Muther提出的系统化布置设计（Systematic Layout Planning）。系统化设施布置规划使工厂设施布置从定性阶段发展到定量阶段，它以图表分析和图形模型为手段，把量的概念引入设计分析的全过程，通过引入数理量化关系密集概念，建立各作业单元之间物流相关关系与非物流的作业单元相互关系图，从而建立了设施布置的数学模型，使得设施布置更加科学化、系统化、合理化[5]。由于系统化设施布置在工厂布局设计中的成功应用，使得此项技术逐渐被广为应用于各种制造系统与服务系统，工厂设计也逐渐被设施规划与设计所替代，逐渐形成一套完整的学科体系[5]。
Richard Muther提出的系统化设施布置规划，是对工业设施传统布置经验设计方法的重要挑战，在世界范围内对设施布置有较大的影响。系统化设施布置规划是对设计项目进行布置的一套有条理的、循序渐进的、对各种布置都适用的方法。这是一种基本的程序模式，不仅适合于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、商店等服务业的布置设计。
随着计算机极其技术的飞速发展，80年代以来很多学者研究了各种设施布置的数学模型以及求解算法，在模型上由理想的、块状布置模型发展到动态的、随机的、多目标的扩展模型，在算法上由全局搜索的最优算法发展到启发式的次优算法，直至现今迅速发展起来的人工智能算法，推理更加细致合理，更加符合现代制造系统的现实要求，加上CAD技术和仿真技术飞速发展可以提供虚拟场景仿真功能，出现了各种商品化的设施布置软件包，使设施规划设计跃上了一个新的台阶[5]。
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图1-1 设施布置的研究与应用领域
设施布置的研究及应用领域见图1-1，根据研究范围的大小不同，设施布置有单元布置、生产线布置、车间布置和制造系统布置等应用范畴，用方框表示。各应用范畴的设施布置过程有建模理论、求解算法、虚拟仿真及布置方案评价等组成，用椭圆框表示。
设施规划与设计，是工业工程的一个重要分支[6]。设施规划与设计起源于早期的机械制造厂的工厂布置。随着社会的进步与技术的发展，设施规划与设计早已逾越了机械制造厂的工厂设计范畴，形成了一门不但适用于各类工厂设计，同样也适用于各种服务设施的规划与设计新的学科。概括的说，设施规划与设计是为新建、扩建或改建的生产系统或服务系统，综合考虑相关因素，进行分析、构思、规划、论证、设计，做出全面安排，使资源得到合理的配置，使系统能够有效运行，以达到预期目标。
设施规划的范围分为设施选址和设施设计两部分。布置设计是设施设计中的一项重要内容。对制造型企业而言，设施布置设计也称为工厂布置，主要包括工厂总平面布置和车间布置。
工厂设施布置是在生产纲领、工艺路线已确定的条件下，在规定的空间场所内，按照从原材料的接收、零件和产品的制造，到成品的包装、发运的全过程，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。为了达到以上目的，在进行工厂设施布置时必须遵循以下原则：
（1）整体综合原则：设计时应将对设施布置有影响的所有因素都考虑进去，以达到最佳的布置方案。
（2）移动距离最小原则：产品搬运距离的大小，不仅反映搬运费用的高低，也反映物料流动的通畅程度。因此，应以搬运距离最小选择最佳方案。
（3）流动性原则：良好的设施布置应使在制品在生产过程中流动顺畅，消除无谓停滞，力求生产流程连续化。
（4）利用空间原则：无论是生产区域或储存区域的空间安排，都应力求充分有效地利用空间。
（5）保持柔性原则：在进行厂房设施规划布置前，应考虑各种因素变化可能带来的布置变更，以便以后的扩展和调整。
（6）安全满意原则：应考虑使作业人员有安全感，方便、舒适。[7]
总之，设施规划与设计就是要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、设计，使系统资源得到合理的配置。
生产车间设施布置形式受工作流程的形式限制，可以分为工艺原则布置、产品原则布置、定位布置和单元制造布置四种方式。
工艺原则布置是一种将相似设备或功能放在一起的方式，比如将所有的车床放在一起，将冲压机床放在另外一处。这种设施布置有明显的工艺专业化或工作专业化的特性。在某个生产运作单位中，集中同类型的设施，如设备、工具、仪器、人员等，进行相类似的生产加工或服务活动。例如，玩具厂按工艺原则布置设施，可以设置收发车间、塑模和冲压车间、金属成型车间。缝纫车间和喷漆车间。
工艺原则设施布置的优点：
（1）工艺原则布置由于设备是按类型而非按加工顺序摆放的，所以个别设备出了故障或个别工人缺席对整个生产系统影响较小；
（2）由于产品是成批加工，上下工序间依赖性不强；
（3）工艺原则设施专用性较低，维修较为容易且设备分组式的维修人员可以提高修理这类设备的技术，所以维修费用也较低。
工艺原则设施布置的缺点：
（1）当产品加工工艺较多，必须不断地进行工艺路线选择及进度安排，物流运输效率较低，单位运输费用较高；
（2）如果采用间歇性加工，将导致半成品库存太大；
（3）工艺要求多样性将使工艺路线选择及进度安排复杂化，导致设备利用率不高。
产品原则布置是指为了使大量产品或顾客顺利且迅速通过系统，而按照某种产品的加工路线或加工顺序来布置设施。这种布置在生产企业中常常被称为生产线或装配线。产品布置原则和工艺布置原则的区别就是工作流程的路线不同。在工艺原则布置中，由于工艺要求，物料在其生产周期中要多次送往统一加工车间，物流路线是高度变化的。而产品原则是按照工序顺序安排，能够避免物料的迂回，实现物料的直线运动。产品原则布置适用于生产系统涉及一种或少数几种类似的加工对象，且产品或零件的生产量很大的情况。
产品原则布置的优点：
（1）产品原则设施布置因为常常要采用专用设备，设施费用通常很高，但人力和设备可以得到充分利用；
（2）产品和顾客流动速度很快，产量较工艺原则设置高，因此产品单位费用低；
（3）专门化的劳动分工减少了培训时间和费用，同时使得监督跨度加大；
（4）由于加工对象都按照相同的加工顺序，物料运输大大简化，单位物料运输费用较低；
（5）采购、库存控制都可以实现程序化。
产品原则布置的缺点：
（1）分工过细导致工作单调，工人容易过度紧张并疲劳；
（2）生产系统对产量变化以及产品或工艺设计变化的适应性差；
（3）上下工序间依赖性很强，个别设备出现故障或工人缺席对整个生产系统的影响极大；
（4）为了保障故障设备迅速恢复生产，必须具有一定的备用件和专门维修人员。由于设备的专用性和复杂性，故障点多，出现问题时较难判定原因并及时解决，使得备用件库存量可能很大，因此这方面费用较高。
与工艺原则布置和产品原则布置相比，定位布置的特点是具有相对较少的产品数量。在进行定位布置时，可将产品看作车轮的轮毂，作为布置的中心，原材料和设备按照使用次序和移动的难易程度布置在产品的四周。比如，在造船时，整个建造过程中需要使用的铆钉应放在船壳附近或船壳内；笨重的发动机部件只需要向船壳移动，所以应放在较远的位置；起重机由于经常使用，应该放在离船壳较近的地方。
对于许多种零件，如果按照设计特征或制造特征的相似性将他们分类，可以分成不同的组，称为零件组。所谓设计特征是指产品尺寸、形状和功能；制造特征或工艺特征是指需要的价格类型及顺序。具有相似工艺特征的零件不一定具有相似的设计特征。那么在制造过程中，就可以对设备进行分组布置，每一组设备完成一组工艺相似的零件所需的工艺。这种布置方式也称为单元制造布置。
在工厂设施布置中，到底选用以上哪一种布置类型，除了生产组织方式战略以及产品加工特性以外，还应该考虑其他一些因素。也就是说，一个好的工厂设施布置方案，应该能够使设备、人员的效益和效率尽可能好。为此，还应该考虑以下因素。
车间设施布置将在很大程度上决定所要占用的空间、所需设备以及库存水平，从而决定投资规模。如果产品的产量不大，设施布置人员可能愿意采用工艺对象专业化布置，这样可以节省空间，提高设备利用率，但可能会带来较高的库存水平，因此这其中有一个平衡关系。如果是对现有的设施布置进行改造，更要考虑所需投资于可能获得的效益相比是否合算。
在考虑各个经济活动单元之间的相对位置时，物流的合理性是一个主要考虑因素，即应该使量比较大的物流的距离尽可能短，使相互之间搬运量较大的单元尽可能靠近，以便使搬运费用尽可能小，搬运时间尽可能短。曾经有人做过统计，在一个企业中，从原材料投入直至产品产出的整个生产周期中，物料只有15﹪左右的时间是处在加工工位上，其余都处于搬运过程中或库存中，搬运成本可达总生产成本的25﹪～50﹪。由此可见，物料搬运时生产运作管理中相当重要的一个问题。而一个好的设施布置，可使搬运成本大为减少。
车间设施布置的柔性一方面是指对生产的变化有一定的适应性，即使变化发生后也仍然能达到令人满意的效果；另一方面是指能够容易地改变设施布置，以适应变化了的情况。因此在一开始设计布置方案时，就需要对未来进行充分预测；再令一方面是，从一开始就应该考虑到以后的可改造性。
其他还需要着重考虑的因素有：劳动生产率，因此在进行车间设施布置时要注意不同单元操作的难易程度悬殊不宜过大；设备维修，注意不要使空间太狭小，这样会导致设备之间的相对位置不好；工作环境，如温度、噪音水平、安全性等，均受设施布置的影响；人的情绪，要考虑到是否可使工作人员相互之间能有交流，是否给予不同单元的人员相同的责任与机会，使他们感到公平等。
自20世纪50年代以来，西方国家的很多专家对工厂布置和物流展开了系统的分析与研究，提出了很多定性和定量的工厂布置方法，其中最著名的和最具代表性的是美国工厂布置专家Richard Muther提出的系统布置设计（System Layout Planning）。Richard Muther将系统工程概念和系统分析法应用于工厂布置，形成了一套严格的设计程序[8]。
系统布置设计是一种逻辑性强，条理清楚的布置设计方法，一共分为四个阶段，如图3-1。
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图3-1 系统布置设计的阶段结构
第Ⅰ阶段——确定位置。在新建、扩建或改建工厂或车间时，首先应确定出新厂房坐落的地区位置。在这个阶段中，首先要明确待建工厂的产品，计划生产能力，参考同类工厂确定待建工厂的规模，从待选的新地区或现有工厂中确定出可供利用的厂址。
第Ⅱ阶段——总体区划。总体区划又叫区域划分，就是在已确定的厂址上规划处一个总体布局。此阶段中，首先应明确各生产车间，职能管理部门，辅助服务部门以及仓储部门等作业单位的工作任务与功能，确定其总体占地面积及外形尺寸。在确定了各作业单位之间的相互关系后，把基本物流模式和区域划分结合起来进行布置。
第Ⅲ阶段——详细布置。详细布置一般是指一个作业单位内部机器及设备的布置。在详细布置阶段，要根据每台设备，生产单元及公用，服务单元的相互关系，确定出各自的位置。
第Ⅳ阶段——实施。在完成详细布置设计后，经过上级批准可以进行施工设计，绘制大量的详细安装图，编制搬运，安装计划，按计划进行机器设备及辅助装置的搬运，安装施工工作。
四个阶段均按顺序进行，其中第Ⅰ和第Ⅳ阶段不属于真实的布置设计工作，而第Ⅱ和第Ⅲ阶段即总体区划和详细布置则是布置设计的主要内容[9]。
SLP的基本程序如图3.2所示。
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图3-2 系统布置设计程序图
按照此程序，系统布置设计一般经过如下步骤：
（1）准备原始资料
在系统布置设计开始时，首先必须明确给出基本的要素的原始资料。这些要素主要是指产品P(Product)、产量Q(Quantity)、生产工艺路线R(Route)、辅助生产部门S(Service)、时间安排T(Time)五要素。同时也需要对作业单元的划分情况进行分析，通过分析与合并，得到最佳的作业单位划分情况。对这些资料的收集整理，是系统布置设计效果的关键。
（2）物流分析与作业单位相互关系分析
①物流关系分析
物流关系分析是对生产过程中物料搬运的强度和数量进行分析。常通过绘制物料从至表等手段，对作业单位之间的物流量进行分析。物料从至表是以一定的顺序按行排列物料移动的起始作业单位，以相同的顺序按列排列物料移动的终止作业单位而形成的方阵表格，行列相交的表格中记录着从起始作业单位到终止作业单位的各种物料搬运量的总和。
由于分析大量的物流量数据比较困难，而且也没有必要，在考察作业单位间的物流强弱时更关心它们之间的相对物流强度，因此，SLP中根据物流从至表中各作业单位间物流量的大小，将物流强度分为5个等级，分别用字母A，E，I，O，U表示。其物流强度逐渐减小，它们的含义及比例详见表3.1。
表3-1 物流强度等级比例划分表
根据各作业单位间的物流关系及物流强度等级划分情况，得到物流相关表。在布置各作业单位时，从物流系统优化的角度讲，物流相关表中物流强度等级较高的作业单位之间的距离应尽量缩小，彼此应尽量接近，而物流强度较低的作业单位之间的距离可以适当加大。
②作业单位关联关系分析
物流分析是企业布置的重要因素，但也不能忽视非物流因素的影响，尤其是在物流对生产影响不大或没有固定物流的情况下，企业布置就不能仅依赖于物流分析，还应考虑作业单位之间关联关系的分析结果。
作业单位关联关系分析的主要对象是人在各作业单位间往返接触的密切程度、文件在各作业单位间传递的频度、各作业单位管理组织的关系、以及考虑环境因素和安全因素而导致某些作业单位不宜靠近、必须远离等关系，等等。不同的企业，不同的作业单位，它们之间的关联关系影响因素也是不一样的。一般可以从以下几个方面考虑：物流；工艺流程；作业性质类似；使用同一场所；使用同一组工作人员；使用相同的设备和公用设施；使用相同的文件档案；工作联系频繁程度、服务的紧急程度；技术、产品、监督和管理方便；噪声、震动、烟尘、易燃易爆危险品的影响等。
对上述作业单位之间关联关系的各种影响因素进行分析，确定出各作业单位之间的关联关系密切程度等级。与物流关系分析类似，作业单位间关联关系密切程度等级分为A、E、I、O、U、X，其含义及比例详见表3.2。
表3-2 作业单位关联关系等级及比例划分
接着采用和前面物流分析相似的方法，建立作业单位关联关系表。和物流相关表不同的是作业单位关联关系表中每个菱形上半部填写作业单位间的关联关系密切程度等级，下半部用数字表示确定关联关系密切程度等级的理由，之所以这样强调性的给出理由，是为了防止设计人员的主观片面性及随意性，要求他们在确定关联关系密切程度等级时，要经过仔细地分析和权衡。有时也可以采取开会讨论或专家咨询等方法来确定作业单位的关联关系密切程度等级。
③综合关系分析
有些企业在车间规划布置设计时，需要综合考虑各作业单位间的物流关系和非物流关系。此时，SLP方法采用比例加权的方法，将物流相关表和作业单位关联关系表综合成综合关系表。
在SLP中，一般可按下表3.3中的方法对各种关系进行量化。其中，对于极不希望靠近的XX，有时为了表示“惩罚”，可以取小于-2的值。
表3-3 各种关系量化的对应关系
（3）绘制作业单位位置相关图
根据物流相关表与作业单位相互关系表，考虑每对作业单位之间相互关系等级的高低，决定两作业单位相互位置的远近，得出各作业单位之间的相对位置关系，有些资料也称之为拓扑关系。这时并未考虑各作业单位具体的占地面积，从而得到的仅是作业单位相对位置，称为位置相关图。
（4）作业单位占地面积计算
各作业单位所需占地面积与设备、人员、通道、及辅助装置等有关，计算出的面积应与可用面积相适应。
（5）绘制作业单位面积相关
把各作业单位占地面积附加到作业单位位置相关图上，就形成了作业单位面积相关图。
（6）修正
作业单位面积相关图只是一个原始布置图，还需要根据其他因素进行调整与修正。此时需要考虑的修正因素包括物料搬运方式、操作方式、存储周期等，同时还要考虑实际限制条件如成本等方面是否允许。考虑了各种修正因素与实际限制条件以后，对面积图进行调整，得出数个有价值的可行工厂布置方案。
（7）方案评价与择优
针对得到的数个方案，需要进行技术、费用及其他因素评价，通过对各方案比较评价，选出或修正设计方案，得到布置方案图。
从上面的说明可以看出，系统布置设计是一种采用严密的系统分析手段及规范的系统设计步骤的布置设计方法，具有很强的实践性[4]。
XX厂是专业设计、制造工业齿轮箱的企业，是风电增速器和非标准齿轮箱研制基地。该厂目前的生产能力已经不能满足增长的市场需求，因此决定新建一个增速器车间。车间内主要加工15种零件，其它零件由外协完成。这15种零件的部分粗加工工序及热处理工序也由外协完成。
增速器的相关零件年需求量和单位重量见表4-1。
表4-1各零件年需求量及单件重量
各零件的加工过程如表4-2所示。
表4-2各零件加工工艺过程表
本文研究过程中，为方便书写分别对各设备单元进行编号，如表4-3所示.
表4-3各设备单元编号
根据各零件的重量及加工工艺过程，绘制各零件的工艺过程图以表示物流量，如图4-1至图4-15所示。
图4-1 一级内齿圈物流量 图4-2 二级内齿圈物流量图4-3 行星轮物流量
图4-4 齿轮三物流量图4-5 一级行星架物流量 图4-6 输入端箱体物流量
图4-7 中机体1物流量 图4-8 中机体2物流量图4-9输入端上部物流量
图4-10 输出端下部物流量图4-11 输入齿轮轴物流量图4-12 输入轴物流量
图4-13 一级太阳轮物流量图4-14二级太阳轮物流量 图4-15 二级行星架物流量
绘制产品总工艺过程图如图4-16。
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图4-16 产品总工艺过程图
按照增速器工艺过程统计计算物流量，绘制并填写物流从至表，如表4-4。
表4-4物流从至表
根据产品的工艺过程和物流从至表，统计各单位之间的物流强度，并合并单元对之间的物流量，汇总到物流强度汇总表中，如表4-5。
表4-5物流强度汇总表
将各作业单位对的物流强度按大小排列，自大到小填入物流强度分析表中，根据物流强度分布划分物流强度等级。作业单位对或称为物流路线的物流强度等级，应按照物流路线比例或承担的物流量量比例来确定，如表4-6。
表4-6物流强度等级划分表
经过计算和调整数据得到表4-7。
表4-7物流强度等级划分明细表
由此得到物流强度分析表4-8。
表4-8物流强度分析表
根据以上分析结果，绘制作业单位物流相关图，如图4-17。
word/media/image21.gif图4-17作业单位物流相关图
在SLP中，车间总平面布置是从各作业单位相互关系密切程度出发，安排各作业单位之间的相对位置，关系密切高的作业单位之间距离近，关系密切底的作业单位之间距离远，由此形成作业单位位置相关图。
为了确定某一作业单位在布置图上应处于中心位置还是边缘位置，引入综合接近程度这一概念。某一单位综合接近程度等于该作业单位与其他所有单位之间量化后的关系密级的总和。作业单位综合接近程度分值越高，说明该作业单位越应该靠近布置图的中心位置；分值越低说明该作业单位越应该处于布置图的边缘位置。增速器车间各作业单位的综合接近程度如表4-9所示。
表4-9 综合接近程度表
根据作业单位相互关系级别高低按A、E、I、O、U级别顺序先后确定不同级别作业单位位置，而同一级别的作业单位按综合接近程度分值高低顺序来进行布置。在作业单位位置相关图中，采用号码来表示作业单位，用工业工程表示符号来表示作业单位的工作性质与功能，可以利用推荐的颜色来绘制作业单位，使得图形更加直观。作业单位之间的相互关系用相互之间的连线类型来表示，具体方式见表4-10。
表4-10作业单位关系等级表示方式
绘制各作业单位位置相关图，如图4-18。
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图4-18作业单位位置相关图
时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。工时定额是企业生产管理工作的基础数据，也是企业实行信息化管理的基础，工时定额制订的质量直接影响设备的投入数量、产品的生产周期、以及管理信息的有效性等，常用方法如作业测定等。
本厂采用四班三运作，年工作时间基数为330天，设备开动率设为90%，零件不合格率为3%，设备年工作时间(分钟)计算如式4-1:
T=年工作时间基数*24*60*设备开动率 （4-1）
设备需求量计算公式为：
n=t/T （4-2）
t=word/media/image23.gifi*2000/(1-p) （4-3）
其中t为该设备年需求工时，n为设备需求数量，p为零件不合格率，ti为第i个零件对该设备的单件工序工时。
以数控钻床计算为例：
生产内齿圈的时候需要使用数控钻床，制造一台内齿圈需要使用两次数控钻床，该工序平均作业时间为67分钟，则
由公式4-3得
t=word/media/image23.gifi*2000/(1-p)=67*4*2000/(1-3%)=551670(分钟)
由公式4-1得
T=330*24*60*90%=427680（分钟）
由公式4-2得
n=t/T=552670/426780=1.29(台)
以同样的方法求得各种设备需求数并圆整得各单元设备实际需求数，如表4-11。
表4-11设备需求表
在设施规划中，最难确定的是设施内的空间需求，一方面设施内空间的需求受所加工产品、加工批量、产品的工艺路线、物料搬运方法、生产计划、在制品数量等的影响，另一方面设施内空间的需求又受到设施规划时间跨度的影响，设施规划的时间跨度一般是未来的5-10年，但是未来有很多不确定因素，如技术进步、产品品种类型改变、需求水平和组织设计的变化等。更为复杂的是，可能预留的空间容量会比计划预计的时间更早地占用。
本文在规划该车间时，已明确未来几年产品生产类型稳定，即使产品转型，也基本上是产品规格发生变化，产品间相似性程度较高，仅需在设备投资时考虑设备规格。另外该规划车间内产品的产量稳定在2000台，仅订单数增加不大的时候，可通过适当增加机床等应对市场，如果产品需求大幅增加将建设新的车间。本文在单元面积相关图绘制过程中，只粗略估计各个作业单位所需的面积。
生产面积包括:机床单元、机床间的通道、车间主要通道、机床与墙壁间的间隔、机床与过道间的间隔，因机床尺寸形状而浪费的面积、在制品堆放地以及物料搬运设备等设备所占的面积。50%的额外空间也许都不能满足通道布置等的空间需求。
机床单元的面积主要包括机床本身所占空间，机床行程空间，电气控制系统，切屑处理系统等，每个机床单元的面积需求可由机床总宽（静止宽度加上最大左右行程）乘以机床总深（静止深度加上接近和远离操作者的最大行程）再加电气控制系统和切屑处理系统所占的面积组成。
机床单元面积计算和总计床面积计算按公式4-4、4-5计算，机床占地面积的计算汇总如表5-15所示。
机床单元面积=机床本身面积*1.5 （4-4）
生产面积=机床单元面积*台数+机床间距 （4-5）
其中间距按1米计算。
表4-12机床占地面积计算
由表中数据绘制作业单位面积相关图如图4-19。
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图4-19作业单位面积相关图
简化作业单位面积相关图，得到车间初始布置图，如图4-20。
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图4-20车间初始布置图
随着计算机仿真和虚拟现实技术的发展，微型计算机已经可以完成十分复杂的仿真过程，在车间布局建模领域中的应用日益广泛，其优点是场景再现直观，通过对运行的仿真，可将优化后的车间运行结果量化，完成对车间布局的定量分析。系统仿真的一般过程如图4-21所示。
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图4-21系统仿真过程
路径流计算器（Flow Path Calculator）是Proplanner系列软件之一。工程师在设计企业车间布局的时候，传统都是凭借经验进行设计。当一个车间有大量物料搬运和人员行走等复杂的物流的时候，靠一般经验已经不能满足设计合理性的需求。路径流计算器正是帮助你进行合理车间布局设计的利器。
路径流计算在AutoCAD环境中使用，它提供了一种快捷而简单的方式来图示和量化任何AutoCAD布局图中的人员和物料流。利用路径流计算器可以自动生成流图表，并且计算诸如移动距离，时间和成本等统计数据。这些流统计数据可以输出到报告和电子表格中，或粘贴到任何微软Windows兼容的应用程序中。
路径流计算器采用了变化宽度的流线，根据人员、零件或物料搬运方式进行了颜色编码，用户可以快速看出布局应该如何安排，以及哪部分多余的人员和物料搬运可以从加工过程中去除。最终合理设计车间布局，得到最少费、最顺畅的流。
1．打开AutoCAD应用程序，单击“F”按钮打开软件，如下图4-22.
图4-22软件界面
2．建立车间物流的路由文件如下图。以设置一级内齿圈的路由参数为例，见图4-23。
图4-23建立路由文件
3．打开Products标签，如下图， Products标签显示了产品和组成它相应的的部件，左边的列表框下的“Quantity”框里可以设置产品的数量，“Color”框里可以设置产品的颜色，以一级内齿圈为例，如图4-24。
图4-24产品参数设置
4．设置通道。打开“Paths”标签，在“Aisle Paths”选项卡里点击“Add/Edit Aisle”按钮，进行通道设置。设好通道后点击“Join locs to Aside”，如图4-25。
图4-25 通道设置窗口
5.打开“Part Routings”标签，选择“Calculate”按钮上的”Aisle Flow”，再点“Calculate”按钮计算通道物流，计算后会弹出一个对话框，提示通道图已经创建，再点对话框上的确定就可以看到在AutoCAD上生成的通道流了，如下图4-26。
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图4-26 车间物流路线图
6．然后选择FPC小窗口上的“Return to Flow Path Cal”按钮回到窗口，选择“Part Routings”标签下，在图的左上角的下拉列表里选择“color by frequency”，就可以看到通道的拥挤程度，也可以给不同程度的拥挤进行颜色编码，例如红色代表频率最高，如图4-27。
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图4-27 车间物流拥挤程度图
经Flow Path Calculator软件模拟结果显示，物流量大的作业单位对相互靠近，物流路线顺畅短捷，车间布局合理。
经以上分析，绘制车间详细布置图如图4-28。
word/media/image33.gif图4-28车间布置图
合理的布置是一个企业实现低成本高效率运营的重要手段之一。良好的设施布置可以使生产企业内部物流合理化，节省物料搬运费用，降低生产成本，缩短生产周期，提高生产效率。本论文研究系统布置设计（SLP）在工厂车间平面布置设计中的应用，主要内容有以下几个方面：
第一，阐述工厂设施布置的原则，设施布置的主要形式和设施布置类型选择的影响因素，介绍了系统布置设计的阶段结构和基本程序。
第二，以增速器车间布置设计为例，先介绍新建车间的背景，然后绘制出各个零件的工艺过程图和产品总工艺过程图，接着对各作业单位物流相互关系进行分析，得出物流相关图，根据物流相关图和所需面积画出作业单位位置相关图。
第三，用Proplanner系列软件中的路径流计算器进行模拟、分析，确定最终布置方案。
本文针对该增速器车间的具体情况，主要考虑的是物流关系。如果当非物流关系也重要时，则应同时考虑两方面的因素，按综合相互关系进行布置设计。总的来讲，系统布置设计是一种逻辑性强、条理清楚、行之有效的方法。运用该方法可使系统资源得到合理的配置，从而降低成本提高效率，使企业能良好地运营。
我首先要感谢我的指导老师，是您的耐心和细心的指导和关怀，使我能够顺利完成这次毕业设计。老师您严谨认真的治学态度、和蔼、细心使我深受感动及受益匪浅，在此我要衷心地感谢我的指导老师和对您表示深深的敬意。
其次我要感谢系里面的每一位老师，是你们这四年来辛勤的工作和教诲，使我学会了专业知识和做人的道理。
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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/0474f7ceac51f01dc281e53a580216fc700a5378.html
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