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1、机械与运载工程学院设施规划与物流分析课程设计设施规划与物流分析课程设计 学生：田博鑫学号：20110407110学院：机械与运载工程学院专业班级：工业工程1101班指导教师：黄向明 二一四年七月二十四日目录1.课程设计的目的32.课程设计的内容32.1 工厂总平面布置设计122.1.1工厂布置的基本设计原则122.1.2 产品分析142.1.3工艺过程分析152.1.3.1工艺过程图种类152.1.3.2 液压转向器工艺过程图162.1.4 物流分析172.1.4.1 物流分析172.1.4.2 从至表182.1.4.3 物流分析192.1.4.4 物流相关图202.1.5 作业单位相互关系2
2、12.1.5.1 作业单位相互关系的决定因素212.1.5.2 非物流相关图222.1.6作业单位综合相互关系表232.1.6.1 综合相互关系表232.1.6.2 关系工作表252.1.7 作业单位无面积拼块图262.1.8布置方案272.1.9 布置方案的评价272.2 机加工厂设施布置272.3 搬运系统分析272.3.1 物料特征272.3.2 区域物料进出292.3.3 搬运系统分析292.3.4 F-D图分析312.3.5 系统化方案汇总312.3.6 系统方案评比321.课程设计的目的 物流工程课程设计是物流工程课程的重要实践性教学环节，是综合运用所学专业知识，完成工厂布置设计工
3、作而进行的一次基本训练。其目的是：（1）能正确运用工业工程基本原理及有关专业知识，学会由产品入手对工厂生产系统进行调研分析的方法。（2）通过对某工厂布置设计的实际操作，熟悉系统布置设计方法中的各种图例符号和表格，掌握系统布置设计方法和搬运系统设计的规范设计程序。 （3）通过课程设计，培养学生学会如何编写有关技术文件。（4）通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养学生运用所学专业知识分析和解决实际技术问题的能力。2.课程设计的内容 物流工程课程设计的主要目标是培养学生如何分析、发现现有生产厂布置方面存在的问题，并加以改善的工作能力，以及掌握完整的系统布置设计方法。为此，本课程设计包括两个阶段：
4、一是给定工厂总平面布置设计阶段，二是工厂搬运系统设计。具体内容与工作量要求如下：公司有地36000m2，厂区南北为300m，厂区东西南120m，该厂预计需要工人1000人，计划建成年产15万套液压转向器的生产厂，需要完成工厂总平面布置设计及物料搬运系统的设计。因提供面积比较少，需考虑采用联合厂房的形式。（一）液压转向器的结构及有关参数液压转向器的基本结构如图1所示，由27个零件以及组件构成，每个零件、组件的名称、材料、单件重量及年需求量均列于表1中。表1 液压转向器零件明细表工厂名称： 液压转向器厂产品名称液压转向器产品代号：110计划年产量/个150000序号零件名称零件代号自制外购材料总计
5、划需求量/万个零件图号形状单件重量/kg1连接块组件45150.12前盖HT250151.23X形密封圈橡胶150.054挡环20150.045滑环45150.046弹簧片65Mn900.0157拔销65Mn150.028联动器45150.39阀体HT250151010阀芯45150.811阀套20150.712隔盘20150.413限位块45150.0114定子40Cr151.415转子45150.816后盖20151.017螺栓45900.02518O密封圈橡胶900.0119限位螺栓45150.0220油堵塑料600.0121标牌铝150.0122护盖塑料150.0123O橡胶密封圈橡胶
6、150.00224螺钉45600.0225弹垫65Mn600.00526O密封圈50橡胶150.00227钢球F845150.003（二）作业单位划分根据液压转向器的结构及工艺特点，设立如表2所示的12个作业单位，分别承担原材料存储、备料、热处理、加工与装配、产品性能试验、生产管理与服务等各项生产任务。表2 作业单位建筑的汇总表序号作业单位名称用途建筑面积备注1原材料库储存钢材、铸锭4545露天2铸造车间铸造45303热处理车间热处理30304机加工车间车铣钻削45605精密车间精镗、磨削45606标准件、半成品库储存外购件、半成品30607组装车间组装转向器45608性能试验室性能检验203
7、09成品库成品储存304510办公服务楼办公 食堂等806011设备维修车间机床维修203012油漆车间油漆储存和转向器油漆3045（三）液压转器生产工艺过程液压转向器结构比较简单，因此，生产工艺过程也比较简单，总的工艺过程可分为：零、组件的制作与外购；半成品暂存、组装；性能试验、表面油漆处理与成品存储等阶段。1零件的制作与外购液压转向器上的标准件、异型件如塑料护盖、铝制标牌等都是采用外购、外协的方法获得，入厂后由半成品库保存，其他零件由本厂自制，其工艺过程分别见表3表15所示。表中各工序加工前工件重量=该工序加工后工件的重量/该工序材料利用率。2标准件、外购件与半成品暂存生产出的零、组件经检
8、验合格后，送入半成品库暂存。定期订购的标准件和外协件均存放在半成品库。3组装：所有零件、组成在组装车间集中组装成液压转向器成品。4性能测试：所有组装出的液压转向器均需进行性能实验，试验合格的成品送入成品库，试验不合格的返回组装车间进行修复。一次组装合格率估计值为85%，二次组装合格率为100%。5. 产品油漆：产品通过性能测试，对转向器外体进行喷涂防锈漆和黑色面漆。6产品存储：所有合格液压转向器存在成品库等待出厂。表3 连接块组件加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg连接块组件1450.11515000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备
9、料2机加工车间车、镗、钻等653热处理车间热处理4精密车间精镗955半产品库暂存表4 前盖加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg前盖2HT2501.215180000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2铸造车间铸造653机加工车间车、镗、钻等904精密车间精镗955半产品库暂存表5 挡环加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg挡环4200.04156000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车、镗、钻等453热处理车间发蓝4半产品库暂存表6 滑环加工工艺过程表产品名称
10、件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg滑环5450.04156000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车削753半产品库暂存表7 联动器加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg联动器8450.321548000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车削、铣653热处理车间淬火4精密车间精磨995半产品库暂存表8 阀体加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg阀体9HT25010151500000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库
11、备料2铸造车间铸造603机加工车间铣、镗854精密车间精镗955半产品库暂存表9 阀芯加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg阀芯10450.815120000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间粗车、钻、铣753热处理车间淬火4精密车间精磨985半产品库暂存表10 阀套加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg阀套11200.715105000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车削853热处理车间发蓝4半产品库暂存表11 隔盘加工工艺过程表产品名称件号材料单
12、件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg隔盘12200.41560000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间铣、钻853热处理车间发蓝4半产品库暂存表12 限位柱加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg限位柱13450.01151500序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车、镗803热处理车间热处理4精密车间端磨995半产品库暂存表13 定子加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg定子1440Cr1.415210000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（
13、%）1原材料库备料2热处理车间退火3机加工车间车、钻、铣、插654热处理车间调质5精密车间研磨996半产品库暂存表14 转子加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg转子15450.815120000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2热处理车间正火3机加工车间车、钻、铣754热处理车间淬火5精密车间研磨996半产品库暂存表15 后盖加工工艺过程表产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg后盖16201.015150000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2机加工车间车、钻853半产品库暂存2.1
14、 工厂总平面布置设计2.1.1工厂布置的基本设计原则选择工厂位置时应考虑的有经济因素、政治因素、社会因素、自然因素、地理条件、发展余地、三废处理因素等。其中经济因素主要包括运输条件与费用、劳动力可获性与费用、能源的可获性与费用、厂址条件和费用；政治因素包括郭嘉的稳定、法制、水手等；社会因素包括居民的生活习惯、教育水平等；自然因素包括气候条件和水资源状况等，并且尽量接近原材料产地和消费市场。为了达到上述的工厂布置目标，在根据当地规划要求确定适当的厂址位置的前提下，应根据下列原则进行工厂布置。 1、工厂总平面布置设计原则 （1）满足生产要求，工艺流程合理 工厂总体布局应满足生产要求，符合工艺过程，
15、减少物流量，同时重视各部门之间的-关系密切程度。具体布置模式有两种： 按功能划分厂区，即将工厂的各部门按生产性质、卫生，防火与运输要求的相似性，将工厂划分为若干功能区段。如中、大型机械工厂的厂区，可划分为加工装配区，备料（热加工）区，动力区、仓库设施区及厂前区等。这种布置模式的优点是各区域功能明确，相互干扰少，环境条件好，但是，这种布置模式难以完全满足工艺流程和物流合理化的要求。 采用系统布置设计模式，即按各部门之间物流与非物流相互关系的密切程度进行系统布置，因此可以避免物料搬运的往返交叉，节省搬运时间与费用。 （2）适应工厂内外运输要求，线路短捷顺直；工厂总平面布置要与工厂内部运输方式相适应
16、。根据生产产品产量特点，可以采用铁路运输、道路运输、带式运输或管道运输等。根据选定的运输方式，运输设备及技术要求等，合理地确定运输线路及与之有关的部门的位置。 厂内道路承担着物料运输，人流输送，消防通行的任务，还具有划分厂区的功能；道路系统的布局对厂区绿化、美化，排水设施布置，工程管线铺设，也有重大影响。 工厂内部运输方式，道路布局等应与厂外运输方式相适应，这也是工厂总平面布置应给予重视的问题。 （3）合理用地 节约用地是我国的一项基本国策。工业企业建设中，在确保生产和安全的前提下，应尽量合理地节约建设用地。在工厂总平面布置时可以采取如下措施：根据运输、防火、安全，卫生、绿化等要求，合理确定通
17、道宽度以及各部门建筑物之间的距离，力求总体布局紧凑合理。 在满足生产工艺要求的前提下，将联系密切的生产厂房进行合并，建成联合厂房。此外，可以采用多层建筑或适宜的建筑物外形。适当预留发展用地。 （4）充分注意防火、防爆、防振与防噪声 安全生产是工厂布局首先要考虑的问题，在某些危险部门之间应留出适当的防火、防爆间距。 振动会影响精密作业车间的生产，因此精密车间必须远离振源或采用必要的隔振措施。如机械厂的精加工车间及计量部门应远离锻造车间或冲压车间。 噪声不仅影响工作，而且还会摧残人的身体健康。因此，在工厂总平面布置时要考虑防噪声问题，一是可以采取隔音措施，降低噪声源发出的噪声级；二是可以采取使人员
18、多的部门远离噪声源的方法。 （5）利用风象、朝向的自然条件，减小环境污染 生产中产生的有害烟雾和粉尘会严重影响工作人员的身体健康，并会造成环境污染。进行工厂总平面布置前，必须了解当地 全年各季节风向的分布和变化转换规律，绘制成风象图，找出全年占优势的盛行风向及最小风频风向。如我国北方大部分地区春，夏季盛行东南风，秋，冬季盛行西北风。散发有害烟雾或粉尘的车间，应分布在两盛行风向间的最小频风向的上风侧。 另外，建筑物的朝向也是工厂总平面布置时应注意的问题，特别是对日照、采光和自然通风要求较高的建筑物，更应注意这个问题。 （6）充分利用地形、地貌、地质条件。 （7）考虑建筑群体的空间组织和造型，注意
19、美学效果。 （8）考虑建筑施工的便利条件。 上述设计原则涉及面非常广，往往存在相互矛盾的情况，应结合具体条件分别考虑。 2、车间布置设计原则 （1）确定设备布置形式 根据车间的生产纲领，分析产品产量关系，从而确定生产类型是大量生产、成批生产还是单件生产，由此决定车间设备布置形式是采用流水线式，成组单元式还是机群式。 （2）满足工艺流程要求 车间布置应保证工艺流程顺畅，物料搬运方便，减少或避免往返交叉物流现象。 （3）实行定置管理，确保工作环境整洁，安全 车间布置时，除对主要生产设备安排 。适当位置外，还需对其它所有组成部分包括在制品暂存地，废品废料存放地，检验试验用地、工人工作地，通道及辅助部
20、门如办公室，生活卫生设施等安排出合理的位置，确保工作环境整洁及生产安全。 （4）选择适当的建筑形式 根据工艺流程要求及产品特点，配备适当等级的起重运输设备，进一步确定建筑物高度、跨度、柱距及形状。 （5）采光、照明、通风，采暖、防尘、防噪声。 （6）具备适当的柔性，适应生产的变化。2.1.2 产品分析产品品种的多少和产量的高低直接决定了企业生产类型以及设备的布置形式。企业可参考图2-1来确定企业的生产类型。大批大量生产类型一般才去流水线布置形式，单间小批量生产类型一般才去机群式布置形式，而多品种小批量生产类型则可以采取成组原则布置形式。品种数量波动性顾客的接触程序图2-1 生产类型的选择示意图
21、多高低大高小少低单件小批生产如：大型水轮机大批大量生产如：汽车、计算机2.1.3工艺过程分析2.1.3.1工艺过程图种类(1)单品种工艺过程图将产品生产过程用符号通过竖线连接起来构成的图形就称之为该产品的工艺过程图。大批量生产过程中，由于产品品种少，可以用单品种工艺过程图来绘制产品的工艺过程，在进行物流分析时只需要在工艺过程图上标注各道工序之间的物流量，就可以清楚地反映工厂生产过程中的物料搬运情况。以阀体为例，阀体毛坯重量为3096.3t，经过铸造产生的废料为1238.4t，经过机加工产生的废料为278.7t，经过精加工产生的废料为78.9t，产品净重为1500t。表2-1 阀体加工工艺过程表
22、产品名称件号材料单件重量/kg计划产量/万套年产总质量/kg阀体9HT25010151500000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率（%）1原材料库备料2铸造车间铸造603机加工车间铣、镗854精密车间精镗955半产品库暂存(2)多品种工艺过程图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，也可以用来描述全厂各部门之间的工艺流程。在描述全场各部门质检产品工艺流程时，用操作符号表示加工与装配等生产车间，用储存富豪表示仓储部门，用检验符号表示检验、试车部门等。在多品种且批量较大的情况下，如当产品品种为10种左右时，将各种产品的生产工艺流程并列排列绘制在一张图中，就形成了多品种产品工
23、艺过程图。2.1.3.2 液压转向器工艺过程图(1)计算零件物流量。根据已知的原材料物流量，计算得出年物流量。结果如表2-1.1所示。表2-1.1零件物流量(2)液压转向器属于单品种工艺过程图，根据原材料进行计算，绘制，得出液压转向器工艺过程图，见附件(工艺过程图)。2.1.4 物流分析2.1.4.1 物流分析物流分析是工厂平面布置的基础，据统计资料分析，物料搬运费用占产品制造费用的20%50%，而物料搬运工作量直接与工厂布置情况有关。有效的布置大约能减少搬运费用的30%左右。工厂布置的优劣不仅影响着整个生产系统的运转，而且影响物料搬运成本，称谓觉醒产品生产成本高低的关键因素之一。因此，在满足
24、生产工艺流程的前提下，减少物料搬运工作是工厂布置设计中最为重要的目标之一。2.1.4.2 从至表当研究的产品、零件货物料品种数量非常多时，用从至表研究物流状况非常方便。从至表是一个方阵表格，以一定的顺序按行排列无聊移动的其实作业单位，以相同的顺序按列排列无聊移动的终止作业单位，行、列相交的方格中记录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，又是也可同时注明物料种类代号。当物料沿着作业单位排列顺序正向移动时，即没有倒流物流时，从至表中只是上三角方阵有数据，这是一种理想状态；当存在物流倒流现象时，物流倒流量出现在从至表中的下三角方阵中。此时，从至表中任何两个作业单位质检的总物流量等于正向
25、物流量与逆向物流量之和。对液压转向器场的厂区作业单位建筑进行分析，得出物流从至表如表2-2：表2-2 液压转向器厂物流从至表2.1.4.3 物流分析对从至表进行分析，得出表2-3表2-3 物流强度分析表2.1.4.4 物流相关图为了简明地表示所有作业单位之间的物流相互关系，根据从至表的结构构造一种作业单位之间物流相互关系表。将其进行变换，得物流相关图(表2-4)。表2-4 作业单位物流相关图UEUUUUUEUUUUUUAUUUUUUUUUUUEEUUUUUUUUUUUOUOIIIUUUUUUAUUUUUUUUUUIUEIA油漆车间12设备维修车间11成品库9办公服务10楼组装车间7性能实验室8
26、半成品库6机加工车间4精密车间5铸造车间2热处理车间3作业单位名称原材料12.1.5 作业单位相互关系2.1.5.1 作业单位相互关系的决定因素当物流状况对企业生产有重大影响时，物流分析就是进行工厂布置的重要依据，但是也不能忽视非物流因素的影响，尤其是当无流量对生产影响不大或没有固定的物流时，工厂布置就应该考虑其他因素对个作业单位相互关系的影响。作业单位相互关系的决定因素如表2-5所示。表2-5 作业单位相互关系的决定因素2.1.5.2 非物流相关图综合考虑工作流程的连续性、生产服务、物料搬运、管理方便，保证安全及污染，避免震动、噪声、烟尘，使人员联系密切，信息传递流畅，得出作业单位非物流相关
27、图如下，见表2-5。表2-5 作业单位非物流相关图UIXUOIUIEOEOUEAUUEIUOUUUUUIIXUIOIXUUUXUOOUXIIXUUIIUXUUUXUUXUUAUEOA油漆车间12楼设备维修车间11成品库9办公服务10楼组装车间7性能实验室8半成品库6机加工车间4精密车间5铸造车间2热处理车间3作业单位名称原材料12.1.6作业单位综合相互关系表2.1.6.1 综合相互关系表把AEIOUX分别记作4，3，2，1，0，-1分，将物流关系与非物流关系按2：1的比例关系进行加权计算，得出综合相关表，见表2-6。表2-6 作业单位综合相关图按照上述关系划分等级，得出作业单位综合相关图。见
28、表2-7。表2-7 作业单位综合相关图UIUUUOIOOUOUUEAUUOOUUUUUUIOOUUOUOUUUUUUOUOOIIUUUOOUUUUUUUUUUUEUEIA油漆车间12设备维修车间11成品库9办公服务10楼组装车间7性能实验室8半成品库6机加工车间4精密车间5铸造车间2热处理车间3作业单位名称原材料12.1.6.2 关系工作表根据综合相关图，得出关系工作表如表2-8。表2-8 作业关系表 2.1.7 作业单位无面积拼块图根据以上所得关系工作表，可得每一个工作单位的无面积拼块图。如图2-2。图2-2 无面积拼块图2.1.8布置方案 根据无面积拼块图，得出三套布置方案(见附件1，附件
29、2，附件3)。2.1.9 布置方案的评价从物流效率、工艺流程要求及生产变化的适应性等方面对各方案进行评价比较，得出最佳方案。综合分析，方案2布置的道路整齐，设施布置合理，满足工艺流程要求，并能适应生产变化的要求。因此选用方案2的工厂布置(附件2)。2.2 机加工厂设施布置对机加工工厂的设备需求，物料流动，工厂面积进行分析计算，得出机加工工厂设施布置图见附件4。2.3 搬运系统分析2.3.1 物料特征对厂内物料进行特征分类，制定物料运输的基本单位尺寸等。见表2-9。表2-9 物料特征表2.3.2 区域物料进出根据工艺流程图、物料特征表、从至表进行分析得出物料进出表。见附件6(区域物料进出表)。2
30、.3.3 搬运系统分析根据工艺流程图、物料特征表、从至表、区域物料进出表进行分析，得出搬运系统分析一览表。见表2-10。表2-9 物料特征表2.3.4 F-D图分析F-D图即物流量-距离分析图。通过研究物流量与距离间的关系来判断工厂布置的优劣。液压转向器厂的F-D图如图2-3所示。图2-3 液压转向器厂的F-D图由F-D图分析可知：(1)简单的搬运设备：8-12，3-4，1-4，5-6，6-7，3-5，1-3 复杂的搬运设备：9-12，1-2，2-4，7-8 简单的运输设备：4-5，3-6，4-6(2)选择直达型的路径有：9-12，1-2，2-4，7-8，8-12，3-4，1-4，5-6，6-
31、7 选择间接型的路径有：3-5，1-3，4-5，3-6，4-62.3.5 系统化方案汇总通过对F-D图进行分析，简单的搬运设备选择机动叉车或带型输送机，运输单元选择箱式托盘，盘式托盘或者纸箱；复杂的搬运设备选择机动叉车，运输单元选择箱式托盘或盘式托盘；简单的运输设备可以选择纸箱等。将物流从至表，搬运活动一览表，物料特征表进行归纳总结，并将对F-D图分析的结论汇总至表中，得出系统化方案汇总表。见附件5(搬运系统分析表)。2.3.6 系统方案评比对系统方案进行优缺点因素评比，得出系统方案评比表，见表2-10。表2-3 系统方案评比表通过优缺点因素分析，我们可以得出结论，方案三的搬运系统是比较适合液压转向器厂的搬运的，因此选择方案三。参考文献1. 现代物流设施与规划方庆琯编，机械工业出版社，2006；2. 物流工程伊俊敏编，中国科学出版社，2005；3. 厂矿道路设计规范GBJ 22-87 ；4. GB/T50103-2001总图制图标准；5. JBJ9-1996机械工厂总平面及运输设计规范。6. 工业工程专业课程设计指导34
