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1、第5章 生产和服务设施布置Chapter 5 Facility layout,第一节概述一、概念：在给定的空间范围内，为生产运作系统内部各个生产作业单位和辅助设施及车间内部生产设备安排合适的位置，使系统运行有效、安全与经济。二、布置的重要性：它们需要投入大量的资金和精力 它们具有长期性，改起来不太容易；它们对短期运作的费用和效率有很大影响。,三、布置再设计最常见的原因：1 无效率的运作（例如，高成本，瓶颈）:工厂布局2 意外事故；3 产品或服务设计上的改变；4 引入新产品或服务；5 产量或产出构成上的改变；6 方法或设备的改变；7 环境或其他法律要求的改变；8.情绪问题,四、设施布置的基本问题
2、：1.应包括哪些经济活动单元？2.每个单元需要多大空间？3.每个单元空间的形状如何？4.每个单元在设施范围内的位置？,第2节 厂区/车间布置,一、厂区布置：即对构成企业的生产单位作平面或立面布置,是在选定厂址、确定生产单位构成之后进行的一项重要的生产空间组织工作,1、目标 最短的运输路线 最大的灵活性 最有效的面积利用 最良好的工作环境 最合理的发展余地,2、影响因素 生产类型和生产规模 地形地貌、地质条件 生产单位的构成数量与规模 外部环境条件，如公路、铁路、河流等 企业远景发展 环保等,影响因素是什么?,3、方法物料运量图法作业相关图法:计算机平面布置规划法模型法：,步骤:1根据原材料、在
3、制品在生产过程中的流向，初步布置各个生产车间和生产服务单位的相对位置，给出初步物流图。2统计车间之间的物料流量，制定物料运量表。3按运量大小进行初试布置，将车间之间运输量大的安排在相邻位置，并考虑其它因素进行改进和调整。,物料运量图法,01,02,03,04,05,7,6+4=10,5+6=11,2+2=4,2+2=4,2,2,1,1,物料运量图法,01,02,03,04,05,7,6,5,2,2,6,4,4,2,1,2,1,物料运量图法,01,02,03,04,05,7,6,5,2,2,6,4,4,2,1,2,2）作业相关法,作业相关法,其它,9,共用设备,8,做类似的工作,7,工作流程连续
4、,6,文件交换频繁,5,人员接触频繁,4,共用场地,3,共用人员,2,使用共同的原始记录,1,代号 关系密切原因,作业相关法：快餐店布置,部门6,A,部门5,A,O,部门4,X,A,X,部门3,A,I,U,E,部门2,O,U,X,A,A,部门1,部门6,部门5,部门4,部门3,部门2,部门1,绝对重要 A：1-2 1-3 3-5 2-6 4-6 5-6 最多A的是 6 不予考虑 X：1-4 3-6 3-4 最多X的是3、4,作业相关法：快餐店布置,6,4,5,2,1,3,部门1,部门2,部门6,部门5,部门3,部门4,二、车间布置：生产车间通常由生产、辅助、仓库、通道、管理、服务等部分组成，其
5、中生产部分又要根据生产过程的要求，安排若干设备与工作地。即要按一定的原则，正确确定车间内部各组成单位（如工段、班组）以及工作地、设备之间的相互位置。,要求：,1）设备和工作地的布置应尽可能符合生产过程的流向和工艺顺序，使加工路线最短，便于物料运输，避免物流上的迂回，曲折或倒流；2）充分、合理地利用车间面积；3）便于工人作业，留有足够面积供工人走动、操作、放置工具物品，物流运送与走行通道分开，工作环境符合采光、照明、卫生、防污染等要求。,车间布置类型：,按对象布置（Product Layout)：产品原则布置。按工艺布置（Process Layout)：机群式布置固定式布置(Fixed Posi
6、tion Layout)混合布置,典型的布置形式,M1,M2,M3,M4,线切割,钻,车,铣,焊接,磨,油漆,入口,铣,出口,产品原则布置,工艺专业化原则布置：按工艺原则布置车间是将同类生产设备集中布置在一起，组成一个工作中心，对产品进行相同工艺的加工，适用于多品种中小批量生产。不同的产品要求选择不同的工艺路线，进度安排以及运输路线。为了提高效率，这类布置的重点是确定设备和工作地的相对位置，使运输距离最短、运输费用最小、时间最少。厂区布置方法也适用于这类车间布置。,典型的布置形式,工艺专业化,切割,钻,铣,磨,典型的布置形式,切割,铣,铣,铣,磨,钻,钻,切割,固定布置：特点是加工对象保持不动
7、，而工人、设备和物料却围绕着加工对象移动，完成生产过程，适用于特大笨重或受其他一些因素影响不同或不便移动的产品，如飞机制造、造船或大楼、大坝等大型建设项目。定位布置要求工人、设备、物料随生产过程的需要到达待加工的产品处，所以设计要重点考虑它们运送路线、方式与时间的控制，不能堵塞工地。,典型的布置形式,固定布置,典型的布置形式,产品,机器,机器,人员,人员,人员,机器,机器,混合布置：许多情况下混合使用以上三种布置方式。通过混合布置的方式可以设计一个既富于柔性又高效低成本的生产系统，比较典型的例子是成组生产单元与柔性制造单元。成组生产单元由于采用了成组技术,可以按零件族组织生产线,使之具备产品原
8、则布置的缩影。柔性制造单元采用计算机控制零件在机器之间的输送与加工，实现了高度自动化，可以在小批量生产条件下享有产品原则布置所具有的一些好处。,成组单元,典型的布置形式,原材料,线切割,钻,磨,铣,车,铣,焊接,磨,油漆,成品,3、布置方法从至表试验法 重心法 线形规划方法 计算机辅助布置,选择典型零件，制定典型零件的工艺路线，确定所用设备 制定设备布置的初始方案，统计设备之间的移动距离 确定出零件在设备之间的移动次数和单位运量成本 用实验法确定最满意的布置方案,1）从至表试验法,例.设有6个部门，分配到厂区6个地块。由于技术上的原因，单位6必须设在A区。6个部门每天的搬运物料重量（吨）见表。
9、,1由上表可求得各生产单位间搬运物料重量的两两相应关系，如下表。,2将物料搬运量最大的生产单位靠近布置，即从部门1-2邻近布置开始，依次考虑各单位的相对位置。由于技术上的原因，单位6必须设在A区，则可得各生产单位布置如下图。,由于已知各地块间的距离，可求出各生产单位物料搬运总工作量（吨公里）。若已知搬运费用率，即可求得搬运总费用。,第3节、装配线平衡,装配线是流水生产组织应用最为广泛的一种。在装配线上装配产品，分为很多道工序，各工序的装配时间各不相等，有些工序之间存在前后顺序关系，而有些工序则没有先后顺序。,如果直接按每道工序设置工作地，则会有下列问题：工作地空闲多，浪费时间资源；工作地忙闲不
10、均；浪费了人力资源。因此通常将整个作业分配给几个工作地，每一工作地由一个或两个工人操作,决定如何将作业分配到工作地的这一过程被称为生产线（或装配线）平衡。,按工序的先后顺序，合理分配工作地 使每个工作地的时间尽量接近节拍，并使工作地数目最少 使各工作地之间负荷均匀，空闲时间要少 计算装配线平衡状态的评价指标：流水线时间损失率和平滑指数,装配线平衡的任务：,装配线平衡的方法：以适当的方式将装配线上若干个相邻工序合并成一个工作地，并使这些工作地的作业时间接近或等于装配线的节拍。具体步骤:,1）确定装配流水线的节拍：,装配线平衡的主要决定因素是生产线的节拍。节拍：流水线上连续出产两个相同制品的间隔时
11、间。它是反映流水线的生产速度和生产率的重要参数。,r=FeN=F0N 其中：r 流水线的平均节拍（分/件）Fe计划期有效工作时间（分）N计划期预计出产的合格产品产量（件）F0计划期制度工作时间（分）时间有效利用系数（0.9-0.96）若考虑到废品率p的影响，实际投料的产品产量N为：N=N(1-p)r=FeN,例：某流水线设计日产量为1000件，每日制度工时为8小时，其中上午和下午各用20分钟检修设备，废品率为5%，试计算流水线的节拍。,解：N=1000，p=5%,N=1000/(1-0.05)=1053 Fe=8 60-2 20=440 r=FeN=440/1053=0.418（分/件）,某流
12、水线计划日产量为150件，采用两班制生产，每班规定有21分钟的停歇时间，计划不合格品率为2%，计算该流水线的节拍。,2）计算最小工作地数：Smin,Smin=ti/r,Smin 最小工作地数 ti 工序i的工作时间 r 装配线节拍 向数值大的方向取整数,例:节拍：5分/件,ti=2+3+1.5+2.8+3+1=13.3 Smin=13.3/5=2.66=3,3）组织工作地数 确定工序优先顺序图,保证各个工序之间的先后顺序每个工作地分配到的小工序作业时间之和(Tei)，不能大于节拍,应尽量接近或等于节拍(Teir)应使工作地数目尽量少,装配线平衡的方法（续）：,分配步骤：（1）绘作业先后顺序图（
13、2）从工作地1开始，按作业先后图从左到右给工作地分配作业；（3）每当一个作业分配后，计算出该工作地的剩余时间；（4）若出现两个作业情况都一样，可用下列方法之一解决：a分配加工时间最长的作业；b分配后续作业数最多的作业，如果还一样，任选。,工作地 1 2 3 工序组合 1,2-4,6-3,5 工时 4.8 4 4.5,装配线平衡的方法（续）：,5）计算评价指标,装配线平衡的方法（续）：,流水线时间损失率：,L=（35-13.3)/35=0.113,L 装配线时间损失率Tei 第i个工作地的综合时间,装配线平衡的方法（续）：,流水线平滑指数：,Temax=4.8SI=sqrt(4.8-4.8)2+
14、(4.8-4)2+(4.8-4.5)2=0.854,SI 装配线平滑指数 Temax 工作地中工时最大者：maxTeiSI 用于衡量装配线负荷的均衡度,P145.例6.6,例：假定一天工作8小时，一天要达到产量为400个单位。利用下列资料进行装配线平衡。,作业 紧后作业 作业时间/分a b 0.2 b e 0.2c d 0.8d f 0.6e f 0.3f g 1.0g h 0.4h 结束 0.3 总计:3.8,第一步,计算节拍.r=8*60/400=1.2分钟/单位第二步,计算最少工作地数.Smin=ti/r=3.8/1.2=3.17=4第三步画作业先后顺序图,从最初活动开始,由于表中紧后作
15、业列中没有作业a和c,因此它们没有紧前作业.我们从这两个作业开始.,a b ec d f g h,第四步分配作业到每一工作地.,闲置时间百分比=闲置时间/工作地数*节拍=1/4*1.2=1/4.8*100%=20.8%生产线效率=100%-20.8%=79.2%,注意：对此分配方案可作改进，将作业b放到工作地2，则工作地1的闲置时间为0.2，工作地2的闲置时间为0.1。即这种分配方案是可行的，但不一定是最佳的。它是装配线大致平衡的方法，而且在现实中，进行生产线平衡通常还要考虑其他因素，如技术方面的因素，人力因素，只要作业有人参与，作业完成时间将是个变数，工人疲劳或缺席，都会影响到生产线平衡。因
16、此实际工作中很少涉及到人力作业的装配线完全平衡,对于有闲置时间的工作地，可由速度上不去的新工人操作。,其他方法：企业还可采用其他方法，确保生产线平衡：1平行工作地，这有利于解决影响产品在生产线上流动的瓶颈作业问题。造成瓶颈的原因可能是有些作业的加工难度大或所需要的时间长。2交叉布置工人：当瓶颈出现时，闲着的工人可帮助忙着的工人，叫动态生产线平衡。,1分钟,1分钟,30单位/小时,1分钟,1分钟,2分钟,1分钟,1分钟,2分钟,2分钟,30单位/小时,30单位/小时,30单位/小时,30单位/小时,30单位/小时,30单位/小时,60单位/小时,60单位/小时,例如：一份工作包含四个工作地，如图
17、所示：,第四节 非制造系统的设施布置一、服务业布置：服务企业与顾客直接接触多,其设施的装修与布局更具特色。例如，除了考虑土地资源的约束外，要更多地考虑到适应服务需求数量和质量变化的柔性，影响顾客消费心理的美学因素，以及对社会与环境影响的因素。,服务设施的布置分成以下几种类型：1产品线布置。有些标准的服务可以分解为一系列每个顾客都必须经历的固定操作程序。如办理汽车驾照，好比产品在生产线上组装一样。这些服务可以按生产线平衡的方式，在服务人员之间分配任务，使每个步骤的服务耗费近似相等的时间，如果出现瓶颈，可通过增加服务员、任务重组、添置设备等方式使之趋于平衡。,以机场服务中旅客入境转机为例，每位旅客
18、都必须经历以下程序：下飞机、入境登记、认领行李、通过海关、行李检查、国内航班登机，每道程序所需时间见表：活动 平均时间/秒1下飞机 302入境登记 253认领行李 604通过海关 355行李检查 286国内航班登机 22,按生产线平衡的方式，画出服务流程图如下：,3 60 60,由图可见生产线不平衡，瓶颈为认领行李。为消除瓶颈，将行李面积加倍，入境登记与海关区域组合在一起，便可得到新的流程图。小时流量增加到120人。,2 144 25,1 120 30,入口,4 103 35,5 128 28,6 164 60,2过程布置：在过程布置方式中，执行相似任务或承担相同责任的人分成一组，类似于制造业
19、中的工艺原则布置，其优点是是便于接受顾客的定制，为用户提供个性化服务，当然这对服务人员的技能要求也高了。从服务提供者的角度看，由于顾客需求不同，提供服务呈间歇式，每个部门者要设有顾客等待的区域，以应付顾客流的忙闲不均。过程布置考虑的主要问题让顾客行走的距离最短，或者相反，有时可能有意识地引导顾客去浏览某些区域。,3定位布置：当被服务对象不便移动时，可以按定位布置方式安排服务设施，如住院部治疗的重病人，此时要考虑如何便于将医疗设备和材料送达病床。4定向布置：服务设施为便于顾客利用，需要有适当的标志为顾客定向。定向有两种：地点定向与功能定向。地点定向告诉顾客当前所在的位置，以及如何能到达他想去的地
20、点；功能定向告诉顾客某个组织的功能及其工作程序，帮助他判断下一步该做什么。5混合布置：服务设施采用混合布置的情况也很多，如超市的商品采用过程布置，但在仓库，常使用传送带作业；医院住院部病人采用定位布置，但其他科室的布置采取过程布置。,二、仓库布置:使得总搬运量最小，原则是某一货区物品搬运次数最多，应将其放在仓库门口，以便最终降低搬运成本，从而降低生产成本，例家电用品仓库的存储信息如下：,入口,7,2,4,6,5,5,3,7,2,4,4,5,5,1,入口,物品,100,150,800,375,360,160,280,搬运次数（每周）,2,1,4,3,1,2,1,所需货区,50（7）,150（4）
21、,200（3）,125（5）,360（1）,80（6）,280（2）,搬运次数/所需货区,7 其它,6 收音机,5 电视,4 音响,3 微波炉,2 空调,1 电烤箱,三、办公室：（可采用作业相关图法）主要考虑因素有两个：1信息传递与交流的迅速、方便。2人员的劳动生产率。办公室和工厂布局不同之处在于信息的重要性，在制造业中工作的进行依赖于零件和物料的流动，而办公室工作依赖于信息的传递。对于需要跨越多个部门才能完成的工作，部门之间的相对地理位置非常重要。这一点与制造业相似，可采用前述的一些布置技术。再者，必须根据工作性质的不同，工作目标的不同来考虑什么样的布置更有利于生产率的提高。,四、零售业布置零售业布局基于的思想是：销售量随展示给顾客的商品量而不断变化。展示率越高，销售和投资回报率越高。有助于诸如超市和药店这样的商店的整体安排5点建议：1将常购的商品布置在商店的四周（如奶制品在超市的一侧，而面包和烘烤食品在另一侧，往往在最里面）2将吸引力和利润高的商品放在醒目的位置（如家庭用具，装饰物品）3将能量商品（能决定购物路径的商品）放置在过道两边，分散放置它们可以改善其他商品的外观陈设4好好利用过道末端，因为它们有较高的展示率5仔细地布置商店出口处，会给商店整体带来意想不到的效果。,
