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系統化廠房布置

http://www.yslfoods.com  2008/12/18 17:38:00 來源:

系統化廠房布置
         工廠布置的方法和技術,一直是工業工程領域不斷探索的問題.自工業革命以來研究出了許多手工設計、數字分析和圖解技術,60年代以來,又發展了計算機輔助工廠布置,在眾多的布置方法中,以R·繆瑟提出的系統布置設計SLP(System  Layout Planning)最為著名,應用十分普遍;這種方法不僅適用于工廠和生產系統設計,還可以用于醫院、學校,百貨商店、辦公樓等設施設計。
一、階段結構
  系統布置設計采用四個階段進行,稱為“布置設計四階段”。

二、程序模式
三、設施布置設計的要素分析
影響布置設計的因素眾多,基本要素可以歸納為5項:P產品(或材料或服務)、Q數量、R生產路線(工藝過程)、S助服務部門、T時間(或時間安排)。

      五個要素分別回答以下問題:
        P——生產什么?
        Q——生產多少?
        R——怎么生產?
        T——何時生產?
        S——用什么支持生產? 
五要素對設施布置的影響
1、P產品或材料或服務(Production)
  指規劃設計的對象所生產的產品、原材料、加工的零部件或提供服務的項目。包括原材料、進廠物料、工序間儲備、產品、輔助材料、廢品、廢料、切屑、包裝材料等。產品這一要素影響著設施的組成及其相互關系、設備的類型、物料搬運的方式等。

2、Q數量或產量(Quantity)
  指所生產、供應或使用的材料或產品的數量或服務的工作量。這一要素影響著設施規模、設備數量、運輸量、建筑物面積等。

3、R生產路線或工藝過程(Routing)
      指根據所生產的產品品種、數量等設計出的工藝流程、物流路線、工序順序等,可以用設備表、工藝路線卡、工藝過程圖等表示。它影響著各作業單位之間的關系、物料搬運路線、倉庫及堆放地的位置等。

4、S輔助服務部門 (Supporting Service) 
      指保證生產正常運行的輔助服務性活動、設施以及服務的人員。包括道路、生活設施、消防設施、照明、采暖通風、辦公室、生產管理,質量控制及廢物處理等;它是生產的支持系統,從某種意義上來說對生產系統的正常運行起著舉足輕重的作用。

5、T時間或時間安排(Time)
      指在什么時候、用多長的時間生產出產品,包括作業、工序、流動、周轉等標準時間。這些因素決定著設備的數量、需要的面積和人員、工序的平衡安排等。

四、物料分類及產品—產量分析

現象:物料種類繁多,可運性不相同。
問題:如何統計量一物流系統中性質、特
      征各不相同的物料數量?
      如何區分各物料的重要等級程度?
      如何確定設施布置的型式?

1、物流量的計算
      (1)定義:
            在一定時間內(一年或一個月)通過兩設施間的物料數量。可以用重量、體積、托盤或貨箱來表示。
      (2)計算方法:
           方法一:當量物流量——用物料的某一特征(重量、幾 何形狀、裝載和包裝形式等)來估算物流量。 可用下式表示:    f=q.n          
                其中:f —— 當量物流量    
                      q —— 每個標準搬運單元的當量噸數
                      n——單位時間內兩設施間流動的標準單元數
           例:載重為兩噸的標準載重箱,載一箱鍛件為2當量噸,載一箱殼體也為2當量噸。
   方法二:瑪格(magnitude)——用可運性衡量當量物流量。
               標準的1瑪格:一塊干燥的木塊,體積為5*5*5 立方厘米,
                                         可以方便地用手拿住。
               一包香煙= 0.5  mag
               一個電話亭=50 mag
               一個低堆垛的托盤(1200 cm*1200cm)=38mag
        
              瑪格的計算:
             M=A+A(B+C+D+E+F)/4
             其中:A——基本值,通過計算物料體積后查瑪格曲線得出。
                         B——密度修整系數
                         C——形狀修整系數
                         D——損傷危險程度修整系數
                         E——狀態(物理、化學)修整系數
                         F——價值因素(若不考慮,則F=0)
2、物料的分類:
      把相同或相似性質的物料歸并成類,可大大簡化物流分析。
    
      可依次采用兩種分類方法:
      方法一:按物料的基本形態進行分類
                      固體——成箱
                      液體——成桶
                      氣體——成瓶
       方法二:按影響物料可運性的物理特征進行分類,
       包括:外形尺寸、重量、形狀、損壞可能性、狀態(熱、濕、  粘、臟)、數量、時限性(季節性、突發性)

       關鍵:抓住有決定性的影響特征                      
3、產品—產量(P—Q)分析
      產品產量分析是為了確定設施基本布置形式而采用的綜合分析方法,同時也是物料重要等級分類的方法。
    下圖是一種典型的“8——2原則”下的PQ分析結果。

系統布置規劃SLP-分析階段

1.產品品種-產量分析(P-Q分析)

I區 為單一或少品種大批量產品,宜采用流水生產線的大生產方式和按產品原則布置
IV區 表示多品種小批量或單件生產,宜采用工藝原則布置
II和III區 的產品品種和批量均中等,宜采用成組技術布置

五  物流分析 Flow Analysis

當物料移動是工藝過程的主要部分時,物流分析就是工廠布置設計的核心工作,也是物料搬運分析的開始,它對應布置設計問題“鑰匙”的第三個字母R(路線)。
    零部件物流是該部件在工廠內移動時所走過的路線,物流分析不僅要考慮每個零部件在工廠內的路線,還要遵循兩個最小和兩個避免的原則:
    兩個最小原則: 經過距離最小和物流成本最小。
    兩個避免原則: 避免迂回和避免十字交叉。

物流分析有助于設計人員選擇最有效的機器設備、設施、工作單元和部門的安排布局,同時還有助于改進生產過程。
在物流分析時要驗證工藝路線是否正確、合理,檢查是否可以取消、合并、改變順序、位置或人員和改進細節。ECRS
因此正確合理的設施布置不僅能提高生產效率和工作效率,也是節約物流費用從而降低產品或服務成本的重大措施。
除了物料和設施外,分析職員工作時在設施內走動時的路線也是很重要的。人員流動分析用來安排工廠內所必不可少的服務設施,以方便職員的工作。

5.1  物流分析的內容與方法
物流分析包括確定物料在生產過程中每個必要的工序之間移動的最有效順序及其移動的強度和數量。
針對不同的生產類型,應采用不同的物流分析方法:
1)工藝流程圖(Process Chart)。在大批量生產中,產品品種很少,用標準符號繪制的工藝過程圖直觀地反映出工廠生產的詳細情況,此時,進行物流分析只需在工藝過程圖上注明各道工序之間的物流量,就可以清楚地表現出工廠生產過程中的物料搬運情況。
2)多產品工藝過程表(Multi-column Process Chart)。在多品種且批量較大的情況下,如產品品種為10種左右,將各產品的生產工藝流程匯總在一張表上,就形成了多種產品工藝過程表,在這張表上各產品工藝路線并列繪出,可以反映出各個產品的物流途徑。
3)成組方法(Group Technology)。當產品品種達到數十種時,若生產類型為中小批量生產,進行物流分析時,就有必要采用成組方法,即按產品結構與工藝過程的相似性進行歸類分組,然后對每一類產品采用工藝過程圖進行物流分析;或采用多產品工藝過程表表示各組產品的生產工藝過程,再做進一步的物流分析。
4)從至表(From-to Chart)。當產品品種很多,產量很小且零件、物料數量又很大時,可以用一個矩陣圖表來表示各作業單位之間的物料移動方向和物流量。
1、工藝過程圖(Operation Process Chart)
           工藝過程圖就是把工藝路線卡和裝配程序圖匯總到—起而形成的一種流程圖。繪制過程先在圖的右上部從第—個裝配作業的主要組件開始,在垂直線上按工藝路線卡的作業順序用圓圈表示加工和裝配,用正方形表示檢驗.其它零部件,如果自制,分別用垂直線畫出其作業順序,如果外購,則分別用水平線進入裝配作業。
工藝過程圖可以用來詳細描述產品生產過程中各工序之間的關系,也可以描述全廠各部門之間的工藝流程。
             其重要作用是在分析工藝過程的基礎上,通過產品加工、組裝、檢驗等各加工階段及加工路線的分析,可以計算出每個工藝過程的各工序(作業單位)間的物流強度,從而為作業單位位置的確定找到基礎數據。
2.多種產品工藝過程圖
       企業生產的產品品種多,特別是只進行成形加工處理生產,而不考慮裝配時,可以采用多種產品工藝過程圖來分析確定其物料流。從該過程圖中可以看到平面布置的雛形。
        多種產品工藝過程圖是將所有零件或產品的工序都匯總在一張圖表上、通過分析、調整圖表上的工序,使彼此之間有最大物流量的工序盡量靠近,直至獲得最佳工藝安排順序。
多種產品工藝過程圖分析主要通過作業單位的排序,求得物流順流程度W的最大值。
           其中:
           W的計算式為

           Wjk為產品Pj的工序Rjk與Rjk+1之間的物流強度
            Djk為權值
          工序相鄰,且物料移動為直接正向時,取權值為2
          工序不相鄰,且物料倒流時,取權值為-2

5.2 從至表
從至表是矩陣式的,通常用來表示建筑物之間、部門之間或機器之間的物流量,它適用于多產品或多零件時的情況。
如果計入作業單位之間的距離,還可以表示作業單位之間的物料搬運總量,即物流強度。
從至表的畫法是:在從至表上橫行和豎列的標題欄內,按同樣順序列出全部作業單位,將每個產品或零件在兩個作業單位之間的移動,分別用字母代表產品或零件,數字代表搬運總量,填入兩個作業單位橫行和豎列相交的方格內。
從表的左上角到右下角,畫一條對角線,零件前進記在右上方,退回記在左下方。
各作業單位距離見下表,試作出物流分析。
有了距離從至表和產品運量從至表,以相應格子的運量乘以距離便得物流強度。
再按作業單位對的強度劃分等級,物流強度等級劃分采用著名的A、E、I、O、U等級,AEIO比例如下圖,U級比例只給無物流的作業單位對,有物流的作業單位對一般不考慮。

六  SLP相關圖技術

相關圖是繆瑟首先使用的,它能直觀地表示出各作業單位兩兩之間的關系密切程度,而這正是布置的依據。
因為企業內作業單位之間關系影響因素較多,所以除了進行物流分析之外,還要有非物流分析。

6.1  非物流分析
物流分析所得到的是定量的相互關系,但是各作業單位之間還存在著其他的關系。例如以下就是非物流因素為主的情況:
        諸如電子和精密機械的工廠,需要運輸的物料很少,物流相對來說不重要。
         輔助設施與生產部門之間常常沒有物流關系,但必須考慮它們之間的密切關系,像維修間、工具室、更衣室、休息室與生產區都的一定的密切關系。
          在純服務性設施中,例如辦公室、維修間內,常常沒有真正的固定的物流,常用信息流或人流當作“物流”。
         在某些情況下,工藝過程也不是布置設計的唯一依據。例如重大零部件的搬運要考慮運入運出的條件,不能按工藝過程布置;有的工序屬于產生污染或有危害的作業,需要遠離精密加工和裝配區域,也不能考慮工藝順序。
因此,在分析作業單位相互關系時,除了物流關系外,還要考慮非物流的相互關系。
        它們一般不能用定量的方法得到,而要用一些定性的方法。這時相關圖每個菱形格子不但要表示兩兩之間的密切程度等級(Closeness Rating),還要加上評級的理由。
         定性給出密切程度等級時,包括A、E、I、O、U和X六種,其比例一般按表4-16掌握。
這些理由一般不要超過8~10條。常見理由如:
工作流程
作業性質相似
使用相同設備、設施或同一場地
使用相同文件
使用一套人員
聯系頻繁程度
監督和管理
噪聲、振動、煙塵、易燃、易爆等
非物流關系評級主要由上述理由確定,
A級一般只用于部門間有密切的工藝聯系或使用相同的設備或場所,如鋼材庫和下料區、最后檢查和包裝、清理和油漆等。大量的人員流動也可定為A。
如果對A有些把握不準,就可定為E,如兩個作業單位間人員流動量大但并不是每時如此,再如方便和安全要求、搬運物料要求和服務頻繁和緊急等。
U是最多的,當兩個作業單位間不需要相關或無干擾時采用。
X同A一樣重要,但方向相反,是不需要密切靠近的。例如油漆間就不能和焊接間相鄰。一般噪音、煙塵、發熱、致冷和氣味都是列X的理由。
因為這種評級是定性的,必須遵循以下的方法和步驟:
   由設施布置人員初步決定各作業單位間的關系,并經集體討論,充分闡明理由并作出分析。
   訪問相關圖中所列作業單位的主管或上級,和充分的調查研究。
   決定密切程度的標準,并逐項把這些標準列在相關圖的理由表中。
   對每一對作業單位確定密切程度等級和理由。
   應允許任何人對相關圖提意見,允許多次評審、討論和修改。
6.2  綜合相關圖
綜合考慮物流和非物流關系時,要確定兩種關系的相對重要性。這一重要性用比值m:n來表示,一般不應超過1:3~3:1。
如果比值大于3:1,意味著物流關系占主導地位,設施布置只考慮物流即可;
當比值小于1:3時,說明物流的影響很小,只考慮非物流關系即可。
實際情況下,根據兩者的相對重要性,比值可為3:1,2:1,1:1,1:2,1:3。
有了此比值和兩個相關圖,就要將相關圖中各密切程度等級按表4-16予以量化。

七  平面布置方案的確定

明確了各相關的作業單位以及各單位之間的物流和非物流相互關系后,就可以按一定的規則和方法,設計出各種平面布置方案。
這些方法根據作業單位劃分的大小,可用于工廠總平面布置、車間布置和服務設施布置等。
平面布置方法主要是繆瑟的線型圖法和Tompkins的關系表法,其它方法還有螺旋法等,下面主要介紹前兩種方法。

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