生产与质量管理Production &Quality

Management

第五章 生产和服务设施的布置

• 第一节 布置决策• 第二节　厂区典型布置形式• 第三节　车间布置和库房布置• 第四节 厂区和设备布置的定量分析• 第五节 非制造业的设施布置

第一节 布置决策• 一、影响生产和服务设施布置决策的因素• 制约和影响企业厂区布局的因素很多，主要有：• （１）企业的生产类型。如是流程型还是离散型，大量生产、

批量生产还是单件生产等。• （２）企业生产的产品种类、产品结构特征和质量要求。• （３）厂区地形、地貌和地质条件以及厂区的施工条件。 • （４）企业规模和生产单位的数量和机构成。一般规模越大，

生产单位越多，分工越细，专业化程度越高。而小企业可将许多流程合并在一个单元。

• （５）企业的外部环境条件，如当地的基础设施条件以及是否靠近公路、铁路、码头等。

• （６）安全和环境保护要求，如企业 “三废”的排放和烟尘、噪音等周围环境的影响。

• （７）企业的远景发展。• （８）企业进行扩建和技术改造，厂区布局需要考虑原有布局

相配套。

• 二、厂区平面布置目标要求• 企业生产单位的构成因行业的不同差异很大，

每个企业都有自身的特点，但普遍有下列要求：• （一） 建筑物和各种设备的配置满足企业生

产过程的要求• （二）必须符合安全、防火和环境保护的要求• （三）降低厂区内物流成本，保证通行安全• （四）节约用地和费用• （五）厂区要环境优美• （六） 厂区布局要考虑企业的远景发展• （七）充分利用外部环境提供的便利条件• （八）厂区布置要与周围环境相协调

第二节　厂区典型布置形式一、工艺专业化形式

工艺专业化形式是将完全相同的设备布置在一个单位，来完成相同的工艺内容的不同产品的加工，如制造企业中的机械加工车间、锻造车间、车工车间、锻工车间、喷漆车间、电镀车间、热处理车间等等。在工艺专业化布置形式中各个产品加工路线有的相同，有的不同，由于加工对象运输路线较长，生产单元应尽可能按加工路线排列，避免交叉往复。

图 5-1 工艺专业化形式布置

厂

区

钻加工车间 铣加工车间

车削加工车间

锻压车间

检验

原料 A B

热处理车间

磨削车间

A B

半成品库

二、对象专业化形式

采用对象专业化形式的工厂，是生产单位中集中了完成同一产品生产所需设备、工艺装备和工人，可以完成相同产品零部件的全部和大部分加工任务，如汽车制造厂的发动机车间、曲轴车间、齿轮工段等生产单位。如图 5-2所示。

零件 C车间

零件 B车间

零件 A车间

检验

部件 B车间

部件 C车间

成品库 包装车间

部件 A

原料

装配车间

半成品库

图 5-2 对象专业形式布置

第三节　车间布置和库房布置一、固定式布置

固定式布置是指加工对象位置固定，生产工人和设备都随加工产品所在的某一位置而转移，例如内燃机车的装配、造船装配等，这种布置形式适用于大型产品的装配过程。由于某些产品体积庞大笨重，不容易转移，所以可保持产品不动，将工作地按生产产品的要求来布置，例如，大型飞机、船舶、重型机床等。对于这样的项目，一旦基本结构确定下来，其它一切功能都围绕着产品而固定下来，如机器、操作员、装配工具等等。如图 5-3所示。

零部件

工位器具

5-3 固定式布置示意图

二、按产品布置

按产品布置就是按对象专业化原则布置有关机器和设施。最常见的如流水生产线或产品装配线，如图 5-4所示。根据厂房位置和面积，流水线不仅可以如图 5-4所示 “ ” “的 一 型，还可以是 U” “ ”、之

“字型、 L” “型、 C” 型等。

图 5-4 按产品对象布置的示意图

三、按工艺过程布置

按工艺过程布置，即工艺专业化布置。就是按照工艺专业化原则将同类机器集中在一起，完成相同的工艺加工任务，如图 5-5所示。

L

X

Z

M

车车

磨

车

钻

车

铣

车

L

L

L

X

X

X

Z

Z

Z

Z

M

M

M

检

验

合

格

品

车

车

图 5-5按工艺过程布置

• 四、按成组制造单元布置

L

Z Z

Z Z

L L L

X

M

M

M M

X

X

X

Z

5-6成组单元布置示意图置

进料通道

图 5-7“ U” “型 C” 型成组单元布置示意图置

L

Z Z

Z

Z L

X

M

M

M X

通道车

第四节 厂区和设备布置的定量分析一、厂区总平面布置的作业相关图法

工厂的总平面布置可以采用多种方法进行，下面介绍一种常用的方法---生产活动相关图法。生产活动相关图法是用图表的方法先判断各单元在生产经营活动中的相互关系，根据彼此关系的密切程度进行布置，寻求最佳的布局方案。此方法通常用六个等级来区分各组成单位相关关系的密切程度，并用一组数字来表示关系密切的原因。如下面表 5-1 和表 5-2所示。

表 5-1关系密切程度分类表

代号 关系密切程度 评定分值

A 非常密切 6

E 很密切 5

I 密切 4

O 一般 3

U 不密切 2

X 无关紧要，不必考虑 1

表 5-2关系密切程度的原因分类表

代号 关系密切程度

1 便于物资运输

2 便于信息沟通和信息传递

3 便于工作联系

4 便于管理

5 便于利用环境

6 便于人员流动

下面以一个例子来说明这种方法的应用。

例 5.3 有一个小型企业由 8个部门组成，各部门在生产经营活动中的相关关系，如图 5.8

所示。

原材料库

成品库

毛坯车间

机加工车间

装配车间

中间零件库

餐厅

办公室

单位名称代号

1

2

3

4

5

6

7

8

X

A

1. 3. 4X

A

1

U 1. 3 X

A U

6

3

3

3

3

3

3

U

O

O

O

O

O

O

U

U

U

U

U

U

1. 3

1. 2. 3E

A

X

XX

A

1. 2. 3

1. 2. 3 1. 2. 3

图 5-8某小型企业各单位生产活动相关图

• 图 5-8 左边部分列出了该厂的 8 个组成部门，图的右边有许多菱形小方块，每一小方块都表示两个部门之间的联系关系。虚线上面的英文字母按表 5-2 给出的含义，表示两个部门的紧密程度。根据图 5-8 编制关系密切程度及积分统计表（表 5-3 ）。

表 5-3关系密切程度及积分统计表

1．原材料

库

2．成品库 3.毛坯车

间

4．机械加

工车间

5．装配车

间

6．中间零

件库

7．餐厅 8．办公室

关系 积

分

关系 积

分

关系 积

分

关系 积

分

关系 积

分

关系 积

分

关系 积

分

关系 积

分

A.3 6 A.5 6 A.1.4 12 A.3.5

.6

18 A.3.4 12 A.4 6 U.1.2

.

3.3.5.

6.8

14 O.1.2

.

3.4.5.

6

18

L.4 4 O.8 3 O.8 3 L.4 4 L.6 5 E.5 5

O.8 3 U.4.7 4 U.7 2 O.8 3 O.8 3 O.8 3

U.6.7 4 X.1.3

.6

3 X.2.5

6

3 U.2.7 4 U.7 2 U.1.7 4 U.7 2

X.2.5 2 X.1.2 2 X.2.3 2

合计 19 合计 16 合计 20 合计 29 合计 24 合计 20 合计 14 合计 20

• 由表 5-3 可知，机械加工车间得分最高，布局时应首先确定它的位置。毛坯车间、装配车间、中间零件库与机械加工车间都是 A 级关系，所以应围绕机械加工车间进行布置，并尽量靠近。成品库和中间零件库与装配车间是 A 级和 E 级关系，应把它们布置在一起。原料库与毛坯车间是 A 级关系，两者应相邻。办公室和餐厅可稍远离车间，不放在生产区。根据以上要求可大体确定各单位的相对位置，如图 5-9 所示。根据图 5-9 各单位的相对位置，再按各单位的面积和厂区出入口对运输路线的要求，按一定比例，可画出工厂的平面布置草图，如图 5-10 所示。

毛坯

车间

机械加

工车间

装配

车间

成品库

原材

料库

中间零

件库

餐厅 办公室

图 5-9 某场平面布置图初始方案 图 5-10某场平面布置草图

装配

车间

机械加

工车间

办

公

室

餐厅 中间零件

库

毛

坯

车

间 原材料库间

成品

库

• 二、车间设备布置的方法• （一） 从至表法• 从 -至表是一种常用的生产和服务设施布置方法。利用从 -至表列出不同部门、机器或设施之间的相对位置，以对角线元素为基准计算各个工作点之间的相对距离，从而找出整个单位或生产单元物料总运量最小的布置方案。这种方法比较适合多品种、小批量生产的情况。其基本步骤如下：选择典型零件，确定典型零件的工艺路线，确定所用机床，应用从 -至表法并不能一次求得最佳的布置方案，需要通过多次试验比较，才能找到较优的方案。

下面通过一个例子来介绍应用从-至表发的生产线布置方法。

某生产加工 4中零件。零件的生产工艺流程见图 5-11

序号 毛坯库 A 铣床 B 车床 C 钻床 D 镗床 E 磨床 F 压床 G 检验台 H

01 ① ②

④

③

⑤

02 ①

③

④

⑤

②

⑥

03 ①

②

③

④

04 ①

③

④

⑤

②

⑥

图 5-11生产线加工零件的工艺路线图

表 5-5初始方案从至表

代号 A B C D E F G H 合计

A 2 2 4

B 1 1

C 2 1 3

D 1 1 2

E 1 1 2

F 2 2

G 1 1 1 3

H 0

合计 0 1 3 2 2 2 3 4 17

表 5-6最终方案从至表

代号 A C E F H G D B 合计

A 2 2 4

C 2 1 3

E 1 1 2

F 2 2

H 0

G 1 1 1 3

D 1 1 2

B 1 1

合计 0 3 2 2 4 3 2 1 17

表 5-7零件运输距离计算表

方

案

零件顺向运输距离

（对角线上部的运输距离）

零件逆向运输距离

（对角线下部的运输距离）

初

始

方

案

1× 1=1 3× 1=3

1×（2+1+2+1+2）=16 4× 1=4

3× 1=3 5× 1=5

4× (1+1)=8

6× 2=12

小计 40 小计 40

零件运输的总距离 40+12=52

改

进

后

方

案

1×（2+2+1+2+1）=8 1× 1=1

2× (1+1)=4 2× 1=2

4× 1=4 3× 1=3

5× 2=10 4× 1=4

小计 26 小计 10

零件运输的总距离 26+10=36

改进后方案比初始方案减少运输距离 52-36=16

• （二）十字形四象限法• 十字形四象限法是一种适用于相邻设备互换位置的布局

方案，但在应用上有一定的局限性。而十字分析法，适用范围较广，可以将生产线上某一设备调到任意位置。

• 现仍以“从至表” 5-5 的例子为对象，试图通过调整某个设备的位置，以减少生产线的运输工作量。如果将生产线的设备排列顺序由“从至表” 6-5的 A-C-E-F-H-G-D-B 改为 A-C-E-G-F-H-D-B ，即把 G 设备调整到 E和 F 之间，本法的计算步骤如下：取原方案的“从至表”，针对拟调整位置的设备 G 在表上做一个十字形，如图 5-12， G由生产线的第六号位置 ( 按生产线顺流方向计 )调到第四号位置，把原“从至表”分为四个域，即① G 所在的行与列，形成一个十字形；② G 所在位置（调动前）后面的设备，在本例中是 D与 B ，形成 D.B 方块；③ G调动后所在位置前面的设备，在本例中式 A.C.E 区，形成A.C.E 方块；④ G调动前后它所跨越的设备区，在本例中指 F和 H 的行与列，形成另一宽带十字形，见图 5-12 。

图 5-12 G设备的十字形图

• 调整设备的位置，引起运输量变化的有以下几种情况：• （ 1） G十字形区由于将 G 的位置调整到 E与 F 之间， G 与生产线

上其他设备之间的距离都发生改变。因此 G十字形框中的数据所反映的运输量均需要重新计算。

• ①G至 A.C.E和 A.C.E至 G 之间的距离均缩短了 2 个单位；• ②G至 F和 F至 G 之间的距离均缩短了 1 各单位；• ③G至 H和 H至 G 之间的距离均增加了 1 个单位；• ④G至 D.B和 D.B至 G 之间的距离均增加了 2 各单位。• 因此可计算如下：• A→G为 2， C→G为 1， E→G为 0 （ 2+1+0 ） ×（ -2） =-6 ，• G→A为 0， G→C为 0， G→E为 1 （ 0+1+0 ） ×（ -2） =-2 ，• F→G为 0， G→F为 0 （ 0+0 ） ×（ -1） =0,• G→H为 0, H→G为 0 （ 0+0 ） ×（ -1） =0, • G→B为 1, G→D为 1 （ 1+1 ） ×2=4, • D→G为 0, B→G为 0 （ 0+0 ） ×2=0,• 合计可减少运输量∣ 4-6-2∣ =4 个单位。

• （ 2） A.C.E 方块和 D.B 方块区• 对照 G 改变位置后的“从至表”，见 6-13,

可以见到 A.C.E 方块内部的运输距离没有改变； D.B 方块内部的运输距离没有改变。 A.C.E 方块和 D.B 方块之间的运输距离也没有改变。所以 A.C.E 方块和 D.B 方块之间的运输距量，不必重新计算。

• (3) F.H十字形区• A.C.E和 F.H 之间的距离增加了 1 个单位； D..B到 F.H 之间的距

离减少了 1 各单位。因此其间的运输量需要重新计算如下：• A→F为 0； A→H为 0； C→F为 0； C→H为 0； E→F为 1；

E→H为 1• （ 0+0+0+0+1+1 ） ×1=2• F到 A.C.E、 H到 A.C. .E 之间的运输量均为 0 。• F到 D.B、 H到 D.B 的运输量均为 0• F→D为 0； F→B为 0； H→D为 0； H→B为 0• （ 0+0+0+0 ） ×(-1)=0• D.B到 F、 H 的运输量 • • D→F为 1； D→H为 1； B→F为 0； B→H为 0• （ 1+1+0+0 ） ×(-1)=-2• 所以 F.H十字形区域其他运输量的增减，总的合计： 2+（ -

2） =0 。因此 G 的位置调换到 E与 F 之间后，总的运输量将减少 4+0+0=4 个单位。

• 根据图 5-13G 设备调整后的从至表进行运输量计算，得到总运输量为32 。与调整前 A →C→E→F→H→G→D→B 设备排列方案的运输量 36 相比，正好减少了 4 个单位。由此验证了十字形分析法的计算是正确的。

• 通过十字形分析法的计算，说明把 G 的位置调整到 E和 F 之间的方案是可取的。同时也说明已经改进的 A →C→E→F→H→G→D→B 的设备排列方案，尚可进一步改进。通过一次次调整试探，一步步改进，可以得到一个较优的方案，如本例中的 A →C→E→F→H→G→D→B 方案。但该方案是否是最优方案，若不做全排列，是无法证明的。而要做全排列，如本例有 8台设备，将有 8！ =40320 个方案，因此靠手工来计算求解是困难的。采用从“至表法”，再应用十字四象限法或十字分析法是生产线设备布局优化的有效方法。

A C E G F H D B

A 2 2

C 2 1

E 1 1

G 1 1 1

F 2

H

D 1 1

B 1 图 5-13G设备调整后的从至表图

第五节 非制造业的设施布置

• 一、仓库布置• 一般情况下，企业都有不同类型的仓库，存储不同种类的物资。生产或服务过程中会经常有物资的运进运出，工作量大。如果仓库布置不合理，也会影响生产成本。仓库类似于制造业的工厂，因为物品也需要在不同地点之间移动。因此，仓库布置也可以由多种不同的方案。

• 下面举一个简单例子说明。• 假设有一个家电用品仓库，共有 14 个货区，

分别储存 7 种家电。仓库有一个出入口，进出仓库的货物都要经过出口如 5-14 。假设该仓库每种物品每周的存取次数如表 5-8所示。应该如何布置不同物品的货区，使总搬运最小？

表 5-8家电用品仓库的存储信息

存储物品 搬运次数(每周) 所需货区(个)

1电烤箱 280 1

2空调 160 2

3微波炉 360 1

4音响 375 3

5电视 800 4

6收音机 150 1

7其他 100 2

货区

□ □ □ □ □ □ □

通 道

□ □ □ □ □ □ □

图 5-14 布置好的仓库平面示意图

• 这实际上是一个典型的仓库布置问题。显而易见，这个问题关键是寻找一种布置方案，使得总搬运量最小。这个目标函数与一般设施布置的目标函数是一致的。实际上，这种仓库布置的情况比制造业工厂的生产单元的布置更简单，因为全部搬运都发生在出入口和货区之间，而不存在各个货区之间的搬运。

• 这种仓库布置进一步区分为两种情况：（ 1 ）各种物品所需货区面积相同。在这种情况下。只需要把搬运次数最多的物品区布置在靠近出入口之处，即可得到最小的总负荷数；（ 2 ）各种物品所需要货区面积不同。需要首先计算某种物品的搬运次数与所需货区数量之比，取该比值最大者靠近出入口，依次往下排列。

在上例中，各种物品的该比值从大到小的排列顺序为（括号中为比值数）：3（360），1（280），5（200），6（150），4（125），2（80），7（50）。图 5-15是根据这种排列所作出的布置方案。

货区

7 2 4 6 5 5 3

通 道

7 2 4 4 5 5 1

图 5-15布置好的仓库平面示意图

• 二、办公室布置• 办公室与生产制造系统相比，有许多根本不同点。首先，生产

制造系统加工处理的对象主要有形的物品，因此，物料搬运是进行设施布置的一个主要考虑因素。其次，在生产制造系统中，产出速度往往取决于设备的速度，或者说与设备速度有相当大的关系。而在办公室，工作效率的高低往往取决于人的速度，而办公室布置，又会对人的工作速度产生极大影响。再次，在生产制造系统中，产品的加工特性往往在很大程度上决定了设施布置的基本类型，生产管理人员一般只在基本类型选择的基础上进行设施布置。而在办公室布置中，同一类工作任务可选用的办公室布置有很多，包括房间的分割方式、每人工作空间的分割方式、办公家具的选择和布置形式等。此外，在办公室的情况下，组织结构、各个部门的配置方式、部门之间的相互关系和相对位置的要求对办公室布置有更重要的影响作用，在办公室布置中要予以更多的考虑。

• 但在办公室布置中，也有一些考虑原则与生产制造系统式相同的。例如，按照工作流程和能力平衡的要求划分工作中心和个人工作站，使办公室布置保持一定的柔性，以便于未来的调整和发展等。