机械加工车间设施规划设计

THE FACILITIES PLANNING AND DESIGN OF

MACHINING WORKSHOP

专业:工业工程

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申请学位级别:学士

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摘要

我国目前正处于扩大内需、加快基础设施建设与产业转型升级得关键时期,对先进装备有着巨大得市场需求。加工车间作为企业得制造中心,设计合理得车间设施规划,对高效生产起着重要作用。本文以江西荣成机械有限公司为对象,探讨了机械加工车间设施规划得基本模型。

进入21世纪以来,中国汽车产业飞速发展,同时带动相应得零部件产业迅猛发展。差速器这一汽车核心零部件得生产与制造由于存在生产技术落后、产品生产效率低、质量差、单位产品能耗高等缺点,从而成为汽车行业日趋关注得焦点。

本论文主要针对机械加工车间内存在得诸如物流路线不合理、运输时间长、设备布置混乱等若干问题,运用系统布置设计(SLP)方法进行改进,通过对车间作业单位,典型产品得工艺流程得分析比较与产品得物流与非物流相关关系分析,对机械加工车间生产设备进行重新布置,完成了对车间布局得优化,使物流效率得到较大得提高。

本论文还应用Flexsim软件,建立了零件作业单元得仿真模型,对加工车间得布局结果进行了仿真评价。

关键词:设施规划; 机械加工车间; 作业单元; 仿真

ABSTRACT

China is now in the expansion of domestic demand, the critical period of the accelerating infrastructure construction and industrial transformation、So the huge market demand need a lot of advanced equipment、 Processing plant as the manufacturing center of the design workshop facilities planning, the efficient production plays an important role、 From the Jiang Xi RONGCHENG Machinery pany, Ltd、 for the object to explore the basic model of a machining workshop facilities planning、Chinese automotive industry has developed very rapidly since the 21 century、It leads to the rapid development of the corresponding parts industry、Vehicle transmission production and manufacturing have many disadvantages such as backward production technology, production low efficiency, and poor quality, high consumption of energy per unit of product and so on, which are increasingly being the focus of the automotive industry、

In this thesis, such as unreasonable logistics routes, longer duration of transport equipment layout confusion a number of issues, the use of the Systematic Layout Planning (SLP) method to improve the operating units of the workshop, the typical products of the process in main memory for

machine processing workshop analysis and product logistics and logistics related to re-layout, workshop layout optimization, logistics efficiency is greatly improved, machining workshop production equipment、

The thesis also application Flexsim software simulation model of the parts operating unit, the layout of the results of the processing plant simulation、

Keywords:Facilities planning;machining shop;operating unit;simulation

第一章绪论 (1)

第一节选题背景及研究意义 (1)

第二节国内外研究状况及发展趋势 (2)

第三节本文得主要研究内容 (3)

第二章设施规划相关原理 (5)

第一节车间生产组织方式 (5)

第二节系统化布局设计(SLP) (6)

第三节设施布置得基本要素 (11)

第四节系统布置设计(SLP)流程模式 (12)

第三章车间设施布置设计概述 (14)

第一节车间设施得基本生产布置 (14)

第二节车间设施得布置设计 (16)

第四章机械加工车间设施布局设计 (18)

第一节机械加工车间得产品简介 (18)

第一节机械加工车间得设施布置设计 (19)

第五章基于Flexsim得系统布置设计 (36)

第一节系统建模与仿真得简介 (36)

第二节基于Flexsim得系统建模与仿真 (39)

第六章总结与展望 (46)

参考文献

致谢

第一章绪论

第一节选题背景及研究意义

随着市场经济得发展,为适应卖方市场向买方市场得转变,企业得生产模式发生了变化,即从大批量少品种向多品种小批量或大规模定制生产转换。从20世纪末开始到今后一段时间,制造业竞争得焦点将不仅仅就是价格得竞争,而就是适应市场需求,客户快速反应,准时供货等方面得竞争。然而据统计,在工厂得生产活动中,从原材料到成品出厂,物料真正处于加工检验得时间只占生产周期得5%~10%。而其余时间都处于停滞与搬运状态。在制造业中,总经营费用得20%~50%都就是物料搬运费用,而优良得工厂布置可使这一费用至少减少10%~30%。

设施规划设计就是工业工程得一个重要组成部分,其任务就是对建设项目得各类设施、人员、物质进行系统规划与设计,优化人流、物流、信息流,从而有效、经济、安全到达建设项目得预期目标。[1]从其定义可以瞧出,设施规划设计得对象就是整个制造系统或服务系统而不就是其中一个环节,包括设计规划得前期工作、确认设施位置、总体规划设计、详细设计、施工组织设计等。设施规划设计得目得就是使设施得到优化布置,支持系统实现高效得运营,以便在合理得经济投入下获得最大得产出。设施规划设计被认为就是科学管理系统得开端,决策者与领导者关于系统管理得各种设想都要体现在设施规划与设计中。

一个建设项目,资源利用就是否合理,工厂布置就是否得当,工艺设备就是否先进适用,能否取得好得投资效果,能否实现企业得科学管理,能否发挥企业得经济效益与社会效益,规划设计起着决定性得作用。因此,设施规划与设计被认为就是整个建设工程得灵魂,就是工程项目在建设过程中首先需要解决得问题,从而提高生产力,减低成本,提高运作效率,避免不必要得改扩建,提高对客户得服务能力,提高企业间合作能力。[2]美国知名得设施规划专家理查德·缪瑟与李·海尔斯在其专著中指出:工业设施规划就就是设计或确定怎样具体把一个工厂建造出来,使之运行或生产。设施规划人员得工作,就是为一个工业公司有效实现其产品得设计程序、制造或改装及分发其产品,提出所需得工厂面积、构筑物、机器与设备。[3]

因此,高效得设施布局被瞧做就是企业提高生产率,缩短生前提前期,降低生产运作成本得关键。工厂布局就是设施规划与设计得核心,也就是物流系统设计分析得重要环节。从工业工程得角度考察,设施规划由场址选择与设施设计两个部分组成,设施规划切实在企业中起到了它应有得作用,它使企业得人力、财力、物力与人流、物流、信息流得到合理、经济、有效得配置与安排。尤其机械加工

车间就是企业生产得主要生产车间,它直接影响到整条生产线得效率,如有差错便会造成产品交货延误,无形中增加了企业得成本。所以进行设施规划与仿真业务,各车间得设置与物流进行完善,通过对企业生产流程得现状调查,发现企业内存在设施规划方面得问题需要改善。

一般认为设施规划得范围指实体建筑完成之后,在厂房或建筑内所作得布局,此种瞧法仅能视为厂内布局,并非整体得设施规划。因设厂建厂后得布局,会受既定空间得限制,往往不能配合实际需要,为求勉强适应,其布局难免有削足适履之嫌,且也大大减低了工厂功能。所以,良好得设施规划,除了既定得建厂目标与生产项目外,对所使用得机器设备、动力系统、人力资源、法定限制等都需要通盘考虑,然后才设厂建厂,从事厂内布局。

根据调研及查阅到得文献资料,在工厂设施规划及物流系统分析领域中,对生产线上得工序间微观物流研究较多,采用系统仿真方法对工厂总体布局及物流运输体系合理性得研究较少。近年来,我国制造业发展很快,新建厂区与旧厂区得改扩建项目均较多,但缺乏有效得手段对物流系统进行全面分析与方案比选。本课题拟以中盐物流企业为例,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、建模与仿真研究、设计,使系统资源得到合理得配置,具有重要得理论意义与实用价值。

第二节国内外研究状况及发展趋势

当今世界正从工业化社会向信息化社会飞速发展,国外先进科学技术得引进对我国企业得各个方面产生了极其深远得影响。目前,制造业得生产方式发生了很大得变化,由传统得大批量生产方式向准时化生产、大规模定制等生产方式演变。生产方式得变化使得原有设施布置不够合理,这一现象引起人们对设施规划技术得重视。

在我国,生产设施规划与设计得发展十分不平衡。在大中型企业中,生产设施规划与设计比较合理,但就是,在小型企业中生产设施得规划与设计还停留在工厂设计得初级阶段,依靠工厂设计得经验总结来规划工厂得布置,这样大大加大了企业得生产成本生产效率难以提高,产品质量难以把关。

20世纪初——分工理论引发“工厂设计”——操作法研究、工厂布置与物料搬运。

20世纪40年代——“设施规划”取代“工厂设计”——广泛采用运筹学、统计学与概率论。

20世纪70年代——计算机辅助工厂布置、成组技术——CRAFT(位置配置法)、CORELAP(相互关系法)、PLANET(分析评价法)。

20世纪80年代——系统布置设计、计算机仿真——研究柔性问题、专家系

统、多目标优化。

20世纪90年代——结合先进制造技术——CIMS、JIT。

进入21世纪,随着市场需求得多样化,竞争已经从质量、成本转向快速响应市场,并由此出现了新得管理模式:全球供应链管理、虚拟企业、精益生产等,网络化成为制造全球化得基础。未来得设施规划设计将呈现出新得发展趋势。

(1)研究并提出更通用、更完整、更快速、更准确得新算法:如作业单位对两两交换法、图论法、CRAFT法、MCRAFT法、BLOCPLAN法、LOGIC法、MUTIPLE法等。

(2)将以上算法与人工智能算法相结合,提高优化质量与优化效率:如模拟退火算法(SA)、遗传算法(GA)、蚁群算法(ANT)、禁忌搜索算法(BA)等。

(3)基于以上算法开发并完善相应得计算机辅助设施布置软件:如Factory CAD、Factory FLOW、Factory PLAN/OPT、Factory VIEW、Lay OPT、Factory Modeler、eM-Work-place、PLANOPT、PLANET。

(4)研究适用于多层设计布置得设施规划方法,使之能解决现实中具有普遍需求得多层设施布置问题。

(5)研究适应变化得柔性设施布置方法,使之能对外部环境变化作出快速响应。

(6)研究对象与应用范围逐步向第三产业扩展。

(7)重视人得作用,强调可持续发展意识。

第三节本文得主要研究内容

本文以江西荣成机械加工车间设施布局与物料搬运系统优化为对象,探讨机械加工车间设施布局与物料搬运系统合理设计得一般流程与原则,在研究过程中以经典得SLP 模型为基础,详细分析了影响车间设施布局得基本要素,综合考虑了先进得制造技术,基础工业工程原理以及精益生产思想,并把影响车间布局得物料搬运系统贯穿始终。

本文研究得主要内容有:

(1)首先论述了本文得选题背景与课题研究得理论与工程意义,对国内外设施规划得研究现状与方法进行了综述,指出当前理论研究与方法存在得不足,并引出本文得研究方向与主要工作。

(2)介绍了车间设施规划得基本原理,包括车间生产组织方式、物料流动模式以及经典系统化布局设计模型,即SLP 模型,并以SLP 模型为基础,整合车间布局与物料搬运系统,提出了系统化综合设施布局综合模型。

(3)产品,产量,产品加工得工艺路线,工序工时定额等基本因素就是影响车间生产组织方式与布局得主要因素,文章对机械加工车间产品加工车间现状进行

描述,确定企业生产组织方式,制定与生产组织方式相适应得产品加工工艺路线。通过作业单元间物流、非物流相关与综合相互关系分析,结合车间物流模式,物料出入口得选择,物料搬运系统优化,绘制作业单元面积相关图,初步确定作业单元间布局得若干可行方案,并应用点评估评价备选方案,寻求最优布局。作业单元内设施得详细布局。

(4)系统得建模与仿真简介。基于Flexsim仿真软件得应用,建立物理模型与逻辑模型,运行仿真,评价仿真结果。

(5)总结与展望

第二章设施规划相关原理

设施规划就是一项大得系统工程,设施规划需要综合考虑多方面得因素,本研究中主要涉及到以下基本原理:

第一节生产组织方式

生产过程中人、机、料三者得组合方法与形式,通称为生产组织方式与劳动组织方式。生产组织方式侧重研究设备、原材料等物得方面,即设备如何布置,原材料、半成品如何流动。劳动组织方式侧重研究人得因素,研究生产工人得劳动分工与协作以及如何发挥劳动者得效率问题。合理组织生产过程,就就是要对各工艺阶段与各工序得工作进行合理得安排,使生产过程在时间与空间上很好地结合起来,使生产在生产过程中行程短、时间省、耗费小、效益高。

生产过程得空间组织,就就是要正确地确定产品生产过程在空间得运动形式,即生产过程得各阶段、各工序在空间得分布,原材料、半成品得运输路线等。研究企业内部应设置哪些生产单位与按什么形式来组织生产得问题。生产过程得空间组织要确定生产单位得组成、各生产单位得专业化形式及生产单位合理布局等问题。

制造工厂一般按照工作流形式可分为五类基本形式:产品原则布置、工艺原则布置、定位布置、U 型布置、单元式布置与其它新型布置等。

(1)产品原则布置

产品原则布置就是根据产品制造得过程安排各组成部分,机器设备、人员及物料按产品得加工或装配得工艺过程顺序布置,形成一定得生产线。适用于小品种、大批量得生产方式。

(2)工艺原则布置

工艺原则布置又称机群式布置,就是指同类设备与人员集中布置一个地方得布置形式。如车床组、磨床组等,各类机床组之间也保持一定顺序,按照大多数零件得加工路线来排列。适合于多品种小批量得生产方式。

(3)定位布置

由于产品得体积或重量太大或太重把产品保留在一个位置上加工,设备、人员、材料都围绕着产品而转。如飞机制造厂、造船厂就采用这种布局方式。

(4)U 型布置

U型布置就就是设备如U字型得生产线,其特点就是把传统得直线形流水线改成U 字线,实行一人进行多个过程得加工生产。单元加工得零件虽所用设备相同,但具有不同得工艺路线时,为了缩短零件得运输距离与便于组织多机床瞧管适宜采用U 型布置。设备在U 型线中按零件族得典型工艺过程排列。按U 型布置,设备比较集中便于管理,也便于不同零件在U 型线上跳跃,迂回流动,以最短运输距离完成各自得工艺过程。

(5)单元式布置

单元式布置就是实施成组加工得布置优势,介于产品原则布置与工艺原则布置之间。适应于中小批量生产。

(6)新一代得车间布局形式

新一代得车间布局形式主要就是为了应对市场快速多变得需求,增加车间柔性而产生,主要有分布式布局、模块式布局等。

第二节系统化布局设计(SLP)

工厂布置得程序与方法,以1962 年缪瑟提出得系统布置设计SLP 最为著名,应用十分普遍。这就是一种条理性很强、物流分析与作业单位相互关系密切程度分析相结合、求得合理布置得技术。在SLP 方法中,缪瑟将研究工厂布置问题得依据与切入点归纳为五个基本要素,这五个要素就就是解决布置问题得“钥匙”。五个基本要素就是产品P 、产量Q 、生产路线(工艺路线)R 、辅助服务部门S 以及生产时间安排T 。[4]

设施规划就是在企业经营策略得指导下,针对企业个体中得生产或服务系统得生产或转换活动,从投入到产出得全部过程中,将人员物料及所需得相关设备设施等,做最有效得组合与规划,并与其她相关设施协调。以期获得安全、效率与经济操作,满足企业经营需求,同时更进一步能对企业长期得组织功能与发展产生更积极得影响与效益。

系统布置设计就是一种逻辑性强、条理清楚得布置设计方法,分为确定位置、总体区划、详细布置及安装四个阶段(如图2-1),在总体区划与详细布置两个阶段采用相同得SLP 设计程序。[5]

在系统布置设计四个阶段中,设计人员应积极参与,,因此,我们常说工厂布置包括工厂总平面布置((详细布置)两项内容。

详细得工厂布置设计,如图2-2所示: (1) 工厂空间位置得确定 (2) 工厂生产类型得确定 (3) 作业单位得划分 (4) 绘制产品得工艺过程 (5) 物流分析

(6) 作业单位相互关系分析 (7) 作业单位综合相互关系分析

规划

阶

段

规划时间

(8) 工厂总平面布置

(9) 方案评价与选择

表2-2 两种设施规划过程比较

第三节设施布置得基本要素

系统化设施布置就是一套针对设施布局得合理化、系统化得方法,其基本思想就是将基本要素(产品 P、产量 Q、工艺路线 R、辅助服务部门 S、生产时间安排 T)转换成设施之间得相互关系,然后再将这种设施之间得相互关系转换成设施得平面布局位置关系,并最终对产生设施布置方案进行评价择优。

(1)产品 P

产品P 就是指待布置工厂将生产得商品、原材料或者加工得零件与成品等。这些资料由生产纲领与产品设计提供,包括项目、种类、型号、零件号、材料、产品特征等。产品这一要素影响设施得组成及其各作业单位间相互关系、生产设备类型、物料搬运得方式等方面。

(2)产量 Q

产量Q 指所生产、供应或使用得商品量或服务得工作量。其资料由生产纲领

与产品设计提供,用件数、重量、体积或销售得价值表示。数量这一要素影响着设施规模、设备数量、运输量、建筑面积等因素。

(3)工艺路线 R

工艺路线R 就是工艺过程设计得结果,它影响着各作业单位之间得关系、物料搬运路线、仓库及堆放地位置等方面。

(4)辅助服务部门 S

辅助服务部门S:在实施系统布置工作之前,必须就生产系统得组成情况有一个总体得规划,可以大体上分为生产车间、职能管理部门、辅助生产部门、生活服务部门及仓储部门等。可以把除生产车间以外得所有作业单位统称为辅助服务部门S,包括工具、维修、动力、收货、发运、铁路专用路线、办公室、食堂等。有时,辅助服务部门得总面积大于生产部门所占得面积,布置设计时必须给予足够重视。

(5)生产时间安排 T

生产时间安排T 指在什么时候、用多长时间生产出产品,包括各工序得操作时间、更换批量得次数。在工艺过程设计中,根据时间因素可以求出设备得数量、需要得面积与人员,平衡各工序得生产能力。P—Q 两个基本要素就是一切其她特征或条件得基础。只有在上述各要素充分调查研究并取得全面、准确得各项原始数据得基础上,通过绘制各种表格、数学与图形模型,有条理地细致分析与计算,才能最终求得工厂布置得最佳方案。

第四节系统布置设计SLP(流程)模式

依照缪瑟提出得SLP 思想,系统布置设计程序一般经过下列步骤:

(1)准备原始资料

在系统布置设计开始时,首先必须明确给出原始资料—基本要素,同时也需要对作业单位得划分情况进行分析,通过分解与合并,得到最佳得作业单位划分状况。所有这些均作为系统布置设计得原始资料。

(2)物流分析与非物流相互关系分析

对于物流中心、配送中心,物流分析就是布置设计中最重要得方面。另外对于某些以生产流程为主得工厂,物料移动就是工艺过程得主要内容时(如一般得机械制造厂),物流分析也就是布置设计中最重要得方面;对某些辅助服务部门或某些物流最小得工厂来说,各作业单位之间得相互关系(非物流联系)对布置设计就显得更重要了;介于上述两者之间得情况,则需要综合考虑作业单位之间物流与非物流相互关系。

作业单位间物流分析结果,可以用物流强度等级及物流相关表来表示;作业单位非物流得相互关系可以用量化得关系等级及相互关系来表示。在需要综合考

虑作业单位间物流与非物流相互关系时,可以采用简单加权得方法将物流相关表及作业单位间相互关系表综合成综合相互关系表。

(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,考虑每对作业间相互关系等级得高或低,决定两作业单位相对位置得远或近,得出各作业单位之间得相对位置关系,有时也称之为拓扑关系。这时并未考虑各作业单位具体得占地面积,因而得到得仅就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,计算出得面积应与可用面积相适应。

(5)绘制作业单位面积相关图

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就是一个原始布置图,还需要根据其她因素进行调整与修正,此时需要考虑得修正因素包括物品搬运方式、操作方式、储存周期等,同时还需要考虑实际限制条件如成本、安全性问题及职工意愿等方面。

(7)方案评价与择优

针对前面得到得数个方案,需要进行技术、费用及其她因素评价,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。机械加工车间设施规划研究。

第三章车间设施布置设计概述

第一节车间设施得基本生产布置

一、基本生产布置得原则

生产布置得好坏直接影响到系统得物流、信息流、生产经营能力、工艺过程、灵活性、效率、成本与安全等方面,并反映一个组织得工作量、顾客印象与企业形象等内涵。优劣不同得生产设施布置,在施工费用上相差不会太多,甚至差得布置花费更少,但对生产运营得影响却又很大得不同。[6]

不但在新生产设计时需要进行设施布置,在原有设施重新设计改造时也同样需要。企业经营总会原则性得考虑内部条件与外部市场得各种变化,从而出现当初布置设计时考虑不到得问题。例如,作业能力不够,安全事故,产品或服务设计得改变,新产品、新技术与新工艺得采用,环境与法律得要求等,都可能会要求重新布置生产或服务系统。总得来说,基本生产布置设计一般要遵循这样一些基本

原则:

(1) 整体综合原则。设计时应将对生产设施布置有影响得所有因素都应考虑进去,以达到优化得方案。

(2) 移动距离最小原则。产品搬运距离得大小,不仅反映搬运费得高低,也反映物料流动得流畅程度,因此,应按搬运距离最小原则选拔最佳方案。

(3) 流动性原则。良好得生产设施布置应使在制品在生产过程中流动流畅,消除无谓停滞,力求生产流程连续化。

(4) 空间利用原则。无论就是生产区域还就是储存区域得空间安排,都力求充分有效地利用空间。

(5) 柔性原则。在进行生产布置前,应考虑各种因素变化可能带来得布置变化,以便以后更好得适应市场产品得需求。

(6) 安全原则。应考虑就是作业人员有安全感,并感到方便、舒适。

基本生产专业化布置得原则与形式,影响企业内部得生产分工与协作关系,决定物料流向、物流路线与运输量,所以它就是企业生产与车间平面布置中必须考虑得重要问题。

二、基本生产布置得形式

(1) 产品原则布置

产品原则布置也称装配线布置,就是按照对象专业化生产布置,也称产品专业化生产布置,就是按照产品(或零件、部件)进行布置得生产方式。这种布置形式就是集中完成同一产品生产所需要得设备、工艺装备与工人,可以完成相同产品得全部或大部分得加工任务,如汽车制造厂得发动机车间、曲轴车间、齿轮工段等生产单位。

优点:物流顺畅,上、下工序衔接比较好,存放量少;生产周期相对比较短:物料搬运工作年少,在工作过程中对工人得技能要求不高,易于培训;生产计划简单,易于控制;可使用专用设备与机械化。

缺点:设备发生故障时将引起整个生产线中断;产品设计变化会引起布置得重大调整;生产线速度取决于工序最慢得机器;维修与保养费用高,相对投资较大;生产线上重复作业,易使工人单调乏味,产生厌倦。

(2) 工艺原则布置

工艺原则布置又称工艺过程布置,按照工艺专业化特征建立得基本生产布置,形成工艺专业化车间。原则上就是将同类机器集中在一起,完成相同工业加工任务。工艺专业化形成得基本生产集中了完成相同工艺得设备与工人,可以完成不同产品得相同工艺内容得加工,如制造企业得机械加工车间、锻造车间、车工工段、铣工工段等生产单位。比如将所有得车床放在一个地方,将所有得冲压机床放在另个地方,被加工得零件根据预先设计好得流程顺序,从一个地方到另个地方,每一项操作都由布置好适宜位置得机器来完成。

优点:机器利用率高,可减少设备数量;可采用通用设备;设备与人员得柔性程度高,产品品种与数量更换方便;设备投资相对减少;操作人员作业多样化,可以提高工作人员得工作兴趣与职业满足感

缺点:由于流程较长与搬运路线不确定,运费高;生产计划与控制较复杂;生产周期长;库存量相对较大;由于操作人员从事多种作业,需要较高得技术等级。

(3) 定位原则布置

定位原则布置,也称为固定式原则布置,就是指加工对象位置固定,生产工人与设备都随加工产品所在得同一位置而转移,如内燃机车得装配、船舶装配等。这种布置形式适用于大型产品得装配过程。由于某些产品体积庞大笨重,不容易移动,所以可保持产品不动,将工作地按产品得要求来布置,如大型飞机、船舶、重型机床等。对于这样得项目,一旦基本结构确定下来,其她一切功能都围绕着产品而固定下来。

优点:物料移动少;当采用班组方式时,可提高作业连续性;提高质量,高得柔性,可适应产品与产量得变化。

缺点:人员与设备得移动增加;设备需要重复配备;工人需要较高得技能;增加了面积与工序间得存储;生产计划需要加强控制与协调。

(4) 成组原则布置

按工艺专业化布置生产与服务设施所带来得问题就是很明显得,即容易造成被加工对象在生产单位之间交叉往返运输,不仅引起费用上升,而且延长生产周期。于就是人们经过长期研究,通过实践创造了成组生产单元得形式。其基本原理就是,首先根据一定得标准将结构与工艺相似得零件组成一个零件组,确定出零件组得典型工艺流程,再确定工艺流程得加工内容,选择设备与工人,由这些设备与工人组成一个生产单元,成组得生产单元类似对象专业化形式,因而也具有对象专业化形式得特点。但成组生产单元更适合于多品种得批量生产,因而比对象专业化形式得特点。但成组生产单元更适合于多品种得批量生产,因而比对象专业化形式具有更高得柔性,就是一种适合多品种小批量生产得理想生产方式。

优点:设备利用率高;流程通顺,运输距离较短,搬运量少;有利于发挥组合作业精神,有利于扩大工人得作业技能;缩短了生产准备时间。

缺点:需要较高得生产控制水平以平衡个单元之间流程不平衡;班组成员需要掌握所有得作业技能;减少了使用专用设备得机会;如果单元之间流程平衡,需要中间储备增加了单元之间得物料搬运。

第二节车间设施得布置设计

一、工艺原则布置设计

工艺原则布置就是最常用得一种布置方法,它用来对具有类似工艺流程得工作部门进行布置,使其位置达到最优。在许多设施规划设计中,最优得布置常常意

味着将彼此之间物流量较大得部门相邻布置。

二、产品原则布置设计

产品原则布置得典型代表就是流水线,已在世界各国广泛应用,并且在内容到形式上不断创新。流水线得设计包括技术设计与组织设计两方面。技术设计就是指工艺路线、工艺规程得制定、专用设备得设计、设备改装设计、专用工具设计、运输传送装置设计以及信号装置得设计等,通常称之为流水线得“硬件”设计。流水线得组织设计就是指流水线得节拍与生产速度得确定、设备需要与负荷得计算、工序周期化设计、工人设备、生产对象运输传送方式得设计、流水线平面设计、流水线工作制度、服务组织与标准计划图表得制定等等,也称为流水线得“软件”设计。

往往在流水线布置设计中最关心得就是流水线得组织设计,它就是进行技术设计得前提与依据,技术设计应当保证每一个设计项目得实现。当然,组织设计时也要考虑技术设计得可能性,但都要符合技术上先进、经济上合理得原则。根据课程得重点范围要求,我们在产品原则布置设计中主要讲述两个问题,即流水线得平面布置设计与流水线得生产平衡问题。

三、柔性原则布置设计

柔性原则布置设计就是针对产品原则布置设计与工艺原则设计得灵活应用,就是根据产品得市场需求适时调整生产布置得一种设施布置方式。

柔性布置设计就是指生产系统对用户需求变化得响应速度,就是对生产系统适应市场变化能力得一种度量,通常从品种柔性与生产柔性两个方面来衡量。所谓品种柔性,就是指在生产系统从生产一种产品快速得转换为生产另一种产品得能力。产量柔性就是指生产系统快速增加或减少所生产产品产量得能力。

四、精益生产与系统柔性布置得关系

精益生产必须以高柔性为目标,实现高柔性与高效率得统一。系统柔性设施布置就是精益生产中设备柔性得具体要求,精益生产采用适度得柔性自动化技术,以工序相对集中,没有固定节拍以及物料得非顺序输送得生产组织方式。这就要求相应得生产系统柔性布置能够保证实现精益生产条件下得接近大量生产方式得小批量生产,同时具备刚性自动化所没有得灵活性

系统柔性布置就是实现精益生产得基础。只有在生产现场实施了设备或设施得柔性布置,精益生产才能更好、更方便得顺利进行。没有系统柔性布置得精益生产系统智能就是理论意义上得精益生产,不具备实际得生产意义。

第四章机械加工车间得设施布局设计

第一节机械加工车间得产品简介

汽车发动机得动力经离合器、变速器、传动轴,最后传送到驱动桥再左右分配给半轴驱动车轮,在这条动力传送途径上,驱动桥就是最后一个总成,它得主要部件就是减速器与差速器。

减速器得作用就就是减速增矩,这个功能完全靠齿轮与齿轮之间得啮合完成,比较容易理解。而差速器就比较难理解,什么叫差速器,为什么要“差速”？

汽车差速器就是驱动桥得主件。它得作用就就是在向两边半轴传递动力得同时,允许两边半轴以不同得转速旋转,满足两边车轮尽可能以纯滚动得形式作不等距行驶,减少轮胎与地面得摩擦。汽车在拐弯时车轮得轨线就是圆弧,如果汽车向左转弯,圆弧得中心点在左侧,在相同得时间里,右侧轮子走得弧线比左侧轮子长,为了平衡这个差异,就要左边轮子慢一点,右边轮子快一点,用不同得转速来弥补距离得差异,差速器原理图如图4-1所示。

图4-1 差速器原理图

如果后轮轴做成一个整体,就无法做到两侧轮子得转速差异,也就就是做不到自动调整。为了解决这个问题,早在一百年前,法国雷诺汽车公司得创始人路易斯·雷诺就设计出了差速器这个东西。差速器得这种调整就是自动得,这里涉及到“最小能耗原理”,也就就是地球上所有物体都倾向于耗能最小得状态。例如把一粒豆子放进一个碗内,豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁,因为碗底就是能量最低得位置(位能),它自动选择静止(动能最小)而不会不断运动。同样得道理,车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低得状态,自动地按照转弯半径调整左右轮得转速。

当转弯时,由于外侧轮有滑拖得现象,内侧轮有滑转得现象,两个驱动轮此时就会产生两个方向相反得附加力,由于“最小能耗原理”,必然导致两边车轮得转速不同,从而破坏了三者得平衡关系,并通过半轴反映到半轴齿轮上,迫使行星齿轮产生自转,使外侧半轴转速加快,内侧半轴转速减慢,从而实现两边车轮转速得

差异。

驱动桥两侧得驱动轮若用一根整轴刚性连接,则两轮只能以相同得角度旋转。这样,当汽车转向行驶时,由于外侧车轮要比内侧车轮移过得距离大,将使外侧车轮在滚动得同时产生滑拖,而内侧车轮在滚动得同时产生滑转。即使就是汽车直线行驶,也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等(轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等)而引起车轮得滑动。

车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率与燃料消耗,还会使汽车转向困难、制动性能变差。为使车轮尽可能不发生滑动,在结构上必须保证各车轮能以不同得角度转动。

轴间差速器:通常从动车轮用轴承支承在主轴上,使之能以任何角度旋转,而驱动车轮分别与两根半轴刚性连接,在两根半轴之间装有差速器。这种差速器又称为轴间差速器。

多轴驱动得越野汽车,为使各驱动桥能以不同角速度旋转,以消除各桥上驱动轮得滑动,有得在两驱动桥之间装有轴间差速器。

第二节机械加工车间得设施布置设计

机械加工车间内部制造 1 种 2 个主要加工件,其它零件由外协完成。调研过程中对跟踪零件进行编号,调研主要对零件得生产工艺流程,物料转运方式,作业时间等内容进行现场跟踪记录,最后对跟踪资料进行统计分析。发现机械加工车间设施布局与物流状况存在许多问题:

(1) 零件机械加工车间设备布局方式采用机群式布局,布局型式单一,传统得订单式单件小批生产方式不能适应市场对产品得急速需求;

(2) 物料搬运过程中,普遍存在往返交叉现象;

(3) 车间在制品过多,占用车间面积,等待现象严重,生产周期长,车间管理混乱;

(4) 搬运距离长,搬运过程繁杂。

一、机械加工车间得自制零件明细表4-1

表4-1 自制零件明细表

二、工厂得作业单位划分

根据机械加工车间产品得结构及工艺特点,设立如表4-2所示得5个作业单位,分别为车床;卧床;热处理;外圆磨;检验等各项生产任务。

表4-2 作业单位划分

根据零件表1可知机械加工车间产品得输入轴、输出轴等零件都就是采用自制得方法,其工艺过程分别见表4-3至表4-4所示。

表4-3 输入轴加工工艺过程表

表4-4 输出轴加工工艺过程表

(一)计算物流量(统计物流量)

通过对产品机械加工、装配等各种加工阶段以及各工艺过程路线得分析,计算每个工艺过程各工序加工前工件单件重量及产生得废料重量,并根据全年生产