IE工业工程IE设计实践.docx
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IE工业工程IE设计实践
浙江工业大学
设计实践报告
课程名称IE设计实践
专业：
班级：
学生姓名：
指导教师：
2009-2010学年短学期
设施规划与物流分析设计
1.课程说明
2.1设计题目
液压转向器厂总平面布置设计。
2.2设计内容与要求
《液压转向器厂总平面布置设计》内容与要求如下：
1.液压转向器厂物流分析。
2.液压转向器厂作业单位相互关系分析。
3.作业单位位置相关图，相当于A1图样的坐标纸一张。
4.作业单位面积相关图，相当于A1图样的坐标纸一张。
5.液压转向器厂总平面布置图三套，A1图样三张。
6.评价择优，选出最佳总平面布置图。
2.3原始给定条件
当地现有一叉车修理厂，占地面积为1600m×m。
厂区南北长200m。
东西宽为80m，所处地理位置如图，该厂职工人数300人，计划改建成年产6000套液压转向器的生产厂，需要完成工厂总平面布置设计。
图1-1待建液压转向器厂厂区图
1.液压转向器结构及有关参数
液压转向器的基本结构有22个零、组件构成，每个零、组件的名称、材料、单件重量及年需求量如图1-2
表1-2零件明细表
2.作业单位划分
根据液压转向器结构及工艺特点，液压转向器厂设立如1-3所示11个作业单位，分别承担原材料存储、备料、热处理、加工与装配、产品性能检验、生产管理与服务等各项生产任务。
表1-3作业单位建筑物汇总表
3.液压转向器生产工艺过程
由于液压转向器结构比较简单，因此其生产工艺过程也很简单，总的工艺过程可分为零、组件制作与外购，半成品暂存，组装，性能试验与成品存储等阶段。
（1）零、组件制作与外购液压转向器上的标准件、异形件如塑料护盖、铝制标牌等都是采用外购、外协的方法获得，入厂后有半成品库保存。
其他零件由本厂自制，其工艺过程如1-4至1-16表。
表中各工序加工前工件重量为：
该工序加工后工件重量/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、组件经车间检验合格后，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、组件在组装车间集中组装成液压转向器成品。
（4）性能检验所有组装出的液压转向器均需进行性能试验，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80%，二次组装合格率为100%。
（5）成品存储所有合格液压转向器存放在成品库带出厂。
表1-4连接块组件
表1-5前盖
表1-6挡环
表1-7滑环
表1-8联动器
表1-9阀体
表1-10阀芯
表1-11阀套
表1-12隔盘
表1-13限位柱
表1-14定子
表1-15轴子
表1-16后盖
2.基本关系分析
2.1产品P-产量Q分析
企业生产的产品品种的多少及每种产品产量的高低，决定了工厂的生产类型，进而影响着工厂设备的布置形式。
机械制造业设备布置的基本形式按产品在制造过程中的位置是否变化分为产品移动式和产品固定式两大类。
产品移动式布置又可分为产品原则布置、工艺原则布置及成组布置形式。
每一种设备布置形式各有特点，分别适合不同的生产类型。
（1）产品原则布置
产品原则布置也称为流水线布置或对象原则布置。
当产品品种很少而生产数量又很大时，应按产品的加工工艺过程顺序配置设备，形成流水线，这是大量生产中典型的设备布置形式。
由于产品原则布置是按产品的加工、装配工艺过程顺序配置各道工序所需设备、人员及物料，因此能最大限度的满足固定品种产品的生产过程对空间和时间的客观要求，生产效率非常高，单件产品生产成本低，但生产适应性即柔性差，适合于少品种大量生产。
（2）工艺原则布置
工艺原则布置也称为机群式布置。
这种布置形式的特点就是把同种类型的设备和人员集中布置在一个地方，如车床工段、铣床工段、刨床工段及磨床工段，就是分别把车床、铣床、刨床和磨床集中布置在一个地方。
这中布置方式便于调整设备和人员，容易适应产品的变化，生产系统的柔性大大增加。
但是，当工件需要多种设备进行加工时，就不得不往返于各工序之间，增加了产品搬运次数与搬运距离，常常带来物料交叉搬运和逆向流动的问题，这种布置形式通常适用于单件生产。
（3）成组原则布置
成组原则布置又称为混合原则布置。
在生产品种较多、每种产品的产量又是中等程度的情况下，将工件按其外形与加工工艺的相似性进行编码分组，同组零件用相近的工艺过程进行加工。
同时，将设备成组布置，即把使用频率高的机器群按工艺过程顺序组合布置成成组制造单元，整个生产系统由数个成组制造单元构成。
这种布置方式既有流水线的生产效率，又有机群式布置的柔性，可以提高设备开动率、减少物流量及加工时间。
成组原则布置适用于多品种、中小批量的生产类型。
现代成组原则布置包括柔性制造单元和柔性制造系统两种形式。
（4）固定工位式布置
产品固定工位式布置适用于大型设备如飞机、轮船的制造过程。
产品固定在一个固定位置上，所需设备、人员、物料均围绕产品布置，这种布置方式在一般场合很少使用。
综上所述，产品品种的多少，产量的高低直接决定了设备布置的形式，图2-1直观的反映了产品-产量与设备布置形式的关系。
因此，只有对产品-产量进行深入的分析，才能恰当的设备布置方式。
图2-1
根据对液压转向器厂的基本要素的分析，该厂生产的零件品种比较多，而且产量也不少，介于这两种情况，得出该厂应采用产品工艺原则布置方式。
3.物流分析
3.1概述
据资料统计分析，产品制造费用的20%-50%是用作物料搬运，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直接影响着整个生产系统的运转，而且通过对物料搬运成本的影响，成为决定产品生产成本高低的关键因素之一。
也就是说，在满足生产工艺流程的前提下，减少物料搬运工作量是工厂布置设计最为重要的目标之一。
因此，在实现工厂布置之前必须就生产系统各作业单位之间的物流状态作出深入的分析。
3.2物流分析内容与方法
物流分析包括确定物料在生产过程中每个必要的工序之间移动的最有效顺序及其移动的强度的数量，一个有效的工艺流程是指物料在工艺过程中按顺序一直不断的向前一定直到完成，中间没有过多的迂回或倒流。
当物流移动是工艺过程的主要部分时，物流分析就是工厂布置设计的核心问题。
针对不同的生产类型，应采用不同的物流分析方法。
（1）工艺过程图在大批量生产中，产品品种很少，用标准符号绘制的工艺过程图直观的反映出工厂生产的详细情况，此时，进行物流分析只需在工艺过程图上注明各道工序之间的物流量，就可以清楚的表现出工厂生产过程中物料搬运情况。
另外，对于某些规模比较小的工厂，不论产量如何，只要产品比较单一，都可以用工艺过程图进行物流分析。
（2）多种产品工艺过程表在多品种且批量较大的情况下，如产品品种为十种左右，将各产品的生产工艺流程汇总在一张表上，就形成了多种产品工艺过程表，在这张表上各产品工艺路线并列绘出，可以反映出各个产品的物流途径。
（3）成组方法当产品品种达到数十种时，若生产类型为中小批量生产，进行物流分析时就有必要采用成组方法，按产品结构与工艺过程的相似性进行归类分组，然后对每一类产品采用工艺过程图进行物流分析;或者采用多种产品工艺过程表表示各组产品的生产工艺过程，再做进一步的物流分析。
（4）从至表当产品品种很多、产量很小，且零件、物料数量又很大的时候，可以用一张方阵图表示各作业单位之间的物流移动方向和物流量。
表中，方阵的行表示物流移动的源，称为从；列表示物料移动的目的地，称为至；行列交叉点标明由源到目的地的物流量，这就是从至表，从中可看出各作业单位之间的物流状况。
如上所述，不同的分析方法应用于不同的生产类型，其目的是为了工作方便，在物流分析时，应根据具体情况选择恰当的分析情况。
3.3物流强度
根据前面的定义，物流分析包括确定物料移动的顺序和移动量两个方面。
如果通过工艺流程分析能够正确的确定各工序或作业单位之间的相互关系（前后顺序）。
那么各条路线上的物料移动量就是反映工序或作业单位之间相互密切程度的基本衡量标准。
我们把一定时间周期内的物流移动量成为物流强度。
对于相似的物料，可以用重量、体积、托盘或货箱作为计量单位。
当比较不同性质的物料搬运状况时，各种物料的物流强度大小应酌情考虑物料搬运的困难程度。
3.4工艺过程图
任何物料在加工过程中进行移动时，有五种基本形式。
（1）操作处于成形、处理、装配、拆卸等操作过程中。
（2）运输处于移动或运输中。
（3）检验处于计数、试验、校验或检验中。
（4）停滞等待其他操作完成。
（5）存储处于存储中。
图3-1物料形态表示符号
下面根据液压转向器厂各零、组件的工艺过程表绘制各零、组件的工艺过程图。
图3-2各零、组件工艺流程图
为了表示所有产品的生产过程，就需要为每一种产品绘制一份工艺过程图，但是当产品较多时，各自独立的工艺过程难以用来研究各种产品生产过程之间的相关部分，这时就需要把工艺过程图汇总成多种工艺过程图。
图3-3总的工艺流程图
3.5从至表
根据各零、组件的工艺流程图绘制相关的从至表如下。
表3-4从至表
3.6物流强度分析
从至表绘制完成之后，在进行物流强度的相关分析。
表3-5物流强度分析表
表3-6原始物流相关表
表3-7作业单位物流相关表
3.7非物流分析
下面进行非物流方面的分析。
作业单位相互关系密切程度的典型影响因素一般可以考虑一下方面：
（1）物流
（2）工艺流程
（3）作业性质相似
（4）使用相同的设备
（5）使用同一场所
（6）使用相同的文件档案
（7）使用相同的公用设施
（8）使用同一组人员
（9）工作联系频繁程度
（10）监督和管理方便
（11）噪声、振动、烟尘、易燃易爆危险品的影响
（12）服务的频率和紧急程度
下面设定相关的基准相互关系表
表3-8基准相互关系
从而制定非物流相互关系表.
表3-9作业单位非物流相互关系表
3.8综合分析
根据液压转向器厂物流和非物流关系的重要程度，将加权值定为1：
1，取A=4，E=3，I=2，O=1，U=0，X=-1，通过综合相互关系密切程度数值计算公式，计算出各作业单位对的综合作业关系分值和等级。
如下表。
表3-10作业单位综合相互关系计算表
表3-11作业单位综合相互关系表
表3-12液压转向器厂综合接近程度排序表
3.9工厂布置设计
通过综合接近排序表，制定作业单位位置相关表和面积相关图
图3-13作业单位位置相关表
图3-14作业单位面积相关图
由此绘制出三种设计方案
方案一
方案二
方案三
进行评估：
由方案一、二的物流路线交叉比较多，而且有些物流线路搬运量比较多，且距离也比较长，综合考虑选择方案作为最终的工厂布置图，
下面绘制其物流图。
图3-15工厂布置物流图
生产计划与控制设计
1.点钞机国内市场需求情况分析
1.1点钞机国内市场需求情况分析
近年来由于市场竞争日趋激烈，一些点钞机企业采取了以降低产品质量为代价的低价营销竞争手段，导致点钞机市场的无序恶性竞争局面愈演愈烈，低质低价点钞机充斥市场，严重影响了行业的正常经营秩序。
市场研究报告中看出，与四大银行中标点钞机相比，这类低价点钞机的电子元件、各种传感器、大电机、变压器以及机械五金件等主要原材料的性能、质量和价格均存在相当大的差别，价格相差最大可达五倍。
因此，这类点钞机很自然地在防伪效果、稳定性、温升、机器寿命等性能指标上大打折扣。
由于普通消费者对这类点钞机存在的问题认识不足，全凭价格因素选择了它，使它占据了目前国内市场很大的一部分份额，同时也给一些大的品牌点钞机厂家及其高质高价点钞机造成极大的冲击，迫使这些厂家不得不效仿推出低价点钞机参与竞争。
由于价格越来越低，利润越来越小，造成大多数的点钞机厂家不愿意投资开发新的技术，也造成目前点钞机技术落后于假币升级的速度，这对整个点钞机行业的发展极为不利。
市场研究表明：
在短期内，国内点钞机市场群雄并起的局面仍然存在，但真正有实力的厂家，必将会通过自身的技术创新，研发生产出鉴伪能力更强、性能更稳定、寿命更长、款式更新、价格适宜的高端点钞机产品。
同时，外币点钞机市场也仍将是未来市场的一个发展方向。
上述产品由于技术含量高，利润空间相对比较大，可以避免与低质低价点钞机形成正面撞击。
随着消费者的成熟必将引起其消费观念的变化，物有所值的名牌高品质产品也必将赢得消费者的青睐。
1.2企业生产目标和功能的确定
据称，国家将在钞票中加入某种先进的防伪标志，已由国家科技部门研制出相应的防伪验钞技术。
该项防伪技术属于国际前沿技术，其他企业很难仿制。
为保证点验钞机的质量，国家确定两家企业为新型点验钞机的指定生产企业：
一家为广东的某公司，一家为天津的某公司。
这两家公司可以根据需要在全国任何地方建立点验钞机生产厂。
据预测，全国对点验钞机的市场年需求量为10万台，价格在1.4万元左右。
点验钞机的大小与目前银行使用的点验钞机相似，其特点是：
机电一体化、高新技术产品、加工制造及水平要求高、小巧玲珑。
1.3点钞机的基本生产过程
1.3.1点钞机的其他基本生产数据分析
1.3.2点钞机的主要零部件分析
1）产品零部件明细
表1产品零部件明细
序号
类别
构成（数量均按1算）
1
结构主板部分（红色、白色）
底脚
侧板
横板
前壳
后壳
上盖
压簧
8
上导钞板部件
上导钞板压轮轴承
上导钞板轮胶套
上导钞板压轮轴
上左导钞板
上右导钞板
13
下导钞板部件
下导钞板压轮轴承
下导钞板轮胶套
下导钞板压轮轴
下左导钞板
下右导钞板
18
导钞轴部件
送钞轮
送钞块
送钞轮轴
引钞轮主动轴
引钞轮从动轴
23
捻钞轮轴部件
捻钞轮
捻钞块
捻钞中轮
捻钞轮轴
捻钞轴套
28
出钞轮轴部件
出钞轮轴
出钞齿轮
镶轴出钞轮
出钞轴套
32
主电机部件
主电机
主电机底板
电磁铁支架
电机上罩板
电机屏蔽板
37
接钞部件
叶轮电机
叶轮轴
叶轮架
接钞轮套
接钞轮芯
42
压钞部件
压钞轴支架
压钞轮支架轴
主压钞轮轴
主压钞轮
46
光码板部件
光码盘
光码连接件
其它
2）产品部件装配工时
点验钞机共有9大部件，其中序号1-5部件为自己生产，序号6-9部件为直接采购。
每个部件的构成见产品明细表，各部件相关信息见下表2。
表2产品部件加工及采购信息
序号
部件名称
加工时间（分/件）
平均等待时间（分/件）
平均搬运时间（分/件）
批量
1
结构主板部分
2
0.1
0.02
直接批量
2
上导钞板部件
3.8
0.1
0.02
直接批量
3
下导钞板部件
4
0.15
0.02
直接批量
4
导钞轴部件
5
0.2
0.03
直接批量
5
捻钞轮轴部件
8.5
0.1
0.03
直接批量
序号
部件名称
采购周期（周）
采购批量（件）
6
光码板部件
2
1000
7
出钞轮轴部件
1
2000
8
主电机部件
3
500
9
接钞部件
1
5000
10
压钞部件
2
2000
3）总装工艺及工时
产品总配工时
表3产品总装工时
序号
名称
工时（分）
序号
名称
工时（分）
1
底脚安装
1
10
压钞轴部件安装
1.6
2
电机部件安装
2
11
压簧安装
1.2
3
接钞部件安装
0.8
12
上导钞板部件安装
0.2
4
侧板安装
0.1
13
捻钞轴部件安装
1.5
5
横板安装
0.8
14
后壳安装
0.5
6
出钞轴部件安装
1
15
前壳安装
0.8
7
光码板部件安装
1
16
上盖安装
0.7
8
下导钞板部件安装
0.1
17
整机检测
1.7
9
导钞轴部件安装
0.7
18
1.3.3点钞机生产工艺流程分析
2.企业生产线布置设计及生产线平衡技术
2.1生产线布置的基本方式
2.1.1国内外生产线布置的几种方式
现在，国内外对生产线布置有很多方式，例如单一直线型布置、混合直线型布置、U型生产线布置、单元制造，也有将几个U型工作单元的联合布置等等。
2.1.2直线形布置的特点及适用范围
把不同类型的设备按工序依次排列成直线型，在这种布置下，作业人员在设备与设备之间走动总距离远。
直线型生产布置容易管理，作业容易熟悉。
因此适合简单的工艺流程的生产，每个工序的节拍大致在一条线上，可以通过直线型布置一个个流下去，直至完成。
2.1.3U型布置的特点及适用范围
U型生产线布置是柔性生产和精益生产中经常采用的一种生产线布置方式。
U型生产线布置让生产线拐个弯，将生产线上的物品投入口和输出口放在一个地点。
相对于将物品投入口和输出口分开的直线型生产线布置，它有如下优点：
•为生产线的平衡提供更多的可能性；
•随生产线流动的产品托板、工夹具等流回到起点，减少了搬送作业；
•一人进行多项操作时，有利于减少人员走动；
•不用安排不同的人进行投入材料和收集成品的工作；
•物流路线更加顺畅。
有时将U型生产线的首尾连在一起，成为O型生产线，进一步减少产品托板和工夹具等的搬送。
U型生产线是有弹性生产线布置，一般能够按需求量变化增减作业人员，单要求员工多能工化；在U型险种，入口（第一道工序）与出口（最后一道工序）由同一个作业员来操作，便于控制生产线节奏，控制生产线的标准数量；便于相互协作，易于提高整条生产线的效率；步行距离最短，每个作业操作的多工序成圆形，每一道工序与最后一道工序相邻；U型线按照逆时针布置，以方便作业员在生产线内移动部件时使用右手做各项活动。
流水线生产的特点是专业程度化高、工艺过程封闭、工作地按工艺过程顺序排列、生产过程有节奏性。
U型生产线适用于复杂的工序中，为了平衡节拍，节省人员，做到更好的生产线平衡。
U型生产线便于具有柔性生产能力，有利于单件流，便于员工沟通，节约场地。
2.2生产线平衡技术
2.2.1生产线平衡的基本概念
生产线平衡即是对生产的全部工序进行平均化，调整作业负荷，以使各作业时间尽可能相近的技术手段与方法。
目的是消除作业间不平衡的效率损失以及生产过剩。
通过平衡生产线可以达到以下几个目的：
⑴提高作业人员及设备工装的工作效率。
⑵减少单件产品的工时消耗，降低成本（等同提高人均产量）。
⑶减少工序在制品，真正实现“一个流”。
⑷在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，对应市场变化实现柔性生产系统。
⑸通过平衡生产线可以综合应用程序分析、动作分析、布置分析，搬动分析、时间分析等工业工程方法，提高全员综合素质。
2.2.2生产线平衡的基本方法
生产线平衡方法很多，有工序同期化、位阶法，可以通过动作分析、程序分析、操作分析、正确处理好人、机、环境三大要素的关系。
平衡率改善的基本原则是通过调整工序的作业内容来使各工序作业时间接近或减少这一偏差。
实施时可遵循以下方法：
1、首先应考虑对瓶颈工序进行作业改善，作业改善的方法，可参照程序分析的改善方法及动作分析、工装自动化等IE方法与手段；
2、将瓶颈工序的作业内容分担给其它工序；
3、增加各作业员，只要平衡率提高了，人均产量就等于提高了，单位产品成本也随之下降；
4、合并相关工序，重新排布生产工序，相对来讲在作业内容较多的情况下容易拉平衡；
5、分解作业时间较短的工序，把该工序安排到其它工序当中去。
2.2.3本次设计中采用的方法
本次设计采用工序同期化方法来平衡生产线
3.直线型生产线平衡优化布置方案
由上述表格知，该点钞机装配线有17个基本操作，将其绘制成工艺流程图如图3-1。
每一个基本操作用一圆圈表示，圆圈内的数字即基本操作编号，圆圈上的数字即该操作所需的时间（单位：
分钟）。
设给定的周期时间为Ct＝2分。
图3-1点钞机装配工序流程图
该流水线所有基本操作的时间总和为
1+2+0.8+0.1+0.8+1+1+0.1+0.7+1.6+1.2+0.2+1.5+0.5+0.8+0.7+1.7=15.7，给定的周期时间CT＝2分，故最少需要工位为15.7／2=7.85，Nmin＝[T/C]十1=[7.85]十1＝7十1=8.
以节拍为2分钟，对17个工序进行工作地划分，对所有组合进行列举，可得17个工序最少需要9个工作地，其图形如下图3-2所示。
图3-2点钞机工作地划分
根据工作地的划分，分成9个工作地，对其进行直线型布置，每个工作地有一个操作人员，图3-3即为直线型布置图。
图3-3直线流水线平面布置图
根据上述的了工序流程图和平面布置图，绘制出反映工位平衡性的直方图，
由上述直线型流水线布置和直方图可以看出，生产节拍定为2分，但是大多数工作地没有达到生产节拍，而且参差不齐，生产线负荷率为15.7/2×9=87.2%，单件产品消耗工时为2min/PCS。
4.U型生产线平衡优化布置方案
4.1初步工序同期化设计方案及平衡性分析
由于要布置成U型线，所以U型线的入口处和出口处应由一个员工完成，因此，第一个工序和第十七工序画为第一个工作地，需要的时间为2.7分钟，然后根据工序顺序的同期化平衡方式，决定将生产节拍定为2.9分，得到下图4-1所示。
图4-1一次U型生产线工作地划分
同时绘制其工作地平衡的直方图，如图4-2
图4-2一次U型布置工作地平衡性
由上述第一次U型布置图和第一U型工作地平衡性可以看出，生产节拍为2.9分，除了第五、六个工人的空闲时间比较多之外，其他的都比较平衡，生产线负荷率为15.7/2.9×6=90.2%，单位产品消耗工时为2.9分/个。
4.2第二次工序同期化设计方案及平衡性分析
针对一次U型布置图，对其进行相关的改进，可得到二次U型布置图，如图4-3
图4-3二次U型生产线布置图
再有二次U型生产线布置图，绘制出作业地平衡的直方图，如图4-4
图4-4二次U型布置工作地平衡性
由第二次U型布置方案可得，生产节拍为2.8分，从图中可以看出，每个工人的工作时间比较平衡，生产线负荷率为15.7/2.8×6=93.5%，单位产品消耗工时为2.8分/个。
5.生产线优化布置方案对比分析
5.1产能指标对比
根据以上的三种布置方式，再由平衡性指标分析可得，I型生产线布置（直线型布置）的总产量为30PCS/H（240PCS/D），一次U型生产线布置的总产量为20.7PCS/H（165.6PCS/H）,二次U型生产线布置为21.4PCS/H（171.2PCS/H）,通过产能指标对比，I型生产线布置产能最大，但容易超过需求量而引起库存
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