制造工藝系統(tǒng)的布局

1、制造工藝系統(tǒng)的布局方法和特點(diǎn)制造工藝系統(tǒng)的布局方法和特點(diǎn)研13 張益漢 MZ13689目錄目錄前言前言制造工藝系統(tǒng)的概念制造工藝系統(tǒng)的概念制造工藝系統(tǒng)的物料流制造工藝系統(tǒng)的物料流 制造工藝系統(tǒng)的基本內(nèi)容制造工藝系統(tǒng)的基本內(nèi)容制造工藝系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)制造工藝系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)前言前言 制造工藝系統(tǒng)是制造系統(tǒng)的重要組成部分，位于企業(yè)加工車間的底層，負(fù)責(zé)將原料根據(jù)被加工對(duì)象的形狀特征和精度要求，按照優(yōu)化的控制指令和工藝要求進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換和處理，最后將完成好的產(chǎn)品輸送出系統(tǒng)。制造工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和運(yùn)行管理直接影響到系統(tǒng)投入和運(yùn)行成本，影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和制造周期。制造工藝系統(tǒng)的概念制造工藝系統(tǒng)的概念 制造工

2、藝系統(tǒng)為企業(yè)級(jí)制造系統(tǒng)地一個(gè)子系統(tǒng)，位于企業(yè)加工車間的底層，是作用于一定范圍的被加工對(duì)象，具有一定柔性自動(dòng)化程度的各種加工設(shè)備和高素質(zhì)人員組成的一個(gè)有機(jī)整體。制造工藝系統(tǒng)接收來(lái)自外部的原材料、信息和能源，在人和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的共同作用下，按照所要求的工藝流程完成規(guī)定的加工制造任務(wù)，最后輸出所要求的產(chǎn)品以及無(wú)用的廢料。 通常，制造工藝系統(tǒng)由加工設(shè)備子系統(tǒng)、物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)和運(yùn)行控制子系統(tǒng)組成。制造工藝系統(tǒng)的基本組成制造工藝系統(tǒng)的物料流制造工藝系統(tǒng)的物料流 在制造系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)時(shí)無(wú)刻不伴隨著物料流、信息流和能量流的運(yùn)動(dòng)，其中的物料流更主要反映在制造工藝系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中。制造工藝系統(tǒng)輸入的是原材料

3、、坯料或半成品以及相應(yīng)的刀具、量具、夾具等工具，經(jīng)過(guò)制造工藝系統(tǒng)的加工處理。最后將產(chǎn)品輸出系統(tǒng)。這種制造工藝系統(tǒng)的物料流主要由加工、傳送。存儲(chǔ)、檢驗(yàn)等集中運(yùn)動(dòng)形態(tài)或生產(chǎn)活動(dòng)組成。制造工藝系統(tǒng)的運(yùn)行模式制造工藝系統(tǒng)的運(yùn)行模式 制造工藝系統(tǒng)是由多臺(tái)設(shè)備構(gòu)成，以完成所要求的生產(chǎn)任務(wù)。就組成結(jié)構(gòu)而言，制造工藝系統(tǒng)通常有物理模式和邏輯模式兩種不同的組成模式。 制造工藝系統(tǒng)的物理組成模式是一種系統(tǒng)所擁有的設(shè)備、資源以及所屬的物理區(qū)域相對(duì)固定的結(jié)構(gòu)模式。在這種模式下，制定的生產(chǎn)制造工藝必須適應(yīng)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)要求，這樣系統(tǒng)的柔性和敏捷性必然受到一定的限制。然而，這種系統(tǒng)模式?jīng)]有多少動(dòng)態(tài)的變化，易于控制和管理，運(yùn)

4、行成本較低，在目前企業(yè)底層的制造工藝系統(tǒng)中多數(shù)是采用這種組成結(jié)構(gòu)模式。 制造工藝系統(tǒng)的邏輯組成模式是一種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的系統(tǒng)組成模式，它沒(méi)有自己固定的物理區(qū)域，也沒(méi)有固定屬于自己的設(shè)備和資源。它所擁有室外設(shè)備和資源是通過(guò)上級(jí)管理控制系統(tǒng)指派確定的，它可位于不同的物理位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和管理控制信息系統(tǒng)將他們集成為一個(gè)邏輯上的整體，以完成當(dāng)前分配的任務(wù)。 無(wú)論制造工藝系統(tǒng)是以物理結(jié)構(gòu)模式還是以邏輯結(jié)構(gòu)模式運(yùn)行，其運(yùn)行原理是一致的，系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程都包含有物料加工和管理控制兩條主線，如下圖所示：制造工藝系統(tǒng)的運(yùn)行原理 制造工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容制造工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 制造工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為產(chǎn)品或零

5、件的制造過(guò)程制定一個(gè)工藝流程計(jì)劃，構(gòu)造一個(gè)生產(chǎn)加工環(huán)境。在該環(huán)境下，通過(guò)制定的工藝流程計(jì)劃的實(shí)施使原材料經(jīng)不同工作位置的加工轉(zhuǎn)換，最終成為產(chǎn)品或成品。 由于制造工藝和生產(chǎn)組織的多樣性，制造工藝系統(tǒng)也形式多樣，如單件生產(chǎn)的制造工藝系統(tǒng)、成批生產(chǎn)的制造工藝系統(tǒng)等。無(wú)論何種類型，一個(gè)制造工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容可歸納為制造工藝流程設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)、工藝設(shè)備的選用和布局等幾方面設(shè)計(jì)任務(wù)。 制造工藝流程設(shè)計(jì)制造工藝流程設(shè)計(jì) 制造工藝流程是指由原材料向產(chǎn)品進(jìn)行轉(zhuǎn)換的工藝路線。它由許多加工工序組合而成，原材料依次通過(guò)這一道道加工工序而稱為所需的零件或產(chǎn)品。 制造工藝系統(tǒng)的工藝路線可分為串聯(lián)型、組合型和分解型三種

6、基本類型。（1）串聯(lián)型）串聯(lián)型 串聯(lián)型是從原材料直至成品的各工序一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行順序連接形式，形成流水線或自動(dòng)線進(jìn)行加工。為制造工藝系統(tǒng)的物料輸送距離最短，各工序通常呈直線型。（2）組合型）組合型 組合型是將講過(guò)不同工藝流程獲得的若干零件組合成部件或產(chǎn)品的一種工藝流程形式，這是裝配工藝流程最常見(jiàn)的形式。（3）分解型）分解型 從單一的原材料逐步進(jìn)行分解，形成幾種產(chǎn)品或副產(chǎn)品的一種工藝流程是石化、冶煉工業(yè)常用的生產(chǎn)工藝流程。 同一產(chǎn)品的制造過(guò)程可有不同的制造工藝流程方案，各種方案收到產(chǎn)品種類和數(shù)量、產(chǎn)品精度和原材料的選用、生產(chǎn)時(shí)被和現(xiàn)有技術(shù)條件等多因素的約束。最優(yōu)的制造工藝方案應(yīng)是在保證產(chǎn)品質(zhì)量、

7、環(huán)境保護(hù)和減少資源消耗的前提下，以總的生產(chǎn)時(shí)間最短或總生產(chǎn)成本最低為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?？偟纳a(chǎn)時(shí)間是指各工序?qū)嶋H加工時(shí)間、各工序前后調(diào)整準(zhǔn)備時(shí)間、以及物料儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間的總和?？偟纳a(chǎn)成本是指各工序?qū)嶋H加工費(fèi)用、工序調(diào)整準(zhǔn)備費(fèi)用、原材料費(fèi)用、以及物料儲(chǔ)運(yùn)等費(fèi)用的總和。工序設(shè)計(jì)工序設(shè)計(jì) 工序是指一個(gè)或一組人員，在一個(gè)工作地對(duì)同一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過(guò)程。工序設(shè)計(jì)是指對(duì)制造工藝流程的具體實(shí)現(xiàn)，是對(duì)工藝路線中的每一步驟進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)的過(guò)程。工序設(shè)計(jì)的任務(wù)包括加工設(shè)備的選配、工步的劃分、切削參數(shù)的確定、加工工時(shí)的計(jì)算、時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的確定等內(nèi)容。 任何制造工藝系統(tǒng)都必須有操作者參與，都是一種人機(jī)協(xié)同系

8、統(tǒng)。因此，進(jìn)行工序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)的分析和人的因素分析研究。所謂人機(jī)系統(tǒng)分析，就是研究相關(guān)工序中人與機(jī)器之間的關(guān)系，研究操作者和及其間協(xié)同工作的時(shí)間。單獨(dú)工作時(shí)間以及空閑時(shí)間，以減少系統(tǒng)的空閑時(shí)間，最大程度地提高系統(tǒng)勞動(dòng)生產(chǎn)率。制造工藝系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)制造工藝系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)制造工藝系統(tǒng)布局的目標(biāo)和原則制造工藝系統(tǒng)布局的目標(biāo)和原則 組成制造工藝系統(tǒng)的設(shè)備種類較多，形式多樣。合理地進(jìn)行制造工藝系統(tǒng)的布局對(duì)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本有較大的影響。在進(jìn)行系統(tǒng)布局時(shí)，應(yīng)能滿足如下目標(biāo)要求：（1） 實(shí)現(xiàn)和滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求 任何產(chǎn)品的生產(chǎn)都有特定合理的工藝流程，而工藝流程又是一系列制造設(shè)備保證的，因

9、而制造工藝系統(tǒng)的布局應(yīng)能實(shí)現(xiàn)和滿足特定的生產(chǎn)工藝流程的要求。（2） 較高的生產(chǎn)效率和合理的設(shè)備利用率 設(shè)備的布局應(yīng)使在期間進(jìn)行的生產(chǎn)有較高的效率，同時(shí)設(shè)備能力負(fù)荷合理，以使生產(chǎn)高效、穩(wěn)定的進(jìn)行。（3） 合適的柔性 制造工藝系統(tǒng)的布局應(yīng)為制造不同種類和數(shù)量的產(chǎn)品提供良好的生產(chǎn)環(huán)境，能敏捷適應(yīng)市場(chǎng)和其他環(huán)境的變化。 在進(jìn)行制造工藝布局時(shí)，首先應(yīng)分析影響系統(tǒng)布局的因素，包括：自動(dòng)化制造系統(tǒng)的功能和任務(wù)；加工對(duì)象的特征和工藝路線；設(shè)備種類、型號(hào)和數(shù)量；車間的總體布局；工作場(chǎng)地的有效面積等。在此基礎(chǔ)上還要遵循如下的制造工藝系統(tǒng)布局的原則制造工藝系統(tǒng)布局的原則：（1 1）最短的運(yùn)輸路線的原則）最短的運(yùn)輸路

10、線的原則 盡可能按照零件生產(chǎn)過(guò)程的流向和工藝順序布局設(shè)備減少零件在系統(tǒng)內(nèi)的來(lái)回往返運(yùn)輸，盡可能縮短零件在加工過(guò)程中的運(yùn)輸路線。 (2)(2)保證加工精度的原則保證加工精度的原則 將產(chǎn)生劇烈震動(dòng)的設(shè)備遠(yuǎn)離精密加工設(shè)備和測(cè)量設(shè)備，以免外部的震動(dòng)傳入精加工設(shè)備和測(cè)量設(shè)備，影響加工精度和測(cè)量精度。例如，清洗站應(yīng)離加工機(jī)床和檢測(cè)工位遠(yuǎn)一些，以免清洗工件時(shí)的震動(dòng)對(duì)零件加工產(chǎn)生不利影響。（3）安全原則）安全原則 設(shè)備的布局應(yīng)符合有關(guān)安全生產(chǎn)的法令和制度，符合勞動(dòng)保護(hù)法、環(huán)境保護(hù)的法律和制度，應(yīng)為工作人員和設(shè)備創(chuàng)造安全的生產(chǎn)環(huán)境。（4）方便作業(yè)原則）方便作業(yè)原則 各設(shè)備間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)目臻g，便于物料運(yùn)輸設(shè)備的進(jìn)

11、入、物料的交換、設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)等，避免各種不同設(shè)備間的相互干擾。（5）便于系統(tǒng)擴(kuò)充和集成的原則）便于系統(tǒng)擴(kuò)充和集成的原則 最好按結(jié)構(gòu)化、模塊化的原則進(jìn)行布局，方便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和集成，對(duì)通信線路、計(jì)算機(jī)工作站的分布應(yīng)兼顧到本系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的物料與信息的交換。制造工藝系統(tǒng)布局的基本方法制造工藝系統(tǒng)布局的基本方法 大多數(shù)制造工藝的布局都以物料的搬運(yùn)為主要目標(biāo)，所以在設(shè)備相對(duì)位置的安排上應(yīng)盡可能使零件的搬運(yùn)距離最小,兼顧產(chǎn)品種類、產(chǎn)量等約束條件。 就物料輸送路線考慮，其制造設(shè)備的布局可有一維布局和二維布局，若工藝路線特別長(zhǎng)，零件又不太大的系統(tǒng)還可以布置成樓上樓下的三維布局。所謂一維布局即零件輸送按單向

12、或往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，適合于工藝路線短，加工設(shè)備不太多的情況；而二維布局即零件輸送路線不是直線，而是成環(huán)形或u形、L形運(yùn)動(dòng)，適合于工藝路線較長(zhǎng)，加工設(shè)備較多的制造工藝系統(tǒng)；三維布局可以看成是兩個(gè)或多個(gè)二維系統(tǒng)的子系統(tǒng)組成。 當(dāng)零件輸送路線確定之后，加工設(shè)備就可以沿輸送路線的一側(cè)或兩側(cè)布置，若設(shè)備不多或從便于操作考慮，設(shè)備布置在輸送路線的一側(cè)較好。下面將從系統(tǒng)的作業(yè)流程和設(shè)備安排的相互關(guān)系介紹幾種系統(tǒng)布局的方法：1.機(jī)群式布局機(jī)群式布局 機(jī)群式布局是按生產(chǎn)工藝組織，把同種工藝類型的設(shè)備幾種在一起，每類設(shè)備分區(qū)布局，這種機(jī)群式布局往往同類或類似設(shè)備較多，所使用設(shè)備通用性較強(qiáng)，加工零件類型多，需求量小，間

13、歇性較大的情況。 機(jī)群式布局有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可不必隨產(chǎn)品品種的變換而重新布局和調(diào)整設(shè)備。由于同類設(shè)備幾種在一起，便于充分利用生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)面積，便于 ；遇到設(shè)備故障生產(chǎn)不致中斷，可用其他設(shè)備替代，局部停工而不影響全局。但這種布局物流路線復(fù)雜，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，在制品停放時(shí)間多，致使在制品數(shù)量增加，流動(dòng)資金占用量大，生產(chǎn)成本較高。機(jī)群式布局2.生產(chǎn)線布局生產(chǎn)線布局 如果企業(yè)基本生產(chǎn)部門是按照產(chǎn)品對(duì)象專業(yè)化來(lái)組織，則設(shè)備應(yīng)按產(chǎn)品生產(chǎn)線進(jìn)行布局。所謂按生產(chǎn)線布局是指設(shè)備按產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程的工藝順序進(jìn)行排列，形成一條生產(chǎn)線。每一條生產(chǎn)線布局是指設(shè)備按產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程所的工藝順序排列，形成一條條生產(chǎn)線。每一條

14、生產(chǎn)線上固定生產(chǎn)一種或幾種產(chǎn)品。生產(chǎn)線的形狀可采用直線、u形線或其他形狀。 當(dāng)被加生產(chǎn)對(duì)象在生產(chǎn)工藝上具有相似性時(shí)，則可應(yīng)用成組技術(shù)，按成組生產(chǎn)單元布局。成組生產(chǎn)單元可以適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)類型。3.從至表法布局從至表法布局 從至表法是一種試驗(yàn)性布局方法，適合于加工設(shè)備在運(yùn)輸線路一側(cè)成直線排列的布局設(shè)計(jì)。它根據(jù)零件在各設(shè)備間移動(dòng)次數(shù)建立的從至表，經(jīng)有限次試驗(yàn)和改進(jìn)，求得近視優(yōu)化的布局方案。 例：某車間設(shè)備的初始排列方案及其承擔(dān)加工四種零件的加工路線如表所示，根據(jù)該圖繪制出初始從至表。假定表中相鄰兩個(gè)設(shè)備之間距離相等，均為一個(gè)長(zhǎng)度單位，試確定車間各生產(chǎn)設(shè)備間的最佳布置 所謂從至表就是指

15、零件從一個(gè)工作地搬運(yùn)次數(shù)的匯總表。表的列為起始工序，行為終止工序，對(duì)角線右上方數(shù)字表示按箭頭前進(jìn)的搬運(yùn)次數(shù)之和，對(duì)角線左下方數(shù)字表示箭頭后退的搬運(yùn)次數(shù)之和。在 從至表中，格子越靠近對(duì)角線，說(shuō)明格子中所填從至數(shù)的運(yùn)輸距離越短；反之越長(zhǎng)。因此，在從至數(shù)一定（受產(chǎn)品工藝路線約束）的條件下，最優(yōu)排列方案應(yīng)能使較大的從至數(shù)向?qū)蔷€靠攏，而較小的從至數(shù)則向從至表的左下角和右上角疏散，據(jù)此將出事從至表逐次調(diào)整，最后得到改進(jìn)的從至表。 比較改進(jìn)前后的兩個(gè)從至表，將工作地距離相等的各次數(shù)按對(duì)角線方向相加，再乘以離開(kāi)對(duì)角線的格數(shù)，就可以求出全部零件在工作地之間的移動(dòng)距離，計(jì)算結(jié)果如表4：從表4可知，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后得到的設(shè)備排列方案，零件的移動(dòng)距離減少了（52-36）個(gè)等于16個(gè)單位，使物料的總運(yùn)量相應(yīng)減少，提高了經(jīng)濟(jì)效益。 本例采用的從至表形式適用于所加工零件的數(shù)量和重量差別不大的情況。否則，應(yīng)對(duì)從至表中各從至數(shù)分別按不同零件的數(shù)量和重量給予修正。4.定量分析法定量分析法 定量分析法（qu