1、1 引言設施布置設計是物流系統分析的重要一環，它受到生產物流系統及其他設計環節的影響，也對生產物流系統及其他設計環節產生影響。一個設施是一個有機的整體，由相互關聯的子系統組成，因此，必須以設施系統自身的目標作為整個規劃設計活動的中心。設施規劃總的是使人力，財力，物力和人流，物流，信息流得到最合理、最經濟、最有效的配置和安排，即要確保規劃的企業能以最小投入得到最大的收益。 無論新設施的規劃還是舊設施的再規劃，一致目標是：1簡化加工過程2有效地利用設備、空間、能源和人力資源3最大限度地減少物料搬運4縮短生產周期5力求投資最低6為職工提供方便、舒適、平安和符合職業衛生的條件上訴目標之間往往存在沖突。

2、要用恰當的指標對每一個方案進行綜合評價，到達總體目標的最優化。為到達最優化方案由如下考慮：1減少或消除不必要的作業2以流動的觀點作為設施規劃的出發點3運用系統的概念4重視人的因素5設施規劃設計是從宏觀到微觀，又沖微觀到宏觀的反復迭代、并行設計的過程1.1 原始給定條件本文種原始給定條件主要有：1工廠占地5400平方米，南北90米，東西60米。2方案年產量為10000件。2 根本要素2.1 作業單位明細表工廠各個單位部門的占地面積大小與其建筑物外形尺寸對布置設計影響很大。根據生產工藝流程、設備占地面積大小、物流模式及其通道、人員活動區域、建筑結構等因素加以確定具體布局。根據生產工藝過程需要，本廠

3、由如下表2.1所示的作業單位構成。表2.1 作業單位明細表工廠名稱發動機連桿活塞機構制造廠產品名稱連桿活塞機構方案產量10000序號零件名稱自制外購材料單件重量(kg)生產量1活塞ZL4011.000 2活塞環合金鑄鐵0.080 3活塞銷20Cr0.080 4連桿401.500 100005連桿螺栓ML40Cr0.025 6連桿軸瓦含連桿瓦、蓋銅鉛合金、低碳合金鋼3.000 2.2 作業單元的劃分根據連桿組的結構及其工藝特點，設立如表2.2所示的8個單位部門，分別承當備料、鍛壓、特處理、加工、暫存、裝配和儲存成品等各項生產任務。作業單位建筑匯總表2.2如下： 表2.2 建筑單位匯總表序列作業單

4、位名稱用途建筑面積平方米1原材料庫儲存鋼材與鑄錠等20x20=4002鍛造車間鍛造10x20=2003熱處理車間熱處理調質10x20=2004加工車間車，銑，鉆，滾齒10x20=2005精密車間鏜削，磨削，剃齒10x20=2006標準件與半成品庫儲存外購、標準件、半成品10x20=2007裝配車間裝配成型20x20=4008成品庫儲存成品10x20=2002.3 生產工藝過程活塞連桿組由活塞組和連桿組兩局部構成。(一)活塞組由活塞、活塞環、活塞銷、活塞銷卡環等零件組成。1.活塞由頂部、頭部和裙部3局部組成。活塞頭部是活塞環槽以上的局部，共有三道環槽，上面兩道用以安裝氣環，下面一道用以安裝油環。

5、第一環槽鑲奧氏體鑄鐵耐磨圈，油環槽內有4個4mm的油孔，對稱分布在活塞銷孔兩側。第一道環槽為梯形槽，第二道、第三道環槽為矩形糟。第一道環槽槽口寬3. 0mm，第二環槽寬2.385mm，第三環槽(油環槽)寬4mm。活塞裙部為鼓形橢圓，橢圓長軸(與活塞銷垂直方向)與短軸(與活塞銷平行方向)長度相差為0.35mm，安裝在缸體上的噴油嘴噴出的壓力機油冷卻活塞的裙部。活塞的材料為共晶硅鋁合金或鋁鋅合金。2.活塞環有兩道氣環和一道油環。第一道活塞環截面為梯形桶面環，梯形角度為15°，采用球墨鑄鐵制造，圓周外表鍍鉻以提高耐磨性和抗拉缸能力。第二道活塞環為錐面扭曲環，頂面有內斜45°切口，

6、外圓呈錐面，錐面角為90。第二環采用合金鑄鐵制造。第三道環為脹圈式組合油環，其內設襯環，以提高油環的彈力，油環本體采用合金鑄鐵制造，螺旋襯環的材料為65Mn彈簧鋼絲。3.活塞銷采用低碳合金鋼(20Cr)，內外圓外表滲透碳淬火活塞銷的裝配：活塞銷與活塞銷座孔和連桿小頭襯套的連接配合，采用“全浮式，即在發動機運轉過程中，活塞銷不僅可以在連桿小頭襯套內，還可以在銷座孔內緩慢地轉動，以使活塞銷各局部磨損均勻。考前須知：當活塞銷直徑超出使用極限時，應更換新活塞銷。活塞銷與活塞裝配時，先將鋁合金活塞在水或機油中加熱至50-70，保溫一段時間，取出抹干凈后，將涂抹有15W/40潤滑油的活塞銷用手掌心平穩地推

7、入活塞銷座孔和連桿小頭。活塞銷推入錐座孔后，其端面不得超過卡環槽。活塞、活塞銷、連桿裝配成組合件后，連桿、活塞銷能自由擺動，活塞銷與活塞銷座孔之間，在工作狀態下呈“浮式，活塞銷可在銷座孔內緩慢轉動。(二)連桿組連桿組主要由連桿、連桿軸瓦含連桿蓋和連桿螺栓組成。連桿組的功用是連接活塞和曲軸，將活塞承受的力傳給曲軸，并將活塞的往復直線運動轉變為曲軸的旋轉運動。1.連桿(1)工作條件及要求工作時，連桿承受活塞銷傳來的氣體作用力以及連桿本身擺動和活塞組往復運動時的慣性力，這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此，連桿受到壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷的作用，這就要求連桿的質量盡可能小并具有足夠的剛度和強度

8、。如強度缺乏，會發生連桿螺栓、大頭蓋及桿身斷裂，造成嚴重事故。如剛度缺乏，會使連桿大頭變形失圓，導致連桿大頭軸瓦因油膜破壞而燒損；還會使連桿桿身彎曲，造成活塞與氣缸偏磨，活塞環漏氣和竄油等。連桿采用合金鋼模鍛而成，斷面是工字形。(2)結構連桿由連桿小頭、桿身，、連桿大頭三局部組成連桿小頭與活塞銷相連，連桿通過小頭，用活塞銷與活塞連接，柴油機工作時，連桿與活塞銷可以相對自由轉動，連桿小頭上壓入銅鉛雙金屬襯套，以提高耐磨性。連桿小頭的頂上有一個集油孔，曲軸旋轉激濺起來的機油、甩到活塞內腔的頂部，冷卻活塞后，落下時，一局部機油通過集油孔流入連桿小頭內孔潤滑活塞銷。此外，活塞冷卻噴嘴噴出的機油冷卻活塞

9、后，其中一局部機油也通過集油孔流入連桿小頭內孔潤滑活塞銷。連桿桿身采用工字形斷面，這樣可以使之在最小重量下具有最大的強度和剛度。連桿大頭連桿通過連桿大頭與連桿軸頸相連，連桿大頭為斜切口(68°)分開式，被分開的局部稱為連桿蓋。2.連桿軸瓦采用銅鉛合金薄壁軸瓦，內外表鍍鉛錫合金，以提高其耐磨性，外外表鍍錫以防銹。3.連桿螺栓連桿螺栓是承受交變拉伸載荷的重要零件。連桿螺栓采用ML40Cr材料制造。2.4 自制零件制造工藝過程表2.3 連桿生產過程表連桿生產過程工序內容機床設備作業單位名稱序號模鍛 2調質3粗、精銑兩平面立式雙頭回轉銑床4粗、精銑結合面立式雙頭回轉銑床磨兩平面 立軸圓臺平面

10、磨床5磨結合面立軸矩臺平面磨床鉆、擴、鉸小頭孔、孔口倒角 立式五工位機床 連桿體兩件粗鏜大頭孔，倒角 臥式三工位機床 鉆、攻螺紋孔，鉆、鉸定位孔 臥式五工位機床 4精鏜定位孔 5連桿制造設備過程以及作業單位如表2.3。連桿制造過程如下表2.4。表2.4 連桿加工工藝過程表零件名稱零件序號材料單件質量(kg)年總產量件連桿4451.500 10000步驟對應單位序列及其作業單位工序大致內容工序材料利用率%11原材料庫備料22鍛造車間模鍛8033熱處理車間調質44加工車間粗、精銑；攻螺紋、鉸9055精密車間磨、鉆孔、倒角；精鏜9566標準件與半成品庫暫存2.5 產品產量分析生產的產品品種的多少以及

11、每種產品產量的上下，決定了工廠的生產類型，進而影響著工廠設備的布置形式。根據以上條件可知，待布置設計的工廠產品品種單一，產量較大，年產量為10000臺，屬于大批量生產，適合按產品的原那么布置，宜采用流水線的組織形式。2.6 產品工藝過程分析通過對產品的加工、組裝等階段以及各工藝過程路線的分析，計算每個工藝過程加工前工件的單位質量以及產生的廢料重量。表2.5 全年生產量計算全年廢料物流量零件名稱毛重kg廢料(kg鍛造廢料機加工廢料精加工廢料總廢料全年連桿2.1930.4390.1760.0780.6936930 根據零件加工工藝與物流量，繪制工藝過程如圖2.1所示。圖2.1 連桿物流量3 物流分

12、析3.1 繪制從至表當物料移動式工藝過程的主要局部時，物流分析就是工廠布局設計的核心工作，也是物料搬運分析的開始。零部件物流是該部件在工廠內移動時所走過的路線，物流分析不僅腰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防止的原那么：兩個最小原那么，即經過距離最小和物流本錢最小。兩個防止原那么，即防止迂回和防止十字交叉。從至表是以一定順序按行排列物料移動的起始作業工序，以相同順序按列排列物料移動的終止工序，行列相交的方格中記錄從起始作業單位到終止作業單位的各種物料搬運量的總和。表3.1 物流強度從至表3.2 物流強度等級劃分表3.2 物流強度等級劃分表物流等級強度符號含義物流比例%承當物

13、流量比例%超高物流量A絕對重要1040特高物流量E特別重要2030較大物流量I重要3020一般物流量O一般密切程度4010可忽略物流量U不重要-3.3 物流相關圖依照從至表構造一種表示所有作業單位相關系的關系表，在行與列相交方格中填入單位間物流強度等級。圖3.3 物流相關圖4 非物流分析4.1 作業單位非物流相關影響因素表4.1 作業單位相關理由表序列理由1工作流程連續性2生產效勞3物料搬運4管理方便5平安與污染6公共設備設施7振動8人員聯系確定各個作業之間影響相互的因素，做出表4.2表4.2 作業單位間相互關系等級對應符號含義比例%A絕對重要212E特別重要1020I重要1530O一般密切程

14、度2040U不重要35804.2 非物流相關圖圖4.1 非物流相關圖5 綜合相互關系分析在SLP中，要將作業單位物流間的相互關系與非物流進行合并，求出合成的相互關系-綜合相互關系，然后由各個作業單位綜合相互關系出發，實現各作業單位的合理布置。5.1 綜合相互關系計算表由以上給出的自行車廠作業單位物流相關圖與作業單位非物流相關圖，為了確定作業單位之間綜合相互關系密切程度，需要合并。(1)加權值選取加權值的大小反響出布置時考慮因素的側重點，對于連桿來說，物流因素(M)的影響并不明顯大于其他非物流因素(N)的影響，因此，取加權值M:N=1:1(2)綜合關系計算根據工廠各個作業單位對之間物流與非物流關

15、系等級的上下進行量化，并加權求和，求出綜合相互關系。表5.1 作業單位綜合相互關系計算表序號作業單位對關系密切程度綜合關系物流關系非物流關系等級分值等級分值總分值等級112A4A48A213U0U00U314U0U00U415U0U00U516U0U00U617U0U00U718U0U00U823E3E36E924U0U00U1025U0U00U1126U0U00U1227U0U00U1328U0U00U1434E3E36E1535U0U00U1636U0U00U1737U0U00U1838U0U00U1945E3E36E2046U0U00U2147U0U00U2248U0U00U2356E3

16、E36E2457U0U00U2558U0U00U2667A4A48A2768U0U00U2878A4A48A對表5.1的數據整理統計，得到表5.2如下：表5.2 綜合相互關系等級劃分總分對應符號含義作業單位對數百分數78A絕對重要31156E特別重要41434I重要0002O一般密切程度000U不重要2175合計281005.2 綜合相互關系圖圖5.1 綜合相互關系圖6 綜合相關關系在SLP中，工廠總平面布置并不直接去考慮各作業單位的建筑物占地面積以及其形狀，而使從各個作業單位間相互關系密切程度出發，安排各個作業單位之間相對位置。關系密切極高的作業單位之間距離近，關系密切極低的作業單位之間距離

17、遠。由此形成作業單位位置相關圖。 依據SLP思想，首先根據綜合相互關系級別上下按A,E,I,O,U級別順序先確定不同級別作業單位位置，而同一級別的作業單位按綜合接近程度分值上下順序來進行布置。 為此，要按綜合接近程度分值上下順序為作業單位排序，其結果如表6.1所示：表6.1 綜合接近程度排序表 根據綜合接近程度排序表，可以看出各個作業單元的重要程度，并作出作業單元相關圖。圖6.1 各單元綜合相關圖7 工廠總平面布置圖 根據圖6.1和各種方案進行全面評價，得出了最正確方案如圖7.1所示。 我們這種將車間安排在一起的聯合廠房是當今設計布置的一個趨勢，它可以節約占地面積、節省工程費用、方便生產管理，方便物流和物料搬運，可以進行集中供給各種資源，而且還有較大的調整余地。圖7.1 工廠總平面布置方案結束語 設施布置設計在實施設施規劃與物流分析中占有重要地位，他得好壞直接影響整個系統的物流、信息流、生產能力、生產效率、生產本錢以及生產平安。 對于工廠總體布置而言，他主要考慮工廠各個組成局部包括生產車間、輔助生產車間、倉庫等。系統布置設計法SLP是從分析原始資料開始，考慮原始數據中P產品、Q(產量)、R(生產路線)、S(輔助部門)、T(時間安排)以及他們之間的作業單位相互關系和物流關