机械制造系统布置设计的研究

一、制造系统工程

根据系统工程的观点，一个企业就是一个制造系统，是有若干硬件构成的统一集合体，包括工人、生产设备、物料搬运和其它辅助设备，制造系统的硬件结构形成工厂的静态空间结构（布局）。制造系统软件是由生产信息、生产方法和生产工艺组成。制造系统作用于生产对象（原材料），产生出具有某些功能的有用产品，从而创造了效益，来满足市场需求。制造系统工程就是用系统工程的理论来研究制造系统，把生产系统（物流）与生产管理系统（信息流）融为一体，研究制造系统的设计问题。

二、系统设施布置技术

（一）系统布置设计基本要素

一般来讲，工厂布置设计就是在根据社会需要确定出某些待生产的产品及其产量的前提下完成下列任务：确定厂址、工厂总平面布置、车间布置、实施布置方案建厂。

为了完成工厂总平面布置和车间布置，需从产品 P 及产量 Q 出发，首先对产品组成进行分析，确定各零部件生产类型，制定出各个零部件的加工、装配工艺流程，根据工艺流程的各阶段的特点，划分出生产车间，并根据生产需要，设置必要的职能管理 部门及附属的生产与生活服务部门，整个工厂就是由生产车间、职能管理部门、附属生产及生活服务部门和为使生产连续进行而设置的仓储部门这几类作业单位所构成。然后，由设施布置设计人员来完成工厂总平面布置及车间布置。

在工厂设计过程中，基本给定条件（要素）为产品 P 及产量 Q ，涉及到了除平面布置设计以外的如制定加工、装配工艺过程等多种专业技术问题，要求多种专业技术人员配合协作来完成。

在缪瑟提出的系统布置设计（S L P ）中，正是把产品 P 、产量 Q 、生产路线R 、辅助服务部门 S 及生产时间安排 T作为给定的基本要素（原始资料），作为布置设计工作的基本出发点。

1、产品 P。产品 P 是指待布置工厂将生产的商品、原材料或者加工的零件和成品等。这些资料由生产纲领和产品设计提供，包括项目、品种类型、材料、产品特征等。产品这一要素影响着生产系统的组成及其作业单位间互相关系、生产设备的类型、物料搬运方式等方面。

2 、产量 Q 。产量指生产的产品的数量，也由生产纲领和产品设计方案决定，可以用件数、重量、体积等来表示。产品Q 这一要素影响着生产系统的规模、设备的数量、运输量、建筑面积大小等方面。

3 、生产路线 R 。为了完成产品加工，必须制定加工工艺流程，形成生产路线，可以用工艺过程表（卡）、工艺过程图、设备表等表示。它影响着各单位之间的联系、物料搬运路线、仓库及堆放的位置等方面。

4 、辅助服务部门 S 。在实施系统布置工作以前，必须就生产系统的组成情况有一个总体的规划，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。我们可以把除生产车间以外的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，由这些作业单位构成生产系统的生产支持部分，在某些意义上加强了生产能力。有时，辅助服务部门的占地总面积接近甚至大于生产车间所占面积，所以布置设计时应给予足够的重视。

5 、时间 T 。时间要素是指在什么时候、用多少时间生产出产品，包括各工序的操作时间、更换批量的次数。在工艺过程设计中，根据时间因素，确定生产所需各类设备的数量、占地面积的大小和操作人员数量，来平衡各工序的生产时间。

（ 二 ） 系 统 布 置 的 阶 段 结 构

1 、确定位置。在新建、扩建或改建工厂或车间时，首先应确定出新厂房座落的地区位置。在这个阶段中，先明确要扩建工厂的产品及其计划生产能力，参考同类工厂确定要扩建工厂的规模，从待选的新地区或旧有厂房中确定出可供利用的厂址。

2 、总体规划。总体规划又称区域划分，就是在已确定的厂址上规划出一个总体布局。在阶段Ⅱ中，应首先明确各生产车间、职能管理部门、辅助服务部门及仓库部门等作业单位的工作任务与功能，确定其总体占地面积及外形尺寸，在确定了各作业单位之间的互相关系后，把基本物流模式和区域划分结合起来进行布置

3 、详细布置。详细布置一般是指一个作业单位内部及其设备的布置。在详细布置阶段，要根据每台设备、生产单元及公用、服务单元的互相关系确定出各自的位置。

4 、规划实施。在完成详细布置设计以后，经上级批准后，可以进行施工设计，需绘制大量的详细施工安装图和编制搬迁、施工安装计划，必须按计划进行土建施工、机器、设备及辅助装置的搬迁、安装等施工工作。

（三）系统布置设计 S L P 设计模式

在 SLP 程序中，一般经过以下几个步骤：

1 、准备原始资料。在系统布置设计开始时，首先☤必须明确给出基本要素产品 P 、产量 Q 、生产工艺过程 R 、辅助服务部门 S 及时间安排 T 等这些原始资料，同时也需要对作业单位的划分情况进行分析，通过分解与合并，得到最佳的作业单位划分状况。所有这些均作为系统布置设计的原始资料。

2 、物流分析与作业单位相互关系分析。针对某些以生产流程为主的工厂，物料移动是工艺过程的主要部分时，如一般的机械制造厂，物流分析是布置设计中最重要的方面；对某些辅助服务部门或某些物流量小的工厂来说，各作业单位之间的相互关系（非物流关系）对布置设计就显得更重要了。介于上述两者之间的情况，则需要综合考虑作业单位之间物流与非物流相互关系。

3 ก、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，考虑每对作业单位间相互关系等级的高或低，决定两作业单位相对位置的远或近，得出各作业单位之间的相对位置关系，有些资料上也称之为拓朴关系。这时并未考虑各作业单位具体的占地面积，从而得到的仅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，计算出的面积应与可用面积相适应。

5 、修正。作业单位面积相关图只是一个原始布置图，还需要根据其它因素进行调整与修正。此时需要考虑的修正因素包括物料搬运方式、操作方式、存储周期等，同时还需要考虑实际限制条件如成本、安全和职工倾向等方面是否允许。考虑了各种修正因素与实际限制条件以后，对面积❥图进行调整，得出数个有价值的可行工厂布置方案。

三、制造系统设备布置的基本形式

设备布置形式取决于生产类型和生产组织形式，因此设备布置原则与组织车间一致。一般的机械制造工厂，布置的基本形式可分为四种:

1、产品原则布置：固定制造某种部件或某种产品的封闭车间，其设备、人员按加工或装配的工艺过程顺序布置，形成一定的生产线，适用于少品种大批量的生产方☁式。

2、工艺原则布置：又称机群式布置，是同类设备和人员集中布置在一个地方的布置形式。如按车床组、磨床组等分区，各类机床组之间也保持一定顺序，按照大多数零件的加工路线来排列。这种形式适用于多品种小批量的生产方式。

3、成组布置原则：这是实施成组加工的布置形式，介于机群式布置与产品原则布置之间，适用于中小批量生产。

4、固定工位式布置：是以原材料或主要部件固定在一定位置的布置形式。生产时所需的设备。、人员、材料等都服从于工件的固定工位。这种布置适用于大型的不易移动的产品，如飞机装配、船舶制造等。