变速箱厂总平面布置设计.doc

设施规划与物流分析课程设计

设计题目`：变速箱厂总平面布置设计

学 校：西南科技大学
专业班级：
姓 名：
学 号：

指导教师：

设计日期：

目录
一、引言……………………………………………………………………………………………….3
二、课程设计目的……………………………………………………………………………….3
三、题目原始条件……………………………………………………………………………… 3
四、作业单元划分 ……………………………………………………………………………. 5
五、确定变速箱生产工艺过程………………………………………………………….. 5
六、产品产量分析……………………………………………………………………………....7
七、产品工艺过程分析……………………………………………………………………....7
八、绘制产品初始工艺过程表...............................................................8
九、绘制产品较佳工艺过程表 ………………………………………………............9
十、物流分析……………………………………………………...................................10
十一、作业单位非物流关系分析...........................................................13
十二、作业单位综合相互关系分析.......................................................14
十三、工厂总平面布置..........................................................................16
十四、方案评价………………………………………………………………………….........18
十五、设计小结......................................................................................19
十六、参考文献......................................................................................19

摘要：设施规划与物流分析是工业工程专业一门重要的主干专业课，其目标是通过对工厂各组成部分相互关系的研究分析，进行合理的工厂布置，得到高效运行的生产系统，获得最佳的经济和和会效益；系统布置设计（SLP）方法是一种以作业单位物流与非物流的相互关系分析为主线的规划设计方法采用一套表达极强的图例符号和简明表格，通过一系列的设计程序进行工程布置设计。
关键词：产品—产量分析；物流强度；位置相关图

一、引言
设施布置设计是物流系统设计分析的重要一环，它既受到生产物流系统其他设计环节的影响，也对生产物流系统的其他设计环节产生影响。当前设施布置设计方法可以分为以下几种：
（1）摆样法：摆样法是指利用二维平面比例模拟方法，按一定比例制成的样片在同一比例的平面图上标示设施系统的组成、设施、机器或活动，通过相互关系的分析，调整样片位置可以得到较好的布置方案。但这种方法适合于较简单的布局设计。
（2）数学模型法：数学模型法是指利用系统工程、运筹学中的模型优化技术研究最优布局方案，以提高系统布置的精确性和效率。此方案操作起来相对繁琐，周期长，不常利用。
（3）图解法：图解法产生于 20 世纪 50 年代，有螺旋规划法、简单布置规划法及运
输行程图等。优点在于将摆样法与数学模型法结合起来，但实践上应用不广。
（4）系统布置设计(SLP)法作为当前工厂布局设计的主要方法，它综合考虑了工厂布局的主要目标如工艺过程要求、空间占用、搬运费用、生产柔性、组织机构、工作环境等要求，以实现布局的科学化。

二、课程设计目的
（1）能正确地运用工业工程基本原理及有关专业知识，给定生产系统进行详细工程布置设计。
（2）通过对某工厂布置设计的事迹操作，熟悉系统布置设计方法中的各种图例符号和表格，掌握系统布置设计方法、步骤和规范化的设计程序。
（3）通过应用和掌握AutoCAD等相关软件，培养学生综合运用所学专业知识分析和解决实际为问题的能力，树立系统的设计思想。
（4）通过课程设计，培养学生学会如何编写有关技术文件。

三、题目原始条件
题目中原始给定条件主要有工厂占地面积约 16000m2，厂区南北为 200m，东西宽 80m，该厂预计需要工人 300 人，计划建成年产 100000 套变速箱的生产厂。同时对变速箱的有关结构参数如下：变速箱由 39 个零件构成，每个零件、组件的名称、材料、单件重量及年需求量均列于表 2-1 中。

表2—1 零件明细表
工厂名称：变速箱厂
共1页
产品名称
变速箱
产品代号
110
计划年产量
100000（套）
第1页

序号

零件名称

零件代号

自制

外购

材料

总 计 划
需 求 量
零件图号

形状尺寸

单件重量（KG）
说明
39
垫圈

√
65Mn
200000

0.004

38
螺母

√
Q235
200000

0.011

37
螺栓

√
Q235
300000

0.032

36
销

√
35
200000

0.022

35
防松

√
Q215
100000

0.010

34
垫片

√
Q235
100000

0.050

33
轴端

√
Q235
200000

0.020

32
盖圆

√
Q235
100000

0.030

31
螺栓

√
Q215
100000

0.050

30
垫片

√
橡胶纸
100000

0.004

29
机盖

√

HT200
100000

2.500

28
垫圈

√
65Mn
600000

0.006

27
螺母

√
Q235
600000

0.016

26
螺栓

√
Q235
600000

0.103

25
机座

√

HT200
100000

3.000

24
轴承

√

200000

0.450

23
挡油圈

√
Q215
200000

0.004

22
毡封油圈

√
羊毛毡
100000

0.004

21
键

√
Q275
100000

0.080

20
定距环

√
Q235
100000

0.090

19
密封盖

√
Q235
100000

0.050

18
可穿透端盖

√
HT150
100000

0.040

17
调整垫片

√
08F
200000

0.004

16
螺塞

√
Q235
100000

0.032

15
垫片

√
橡胶纸
100000

0.004

14
游标尺

√

100000

0.050

13
大齿轮

√

40
100000

1.000

12
键

√
Q275
100000

0.080

11
轴

√

Q275
100000

0.800

10
轴承

√

200000

0.450

9
螺栓

√
Q235
2400000

0.025

8
端盖

√

HT200
100000

0.050

7
毡封油圈

√
羊毛毡
100000

0.004

6
齿轮轴

√

Q275
100000

1.400

5
键

√
Q275
100000

0.040

4
螺栓

√
Q235
1200000

0.014

3
密封盖

√
Q235
100000

0.020

2
可穿透端盖

√
HT200
100000

0.040

1
调整垫片

√
08F
200000

0.010

四、作业单元划分
以前机械设计时，就有关于变速箱的题目，所以可以根据变速箱的结构及工艺特点，设立如表2-2 所示的 11 个作业单位，分别承担原料储存、备料、热处理、加工与装配、产品性能试验、生产管理等各项生产任务。
表2-2 作业单位建筑汇总表

序号

作业单位名称

用途

建筑面积
/（m x m）

备注
1
原材料库
储存钢材，铸锭
20×30
露天
2
铸造车间
铸造
12×24

3
热处理车间
热处理
12×12

4
机加工车间
车、铣、钻
12×36

5
精密车间
精镗、磨销
12×36

6
标准件、半成品库
储存外购件半成品
12×24

7
组装车间
组装变速箱
12×36

8
铸造车间
铸造
12×24

9
成品库
成品储存
12×12

10
办公、服务楼
办公楼、食堂等
80×60

11
设备维修车间
机床维修
12×24

五、确定变速箱的生产工艺过程
变速箱结果比较简单，因此，生产工艺过程也比较简单，总的工艺过程可分为：零、组件的制作与外购；半成品暂存、组装；性能试验与成品存储等阶段。
（1）零件的制作与外购
变速箱上的标准件、异型件如塑料护盖、铝制标牌等都是采用外购、外协的方法获得，入厂后由半成品库保存，其他零件由本厂自制，其工艺过程分别见表 2-3 至表 2-8 所示。表中各工艺加工前工件重量=该工序加工后工件的重量/该工序材料利用率。
表2-3 变速箱零件加工工艺过程表
厂品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
机盖
29
HT200
2.500
100000
250000
序号
作业单位名称
工序内容
工序材料利用率（%）
1
原材料库
备料

2
铸造车间
铸造
80
3
机加工车间
粗铣、镗、钻
80
4
精密车间
精铣、镗
98
5
半成品库
暂存

表2-4 变速箱零件加工工艺过程表
厂品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
机座
25
HT200
3.000
100000
300000
序号
作业单位名称
工序内容
工序材料利用率（%）
1
原材料库
备料

2
铸造车间
铸造
80
3
机加工车间
粗铣、镗、钻
80
4
精密车间
精铣、镗
98
5
半成品库
暂存

表2-5变速箱零件加工工艺过程表
厂品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
大齿轮
13
40
1.000
100000
100000
序号
作业单位名称
工序内容
工序材料利用率（%）
1
原材料库
备料

2
锻造车间
锻造
80
3
机加工车间
粗铣、镗、钻
80
4
热处理车间
渗碳淬火

5
机加工车间
磨
98
6
半成品库
暂存

表2-6 变速箱零件加工工艺过程表
厂品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
轴
11
Q275
0.800
100000
80000
序号
作业单位名称
工序内容
工序材料利用率（%）
1
原材料库
备料

2
机加工车间
粗车、磨、铣
80
3
精密车间
精车
95
4
热处理车间
渗碳淬火

5
机加工车间
磨
98
6
半成品库
暂存

表2-7 变速箱零件加工工艺过程表
厂品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
齿轮轴
6
Q275
1.400
100000
140000
序号
作业单位名称
工序内容
工序材料利用率（%）
1
原材料库
备料

2
机加工车间
粗车、磨、铣
80
3
精密车间
精车
95
4
热处理车间
渗碳淬火

5
机加工车间
磨
98
6
半成品库
暂存

表2-8 变速箱零件加工工艺过程表
厂品名称
件号
材料
单件质量/kg
计划年产量
年产总质量
端盖
8
HT200
0.050
100000
5000
序号
作业单位名称
工序内容
工序材料利用率（%）
1
原材料库
备料

2
铸造车间
铸造
60
3
机加工车间
精车
80
（2）标准件、外购件与半成品暂存
生产出的零、组件经检验合格后，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
所有零件、组件在组装车间集中组装成变速箱成品。
（4）性能测试
所有组装出的变速箱均需进行性能试验，不合格的就在组装车间进行修复，合格后送入成品库，即不考虑成品组装不了的情况。
（5）产品存储
所有合格变速箱存放在成品库等待出厂。
六、 产品——产量分析
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。根据以上已知条件可知，待布置设计的变速箱厂的产品品种单一，产量较大，其年产量为 100000 台，属于大批量生产，适合按产品的原则布置，宜采用流水线的组织形式。
七、 产品工艺过程分析
（1）计算物流量
通过对产品的加工、组装、检验等各种加工阶段以及各工艺过程路线的分析，计算每个工艺过程各工序加工前工件单位质量及产生的废料重量，并根据全年生产量计算全年物流量。具体计算过程如表 2-9 所示。

表2-9 各零件物流量计算

产品名称

毛重/kg
废料/kg
铸造废料
锻造废料
机加工废料
精加工废料
全年总质量
机盖
2.500/（0.8x0.8x0.98）
=3.986
3.986x0.2
=0.797

3.986x0.8x0.2=0.638
3.986x0.8x0.8x0.02=0.051
1.486x100000
=148600
机座
3.000/(0.8x0.8x0.98)=4.783
4.783x0.2
=0.957

4.783x0.8x0.2=0.765
4.783x0.8x0.8x0.02=0.061
1.783x100000=178300
大齿轮
1.000/(0.8x0.8x0.98)=1.594

1.594x0.2
=0.319
1.594x0.8x0.2+1.594x0.8x0.8x0.02=0.275

0.594x100000
=59400

轴
0.800/(0.8x0.95x0.98) =1.074

1.074x0.2+1.074x0.8x0.95x0.02=0.231
1.074x0.8x0.05=0.043
0.274x100000=27400
齿轮轴
1.400/(0.8x0.95x0.98) =1.880

1.880x0.2+1.880x0.8x0.95x0.02=0.405
1.880x0.8x0.05=0.075
0.480x10000
=48000
端盖
0.050/(0.6x0.8)
=0.104
0.104x0.4=0.042

0.104x0.6x0.2=0.012

0.054x10000
0=5400
（2）绘制各零件的工艺过程图(见附件）
根据各零件的加工工艺过程与物流量，绘制各零件的工艺过程如图 5-1——图 5-6 所示。图中序号分别为： 1—原材料库； 2—铸造车间； 3—热处理车间,；4—机加工车间； 5—精密车间； 6—半成品库； 8—锻造车间。
（3）绘制产品总工艺过程图（见附件）
变速箱总的生产过程可分为零件的加工阶段——总装阶段——性能实验阶段，所有零件，组件在组装车间集中组装。将变速箱所有工艺过程汇总在一张图上，得到变速箱总工艺过程该图清楚的表示出变速器生产的全过程以及各工序单位之间的物流情况，为进一步进行深入的物流分析奠定了基础。
八、绘制产品初始工艺过程表
为了研究各零件、组件生产过程之间的相互关系，将总工艺过程图中的产品按照物流强度大小顺序，由左到右排列于产品工艺过程表中，即最左边的产品物流强度最大，由左到右物流强度逐渐递减，这样得到变速箱初始工艺过程表如表2-17所示
表2-17 初始产品工艺过程表

作业单位

机座

机盖

齿轮轴

轴

大齿轮

端盖

序号

名称

流程

Djk

流程

Djk

流程

Djk

流程

Djk

流程

Djk

流程

Djk
1

2

3

4

5

6

7
原材料

铸造

热处理

机加工

精加工

半成品库

锻造
1

2
2
2

1

3

2

4
5
2
5
4
3
1

2

1

2

2
3
4
6
5
2
1

1

2

2

1

-2
1
6
5
4
3
2
1

1

2

2

1

-2
6
5
4
3
2

1

2

-1

1

-2
3
2
1

2

1

4
1

2551400

2126300

628800

359200

106400

27000
w
5799100
九、 绘制产品较佳工艺过程图
由初始产品工艺过程表2-17可知，按照现行的工艺顺序，存在物流倒流的情况，为了使物流顺流强度W达到最大，可对某些作业单位的顺序进行交换。通过交换调整，得到调整后的较佳产品工艺过程如表2-18所示
表2-18较佳产品工艺过程表

作业单位

机座

机盖

齿轮轴

轴

端盖

大齿轮

序号

名称

流程

Djk

流程

Djk

流程

Djk

流程

Djk

流程

Djk

流程

Djk
1

2

3

4

5

6

7
原材料
2

铸造

机加工

精加工

半成品库

热处理

锻造
4
3
5
5
1
2

2

2

2
2
4
3
1
2

2

2

2
2
5
6
4
3
1
1

2 1

1

-2
3
2
1
6
4
5
1

2 1

1

-2
3
4
2
1
2

2

1
2
3
5
6
4
1
1

1
1

-2

-2

2934000

2445200

485900

277600

33200

-97600
w
6078300
十、物流分析
（1）绘制从至表
根据变速箱较佳工艺过程表，绘制出变速箱工艺过程物流从至表。如表 2-19 所示。
表 2-19 变速箱加工工艺从至表(单位t)

至

从
1
2
3
4
5
6
7
8
9
合计
原材
料库
铸造
车间
热处理车间
机加
工车
间
精密
车间
半成
品车
间
组装
车间
锻造
车间
成品
库
1
原材料库

887.3

295.4

159.4

1342.1
2
铸造车间

707.7

707.7
3
热处理车间

326.5

326.5
4
机加工车间

102.0

798.5
320.0

1220.5
5
精密车间

224.5

550.0

774.5
6
半成品库

1299.2

1299.2
7
组装车间

1299.2
1299.2
8
锻造车间

127.5

127.5
9
成品库

合计

887.3
326.5
1457.1
798.5
870.0
1299.2
159.4
1299.2
7097.2
（2）绘制物流强度汇总表
根据产品的工艺过程和物流从至表，统计各单位之间的物流强度，并将物流强度汇总到物流强度汇总表 2-20 之中。
表 2-20 物流强度汇总表
序号
作业单位对
物流强度
关系

序号
作业单位对
物流强度
关系
1
1-2
887.3
A

7
4-5
798.5
E
2
1-4
295.4
O

8
4-6
320.0
I
3
1-8
159.4
O

9
4-8
127.5
O
4
2-4
707.7
E

10
5-6
550.0
I
5
3-4
326.5+102.0
I

11
6-7
1299.2
A
6
3-5
224.5
O

12
7-9
1299.2
A
（3）划分物流强度等级
将各作业单位对的物流强度按大小排序，自从达填入物流强度分析表中，根据物流强度分别划分物流强度等级。作业单位对或称为物流路线的物流强度等级，应按物流路线比例或承担的物流量比例来去确定。针对变速箱的工艺过程图，利用表 2-20 中统计的物流量，按由小到大的顺序绘制物流强度分析表2-21，表 2-21 中未出现的作业单位之间不存在固定的物流，因此，物流强度等级为U 级。
表2-21物流强度分析表
序号
作业单位对（路线）
150 300 450 600 750 900 1050 1200
物流强度 等级
1
6—7

A
2
7—9

A
3
1—2

A
4
4—5

E
5
2—4

E
6
5—6

I
7
3—4

I
8
4—6

I
9
1—4

O
10
3—5

O
11
1—8

O
12
4—8

O

(4) 绘制作业单位物流相关图
根据以上分析，绘制作业单位物流相关表，如图2-22所示。
作业单位名称
1原材料库
A

U
U
2铸造车间
U
O

U
3热处理车间
U
U
I

U
U
O
4机加工车间
U
U
E
O

U
U
U
I
5精密车间
U
U
U
U

I

U
U
U
U

O
6半成品库
U
U
U
U
A

U
U
U
U
7组装车间
U
U
U
U

U
U
A
8锻造车间
U
U
U

U
9成品库
U
U

U
10办公、服务楼
U

11设备维修车间

E

十一、作业单位非物流相互关系分析
针对变速箱生产特点，制定各作业单位间相互关系密切程度理由如表 8-1 所示。根据表2-23制定变速箱“基准相互关系”（见表2-23），在此基础上建立非物流作业单位相互关系图，如图 2-24所示。
表 2-23 变速箱各作业单位关系密切程度理由
编号
理由

编号
理由
1
工作流程的连续性

5
安全及污染
2
生产服务

6
振动、噪声、烟尘
3
物料搬运

7
人员联系
4
管理方便

8
信息传递
表2-24 基准相互关系
字母
一对作业单位
密切度理由
A
原料库与铸造
组装车间与成品库
搬运数量、次数
工作流程连续性
E
铸造与机加工车间
维修与精密车间
搬运数量和形式
服务频繁和紧急程度
I
原料库与锻造
半成品库和组装车间
维修与机加工车间
办公楼与成品库、半成品库、原材料库
搬运数量
搬运数量和形式
方便设备的维修服务
报表清单及管理方便

O
办公楼与其他加工车间
管理方便
U
其余部门之间
接触不多、不常联系
X
办公楼与铸造车间、锻造车间
热处理与精加工车间
噪声、烟尘、振动
振动

作业单位名称
1原材料库
A/3

2铸造车间
U

U
3热处理车间
U

U
U
4机加工车间
U
U

U
U
5精密车间
U
U

U
U
U
U
6半成品库
U
U

U
U
7组装车间
U

8锻造车间
U

9成品库
U

U
10办公、服务楼

11设备维修车间

U
U
E/3
U U
X/6
U I/3
U U
U U I/8
X/6
I/3 O/4 U
O/4 U
U O/4 I/2
A/1 I/8 E/2
U O/4
X/6 U
I/8

U

图2-25 作业单位非物流相关图

十二、作业单位综合相互关系分析
（1）选取加权值
对于变速箱来说，单件产品质量为10.599千克，物流因素对非物流因素无明显影响，因此，取加权值m：n=1：1。
(2)综合相互关系的计算
根据物流与非物流关系进行量化，并加权求和，求出综合相互关系如表2-26所示：
作业单位对
关系密级
综合关系
物流关系 加权值：1
非物流关系 加权值：1
分数
等级
分数
等级
分数
等级
1-2
4
A
4
A
8
A
1-3
0
U
0
U
0
U
1-4
1
O
0
U
1
U
1-5
0
U
0
U
0
U
1-6
0
U
0
U
0
U
1-7
0
U
0
U
0
U
1-8
1
O
2
I
3
I
1-9
0
U
0
U
0
U
1-10
0
U
2
I
2
O
1-11
0
U
0
U
0
U
2-3
0
U
0
U
0
U
2-4
3
E
3
E
6
E
2-5
0
U
0
U
0
U
2-6
0
U
0
U
0
U
2-7
0
U
0
U
0
U
2-8
0
U
0
U
0
U
2-9
0
U
0
U
0
U
2-10
0
U
-1
X
-1
X
2-11
0
U
0
U
0
U
3-4
2
I
0
U
2
O
3-5
1
O
-1
X
0
U
3-6
0
U
0
U
0
U
3-7
0
U
0
U
0
U
3-8
0
U
0
U
0
U
3-9
0
U
0
U
0
U
3-10
0
U
1
O
1
U
3-11
0
U
0
U
0
U
4-5
3
E
0
U
3
I
4-6
2
I
0
U
2
O
4-7
0
U
0
U
0
U
4-8
1
O
0
U
1
U
4-9
0
U
0
U
0
U
4-10
0
U
1
O
1
U
4-11
0
U
2
I
2
O
5-6
2
I
0
U
2
O
5-7
0
U
0
U
0
U
5-8
0
U
0
U
0
U
5-9
0
U
0
U
0
U
5-10
0
U
1
O
1
U
5-11
0
U
3
E
3
I
6-7
4
A
2
I
6
E
6-8
0
U
0
U
0
U
6-9
0
U
0
U
0
U
6-10
0
U
2
I
2
O
6-11
0
U
0
U
0
U
7-8
0
U
0
U
0
U
7-9
4
A
4
A
8
A
7-10
0
U
1
O
1
U
7-11
0
U
0
U
0
U
8-9
0
U
0
U
0
U
8-10
0
U
-1
X
-1
X
8-11
0
U
0
U
0
U
9-10
0
U
2
I
2
O
9-11
0
U
0
U
0
U
10-11
0
U
0
U
0
U
表2-27综合关系分数取值范围为-1~8
总分
关系密级
作业单位对数
百分比（%）
8
A
2
3.64%
5~7
E
2
3..64%
3~5
I
3
5.45%
2
O
7
12.7%
0~1
U
39
71%
-1
X
2
3.6%
(3)建立作业单位综合关系图
将表中的综合相互关系总分转换为关系密级等级，绘制成作业单位综合相互关系图如下所示：

作业单位名称
1原材料库
A

U
U
2铸造车间
U

U
3热处理车间
U
U
O

U
U
U
4机加工车间
U
U
I
I

U
U
U
O
5精密车间
U
U
U
O

O

U
U
X
U

U
6半成品库
U
U
U
U
E

U
U
U
U
7组装车间
U
U
U
O

O
I
A
8锻造车间
U
U
U

X
9成品库
O
U

U
10办公、服务楼
U

11设备维修车间

U

E

表2-28作业单位综合相互关系图
十三、工厂总平面布置
(1) 综合接近程度
由于变速箱厂作业单位之间相互关系数目较多，未绘图方便，先计算各作业单位的综合接近程度，如表2-29所示。综合接近程度分数越高，说明该作业单位月靠近布置图中心;分数越低，说明该作业单位越该靠近布置的边缘。因此，布置设计应该按综合分析程度高低顺序进行，即按综合接近程度分数高低来布置作业单位顺序。
根据表2-29综合接近程度分数高低排序表得各作业单位布置顺序依次为①机加工车间 ②组装车间 ③原料库车间 ④铸造车间 ⑤半成品库 ⑥精密车间⑦成品库 ⑧设备维修车间 ⑨热处理车间 ⑩办公、服务楼11、锻造车间。
作业
单位
代号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

综合
接近
程度
7
6
1
8
5
6
7
1
5
1
3
排序
3
4
9
1
6
5
2
11
7
10
8

（2）作业单位位置相关图(见附页CAD）
依据SLP思想，由A、E、I、O、U、X、XX七种相互关系级别，分别作出单位1~11的位置相对关系，图中采用号码表示作业单位，用标识符号来表示作业单位的工作性质和功能，单位对之间的各关系级别的相隔距离分别为1单位、2单位、3单位、4单位，线条数如下表所示。