工业工程综合课程设计

变速器生产厂设施布置及库存管理设计
目录
概述 (2)
1课程设计的目的和过程 (2)
1.1课程设计的目的 (2)
1.2课程设计对象背景 (2)
1.3设计过程 (2)
2 产品工艺过程分析 (4)
2.1工艺流程分析 (4)
2.2工艺过程图 (4)
2.2.1零件工艺过程图 (4)
2.2.2总工艺过程图 (6)
3 物流分析 (8)
3.1物流强度分析 (8)
3.2物流相关图 (9)
4工厂总平面布置设计 (11)
4.1非物流关系分析 (11)
4.2作业单位综合相互关系 (13)
4.2.1物流与非物流的相对重要性 (14)
4.2.2物流与非物流密切程度等级 (14)
4.3作业单位位置相互关系分析 (16)
4.3.1作业单位综合接近程度排序表 (16)
4.3.2作业单位位置相关图设计 (18)
4.3.3作业单位面积相关图设计 (20)
4.4工厂总平面布置图的绘制 (22)
5库存信息管理 (24)
5.1库存系统功能分析 (24)
5.2数据库（DB）设计 (24)
5.2.1数据库概念结构设计 (26)
5.2.2数据库逻辑结构设计 (28)
5.2.3物理设计 (28)
5.3库存管理信息系统功能模块图的绘制 (29)
6课程设计总结 (30)
参考文献 (31)
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概述
在大学期间特别是大三这一年，在我所学到的专业课中，设施规划、物流分析及库存管理是工业工程专业重要的课程，其主要是研究工厂总平面布置、车间布置、物料搬运、库存管理等内容，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，优化资源分配，得到高效运行的生产系统，获得最佳的经济效益和社会效益。

虽然工业工程是国内新兴的一门学科，但是随着现代系统优化技术的发展和计算机辅助设计技术的应用，国内计算机在工业工程方面的应用已经如雨后春笋般成长起来，工厂设计布置已经广泛地采用计算机辅助设计来进行设施规划布置。

由于影响设施布置的因素错综复杂，并且因素之间相互影响、相互制约，而且大多数因素还具有不确定性，因此，在设施布置设计中常常以物流分析作为其主要的内容。

工厂布置设计是一项多因素、多目标的系统化问题，学习和掌握工厂布置设计方法最有效的手段就是直接参与设计工作。

由于社会需要的多样性，生产不同产品的工厂之间必然存在差异，这就给工厂布置设计带来了难题，系统布置设计（SLP）方法提供了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，通过一系列条理清晰的设计程序进行工厂布置设计，他是一套实践性非常强的设计模式和规范的设计程序，并且为设施规划设计人员与生产管理人员广泛采用，运用效果良好。

1课程设计的目的和过程
1.1课程设计的目的
此次工业工程综合课程设计结合了设施规划、物流分析、库存管理等相关课程内容，综合利用其与生产方面的应用，更加贴近实践教学，是我们走出课本、跨越理论的很好的机会，是我们完成工厂布置设计工作的一次基本训练。

通过对工厂设施布置设计的实际操作，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。

通过运用Visio软件，培养了我综合运用所学专业知识分析和解决实际问题的能力，树立系统的设计思想，同时也培养了我编写有关技术文件的能力。

1.2课程设计对象背景
1.2.1设计公司背景
某公司占地面积为16000㎡，厂区东西为200m，南北为80m，工人300人，年产量105件变速箱。

1.2.2变速箱结构及参数（件附表所示）
1.2.3作业单位（包括11个单位）
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.标准件、半成品库
7.组装车间 8锻造车间 9.成品库 10.办公、服务楼 11.设备维修车间
1.3课程设计过程
系统布置设计（SLP）中把产品、产量、生产路线、辅助服务部门及生产时间安排（即P、Q、R、S、T）等作为给定的基本要素或者原始资料来处理，因此为完成工厂总平面布置设计，首先需要从拟生产的产品品种和产量出发，对产品组成情况进行分析研究，确定各零件、部件生产类型，制定出各个零件、部件的加工、装配工艺流程；根据工艺流程和各阶段的特点来进行物流分析，制定物流相关图，并且划分生产车间，根据生产需
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要设置必要的职能部门以及附属生产和生活服务部门，制定出相应的非物流相互关系图，从而得出综合相互关系图，并制定生产计划大纲；根据生产大纲以及约束条件，选择设施布置设计方法，进行布置设计，得出多个可行的方案；选择最优方案，完成工厂布置设计。

最后再根据生产过程、各车间与仓库的关系、所需求的仓库功能来编制库存管理系统，
并分析其功能，得出可行的库存信息管理系统。

整个规划设计阶段采用SLP设计模式，其步骤分为：（1）准备原始资料（P、Q、R、S、T）;(2)工艺过程分析；（3）物流分析与作业单位相互关系分析；（4）绘制作业单位位置相关图；（5）作业单位占地面积计算；（5）绘制作业单位面积相关图；（7）调整与修正；
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2产品工艺过程分析
2.1工艺流程分析
工艺流程分析主要是分析把原材料变成成品的加工装配流程，将零件装配成部件和部件装配成成品的流程分析，确定流程中各工序之间的先后关系。

产品工艺流程分析是工厂布局的前提，决定了生产能否有序进行，对物料流动起到了关键作用。

零件的流程值此零件在整个工厂中的移动路径，流程分析不仅考查每个零件在工厂的路径，而且还必须遵循两个最小和两个避免的原则：
两个最小原则：经过距离最小和物流成本最小。

两个避免原则：避免迂回和避免十字交叉。

2.2工艺过程图
工艺过程图可以用来详细描述产品生产过程中各工序之间的关系，也可以用来描述全厂各部门之间的工艺流程。

在描述全厂各部门之间产品工艺流程时，我们用操作符号表示加工与装配等车间，用存储符号表示仓储部门。

此次课程设计中，变速器生产厂的生产工艺过程可以分为零件加工阶段——半成品存储阶段——总装阶段——成品存储阶段。

本厂负责完成端盖、机盖、机座、大齿轮、轴、齿轮轴六个零件的加工及总装工作，其余零部件采取外购措施。

因此，该厂设置了包括原材料库、机加工车间、半成品库、总装车间等11个部门。

各部门分别负责不同阶段的工作，依照附表中给出的工艺过程，我们只需了解部门与部门之间的联系，而不需探究每道工序的细节，我们只将工艺过程划分到部门级的工艺阶段。

2.2.1零件工艺过程图
（1）端盖的加工。

端盖是铸造件，加工出的半成品重0.05kg，经过铸造、机加工，其材料利用率均为80%，即毛坯总重量为0.0781kg，整个工序所产生的废料重0.0281kg。

端盖的加工工艺过程图如图2-1所示。

（2）机盖的加工。

机盖加工经过铸造、机加工、精密加工三道工序，各工序加工利用率分别为80%、80%、98%，加工出的机盖重2.5kg，毛坯重量为3.986kg,所产生的废料重1.486kg。

机盖的加工工艺过程图如图2-2所示。

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图2-1 端盖加工工艺过程（单位：kg）图2-2 机盖加工工艺过程（单位：kg）（3）机座的加工。

机座加工过程同机盖相同，其工艺过程图如图2-3所示。

（4）大齿轮的加工。

大齿轮的加工经过锻造、机加工、热处理等工序，其中经过两次机加工处理，但两次的工艺过程不同，其工艺过程图如图2-4所示。

图2-3 机座加工工艺过程（单位：kg）图2-4 大齿轮加工工艺过程（单位：kg）
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（5）轴的加工。

轴的加工经过机加工、精密加工、热处理等工艺过程。

其中同样也经过两次机加工处理，其工艺过程图如图2-5所示。

（6）齿轮轴的加工。

其加工过程同轴的加工过程相同，其工艺过程图如图2-6所示。

图2-5 轴加工工艺过程（单位：kg）图2-6 齿轮轴加工工艺过程（单位：kg）
2.2.2总工艺过程图
将上述各零件的工艺过程绘制在一起，就得到了变速器总装的工艺过程图，如图2-7所示。

改图清楚地表现了变速器生产的全过程及各作业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。

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图2-5 总装工艺过程（单位：kg）
注：上述所有工艺过程图均为单件物流量，若要得到全年物流量，还需将上面各数据乘以全年变速器总产量。

工艺过程设计决定了产品将怎样生产，零件时自制还是外购，采用什么工艺还设备，五要多长时间，它是工厂物流系统设计和工厂布置的重要依据。

工艺过程分析中还要考虑设备，厂房布置分析，要了解主要设备的外形尺寸、重量、特性、操作方式、布置方式以及厂房的外形尺寸、位置，确定设备所需布置空间，了解设备对环境的影响和要求，了解厂房之间的关系，为后面的布置打下基础。

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3物流分析
物流活动及管理涉及到所有类型的组织和机构，包括政府、工厂、学校、金融机构、批发商和零售商等等。

这些社会组织单位各自构成一个微观系统，而全部加起来就构成宏观的社会系统。

因此，对物流活动而研究当然是从微观，也就是单个企业系统开始。

按照定义运作是一切社会组织将对它的输入转化为输出的过程，那么微观的企业等社会组织系统都是一个运作系统，再细分为生产系统和服务系统。

这样，企业的物流系统与生产系统在很大程度上市重复交叉的，物流贯穿于企业生产全过程，很多时候物流系统就是生产系统。

对制造性企业，生产系统的设计，撇开专业的技术设计，就是物流系统的设计；对服务性企业，人流、信息流在很多时候也可以当做“物”流来看，服务系统的设计在很大程度上也是物流系统的设计，因此，我们在探讨物流系统规划的时候，就是探讨生产系统和服务系统的规划。

按照本次课程设计的要求，主要将根据生产系统的设计来对物流系统的规划和布置进行分析。

物流分析有助于设计人员选择最有效的机器设备、设施、工作单元和部门的安排布局。

同时还可以有助于改进生产过程。

在物流分析时要验证工艺路线是否正确、合理，检查是否可以取消、合并、改变顺序或位置。

因此正确合理的设施布置不仅能提高生产效率和工作效率，也是节约物流费用从而降低产品或服务成本的重大措施。

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及其移动的强度和数量，针对此次课程设计主要进行物流强度分析及其相关图的制作。

3.1物流强度分析
本次课程设计中，该企业的生产类型为少品种大批量生产，应采用工艺过程图进行物流分析，随着产品品种的增加，可以利用多种产品工艺过程表或从-至表来统计具体物流量大小。

采用SLP法进行工厂布置时，通过划分等级的方法，来研究物流状况，在此基础上，一如物流相关表，以简洁明了的形式表示工厂总体物流状况。

物流强度等级。

由于直接分析大量物流数据比较困难且没有必要，SLP中将物流强度转化为五个等级，分别用符号A、E、I、O、U来表示，其物流强度逐渐减小，对应着超高物流强度、特高物流强度、较大物流强度、一般物流强度和可忽略搬运五种物流强度。

作业单位对的物流强度等级应按照物流无线比例或承担的物流量比例来确定，其具体可以参照表3-1来确定。

根据变速器生产厂物料搬运的实例，我们来讨论物流强度等级划分的具体步骤。

首先根据变速器总装工艺过程图2-7来统计存在物料搬运的各作业单位对之间的物流总量，即正反两方向物流量之和，应注意必须采用统一计量单位来统计物流强度。

然后将各作业单位对按物流强度大小排序，根据表3-1中给出的数据划分出物流强度等级，绘制成表3-2如下。

表中未出现的作业单位对不存在固定的物流，因此物流强度等级为U级。

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0246810121416
6-7
7-91-24-52-45-63-44-61-45-3
1-88-4作业单位对
根据各个作业单位对之间的物流强度以及物流强度等级划分表3-1我们得出了表3-2中所示的结果，根据此表我们可以对各个作业单位对的物流强度一目了然，便于对作业单位对之间的关系密切程度进行比较，最后我们可以根据物流强度表制定物流相关图。

3.2物流相关图
为了能简单明了地表示所有作业单位对之间的物流相互关系，我们仿照从-至表结构制造了一种作业单位之间物流相互关系表，在行与列的相交方格中填入行作业单位与列作业单位之间的物流强度等级。

因为行作业单位与列作业单位排列顺序相同，所以得到的是右上三角矩阵表格与左下三角矩阵表格对称的方阵表格，除掉多余的左下三角矩阵表格，将
右上三角矩阵变形，就得到了SLP中著名的物流相关图，根据变速器生产长各个车间的物流强度表我们可以得到它对应的物流相关图，如图3-1所示。

进行工厂布置时，从物流系统优化的角度讲，物流相关图中物流强度等级高的作业单位之间的距离应当尽量缩小，即彼此之间相互接近，便于物料的运输，而物流强度等级低的作业单位之间距离可以适当的加大。

图3-1 变速器生产厂作业单位物流相关图
将表3-2中的各个作业单位对之间的物流强度等级标在相关图中可以让我们很清楚地看到各个单位之间的相互关系，需要说明的是，这里的物流强度是基于单件物料重量、产品和工艺过程所估计出的物流量作为物流等级的依据而制作出。

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4工厂总平面布置设计
现在的生产企业中，作业单位之间关系影响越来越多，关系密切程度越来越紧，而并不是像以前那样完全是以生产加工为全部，而更多地会去考虑相似性、监督管理的方便性、安全性等一系列非物流方面，只有将生产与管理做好才能使企业有着更好的生产秩序和良好的效益。

因此，必须明确各相关的作业单位以及各单位之间的物流和非物流相互关系后，才可以按一定的规则和方法，设计出各种平面布置方案，这些方法根据作业单位划分的大小，可用于工厂总平面布置、车间布置和服务设施布置等。

前面我们已经做出各个零件的工艺过程图、总装工艺过程图和物流相关图，根据流程，下面我们该做非物流关系图及各作业单位关系图等。

4.1非物流关系分析
当物流状况对企业的生产有重大影响时，物流分析就是工厂布置的重要依据，但是也不能忽视非物流因素的影响，尤其是物流对生产影响不大或者没有固定的物流时，工厂布置就不能依赖于物流分析，而更多的应当考虑其他伊苏对各作业单位间相互关系的影响，毕竟物流分析所得到的是定量的相互关系。

在SLP中，产品P、产量Q、工艺过程R、辅助服务部门S及时间安排T是影响工厂布置的基本要素，P、Q和R是物流分析的基础，P、Q和S是作业单位相互关系分析的基础，同时T对物流分析与作业单位相互关系的分析都有影响。

作业单位间相互关系的影响因素与企业的性质有很大的关系，不同的企业，作业单位的设置时不一样的，作业单位间的相互关系的影响因素也是不一样的。

作业单位间相互关系密切程度的典型影响因素一般可以考虑以下几个方面：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、使用相同的办公设施。

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、危险品的影响。

12、服务的频繁和紧急程度。

在SLP中，么个项目中重点考虑因素不应超过8～10个。

确定了作业单位相互关系密切程度的影响因素以后，就可以给出个作业单位间的关系密切程度等级，在SLP中作业单位间相互关系密切程度等级划分为A、E、I、O、U、X六个等级，其含义及比例如表4-1所示。

选择作业单位非物流相互关系影响因素，在评价作业单位非物流相互关系时，首先应制定出一套“基准相互关系”，作业单位之间的相互关系通过对照“基准相互关系”来确定。

表4-2给出了基准相互关系可供变速器生产厂实际工作中参考。

表4-3密切程度评定表
根据基准相互关系表我可以结合变速器生产厂制定 出作业单位关系密切程度的
评定理由表。

如右表4-3。

确定了各作业单位非物流相互干系密切程度以后，利用与物流关系图相同的形式建立作业单位非物流相互关系图，图中的每一个菱形框格填入相应的两个作业单位之间的相互密切程度等级，上半部分用密切程度等级符号表示密切程度，下半部分用数字表示去顶密切程度等级的理由。

根据上面分析总结建立如图4-1的各作业单位非物流相互关系图。

图4-1非物流相互关系图
4.2作业单位综合相互关系
在大多数工厂中，各作业单位之间既有物流联系也有非物流联系，两作业单位之间的相互关系应包括物流关系与非物流关系，其中物流关系是定量分析，非物流关系时定性分析，因此在SLP中，要将作业单位间物流的相互关系与非物流的相互关系进行合并，求出合成的相互关系——综合相互关系，然后由各作业单位间综合相互关系出发，实现各作业单位的合理布置。

建立作业单位综合相互关系图首先要进行物流分析，求得作业单位物流相关图；其次是确定作业单位间非物流相互关系影响因素及等级，求得作业单位非物流相互关系图；接着要确定物流与非物流相互关系的相对重要性和密切程度等级。

前面我们已经做出了物流相关图和非物流相互关系图，下面我们将对物流与非物流的相对重要性和密切程度进行展开分析。

图3-1与图4-1给出的变速器生产厂作业单位物流相关图与非物流相互关系图显示出靓图并不一致，为了确定各作业单位之间综合相互关系密切程度，需要将两图进行合并。

4.2.1物流与非物流相互关系的相对重要性。

一般来说，物流与非物流的相互关系的相对重要性的比值m:n应在1/3～3之间。

当小于1：3时，说明物流对生产的影响非常小，工厂布置时只需要考虑非物流的相互关系；当比值大于3时，说明物流关系占主导地位，工厂布置时只需考虑物流相互关系的影响。

实际工作中，根据物流与非物流相互关系的相对重要性取m：n=3:1，2:1，1:1，1:2，1:3，我们把m:n称为加权值。

加权值大小反映了工厂布置时考虑方面的侧重点，对于变速器生产厂来说，物流影响并不明显大于其他因素的影响，因此去加权值m:n=1:1。

4.2.2物流与非物流的密切程度等级
量化物流强度等级和非物流的密切程度等级。

对于图3-1和图4-1，一般取A=4，
E=3,I=2,O=1,U=0,X=-1,得出量化后的物流相关图和非物流相互关系图。

计算量化的所有作业单位之间综合相互关系。

设任意两个作业单位分别为Ai和Aj（i ≠j），其量化的物流相互关系等级为MRij，量化的非物流的相互关系密切程度等级为NRij，则作业单位Ai与Aj之间综合相互关系密切程度数量值TRij=m·MRij+n·NRij。

TRij是一个量值，需要经过等级划分，才能建立出与物流相关图类似的符号化的作业单位综合相关表。

因此还需要划分综合相互关系等级。

综合相互关系的等级划分为A、E、I、O、U、X，各级别TRij值逐渐递减，且各级别对应的作业单位对数应符合一定的比例。

下表4-4给出了综合相互关系等级及划分比例。

表4-4 综合相互关系等级与划分比例
需要说明的是，将物流与非物流相互关系进行合并时，应该注意X级关系的处理，任何一级物流相互关系等级与X与级非物流相互关系等级合并时都不应超过O级，对于某些极不希望接近的作业单位之间的相互关系可以定位XX级，即绝对不能相互靠近。

当作业单位数目为N时，总的作业单位对数可用下式计算：P=N(N-1)/2。

变速器生产厂共有11个作业单位，因此可得出共有作业单位对为55个。

综合相互关系的计算及划分关系等级，根据各作业单位对之间物流与非物流关系等级高低进行量化及加权求和，求出综合相互关系分值。

下表4-5为变速器生产厂作业单位综合相互关系计算表，其中共给出27个作业单位对，其余28个作业单位对在物流相关图和非物流相互关系图中关系等级均为U级，其综合相关等级也为U级。

流的相互关系的综合体现，不应该与前两种相互关系相互矛盾。

根据表4-5中的综合相互关系总分和表4-6的划分比例转化为各作业单位对的关系密集等级，绘制成作业单位综合相互关系图，如图4-2所示。

图4-2 变速器生产厂作业单位综合相互关系图
4.3作业单位位置相互关系分析
在SLP中，工厂总评平面布置不直接去考虑各作业单位的建筑物占地面积及其外形几何形状，而是从各作业单位间相互关系密切程度出发，安排各作业单位之间的相对位置，关系密切程度高的作业单位之间距离近，关系密切程度低的作业单位之间距离远，由此形成作业单位位置相关图。

4.3.1作业单位综合接近程度排序表
当作业单位数量较多时，作业单位之间相互关系数目就非常多，为作业单位数量的平方量级，因此即使只考虑A级关系，也有可能同时出现很多个。

这就给如何入手绘制作业
单位位置相关图带了了困难。

为了解决这个问题，我们引入综合接近程度的概念，某一作业单位综合接近程度等于改作业单位与其他所有作业单位之间量化后的关系密切程度等
级的综合。

这个值的高低，反映了该作业单位在布置图上是应该处于中心位置还是应该处于边缘位置。

也就是说，综合接近程度高的作业单位与其他作业单位相互关系总体上是比较密切的，即与大多数作业单位都比较接近。

当然，这个作业单位就应该处于作业单位的中央位置，反之，这个作业单位就应该处于布置图的边缘。

为了计算各作业单位的综合接近程度，我们把作业单位综合相互关系图，变换成右上三角矩阵与左下三角矩阵表格对称的方针表格，然后量化关系密切接近程度等级，并且按行或列累加关系密切程度等级分值，其结果就是某一作业单位的综合接近程度。

表4-7就是变速器生产厂作业单位综合接近程度计算结果表。

表4-7 变速器生产厂作何接近程度排序表
综合接近程度分值越高，说明该作业单位越应该靠近布置图的中心位置，分值月底说明该作业单位越应该处于布置图的边缘位置。

处于中央区域的作业单位应该优先布置，也就是说，依据SLP思想，首先根据综合相互关系级别高低A、E、I、O、U级别顺序先后确。