【文章內(nèi)容簡介】 生產(chǎn)。工藝布置也稱為機(jī)群式布置，即把同種類型的設(shè)備和人員集中布置在一個地方，這樣便于調(diào)整設(shè)備和人員，容易適應(yīng)產(chǎn)品的變化，生產(chǎn)系統(tǒng) 的柔性大大增加，但是，當(dāng)工件需要經(jīng)過多種設(shè)備進(jìn)行加工時，工件就不得不往返于各工序之間，增加了產(chǎn)品搬運次數(shù)與搬運距離，常常帶來物料交叉搬運與逆向流動的問題，這種布置形式通常適用于單件生產(chǎn)及多品種小批量生產(chǎn)模式。成組布置又稱混合布置，在產(chǎn)品品種較多，每種產(chǎn)品的產(chǎn)量又是中等程度的情況下，將工件按其外形與加工工藝的相似性進(jìn)行編碼分組，同組零件用相似的工藝過程進(jìn)行加工，同時將設(shè)備成組布置，即把使用頻率高的機(jī)器群按工藝過程順序布置組合成成組制造單元，整個生產(chǎn)系統(tǒng)由數(shù)個成組制造單元構(gòu)成。這種布置方式既有流水線的生產(chǎn)效率又 有機(jī)群式布置的柔性，可以提高設(shè)備開工率、減少物流量及加工時間，成組布置適用于多品種、中小批量的生產(chǎn)類型。綜上所述，產(chǎn)品品種的多少、產(chǎn)量的高低直接決定了設(shè)施布置的形式，圖 132直觀反映了產(chǎn)品種類 —— 產(chǎn)量與設(shè)施布置形式的關(guān)系，圖中每柱代表一類產(chǎn)品的產(chǎn)量。只有對產(chǎn)品種類 —— 產(chǎn)量關(guān)系深入分析，才能產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)脑O(shè)施布置形式。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 第 9 頁 圖 132 EQ曲線 以上均是針對生產(chǎn)企業(yè)來說的，而對于物流中心，同樣可以根據(jù)處理貨物的種類 數(shù)量關(guān)系確定恰當(dāng)?shù)脑O(shè)施布置形式。 (3)作業(yè)單位及作業(yè)活動 分析。在對前述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和背景資料分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)而對現(xiàn)代企業(yè)主要的業(yè)務(wù)活動、作業(yè)的關(guān)聯(lián)性及其大體作業(yè)流程進(jìn)行分析，劃分作業(yè)區(qū)域和作業(yè)單位。在此過程需注意作業(yè)區(qū)域之間可能存在的信息交換關(guān)系、組織協(xié)調(diào)關(guān)系、考慮操作安全和環(huán)境需要而保持的距離關(guān)系。在大多數(shù)企業(yè)中，各作業(yè)單位之間既有物流聯(lián)系也有非物流聯(lián)系，兩作業(yè)單位之間的相互關(guān)系應(yīng)包括物流關(guān)系與非物流關(guān)系，因此要將作業(yè)單位間的相互關(guān)系與非物流的相互關(guān)系進(jìn)行合并，求出合成的相互關(guān)系 綜合相互關(guān)系，然后由各作業(yè)單位間綜合相互關(guān)系出發(fā)，實現(xiàn)各作業(yè)單位的合理布置。 （ 4）初步方案形成階段。在這一階段所采用的方法，和傳統(tǒng)的 SLP方法基本上是一致的。只是由上一步的部門綜合關(guān)系圖生成線型圖，再將面積的約束及各種實際限制條件加入，采用試錯法生成空間關(guān)系圖，即生成初步布置方案 X、 Y、 Z? （ 5）方案評估和選擇階段。對上一步形成的數(shù)個方案，應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)，或者計算機(jī)仿真的方法，從社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面因素，對各方案進(jìn)行的綜合評價和方案評估，從中選擇一到兩個可選方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。 （ 6）詳細(xì)布置設(shè)計階段。對各作業(yè)區(qū)內(nèi)部所使用的各種設(shè)施、設(shè)備器具、作業(yè)場所、車間通道等進(jìn)行 詳細(xì)布置和安排。在此階段建議重復(fù)使用綜合關(guān)系法，因為從考慮問題、布置思路和處理方法等角度來看，各作業(yè)區(qū)內(nèi)部的詳細(xì)布置設(shè)計和各作業(yè)單位布置設(shè)計的方法幾乎完全一樣，只是工作的中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 第 10 頁 深度、設(shè)計的范圍和細(xì)致程度不同，詳細(xì)設(shè)計階段考慮的問題更細(xì)致些，布置的內(nèi)容更具體些。 （ 7）動線分析。在此之前均是空間的合理布置設(shè)計，故在對一到兩個可選方案進(jìn)行詳細(xì)布置設(shè)計后，有必要對現(xiàn)代企業(yè)的物流動線和人行動線進(jìn)行分析，即物料搬運系統(tǒng)分析，并對最優(yōu)方案進(jìn)行調(diào)整、反饋修正，使其物流動線和人行動線具有最大的合理性和流暢性，并使搬運方法和搬運手 段合理化，以提高現(xiàn)代企業(yè)的運轉(zhuǎn)效率。在這里可以運用系統(tǒng)搬運分析方法 SHA（ Systenatic Handling Analysis）進(jìn)行動線分析。一般來說，選擇車間內(nèi)部流動模式的一個重要因素是車間入口和出口的位置。常常由于外部運輸條件或原有布置的限制，需要按照給定的入、出口位置來規(guī)劃流動模式。此外，流動模式還受生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)線長度、場地、建筑物外形、物料搬運方式與設(shè)備、貯存要求等方面的影響。物流動線的主要型式有：直線型、 U型、 S 型、 O 型、 L 型等。實際流動模式常常是由五種基本流動模式組合而成的。新建 企業(yè)時可以根據(jù)生產(chǎn)流程要求及各作業(yè)單位之間物流關(guān)系選擇流動模式，進(jìn)而確定建筑物的外形及尺寸。 （ 8）確定最佳布置方案。根據(jù)以上動線分析，確定最佳布置方案進(jìn)行實施，在實施過程中再對布置方案進(jìn)行調(diào)整和進(jìn)一步完善。 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 在系統(tǒng)設(shè)計方法被引入以前，人們使用經(jīng)驗設(shè)計法來解決設(shè)施布置問題。利用多年來在設(shè)計、建造和運行各種行業(yè)的工廠中所累積起來的經(jīng)驗、教訓(xùn)、數(shù)據(jù)和資料，人們在設(shè)計同類型的或相似的工業(yè)設(shè)施時將其作為參考。經(jīng)驗設(shè)計方法的要點在于尋找同類或相似工廠作為樣板，但必須根據(jù)目標(biāo)和實際的內(nèi)外部因素 設(shè)計多個可供選擇的方案，利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)或指標(biāo)決定各部門面積，通過方案評估比較決定優(yōu)選方案，最后繪制標(biāo)準(zhǔn)的總平面布置圖和詳細(xì)的車間布置設(shè)計圖。因此，經(jīng)驗設(shè)計法是布局形式模仿現(xiàn)有同類工廠的布局，但也作局部或者小的改進(jìn)；人員、設(shè)備、面積等均采用指標(biāo)法加以估算，即從已建成的同類工廠中統(tǒng)計計算出生產(chǎn)單位產(chǎn)品或其他所需要的廠房面積、設(shè)備及人員等；然后在已確定的面積上對各部門或各種設(shè)備及設(shè)施，在參考樣板廠的情況下進(jìn)行布置。采用的手段是模仿、修改加定性分析。 在 SLP這一系統(tǒng)化，流程化的方法被引入以來，被廣泛的實踐和證明，得 到了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的公認(rèn)?；谶@一方法的多種演算方式也隨之發(fā)展起來。多數(shù)的設(shè)施布置問題大多都是基于 SLP開發(fā)的算法。傳統(tǒng)的設(shè)施布局的中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 第 11 頁 目標(biāo)是使生產(chǎn)活動中的運輸成本最小，將機(jī)器、部門和生產(chǎn)單元的運輸狀況以從至表的方式來進(jìn)行量化。通常使用物料在不同部門問的運輸量、運輸距離來衡量各部門相鄰的重要程度。而相鄰生產(chǎn)單元的中心直線距離往往被作為衡量距離的點。美國的伊利諾斯州立大學(xué)對車間布局進(jìn)行了研究，將車間的設(shè)備分為幾個單元，建立相關(guān)圖 (它是一個根據(jù)相鄰設(shè)備之間物流的重要程度而分為幾個等級的列表 )，按照理查德的 SLP方法 來確定車間布局的步驟，利用啟發(fā)式算法將所建立的關(guān)系表進(jìn)行優(yōu)化，最終通過計算機(jī)程序自動得到一個合理的布局，并且能夠給出相應(yīng)的評價體系。 計算機(jī)輔助設(shè)施布置技術(shù) (CRAFT Computerized Relative Allocation of Facilities Technique)產(chǎn)生于 20世紀(jì) 70年代。這種技術(shù)的基本思想是，為簡化起見，假定當(dāng)物料需要跨越一個車間時，成本加倍；當(dāng)物料跨越兩個車間時，成本為原來的 3倍，以此類推。從車間的這些輸入和最初布置方案開始，計算機(jī)輔助設(shè)施布置技術(shù)試圖用布置方案的總物 流成本來衡量方案的優(yōu)劣，并不斷改進(jìn)。 車間之間的物流成本 =物流量 車間中心的直線距離 單位距離運輸成本 計算機(jī)輔助設(shè)施布置技術(shù)以迭代的方式不斷交換兩個車間的位置來改進(jìn)布置，直到所得布置方案的物流成本不能再降低為止。也就是說，計算機(jī)輔助設(shè)施布置技術(shù)要不斷計算兩個車間位置交換后對總成本的影響；如果總成本降低，則交換位置，而這個過程是通過相應(yīng)的 CRAFT計算機(jī)輔助軟件來進(jìn)行。 SPACECRAF、 CORELAP、 ALDEP和 COFAC是計算機(jī)輔助設(shè)計和規(guī)劃技術(shù)中的另外幾種專家系統(tǒng)，但都未在排列備選計劃的優(yōu)先次序時考 慮到專門知識，他們的程序中沒有人類設(shè)計者所具備的創(chuàng)造性。利用 CRAFT進(jìn)行設(shè)施規(guī)劃，該方法的主要特點有：采用啟發(fā)式算法，當(dāng)移動兩個部門能夠使得物流費用減少時，則交換這兩個部門；不保證有最優(yōu)解：起始狀態(tài) (Initial Layout)會決定最終的布局；部門數(shù)目越多，運算次數(shù)和時間越長。如對于 10個部門的運算次數(shù)將達(dá)到 lO的階乘；以劃分的小格作為每個部門的面積基礎(chǔ)，經(jīng)常會導(dǎo)致奇怪的布局形狀。 國內(nèi)針對車間布局的研究已經(jīng)展開，目前有上海交通大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，華中理工大學(xué)等，所做的研究工作也主要是集中在算法的研究上， 從而對布局進(jìn)行優(yōu)化，同濟(jì)大學(xué)提出面向敏捷制造的車間布局形式，詳述了新型模式的車間布局，并且闡明基于新模式下的車間布局需要不斷變化和調(diào)整，在其整個生命周期中，不清楚生產(chǎn)數(shù)據(jù)的情況下，利用模糊生產(chǎn)數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行車間布局，并提出基于敏捷制造的分布式布局的思想。上海交通大學(xué)則根據(jù)精益生產(chǎn)的哲理應(yīng)用于車間的平面布局之中。提出了生產(chǎn)線車間布局的數(shù)學(xué)中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 第 12 頁 模型和結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)設(shè)備的特點提出車間設(shè)備的分類方法，提出了基于設(shè)備分類的定序算法和定位算法。 3 企業(yè)概況及問題 徐州污水處理廠概況 徐州污水處理廠是淮河流域建成 的第一家城市污水處理廠，主要負(fù)責(zé)處理徐州市奎河流域排放的生活污水和工業(yè)廢水。該廠建于 1994 年，處理規(guī)模為 10 萬 ； 1997 年～ 1998 年完成二期擴(kuò)建，污水廠總設(shè)計規(guī)模達(dá)到晴天 萬 ，雨天 30 萬 ； 20xx 年，徐州市政府出資對奎河污水處理廠進(jìn)行技術(shù)改造，出水水質(zhì)提高到 GB1891820xx 中的一級 B 標(biāo)準(zhǔn)，其中 ≤ 70mg/L。 20xx 年底，奎河污水廠采用 TOT（移交 經(jīng)營 移交） 方式轉(zhuǎn)為市場化運營，由安徽 國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司托管運行 ，經(jīng)營權(quán)限為 30 年 。 公司地處徐州市南郊姚莊，持有國家環(huán)保部（原國家環(huán)保總局）頒發(fā)的環(huán)境污染治理設(shè)施運營資格證書（國環(huán)運營證 1506 生活污水甲級、國環(huán)運營證 2583 工業(yè)廢水甲級），并通過環(huán)境管理體系、職業(yè)健康安全管理體系、質(zhì)量管理體系認(rèn)證。公司自 20xx 年 4 月運營以來，自覺接受政府部門的監(jiān)督管理，出水水質(zhì)水量、安全生產(chǎn)、在線監(jiān)測、污水處理等指標(biāo)符合監(jiān)管要求，努力改善了淮河的水體環(huán)境，為徐州市的環(huán)境建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。 徐州市奎河污水處理廠提標(biāo)改造工程概況 根據(jù) 環(huán)評 有關(guān)要求，奎河污水處理廠出水 CODCr 、 NH3N 應(yīng)執(zhí)行GB1891820xx 中的一級 A 標(biāo)準(zhǔn)，其余指標(biāo)應(yīng)執(zhí)行 GB1891820xx 中的一級 B標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有處理設(shè)施難以確保污水處理穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，因此需進(jìn)行提標(biāo)改造。 20xx 年 12 月上海市政工程設(shè)計研究總院編制完成了《徐州奎河污水處理廠提標(biāo)改造工程可行性研究報告》。 20xx 年 1 月，江蘇省發(fā)改委組織有關(guān)專家對本可研究報告進(jìn)行了審查論證。 徐州奎河污水處理廠提標(biāo)改造工程項目總投資 萬元，其中工程費用 萬元。 本提標(biāo)改造項目主要工程內(nèi)容包括： （ 1） 恢復(fù)初沉池功能，晴天運行 2 座，雨天運行 4座； （ 2）拆除現(xiàn)狀污泥堆棚 1 座和堆肥車間 1 座； 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 第 13 頁 （ 3）將現(xiàn)狀 曝氣池 1改造為厭氧池， 曝氣池 2改造為 厭缺氧池，處理流量為 萬 m3/d，水力停留時間 +=； （ 4）新建 1 座生物反應(yīng)池，處理流量為 萬 m3/d，分 2 組，每組水力停留時間為 ； （ 5）新建 1 座紫外線消毒池 ， 1 座加藥間 ； （ 6）改造污泥脫水機(jī)房，新建污泥堆棚 1 座； （ 7）新建 部分 工藝管線 ； （ 8）增加一路供電電源。 徐州奎河污水處理廠提標(biāo)改造項目于 20xx 年 7月 16 日開工 建設(shè)，計劃20xx 年 4月底進(jìn)水運行。 企業(yè)在設(shè)施布置方面的問題 （ 1） 現(xiàn)有部分設(shè)備陳舊，設(shè)備利用率較低； （ 2）徐州污水處理廠物流路線較復(fù)雜，給構(gòu)（筑）物的建造帶來了不必要的浪費； （ 3）徐州污水處理廠北側(cè)緊鄰徐州工程學(xué)院，工廠 產(chǎn)生的臭氣給工程學(xué)院帶來了一定的影響，因此在布局改造的過程中應(yīng)將其影響 降低到最低； （ 4） 現(xiàn) 有 生反池池容遠(yuǎn)不能夠滿足脫氮除磷要求，因此，必須對生物反應(yīng)池進(jìn)行擴(kuò)容改造。 （ 5） 曝氣池 2 東側(cè)的一塊空地不能夠滿足本提標(biāo)改造項目生物反應(yīng)池擴(kuò)容的需求，可以利用的地塊位于廠前區(qū)南側(cè)。由于 該地塊與現(xiàn)狀曝氣池之間隔著污泥脫水機(jī)房和堆肥車間，這給平面布置帶來了一定難度。 4 動線型 SLP 在徐州污水處理廠中的應(yīng)用研究 徐州污水處理廠總平面布置原則 （ 1）處理構(gòu)筑物與設(shè)施的布置應(yīng)順應(yīng)流程、集中緊湊，以便于節(jié)約用地和運行管理。 （ 2） 工藝構(gòu)筑物（或設(shè)施）與不同功能的輔助建筑物應(yīng)按功能的差異，分別相對獨立布置，并協(xié)調(diào)好與環(huán)境條件的關(guān)系（如地形走勢、污水出口方向、風(fēng)向、周圍的重要或敏感建筑物等）。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 第 14 頁 （ 3）構(gòu)（建）之間的間距應(yīng)滿足交通、管道（渠）敷設(shè)、施工和運行管理等方面的要求。 （ 4）管道（線） 與渠道的平面布置，應(yīng)與其高程布置相協(xié)調(diào)，應(yīng)順應(yīng)污水處理廠各種介質(zhì)輸送的要求，盡量避免多次提升和迂回曲折，便于節(jié)能降耗和運行維護(hù)。 （ 5） 協(xié)調(diào)好輔助建筑物，道路，綠化與處理構(gòu)（建）筑物的關(guān)系，做到方便生產(chǎn)運行，保證安全暢通，美化廠區(qū)環(huán)境。 （ 6） 各處理構(gòu)筑物之間的連接管 (溝道 )應(yīng)盡量避免立體交叉，并考慮施工、檢修方便。 （ 7）考慮分期施工和擴(kuò)建的可能性，留有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)建余地。 基本要素分析 加工、服務(wù)的對象或接收的訂單 —— EEntry 徐州污水處理廠是一個以處理徐州市區(qū)生活污水為主的企業(yè)，因 此其加工對象就是生活污水。 加工產(chǎn)品或處理貨物的種類 —— IItem 污水處理廠與一般的制造業(yè)相比有其獨特性是處理種類單一，生活污水經(jīng)過處理工藝處理后成為達(dá)標(biāo)的水質(zhì)排放到下游河道