目 录
一、 绪
论………………………………………………………………………………1
二、 基 本 要 素 分
析……………………………………………………………………1
1、 球阀结构及参数…………………………………………………………………………3
2、 作业单位划分情况………………………………………………………………………4
3、 工艺过程分析……………………………………………………………………………9
三、 物 流 分
析…………………………………………………………………………9
1、 产 品 工 艺 过 程 分
析………………………………………………………….9
分析给定的工艺过程表………………………………………………………….10
各个自制零部件工艺过程图…………………………………………………….12
产品总的工艺过程图…………………………………………………………….12
产品产量分析…………………………………………………………………….13
2、物流强度分析………………………………………………………………13
作业单位之间的物流强度……………………………………………………….14
各单位之间物流强度统计图…………………………………………………….14
绘制从至表……………………………………………………………………….15
作业单位物流相关原始分析…………………………………………………….15
四、作业单位非物流相关分析………………………………………………………17
五、作业单位综合相关分析…………………………………………………………17
1、选取加权值………………………………………………………………………………17
2、相互关系计算……………………………………………………………………………18
3、综合物流相关等级表……………………………………………………………………19
4、作业单位综合关系………………………………………………………………………20
六、作业单位相关分析………………………………………………………………20
1、综合接近程度排序………………………………………………………………………21
2、绘制作业单位位置相关图………………………………………………………………22
七、作业单位面积相关分析…………………………………………………………23
1、作业单位面积相关图……………………………………………………………………23
2、方案一……………………………………………………………………………………24
3、方案二……………………………………………………………………………………25
4、方案三……………………………………………………………………………………26
八、评价方案并择优…………………………………………………………………26
1、计算权重…………………………………………………………………………………26
2、评选方案…………………………………………………………………………………27
九、总结………………………………………………………………………………27
十、参考文献…………………………………………………………………………27
一、绪论
设施规则与物流分析是工业工程专业一门重要的主干专业课程。设施规划是
工业工程学科中公认的重要研究领域和分支之一。设施规划特别是其中的工厂设
计着重研究工厂总平面布置、车间布置及物料搬运等内容，其目标是通过对工厂
各组成部分相互关系分析，进行合理布置，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。
工厂作为一个生产工具系统是由人员、设备、技术等多种因素所构成，整个
系统的效益即总投入与总产出之比应尽可能达到最高水平。因此，工厂布置设计
就是一项多因素、多目标的系统优化设计课题。
由于社会需要的多样性，生产不同产品工厂的模式必然存在着差异，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，采用一套表达力极强的图例
符号和简明表格，通过一套条理清晰的设计程序进行工厂布置设计。这种方法为
设施设计人员与生产工具管理人员广泛采用，实践效果良好。系统布置设计不是
一种严密的设计理论，而是一套实践性非常强的设计模式和规范的设计程序。学
习和掌握系统布置设计方法最有效的手段就是直接参与设计工作。
二、基本要素分析
1、球阀结构及参数
球阀是由旋塞演变而来的，它的启闭件作为一个球体，利用球体绕阀杆的轴
线旋转 90o 实现开启和关闭的目的。球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介
质流动方向，设计成 V 形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。球阀不仅结
构简单、密封性能好，而且在一定的公称通经范围内体积较小、重量轻、材料耗
用少、安装尺寸小，并且驱动力矩小，操作简便、易实现快速启闭。
球阀装配图如下图所示：
图 1 球阀装配图
球阀零件明细表如下：
表 1 球阀零件明细表
工厂名称：球阀加工装配厂
产品名称 球阀(qf100)
单件重量(kg)序
号
零件名称
自
制
外
购
材料
单位成品
消耗量 大型号 中型号 小型号
备注
1 阀体 √ ZG25 1 5 2
2 闷盖 √ ZG25 1 2
3 密封圈 √ 聚四氯乙烯 2
4 阀芯 √ 40Cr 1
5 调整垫 √ 聚四氯乙烯 1
6 螺柱 √ Q235 4
7 螺母 √ Q235 4
8 填料垫 √ 40Cr 1
9 中填料 √ 聚四氯乙烯 1
10 上填料 √ 聚四氯乙烯 1
11 填料压聚套 √ 35 1
12 阀杆 √ 40Cr 1
13 扳手 √ ZG25 1
2、作业单位划分情况
表 2 作业单位建筑物汇总表
作业单位建筑物汇总表
序号 作业单位名称 用途 建筑面积 结构形式 备注
1 原材料库 存放原材料 72*108 跨距12 7776
2 外购件及标准件
库
存放标准件及外购件 60*72 跨距12 4320
3 机加工车间 对零件进行机加工 72*180 跨距12 12960
4 化工车间 对零件进行化学加工 60*72 跨距12 4320
5 热处理车间 铸造零件，对零件进行热
处理
72*180 跨距12 12960
6 油漆车间 对零件油漆 60*72 跨距12 4320
7 总装车间 装配成品，并检验成品 120*360 跨距12 43200
8 成品库 存放成品 72*108 跨距12 7776
9 办公服务楼 管理和服务活动 72*108 跨距12 7776
10 车库 停放车辆 96*96 跨距12 9216
3、工艺过程分析
球阀生产工艺流程：
(1) 零、组件制作与外购 （续表为自制件工艺过程卡）
(2) 组装 所有零、组件在总装车间集中组装为成品。
(3) 上漆 组装完成后，至油漆车间，每件成品需用油漆 。
(4) 产品储存 所有上漆产品转运至成品库待出厂。
表 3 阀体的工艺过程卡
阀体
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
阀体 qf101 ZG25 2 100000 200000
序号
作业单位名
称
工序内容 工序材料利用率/﹪
1 原材料库 原材料出库 100 100000 308642
2 热处理车间 铸造阀体毛坯 90 100000
3 机加工车间 粗铣、粗车 80 100000
4 热处理车间 淬火 100 100000
5 机加工车间 精铣、精车 90 100000 200000
表 3 中，已知零部件最后一步加工之后的产品的总重量，即第 5 步得产品总
重 200000kg，第 5 步的工序材料利用率为 90%，故可计算出第 4 步的总重量为：
200000/90%=。依照此方法，可以求出每一工序及原材料的总重量，
最后结果如表 3 所示。同样的方法，可以求出其他零部件的各工序重量，计算结
果如下列表所示：
表 4 闷盖的工艺过程卡
闷盖
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
闷盖 qf102 ZG25 100000 110000
序号 作业单位名称 工序内容 工序材料利用率/﹪
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 热处理车间 铸造闷盖毛坯 90 100000
3 机加工车间 粗铣、粗车 80 100000
4 热处理车间 淬火 100 100000
5 机加工车间 精铣、精车 90 100000 110000
表 5 密封圈的工艺过程卡
密封圈
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
密封圈 qf103 聚四氯乙烯 100000 700
序号
作业单位名
称
工序内容 工序材料利用率/﹪
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 化工车间 热挤压成型 98 100000 700
表 6 阀芯的工艺过程卡
阀芯
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
阀芯 qf104 40Cr 100000 30000
序号 作业单位名称 工序内容 工序材料利用率/﹪
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 机加工车间 铣槽、粗车 75 100000
3 热处理车间 淬火 100 100000
4 机加工车间 精车 85 100000 30000
表 7 调整垫的工艺过程卡
调整垫
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
调整垫 qf105 聚四氯乙烯 100000 200
序号 作业单位名称 工序内容 工序材料利用率/﹪
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 化工车间 热挤压成型 98 100000 200
表 8 填料垫的工艺过程卡
填料垫
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
填料垫 qf108 40Cr 100000 15000
序号 作业单位名称 工序内容 工序材料利用率/﹪
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 机加工车间 粗车 75 100000
3 热处理车间 淬火 100 100000
4 机加工车间 精车 85 100000 15000
表 9 中填料工艺过程卡
中填料
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
中填料 qf109 聚四氯乙烯 100000 3000
序号 作业单位名称 工序内容 工序材料利用率
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 化工车间 热挤压成型 98 100000 3000
表 10 上填料工艺过程卡
上填料
产品名称 件号 材料 单位重量/kg
年计划产
量
总重量/kg
上填料 qf110 聚四氯乙烯 100000 3000
序号
作业单位名
称
工序内容 工序材料利用率
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 化工车间 热挤压成型 98 100000 3000
表 11 填料压聚套工艺过程卡
填料压聚套
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
填料压聚套 qf111 35 100000 15000
序号
作业单位名
称
工序内容 工序材料利用率
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 机加工车间 粗车 75 100000
3 热处理车间 淬火 100 100000
4 机加工车间 精车 85 100000 15000
表 12 阀杆工艺过程卡
阀杆
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
阀杆 qf112 40Cr 100000 9000
序号 作业单位名称 工序内容
工序材料利用
率
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 热处理车间 铸造阀杆毛坯 95 100000
3 机加工车间 粗铣、粗车 70 100000 11250
4 热处理车间 淬火 100 100000 11250
5 机加工车间 精铣、精车 80 100000 9000
表 13 扳手工艺过程卡
扳手
产品名称 件号 材料 单位重量/kg 年计划产量 总重量/kg
扳手 qf113 ZG25 100000 16000
序号 作业单位名称 工序内容 工序材料利用率
1 原材料库 原材料出库 100 100000
2 热处理车间 铸造扳手毛坯 95 100000
3 机加工车间 粗铣、钻孔 75 100000 20000
4 热处理车间 淬火 100 100000 20000
5 机加工车间
精铣、扩孔、绞
孔
80 100000 16000
三、物流分析
物流相关分析是机械制造厂平面布置的基础，主要从以下步骤来进行分析：
1、产品工艺过程分析
分析给定的工艺过程表
由于各个部件的年需求量是固定的，也就是说球阀的生产呈理想状态（零库
存存），所以全年的物流量就没有必要给出。工艺过程表计算出各个工序加工前
后单件重量及废料重量如下表 14 所示：
表 14 各个零件原料重量与成品重量对比
产品名称 件号 材料 原始重量
（kg）
材料利用
率（%）
成品重量
（kg）
废料（kg）
阀体 1 ZG25 2
闷盖 2 ZG25
密封圈 3 聚四氯乙烯 98
阀芯 4 40Cr
调整垫 5 聚四氯乙烯 98
填料垫 8 40Cr
中填料 9 聚四氯乙烯 98
上填料 10 聚四氯乙烯 98
填料压聚套 11 35
阀杆 12 40Cr
扳手 13 ZG25 57
各个自制零部件工艺过程图
在上述工艺过程图中，○代表加工，▽表示储存，图示符号中的数字即表 2
中各作业单位的序号。数字表示各工序加工的零部件重量，其中，因为某些工序
的材料利用率不是 100%，因此会产生废料，如：= 即为废料
的重量。其余各工艺过程图的计算和表示方法均一样。
图 2 自制零部件工艺过程图
产品总的工艺过程图
图 3 产品总的工艺过程图
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
而影响工厂的布置形式。根据以上已知条件可知，待布置设计的球阀厂的产品品
种单一，产量较大，其年计划产量为 100000 件，属于大批量生产，所以此类少
品种大批量的生产适合于产品原则布置，采用流水线生产的组织形式。
2、物流强度分析
作业单位之间的物流强度
将从至表中各个作业单位对的物流强度汇总，按照作业强度划分等级，物流
强度等级划分采用著名的 A、E、I、O、U 等级，AEIO 比例如下表，U 级比例
只给无物流的作业单位对，有物流的作业单位对一般不考虑 U 级。
表 15 物流强度等级分划表
物流强度等级 符号 物流路线比例（%） 承担的物流量比例（%）
超高物流强度 A 10 40
特高物流强度 E 20 30
较大物流强度 I 30 20
一般物流强度 O 40 10
可忽略搬运 U
0
2
4
6
8
10
1-3 1-4 1-5 3-2 3-5 4-2 5-3
各单位之间物流强度统计图
系列1
表 16 作业单位之间的物流强度
该表中未出现的作业单位对之间不存在固定的物流，因此物流强度等级为 U 级。
其中 A 级的判定为： 40%，根据表 15
定为 A 级，I 级的判定为： 20%，定为 I 级。
其余的划分依次类推。
各作业单位对之间物流强度统计图
图 4
序号 作业单
位对数
物流量 合计 物流强度
等级
1 1-3 ++ O
2 1-4 +++ U
3 1-5 +++ I
4 3-2 2++++++ I
5 3-5 +++++
+
I
6 4-2 +++ U
7 5-3 +++++
+++++0.
2
A
总计
绘制从至表
表 17 从至表
from to 1 2 3 4 5 6 7 8
1
2
3
4
5
6
7
8
作业单位物流相关原始分析
由上面的原始物流作定量的分析后，得到原始物流相关表。
表 18 原始物流相关表
由原始物流相关表（表 18）可得作业单位物流相互关系图（图 5）如下图：
图 5 作业单位物流相互关系图
四、作业单位非物流相关分析
根据球阀结构及工艺特点，球阀厂的作业单位划分有原材料库、外购件及标
准件库、机加工车间、化工车间、热处理车间、油漆车间、总装车间、成品库、
办公服务楼和车库。
1、 从物流、工作流程、作业性质相似、使用相同设备、使用同一场地等一
系列因素整理出作业单位相互关系的主要因素，在相关图中，评级理由一般以编
码表示，并给出理由编码如表 19 所示：
表 19 球阀作业单位相互关系密度理由
编码 理由
1 工作流程的连续性
2 生产服务
3 物料搬运
4 管理方便
5 安全及污染
6 功用设备及辅助
7 震动
8 人员联系
2、 确定各作业单位对之间影响相互关系的因素，并初步确定相互关系等级
如表 20 所示：
表 20 作业单位相互关系等级
符号 含义 说明（分值） 比例（%）
A 绝对重要 4 分 2~5
E 特别重要 3 分 3~10
I 重要 2 分 5~15
O 一般密切程度 1 分 10~25
U 不重要 0 分 45~80
X 负的密切程度 -1 分（不希望接近）
3、 调整相互关系等级比例，将最后的作业单位之间的相互关系等级填入作
业相互关系表（图 6），菱形格子的上方填入两两之间的密切程度等级，下方填
入评级理由，即理由编码。
图 6 非物流作业单位相互关系图
五、作业单位综合相关分析
图 5、图 6 可知球阀厂作业单位物流相互关系与非物流不一致。为了确定作
业单位之间综合相互关系密切程度，需要将两表合并进行分析判断。其合并过程
如下：
1、选取加权值
加权值的大小反应工厂布置时考虑因素的侧重点，对于球阀来说，物流因
素影响并不大明显大于其它非物流因素的影响，因此将加权值取为 1:1。
2、相互关系计算
根据该厂各作业单位对之间物流与非物流关系等级的高低进行
量化，并加权求和，求出综合相互关系如表 21 所示。
当作业单位数目为 n 时，总作业单位对数为：
P=n（n-1）/2
式中，P 为作业单位对数。
该方案中有 10 个作业单位，所以，表 21 中将有 45 个作业单位对，即有 45
个相互关系。
A,E,I,O,U,X 的量化值分别为 4,3,2,1,0，-1。
3、综合物流相关等级表
根据作业单位物流相互关系图（图 5）和非物流作业单位相互关系图(图 6)
可以得出综合物流相关等级表(表 21):
表 21 综合物流相关等级表
相互关系程度
物流关系 加权值 1 非物流关系 加权值 1
综合关系
作业单位对
等级 分数 等级 分数 分数 等级
1-2 U 0 E 3 3 E
1-3 O 1 I 2 3 E
1-4 U 0 I 2 2 I
1-5 I 2 I 2 4 A
1-6 U 0 U 0 0 U
1-7 U 0 U 0 0 U
1-8 U 0 U 0 0 U
1-9 U 0 U 0 0 U
1-10 U 0 I 2 2 I
2-3 I 2 U 0 2 I
2-4 U 0 U 0 0 U
2-5 U 0 U 0 0 U
2-6 U 0 U 0 0 U
2-7 U 0 I 2 2 I
2-8 U 0 U 0 0 U
2-9 U 0 U 0 0 U
2-10 U 0 I 2 2 I
3-4 U 0 U 0 0 U
3-5 A 4 A 4 8 A
3-6 U 0 U 0 0 U
3-7 U 0 I 2 2 I
3-8 U 0 U 0 0 U
3-9 U 0 I 2 2 I
3-10 U 0 U 0 0 U
4-5 U 0 U 0 0 U
4-6 U 0 U 0 0 U
4-7 U 0 I 2 2 I
4-8 U 0 U 0 0 U
4-9 U 0 U 0 0 U
4-10 U 0 U 0 0 U
5-6 U 0 U 0 0 U
5-7 U 0 U 0 0 U
5-8 U 0 U 0 0 U
5-9 U 0 X -1 -1 X
5-10 U 0 U 0 0 U
6-7 U 0 I 2 2 I
6-8 U 0 U 0 0 U
6-9 U 0 X -1 -1 X
6-10 U 0 U 0 0 U
7-8 U 0 U 0 0 U
7-9 U 0 E 3 3 E
7-10 U 0 I 2 2 I
8-9 U 0 O 1 1 O
8-10 U 0 E 3 3 E
9-10 U 0 I 2 2 I
4、作业单位综合关系
由作业单位综合物流相关等级表(表21)归纳总结得出作业单位综合关系(图7)
如下:
图 7 作业单位综合关系图
六、作业单位相关分析
1、综合接近程度排序
由作业单位综合关系图（图 7）得到综合接近程度排序表（表 22）
表 22 综合接近程度排序表
注:表中表格上方是等级，表格下方是等级数值 A=4,E=3,I=2,O=1,U=0,X=-1,
然后对表中的作业单位综合接近程度进行计算并排序。
2、绘制作业单位位置相关图
关系等级表示方式如下：
表 23 关系等级表示方式
等级 符号 系数值 线条数
绝对重要 A 4 ////（4）
特别重要 E 3 ///（3）
重要 I 2 //（2）
一般重要 O 1 /（1）
不重要 U 0 不连线
不希望 X -1 折线
规定关系程度为 A 级的作业单位对之间距离为一个单位距离长度，用四条
平行线段连接；E 级为两个单位距离长度，用三条平行线段连接；I 级为三个单
位距离长度，用两条线连接；O 级为四个单位距离长度,用一条线连接；U 级为
五个单位距离长度,之间不连线；X 级为六个单位距离长度，用折线表示。具体
方法是：首先将 A、E 级关系的作业单位放进布置图中，同一级别的用同一长度
的线段表示。随后，按同样的规则布置 I 级关系。若作业单位较多，线段混乱，
可以不画 O 级关系，但 X 级必须画出。（其中▽表示储存区, ○表示加工区）
处理作业单位对时，按下列顺序进行：
从作业单位综合关系图（图 7）中取出 A 级关系作业单位对，有 1-5,3-5 共
涉及 3 个作业单位，按综合进程度排序为：1，3，5。
将综合接近程度排序最高的作业单位 1 布置在位置相关图的中心位置。
处理作业单位对1-5，将作业单位5与作业单位1相距为单位距离长度（10cm）
的位置上。
依次处理 E,I,O,U,X,直至处理完毕，并修改成功，最终的作业单位位置相关
图（图 8）如下：
图 8 作业单位位置相关图
七、作业单位面积相关分析
1、作业单位面积相关图
面积相关图主要考虑两个问题，一是将作业单位面积需求汇总，根据场地的
要求，确定建筑的基本形状；二是在此形状上将各作业单位的面积需求进行分配，
结合上面的位置相关图，作出块状布置图。在面积相关图的基础上可以得到布置
方案。
由作业单位位置相关图（图 8）可以作出作业单位面积相关图（图 9）如下：
图 9 作业单位面积相关图
2、方案一：
图 10
绘图比例：1:5000，厂子长 480m，宽 410m。
3、方案二：
图 11
绘图比例：1:5000，厂子长 480m，宽 410m。
4、方案三：
图 12
绘图比例：1:5000，厂子长 480m，宽 410m。
八、评价方案并择优
1、计算权重
列出一些重要影响因素，计算它们的权重如下表：
表 24
2、评选方案
表 25
方案
评价指标
物料搬运
效率及方
便性
生产管理
的方便性
扩建可能
性
安全生产 辅助服务
方便性
空间利用
率
得分
方案一 3 2 1 2 3 3
方案二 2 1 1 3 2 3
方案三 2 1 1 2 2 3
权重 % % % % % 0
由上表可知方案一得分最高，因此最佳方案为方案一。
九、总结
本次课程设计是以提高我们的实践能力为目的的，从整体上来说，我们所学
的物流与设施规划的内容不是很繁杂而且比较有用，对我们解决问题有大体上的
指导，这就要求我们要学会在课本的基础上去查找自己在实际中所遇到问题的详
细信息，去找解决具体问题的方法，掌握资料的分析与设计能力，并在此基础上
进行信息的整合，归纳，形成自己解决问题所需要的东西。
通过此次课程设计，我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是
远远不够的，只有把理论与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正提高
自己的动手和独立思考能力，在设计中遇到的问题是很复杂的，但是，通过解决
这些问题之后，我发现了自身的不足，对所学知识理解得不够透彻，掌握得不够
牢固。此次课程设计，对工厂的布置进行了综合的分析与详细的设计，让我对所
学专业知识有了更加系统的认识和理解，同时，我知道了查询资料对做学问的重
要性，以及知识的探索和全心全意的付出对取得成功有不可取代的作用。
十、参考文献
1．伊俊敏.物流工程.北京：电子工业出版社，2005
2．蔡临宁.物流系统规划. 北京：机械工业出版社，2003
3．程国全.物流设施规划与设计. 北京：中国物资出版社，2003
4．齐二石. 物流工程.北京：中国科学技术出版社，2001
