减速器工厂的规划设计方案

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1、目录一、设计题目：减速器工厂的规划设计11、设计目的12、设计内容13、设计步骤104、设计报告10二、减速器工厂的规划设计111、需要采集的信息112、加工设备数量163、工厂布局和车间布局234、工厂布局245、 物流分析266、工厂每年的运营成本28三、课程设计心得体会29一、设计题目：减速器工厂的规划设计1、设计目的1）掌握设计制造工厂设施布局的方法。2）掌握运用设施布局规划设计相关软件进行工厂布局设计的方法。3）了解工厂搬运设施和设备以及相关参数的选择方法。2、设计内容利用后面给出的产品、成本、加工设备尺寸和工艺卡片等数据，设计和评估发动机减速器制造加工 厂。设计时，需要考虑所有可能

2、的因素，如布局图、机器数量、工人数量、物料搬运的方法和设备、缓 存区大小、运作策略和公司未来增长情况（公司预计在未来 3 年每年增长 8%）。减速器加工厂的项目 数据如下。1）产品发动机减速器是工业上用于减少电机转速、提高扭矩的设备。减速器通常由轴承、齿轮组和箱体构成，图 1 和图 2 分别为二级减速器和三级减速器的产品结构图。减速器物料清单如图 3 所示。低 速 轴低 速 齿 轮高 速 小 齿 轮第 二 中 速 小 齿 轮第 二 中 速 齿 轮高 速 小 齿 轮输 入高 速 齿 轮低 速 轴输 入高 速 齿 轮第 一 中 速 小 齿 轮第 一 中 速 轴低 速 齿 轮第 一 中 速 小 齿

3、轮第 一 中 速 轴图 1 二级减速器结构图图 2 三级减速器结构图2）减速器箱体尺寸减速器箱体形状如图 4 所示。减速器共有 6 个产品系列，分别为 J100-2，J200-2，J300-2，J100-3，J200-3，J300-3。每个系列产品的箱体尺寸见表 1。减速器箱体的加工工艺见表 2。BA C 图 4 减速器箱体形状 表 1 减速器系列产品尺寸产品系列尺寸/inABCJ100-2974.0J200-21085.0J300-212105.5J100-3977.0J200-31087.5J300-312108.0 表 2 减速器箱体加工工艺工艺顺序工艺1对箱体的一侧铣、钻、攻螺纹（在加

4、工中心上）2对箱体的另一侧铣、钻、攻螺纹3钻和攻法兰孔（在多轴钻床上）4对轴承、轴和密封圈粗镗孔5精镗孔3）成本信息这里说的成本主要有减速器箱体加工机床成本、齿轮轴加工机床成本、管理运行成本和销售成本。加工中心、多轴钻床和镗床的成本见表 3。齿轮和小齿轮轴加工机床成本见表 4。工厂的运行成本见表5，销售成本见表 6。 表 3 箱体加工机床成本机床成本/美元加工中心320 000多轴钻床200 000镗床150 000 表 4 齿轮和小齿轮轴加工机床成本机床成本/美元机床成本/美元锯床35 000刨床95 000对中装置置50 000磨床150 000轴和高速小齿轮加工的车床130 000铣床8

5、0 000齿轮加工的车床（CNC 车床）200 000清洗和密封装置4 000钻床（卡盘车床）120 000装卸载心轴装置2 500滚齿机165 000钳工台500剃齿机100 000 表 5 运行成本项目运行成本占地面积6.5 美元/（ft2年）建筑成本60 美元/ft2减少准备时间需要的成本（美元/每个加工设备）030%：1 500 美元31%50%：5 000 美元51%60%：9 500 美元61%75%：17 000 美元人工成本第一班的全部成本，第二班加 30%成本工人25 美元/h管理人员45 美元/h工业工程师65 000 美元/年机床寿命42 000h 或 12 年所有机器的

6、维修成本为初始成本的 10%生产成本销售成本的 60%库存成本销售成本的 20% 表 6 销售成本减速器类型每年需求/台定价/美元供货周期/周（可变）J100-22 500750.004J200-22 150950.004J300-21 6001 000.004J100-32 3501 100.004J200-31 7501 400.004J300-31 5001 750.004未来 3 年，预计销售量会增加 8%4）准时生产（JIT）因素所有工艺的初始废品率为 5%。在每个车间实施产品质量过程控制（SPC）的成本为 12 000 美元，并能够使产品的废品率从 5%降到 3%。整个工厂实施全面

7、生产维护管理（TPM）的固定成本为 100 000美元，每年还需要 35 000 美元。全面生产维护管理可以减少 75%的故障时间。5）面积工厂有 15 英亩土地可以使用，计划 2 000ft2 的面积用于装配，3 000ft2 的面积用于办公。6）产品重量6 个系列的产品重量见表 7。 表 7 产品重量减速器类型重量/lb减速器类型重量/lbJ100-280J100-390J200-2110J200-3120J300-2150J300-31607）停工原因工厂会因为加工和搬运设备故障而造成停工，具体停工设备和恢复生产所需要的平均维修时间见表8。8）齿轮工艺路径齿轮需要经过车削、滚齿、刨齿、铣

8、键槽、清洗和密封等加工工艺。高速小齿轮工艺路径见表 9。高速齿轮工艺路径见表 10。第一中速小齿轮工艺路径见表 11。第二中速小齿轮具有同第一中速小齿轮 相同的工艺路径和准备时间，加工时间比第一中速小齿轮长 5%。 表 8 设备故障时间和平均维修时间停工设备类型故障时间占全年工作时间的比例 /%平均维修时间/h锯床2.51.5加工中心12车床31.5滚齿机62.5刨齿机43.1铣床32.5汽缸磨床53.9清洗和密封设备13.3绞孔机33.4端面磨床52.1加工中心41.8多轴钻床72.1镗床52.1叉车82.4桥式起重机/电葫芦51.3 表 9 高速小齿轮工艺路径工艺 序号工艺 描述减速器类型

9、J100-J200-J300-准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1锯床20.02.3020.02.5015.03.002对中装置30.03.0035.03.5340.03.913车床35.02.5035.03.3030.04.204滚齿60.06.0065.06.2770.06.945刨齿45.05.0050.05.5050.06.086铣键槽30.03.8530.04.0930.04.537磨外沿50.04.0055.04.7660.05.278清洗和密封5.01.005.01.205.01.50 表

10、 10 高速齿轮工艺路径工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1磨削坯料端面30.01.5030.01.6830.01.862对坯料钻孔35.01.7540.01.9645.02.173安装心轴1.53.001.53.361.53.724车坯料外圆55.00.9160.01.1665.01.615滚齿60.03.2565.03.6470.04.036刨齿40.02.2045.02.4650.02.737卸载心轴0.51.500.51.680.51.

11、868铣键槽45.00.5550.00.6260.00.6829清洗和密封5.00.605.00.675.00.744 表 11 第一中速小齿轮工艺路径工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1磨削坯料端面30.01.7530.01.9630.02.172对坯料钻孔35.01.8535.02.0735.02.293安装心轴1.53.001.53.361.53.724车坯料外圆55.01.1060.01.4165.01.945滚齿60.04.5065.

12、05.0470.05.586刨齿40.03.2045.03.5850.03.977去除心轴0.51.500.51.680.51.868铣键槽45.00.8950.00.9060.00.999清洗和密封5.00.605.00.675.00.749）齿轮的搬运齿轮加工过程中需要在各个加工设备间装载、卸载和搬运。表 12表 15 分别给出了高速小齿轮、高速齿轮、第一中速小齿轮和低速齿轮在各个加工工位的装卸载时间。第二中速小齿轮具有同第一中速 小齿轮相同。表 12 高速小齿轮在各个加工工位的装卸载时间（min/个）工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-装载卸载装载卸载装载卸载1锯

13、床0.40.300.450.340.500.372加工中心0.20.250.220.280.250.313车外圆0.20.250.220.280.250.314滚齿1.50.501.680.561.860.625刨齿1.30.501.460.561.610.626铣键槽2.51.102.801.233.101.367磨外沿1.20.601.340.671.490.748清洗和密封0.11.100.110.110.120.12表 13 高速齿轮在各个加工工位的装卸载时间（min/个）工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-装载卸载装载卸载装载卸载1磨削坯料端面0.450.30

14、0.500.340.560.372对坯料钻孔0.210.250.240.280.260.313安装心轴0.000.000.000.000.000.004车坯料外圆0.350.500.390.560.430.625滚齿0.450.500.500.560.560.626刨齿0.501.100.561.230.621.367卸载心轴0.000.000.000.000.000.008铣键槽0.200.100.220.110.250.129清洗和密封0.200.100.220.110.250.12 表 14 第一、二中速小齿轮在各个加工工位的装卸载时间（min/个）工艺 序号工艺 描述减速器类型J100

15、-J200-J300-装载卸载装载卸载装载卸载1磨削坯料端面0.500.300.560.340.620.372对坯料钻孔0.250.250.280.280.310.313安装心轴0.000.000.000.000.000.004车坯料外圆0.500.500.560.560.620.625滚齿0.550.500.620.560.680.626刨齿0.501.100.561.230.621.367卸载心轴0.000.000.000.000.000.008铣键槽0.200.100.220.110.250.129清洗和密封0.200.100.220.110.250.12表 15 低速齿轮在各个加工工位

16、的装卸载时间（min/个）工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-装载卸载装载卸载装载卸载1车外圆和端面0.60.450.620.500.680.562车外圆和钻孔0.40.300.390.340.430.373滚齿3.50.503.920.564.340.624刨齿2.81.203.141.343.471.495铣键槽1.60.601.790.671.980.746清洗和密封0.20.100.170.110.190.1210）轴的工艺路径轴需要经过车削、铣键槽、铣键槽、清洗和密封等加工工艺。中速轴的工艺路径见表 16，低速轴的工艺路径见表 17。11）齿轮的工艺路径表 1

17、8 为低速齿轮的工艺路径，第二中速齿轮具有相同的工艺路径和准备时间，加工时间为上述时间的 92%。12）轴的搬运表 19 为中速轴搬运时间，表 20 为低速轴搬运时间。13）箱体工艺路线二级减速器箱体的工艺路线见表 21 和表 22，三级减速器箱体的工艺路线见表 23 和表 24。 表 16 中速轴的工艺路径工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1锯床20.02.1020.02.3520.02.602加工中心30.03.1535.03.5340.0

18、3.913车外圆35.03.5035.03.9235.04.344铣键槽30.04.5030.05.0430.05.585铣键槽50.05.5055.06.1660.06.826清洗和密封5.00.755.00.845.00.93 表 17 低速轴的工艺路径工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1锯床20.02.2520.02.5220.02.792加工中心30.03.5035.03.9240.04.343车外圆35.03.8535.04.3135

19、.04.774铣键槽30.04.6030.05.1530.05.705磨外沿50.05.6055.06.2760.06.946清洗和密封5.00.805.00.905.00.99 表 18 低速齿轮的工艺路径工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1一 侧 车 外 圆 和端面30.03.2530.03.6435.04.032另 一 侧 车 外 圆和钻孔20.01.6020.01.7925.01.983滚齿120.015.50120.017.36120

20、.019.224刨齿75.012.4075.013.8975.015.385铣键槽55.01.1055.01.2360.01.366清洗和密封5.00.605.00.675.00.74表 19 中速轴的搬运时间（min/个）工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-装载卸载装载卸载装载卸载1锯床0.50.400.560.450.620.502加工中心0.30.250.280.280.310.313车外圆0.40.250.390.280.430.314铣键槽2.61.152.911.293.221.435磨外沿1.40.601.510.671.670.746清洗和密封0.20.

21、100.170.110.190.12表 20 低速轴的搬运时间（min/个）工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-装载卸载装载卸载装载卸载1锯床0.60.450.620.500.680.562加工中心0.40.300.390.340.430.373车外圆0.50.300.500.340.560.374铣键槽2.81.203.141.343.471.495磨外沿1.60.601.790.671.980.746清洗和密封0.20.100.170.110.190.12 表 21 减速器右侧箱体 HSG-2 的工艺路线工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-准

22、备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1加工一侧35.09.1035.010.5635.011.282加工另一侧25.07.9025.09.1625.09.803钻法兰孔130.01.68130.01.95180.02.084箱体粗镗孔200.02.86200.03.32200.03.555箱体精镗孔45.01.8145.02.1055.02.246清洗和密封5.01.505.01.745.01.86表 22 减速器左侧箱体 HSG-2 的工艺路线工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-准

23、备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1加工一侧35.013.8035.016.0135.017.112加工另一侧25.09.8025.011.3725.012.153钻法兰孔130.01.68130.01.95180.02.084箱体粗镗孔200.05.24200.06.08200.06.505箱体精镗孔45.04.5545.05.2855.05.646清洗和密封5.01.505.01.745.01.86表 23 减速器右侧箱体 HSG-3 的工艺路线工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J30

24、0-准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1加工一侧35.010.4735.012.1435.012.982加工另一侧25.09.0925.010.5425.011.273钻法兰孔130.01.93130.02.24180.02.404箱体粗镗孔200.03.29200.03.82200.04.085箱体精镗孔45.02.0845.02.4155.02.586清洗和密封5.01.735.02.005.02.14表 24 减速器左侧箱体 HSG-3 的工艺路线工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-

25、J300-准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个准备时间/min/工艺加工时间/min/个1加工一侧35.016.0135.018.5735.019.852加工另一侧25.011.3725.013.1925.014.103钻法兰孔130.01.95130.02.26180.02.424箱体粗镗孔200.06.08200.07.05200.07.545箱体精镗孔45.05.2845.06.1255.06.546清洗和密封5.01.745.02.025.02.16 14）箱体搬运各减速器箱体的搬运时间见表 25 和表 26。表 25 右侧箱体 HSG-

26、2 和 HSG-3 的搬运时间（min/个）工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-装载卸载装载卸载装载卸载1加工一侧0.50.301.10.61.50.92加工另一侧0.50.301.10.61.50.93钻法兰孔0.80.301.70.62.40.94箱体粗镗孔2.00.704.21.56.02.15箱体精镗孔2.00.704.51.56.02.16清洗和密封0.30.200.50.40.80.6表 26 左侧箱体 HSG-2 和 HSG-3 的搬运时间（min/个）工艺 序号工艺 描述减速器类型J100-J200-J300-装载卸载装载卸载装载卸载1加工一侧0.60.

27、301.30.61.80.92加工另一侧0.60.301.30.61.80.93钻法兰孔0.90.301.90.62.70.94箱体粗镗孔2.10.704.41.56.32.15箱体精镗孔2.10.704.41.56.32.16清洗和密封0.30.200.50.40.90.615）加工机床的尺寸减速器各加工工艺所需要的加工机床有车削加工中心、多轴钻床、镗床、锯床、铣削加工中心、车床、刨床、滚铣床、磨床、铰孔床等。这些加工设备的外观尺寸如图 5 所示。54.51054.51 6 1 0 8 4（a） （b） （c） 3.5 3.58.5 8 1 3 1 041.5542（d） （e） （f）3.

28、75 6 6 8 7 （g） （h） （i） （j）图 5 加工机床的外观尺寸（单位：ft）（a）加工中心（b）多轴钻床（c）镗床（d）锯床（e）铣削加工中心（f）车床（g）刨床（h）滚铣床（i）磨床（j）铰孔床 3、设计步骤1）确定车间数量、车间运行策略（一班制还是两班制）、车间大小（根据每个车间机床数量确定）、 每个车间的工人数量、机床数量和人工成本，并为未来 3 年的发展预留空间。2）确定需要的工人数量、缓冲区水平，以及如何减少加工准备时间、减少废品率、减少非计划停 工时间和交叉训练的成本。4、设计报告报告内容应包括以下内容：1）工厂设施设计方案，如加工单元的数量、生产批量大小和需要的制

29、造辅助区域等；2）工厂内物料搬运的规划设计；3）每个加工单元加工设备的数量、工人数量、人员分工、物料搬运、加工单元布置的描述；4）工厂总的运营成本（如批次加工成本、人工成本和库存成本）；5）未来 3 年的发展计划。二、减速器工厂的规划设计1、需要采集的信息1. 物料清单 从项目资料中图三所知减速器工厂生产的产品零件清单。表1为全部的零件清单，表2与表3分别为J*-2系列和J*-3系列减速器以功能为导向的产品结构。 表1 零件清单序号数量名称11高速小齿轮（外购）21第一中速轴31高速齿轮41第一中速小齿轮51低速轴61低速齿轮71右侧箱体HSG-2,381左侧箱体HSG-2,391第二中速轴（

30、j*-3)101第二中速齿轮（j*-3)111第二中速小齿轮（j*-3) 表2 J*-2系列减速器的产品结构级别数量名称01201J*-2系列减速器11中速轴装配（第一次）11低速轴装配21高速小齿轮（外购）21第一中速轴21高速齿轮21第一中速小齿轮21低速轴21低速齿轮21右侧箱体HSG-2,321左侧箱体HSG-2,3 表3 J*-3系列减速器的产品结构级别数量名称01201J*-3系列减速器11中速轴装配（第一次）11低速轴装配11中速轴装配（第二次）21高速小齿轮（外购）22中速轴21高速齿轮21第一中速小齿轮21低速轴21低速齿轮21右侧箱体HSG-2,321左侧箱体HSG-2,3

31、21第二中速齿轮21第二中速小齿轮图1与图2分别为J*-2系列和J*-3系列减速器以产品结构为向导的装配过程。高速小齿轮（外购）第一中速轴中速轴装配高速齿轮第一次第一中速齿轮J*-2系列减速器低速轴 低速轴装配低速齿轮右侧箱体HSG-2,3左侧箱体HSG-2,3图1. J*-2系列减速器装配工艺流程高速小齿轮（外购）第一中速轴高速齿轮中速轴装配（第一次）第一中速齿轮低速轴低速轴装配J*-3系列减速器低速齿轮右侧箱体HSG-2,3左侧箱体HSG-2,3第二中速轴第二中速齿轮中速轴装配（第二次）第二中速小齿轮图2. J*-3系列减速器装配工艺流程2. 生产工艺 图3为J*-2系列减速器的加工工艺流

32、程图，图4为J*-3系列减速器的加工工艺流程图。3. 生产批量 由于每个零件需要分批进行加工，每个类型的产品批量都是4个星期的需求。对于产品J100-2第一年的总需求为6000件（见表4），一年为52周，则4周的批量为。同样的方法可以计算其他产品的批量（见表5）。减速器第一年需求第二年需求第三年需求J100-2000J200-2360038884200J300-2180019442100J100-3240025922800J200-3480051845599J300-3300032403500表4 产品的需求注释：每年按照8%的增长率图3. J*-2工艺流程图图4. J*-3工艺流程图表5 产

33、品的批量减速器J100-2J200-2J300-2J100-3J200-3J300-3第一年0277139185370231第二年0300150200399250第三年03241622164312702、加工设备数量1. 零件数量 从产品的物料清单可以计算出每个产品所需的零件数量。但减速器工厂有两种完全不同类型的产品和，这两种类型的产品有些零件是相同的，但大部分零件是不同的。不同的10种零件分别是高速小齿轮、高速齿轮、第一中速小齿轮、低速齿轮、低速轴、中速轴、右侧箱体-2、左侧箱体-2、右侧箱体-3、左侧箱体-3。两种产品中，这10中零件所需要的数量也不同，见表6。表6 零件数量零件J*00-

34、2J*00-3零件J*00-2J*00-3高速小齿轮11中速轴12高速齿轮11右侧箱体-21第一中速小齿轮12左侧箱体-21低速齿轮12右侧箱体-31低速轴11左侧箱体-312加工设备的数量 根据加工工艺和加工设备的关系，能够确定产品在每个加工设备上的加工时间。加工设备和零件之间的关系见表7。1） 零件加工时间 一个零件在一个加工设备上加工需要的时间由下式计算：其中，Tp为每个工艺的平均加工时间；Tc为实际加工时间；Tl为装载和卸载时间；Ts为每个批量的准备时间；Q为批量。一个批次的零件加工所需要的总时间可以通过下面公式计算：式中：Tf为零件的加工时间；Q为批量；R为正常运行率；rs为废品率。

35、2）第三年加工设备数量根据上面的公式，可以计算出每一个机床加工一个批量的产品需要的加工时间。机床需要的加工时间除以机床4个星期可以利用的加工时间，就可以计算出该机床需要的数量。工厂可以安排1、2、3班制度进行产品加工。表7 加工设备和零件的关系设备名称高速小齿轮高速齿轮第二中速小齿轮第二中速齿轮第一中速小齿轮第二中速轴中速轴低速轴低速齿轮右侧箱体-2左侧箱体-2右侧箱体-3左侧箱体-3锯床1111对中装置1111车床111111111滚齿床111111刨齿床111111铣床11111汽缸磨床1111清洗和密封装置1111111111111绞孔机1111表面磨光机111加工中心1111多轴钻床1

36、111镗床111111由查阅设计手册数据中给出的各零件加工时间，可计算出每年的零件加工时间的单批次工艺总需时间。表8为第一年的设备数量表。表8 第一年设备数量轮班1班2班3班月可利用加工时间h160320480设备名称单批次工艺总时需(h)源数据向上取整源数据向上取整源数据向上取整锯床253.44 1.58420.79210.5281对中装置309.69 1.935562520.9677812510.64518751车床784.65 4.904062552.4520312531.63468752滚齿机1441.53 9.0095625104.5047812553.00318754刨齿机1199

37、.09 7.494312583.7471562542.4981041673铣床889.34 5.55837562.779187531.8527916672汽缸磨床601.27 3.757937541.8789687521.2526458332清洗和密封装置313.65 1.960312520.9801562510.65343751绞孔机160.28 1.0017520.50087510.3339166671表面磨光机170.94 1.06837520.534187510.3561251加工中心1315.36 8.22194.110552.7403333333多轴钻床240.31 1.50193

38、7520.7509687510.5006458331镗床999.89 6.249312573.1246562542.0831041673安装、卸载芯轴装置289.96 1.8122520.90612510.6040833331其中设备数量=单批次工艺所需时间/月可利用加班时间。依次可得第二年与第三年的所需的设备数。表9为各设备的费用表。表9 设备费用所需表各设备费用总和设备维护成本设备购买成本锯床38500350035000对中装置55000500050000车床（CNC）22000020000200000滚齿机18150016500165000刨齿机104500950095000铣床88000800080000汽缸磨床16500015000150000清洗和密封装置44004004000绞孔机（钻床）13200012000120000表面磨光机16500015000150000加工中心35200032000320000多轴钻床22000020000200000镗床16500015000150000安装、卸载芯轴装置27502502500由上表可以得出各班每年的设备与人员总成本费用。表10为各班制设备总费用。