陶 夢(mèng)，劉庭煜，汪惠芬

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京 210094)

目前，中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入快車(chē)道，面臨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，制造企業(yè)只有在不斷降低成本的同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量才能生存下去。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，降低成本的關(guān)鍵點(diǎn)在于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與加工工藝的改進(jìn)。據(jù)資料顯示，物料搬運(yùn)成本占制造成本的20% ～50%，物料搬運(yùn)與設(shè)施規(guī)劃布置是直接相關(guān)的，有效的布置設(shè)計(jì)可以減少30%的物料搬運(yùn)成本［1］。因此，決定產(chǎn)品制造成本高低的關(guān)鍵因素之一就是設(shè)施布置的優(yōu)劣。

SMD公司主要生產(chǎn)各種汽車(chē)輪轂，擁有鑄造、熱處理、機(jī)械加工、噴漆、檢測(cè)等車(chē)間，該公司目前大部分上下料、噴漆、搬運(yùn)等工作均由人工完成，車(chē)間布局上存在物流運(yùn)輸不合理等問(wèn)題。

1 SMD公司車(chē)間現(xiàn)狀及布局分析

在進(jìn)行廠區(qū)的生產(chǎn)布局時(shí)必須考慮到多方面的因素，產(chǎn)品產(chǎn)量、生產(chǎn)成本、能源消耗以及環(huán)境問(wèn)題都是車(chē)間設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素。也可以說(shuō)，一個(gè)車(chē)間在設(shè)計(jì)之初，便可以決定以后很長(zhǎng)一段時(shí)間的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)代化制造企業(yè)不再是一個(gè)只有廉價(jià)勞動(dòng)力的企業(yè)，因此新的車(chē)間、新的工廠必須具有現(xiàn)代化、規(guī)模化等特點(diǎn)，這是現(xiàn)代化制造企業(yè)建造的趨勢(shì)，也是今后企業(yè)立足于社會(huì)之本。因此，在設(shè)計(jì)輪轂新廠區(qū)時(shí)，必須要結(jié)合以上幾點(diǎn)，才能夠達(dá)到生產(chǎn)流暢、布局合理和便于管理的效果［2］。

1.1 產(chǎn)品—產(chǎn)量分析

一個(gè)工廠的生產(chǎn)類(lèi)型是由該企業(yè)制造產(chǎn)品品種的數(shù)量和產(chǎn)量?jī)蓚€(gè)因素決定的，車(chē)間、設(shè)施的布置形式又是由該廠的生產(chǎn)類(lèi)型決定的。車(chē)間、設(shè)施的布置原則可分為4種，分別為工藝原則、固定原則、產(chǎn)品原則和成組原則。

在分析產(chǎn)品及產(chǎn)量時(shí)，可以結(jié)合P－Q曲線(如圖1)來(lái)分析，根據(jù)該曲線的P，Q關(guān)系可以決定車(chē)間布置的形式。

圖1 P－Q曲線

由圖1的P－Q曲線可以看出，M區(qū)產(chǎn)品種類(lèi)少、生產(chǎn)數(shù)量較多，為少品種大批量生產(chǎn)，應(yīng)該按照產(chǎn)品原則進(jìn)行布置;而J區(qū)的產(chǎn)品種類(lèi)多、數(shù)量少，是單件、小批量生產(chǎn)，應(yīng)該按照工藝原則進(jìn)行布置;位于兩區(qū)域之間的是成批生產(chǎn)，適用成組布置原則。

據(jù)現(xiàn)有資料分析，SMD公司加工的產(chǎn)品種類(lèi)少、數(shù)量多，根據(jù)P－Q曲線可知，輪轂加工設(shè)備應(yīng)該按照產(chǎn)品原則進(jìn)行布置。這種布置方式適用于大批量流水線生產(chǎn)，效率很高，適合SMD公司輪轂加工現(xiàn)狀，因此輪轂廠各個(gè)車(chē)間及加工設(shè)備均應(yīng)按照輪轂加工的工藝流程合理布置。

1.2 現(xiàn)有布局及存在問(wèn)題分析

SMD公司是一個(gè)生產(chǎn)鋁合金輪轂的公司，產(chǎn)品類(lèi)型較單一。工廠由9個(gè)部分組成，分別是包裝車(chē)間、模具車(chē)間、鑄造車(chē)間、熱處理車(chē)間、機(jī)加車(chē)間、涂裝車(chē)間、原材料倉(cāng)庫(kù)、成品倉(cāng)庫(kù)和辦公樓，其布局平面圖如圖2所示(圖中箭頭表示物料運(yùn)輸方向)。從工廠現(xiàn)有的生產(chǎn)情況來(lái)看，其生產(chǎn)系統(tǒng)存在諸多問(wèn)題，下面就結(jié)合圖2來(lái)分析一下該工廠現(xiàn)存的問(wèn)題。

圖2 輪轂加工車(chē)間布局物流示意圖

1)布局方面。

①?lài)娡寇?chē)間設(shè)施布置較為擁擠，物品擺放較為混亂，物流運(yùn)輸距離過(guò)長(zhǎng)。

②有的車(chē)間次品區(qū)與成品區(qū)域沒(méi)有分開(kāi)，成品與次品堆放在一起，現(xiàn)場(chǎng)缺少5S管理。

③部分設(shè)備之間較擁擠，工人工作時(shí)沒(méi)有充足的作業(yè)空間。

④倉(cāng)庫(kù)與包裝車(chē)間距離較遠(yuǎn)，不便于物流的運(yùn)輸。

⑤辦公樓距離鑄造車(chē)間較近，鑄造車(chē)間噪聲很大，影響辦公人員辦公。

2)物流方面。

①倉(cāng)庫(kù)距離包裝車(chē)間和工廠大門(mén)的距離都比較遠(yuǎn)，給物流運(yùn)輸帶來(lái)不便。

②車(chē)間之間的物流距離較長(zhǎng)，運(yùn)輸線路交叉和運(yùn)輸線路重復(fù)現(xiàn)象比較明顯，在搬運(yùn)物料的過(guò)程中，增加了搬運(yùn)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和輪轂產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

3)其他方面。

外面堆積了很多毛坯，長(zhǎng)期累積會(huì)造成物品損壞。

2 利用SLP法對(duì)車(chē)間布局進(jìn)行改進(jìn)

通過(guò)劃分作業(yè)單位，分析作業(yè)單位間的物流和非物流關(guān)系，再綜合分析后，以此為依據(jù)可以設(shè)計(jì)出符合工廠現(xiàn)狀的設(shè)施規(guī)劃方案［3］。

2.1 作業(yè)單位的劃分

SMD公司作業(yè)單位設(shè)施包括生產(chǎn)車(chē)間、輔助車(chē)間、能源車(chē)間等。

表1 輪轂生產(chǎn)車(chē)間作業(yè)單位劃分

表2 輪轂輔助車(chē)間作業(yè)單位劃分

2.2 作業(yè)單位物流量分析

運(yùn)用SLP(系統(tǒng)布置設(shè)計(jì))對(duì)工廠的布局進(jìn)行分析設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用劃分等級(jí)的方法研究物流情況。針對(duì)SMD公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，以平均每件輪轂的質(zhì)量為15kg、年產(chǎn)輪轂200萬(wàn)件、年工作300天為例，計(jì)算出日物料搬運(yùn)量的從—至表，見(jiàn)表3。

表3 輪轂生產(chǎn)車(chē)間物流從—至表 t

由表3統(tǒng)計(jì)出來(lái)的是輪轂生產(chǎn)各作業(yè)單位間的物流總量，是同一條物流路線正反兩個(gè)物流量相加的結(jié)果。根據(jù)表3，可以劃分出各條物流線路的物流強(qiáng)度等級(jí)，見(jiàn)表4。

表4 輪轂生產(chǎn)車(chē)間物流強(qiáng)度匯總表

物流強(qiáng)度由強(qiáng)到弱可以分為 A，E，I，O，U，X 6個(gè)等級(jí)。由表4看出，原材料倉(cāng)庫(kù)到鑄造車(chē)間之間的物流路線屬于“超大物流強(qiáng)度”(A1－P1);“特大物流強(qiáng)度”有5條物流線路(P1－P2，P2－P3，P3－P4，P4－P5，P5－A3);沒(méi)有“較大物流強(qiáng)度”物流路線;“一般物流強(qiáng)度”有1條物流路線(A2－P1);表格中沒(méi)有出現(xiàn)的物流路線因?yàn)闆](méi)有固定的物流，屬于“可忽略搬運(yùn)”，其強(qiáng)度等級(jí)為U。

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)可以得到輪轂生產(chǎn)各車(chē)間的物流相關(guān)圖，如圖3所示。在進(jìn)行新的輪轂廠房布局時(shí)，應(yīng)該考慮對(duì)物流系統(tǒng)的優(yōu)化。也就是說(shuō)對(duì)于表4中物流強(qiáng)度等級(jí)較高(等級(jí)為A和E)的作業(yè)單位之間的距離應(yīng)該盡量縮短，而低等級(jí)強(qiáng)度(I，O和U)單位之間的距離可以適量加大。

圖3 輪轂生產(chǎn)系統(tǒng)作業(yè)單位物流相關(guān)圖

2.3 作業(yè)單位非物流量分析

在建立相互關(guān)系表之前，先給出作業(yè)相互關(guān)系等級(jí)的定級(jí)理由，見(jiàn)表5。

表5 輪轂生產(chǎn)廠作業(yè)單位相互關(guān)系等級(jí)的定級(jí)理由

然后根據(jù)輪轂生產(chǎn)現(xiàn)狀以及新廠房的生產(chǎn)條件，建立各作業(yè)單位的非物流相互關(guān)系圖，如圖4所示。

圖4 輪轂生產(chǎn)各作業(yè)單位非物流相關(guān)圖

2.4 作業(yè)單位綜合相互關(guān)系分析

1)確定物流權(quán)重m與非物流權(quán)重n之間的關(guān)系。

一般來(lái)說(shuō)，m與n之間的比例不超過(guò)3∶1，對(duì)于輪轂生產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，物流因素對(duì)生產(chǎn)影響較大，因此在新廠區(qū)的布局設(shè)計(jì)中首先考慮物流因素，因而物流權(quán)重m與非物流權(quán)重n之比取m∶n=2∶1。

2)綜合相互關(guān)系計(jì)算。

假設(shè)任意兩個(gè)作業(yè)單位為 Pi和 Pj(或 Ai與Aj)，根據(jù)它們量化得來(lái)的作業(yè)單位間的物流相互關(guān)系等級(jí)是MRij，作業(yè)單位之間的非物流相互關(guān)系等級(jí)為NRij，作業(yè)單位之間的綜合相互關(guān)系密切程度量化值TRij為:

根據(jù)式(1)可以計(jì)算出輪轂生產(chǎn)線各作業(yè)單位間的綜合相互關(guān)系，見(jiàn)表6。

3)作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖。

輪轂新生產(chǎn)系統(tǒng)的作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖如圖5所示。

表6 輪轂生產(chǎn)各作業(yè)單位之間綜合相互關(guān)系計(jì)算表

圖5 輪轂生產(chǎn)系統(tǒng)作業(yè)單位綜合相關(guān)圖

2.5 新廠區(qū)車(chē)間布局設(shè)計(jì)

2.5.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)位置應(yīng)該位于對(duì)外物流最便利的地方。

2)布置時(shí)要保證輪轂設(shè)施的工藝流程較為順暢，保證物料搬運(yùn)線路簡(jiǎn)單，防止交叉、往復(fù)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3)按照產(chǎn)品原則布置。

2.5.2 新廠區(qū)車(chē)間布局設(shè)計(jì)

1)繪制作業(yè)位置相關(guān)圖。

在繪圖之前，要得出各作業(yè)單位的綜合接近程度，見(jiàn)表7。作業(yè)單位綜合接近程度的高低可以反映該作業(yè)單位在位置相關(guān)圖上是處于較中間的位置還是周?chē)奈恢?。作業(yè)相關(guān)圖如圖6所示，圖中線條代表兩個(gè)作業(yè)單位之間的綜合接近程度，線條越多說(shuō)明兩個(gè)作業(yè)單位之間的位置應(yīng)當(dāng)越接近，虛線表示兩個(gè)作業(yè)單位不應(yīng)靠近或者應(yīng)該遠(yuǎn)離。2)整體布局設(shè)計(jì)。

表7 輪轂生產(chǎn)綜合接近程度排序表

圖6 輪轂生產(chǎn)作業(yè)位置相關(guān)圖

根據(jù)圖6的輪轂生產(chǎn)系統(tǒng)作業(yè)位置相關(guān)圖，結(jié)合產(chǎn)品原則布置形式，對(duì)輪轂新廠進(jìn)行布局的結(jié)果如圖7所示，共有2個(gè)布置方案。

圖7 輪轂新廠布局設(shè)計(jì)方案對(duì)比

方案一:S型布置，如圖7(a)所示，圖中的箭頭表示物流方向。

方案二:直線型布置，如圖7(b)所示，圖中的箭頭表示物流方向。

3 設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)

使用加權(quán)因素法對(duì)輪轂新廠的兩個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。加權(quán)因素法是對(duì)影響設(shè)施布置設(shè)計(jì)的每個(gè)因素賦予一個(gè)相對(duì)的加權(quán)值，再分別對(duì)每個(gè)方案的各個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后求得各因素的加權(quán)和，得出各個(gè)方案的分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)高的為優(yōu)選方案［4］。輪轂廠加權(quán)因素評(píng)價(jià)表見(jiàn)表8。

表8 加權(quán)因素評(píng)價(jià)表

從表8可以看出，方案二的綜合得分為187分，比方案一的得分168分高，選擇方案二為最優(yōu)方案，一方面可以提高物流的效率，方便產(chǎn)品運(yùn)輸;另一方面便于輪轂廠以后的擴(kuò)建，從輪轂廠的可擴(kuò)展性上來(lái)說(shuō)，也是方案二比較適合。因此從各個(gè)因素綜合考慮，方案二為優(yōu)選方案。

新廠區(qū)與原廠區(qū)的布局對(duì)比主要做了以下幾點(diǎn)改進(jìn):

1)新廠區(qū)前后各開(kāi)了一個(gè)大門(mén)，均靠近公路。前門(mén)靠近原材料庫(kù)，便于原材料從外面向工廠內(nèi)部的運(yùn)輸。后門(mén)靠近成品倉(cāng)庫(kù)，便于輪轂產(chǎn)品向外輸送。大大減少物流的運(yùn)輸線路長(zhǎng)度和運(yùn)輸費(fèi)用。

2)改進(jìn)后的各車(chē)間布局更加緊密，外圍有閑置的空間，可以對(duì)空地進(jìn)行綠化，不僅有利于工廠的整體美觀，凈化空氣，美化環(huán)境，還有利于員工的身體健康。

3)改進(jìn)后的車(chē)間按產(chǎn)品原則布置，物流更加通暢，整體的運(yùn)輸效率更高。

4)改進(jìn)后的廠房有利于車(chē)間的擴(kuò)展。如果工廠要加大輪轂的生產(chǎn)量，增加生產(chǎn)設(shè)備，原來(lái)的廠房不好擴(kuò)建，而現(xiàn)在的工廠是橫向布置，擴(kuò)展比較容易，如有需要可以向兩邊擴(kuò)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文使用SLP方法對(duì)SMD公司輪轂廠進(jìn)行了布局分析與改進(jìn)，從設(shè)計(jì)方案中可以看出，有效的設(shè)施布置可以達(dá)到降低生產(chǎn)成本、改善生產(chǎn)環(huán)境、提高生產(chǎn)效率的目的。合理的平面布置設(shè)計(jì)對(duì)新廠區(qū)來(lái)說(shuō)十分重要，縮短物流運(yùn)輸距離、減少物料移動(dòng)次數(shù)、避免重復(fù)交叉現(xiàn)象是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因此，SLP方法對(duì)車(chē)間布局有很大的應(yīng)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。

［1］ 劉旺盛，蘭培真.系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)——SLP法的改進(jìn)研究［J］.物流技術(shù)，2006(10):82－85.

［2］ 吳岳強(qiáng)，陳健，張晶.基于SLP和Extendsim的車(chē)間布局設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2014，43(6):44 －66.

［3］ 石鑫.基于SLP的生產(chǎn)設(shè)施規(guī)劃［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2014(1):68－71.

［4］ 邱勝海，樊樹(shù)海，高成沖，等.CIMS環(huán)境下車(chē)間設(shè)施規(guī)劃方案綜合評(píng)價(jià)方法研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2014(4):1－6.