周小康， 段亞林

（1.安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，合肥 230000；2.合肥工業(yè)大學(xué)，合肥 230009）

0 引言

隨著制造業(yè)水平的不斷提升，合理的設(shè)施規(guī)劃與物流分析在提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力中顯得越來越重要，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，物料的搬運(yùn)費(fèi)用達(dá)到總成本的20%～50%[1]，而合理的車間布局設(shè)計(jì)可以使這項(xiàng)費(fèi)用至少減少10%～30%[2]，為企業(yè)贏得效率和收益。

1961年繆瑟提出了邏輯性極強(qiáng)的系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（Systematic Layout Planning,SLP）方法[3]使設(shè)施布局從定性分析進(jìn)入到定量計(jì)算；目前比較普遍的做法是基于SLP思想對(duì)各作業(yè)單位之間的物流關(guān)系以及非物流關(guān)系進(jìn)行分析，再建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解[4]。例如Wu Y等和Wang M J等[5-6]對(duì)于不等面積的設(shè)施布局問題，建立以搬運(yùn)成本最小為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，然后設(shè)計(jì)相應(yīng)的遺傳算法求解;S.P.Singh等[7-8]對(duì)設(shè)施布局設(shè)計(jì)研究做了綜述和展望，并對(duì)多目標(biāo)設(shè)施布局的權(quán)重問題做了介紹和研究；文獻(xiàn)[9]～[10]分別運(yùn)用SLP和SHA相結(jié)合的方法對(duì)不同的工廠車間設(shè)施布局進(jìn)行了評(píng)價(jià)以及優(yōu)化。

本文以系統(tǒng)化布置設(shè)計(jì)即SLP方法以及系統(tǒng)化搬運(yùn)分析即SHA方法，結(jié)合L公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，分析研究多品種小批量的制造企業(yè)的車間布局規(guī)劃方法。制定出合理的工廠設(shè)施布局方案，分析優(yōu)化方案的實(shí)施效果。經(jīng)優(yōu)化后的設(shè)施布局提高了物流運(yùn)作效率，為公司降低了運(yùn)營(yíng)成本。1 輕卡離合器工廠設(shè)施布局現(xiàn)狀分析

1）L公司概況。L公司是一家主要生產(chǎn)離合器的制造公司，產(chǎn)品涵蓋從φ215～φ430等及其變形產(chǎn)品幾十個(gè)品種，是典型的多品種小批量的制造企業(yè)。

圖1 基本生產(chǎn)流程

圖2 L公司現(xiàn)行的設(shè)施規(guī)劃布局方案

2）車間作業(yè)單元?jiǎng)澐帧８鶕?jù)離合器的生產(chǎn)工藝流程，可以將整個(gè)車間分為12個(gè)作業(yè)單位，按順序分別是：板材區(qū)，沖壓區(qū)，模具庫，熱處理車間，壓盤毛坯區(qū)，壓盤加工區(qū)，半成品庫，裝配區(qū)，包裝區(qū)，成品區(qū)，辦公區(qū)（食堂），實(shí)驗(yàn)室。離合器的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

3）L公司現(xiàn)行的設(shè)施規(guī)劃布局方案如圖2所示。結(jié)合離合器各部件的生產(chǎn)工藝以及整體生產(chǎn)工藝流程，不難發(fā)現(xiàn)L公司現(xiàn)有的設(shè)施規(guī)劃布局中存在以下幾點(diǎn)問題：作業(yè)單位的布置不合理；工藝流程不連貫；物流路徑不流暢。

2 設(shè)施規(guī)劃總布局優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

2.1 車間設(shè)施布局設(shè)計(jì)SLP

2.1.1 基本要素分析

1）產(chǎn)品-P及產(chǎn)量-Q。考慮到L公司φ255系列離合器產(chǎn)量占到公司產(chǎn)量的一半，且產(chǎn)品處于中間系列，選擇其為研究對(duì)象。2）生產(chǎn)工藝流程-R。離合器主要部件的生產(chǎn)工藝流程如下:蓋（剪板、沖壓、外協(xié)、入半成品庫）；減振盤（剪板、沖壓、熱處理、外協(xié)、入半成品庫）；從動(dòng)盤（剪板、沖壓、熱處理、外協(xié)、入半成品庫）；膜片彈簧（剪板、沖壓、熱處理、沖壓、入半成品庫）。3）輔助服務(wù)部門-S。L公司車間內(nèi)還設(shè)有辦公區(qū)、食堂、實(shí)驗(yàn)室等輔助服務(wù)部門。

2.1.2 物流與非物流分析

1）物流強(qiáng)度等級(jí)。SLP中把物流強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為5個(gè)等級(jí)，從高到低分別為A、E、I、O、U，依據(jù)物流路線比例或者承擔(dān)的物流量的比例來確定物流強(qiáng)度等級(jí)，物流強(qiáng)度匯總表如表1所示。

2）繪制物流相關(guān)圖。圖3為L(zhǎng)公司各作業(yè)單位之間的物流強(qiáng)度等級(jí)的相互關(guān)系。

3）作業(yè)單位非物流關(guān)系分析。針對(duì)L公司的實(shí)際情況，在分析工區(qū)作業(yè)單位之間非物流因素時(shí)，重點(diǎn)要考慮工藝流程的連續(xù)性和物流搬運(yùn)的方便性。繪制出L公司廠區(qū)的作業(yè)單位間的非物流關(guān)系如圖4所示。

2.1.3 作業(yè)單位綜合相互關(guān)系分析

圖3與圖4所給出的作業(yè)單位相互關(guān)系并不完全一致，因?yàn)橹茍D表的著重點(diǎn)不同。在一般機(jī)械制造行業(yè)布局設(shè)計(jì)中既要考慮物流因素也要考慮非物流因素，重點(diǎn)要考慮生產(chǎn)的安全和環(huán)保，以1:1的比值綜合考慮作業(yè)單位的物流、非物流因素是合理的。綜合考慮作業(yè)單位物流與非物流關(guān)系繪制出如圖5所示的作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖。

2.1.4 作業(yè)單位位置相關(guān)圖

根據(jù)綜合接近程度排序表計(jì)算，作業(yè)單位2（沖壓車間）的接近程度分?jǐn)?shù)最高，說明它應(yīng)該靠近布置圖的中心，依次排列順序?yàn)?2→5→6→3→1→4→7。作業(yè)單位位置相關(guān)圖如圖6所示。

2.1.5 作業(yè)單位面積相關(guān)圖

通過將各作業(yè)單位的占地面積與其幾何形狀結(jié)合到作業(yè)單位位置相關(guān)圖上，就可以得到作業(yè)單位的面積相關(guān)圖，如圖7所示。

2.2 車間設(shè)施布局設(shè)計(jì)SHA

根據(jù)物料分析、移動(dòng)分析和搬運(yùn)方法分析，擬定出符合L公司生產(chǎn)情況的設(shè)施規(guī)劃與物流方案。

2.2.1 物料分析

1）由于離合器各部件生產(chǎn)工藝的第一步均是剪板，然后將板材投入沖壓車間進(jìn)行加工，因此可以考慮將板材區(qū)與沖壓車間并排布置，以方便下料，簡(jiǎn)化物流。2）半成品庫用來存儲(chǔ)外購件和待裝配的半成品，為了方便外購件的運(yùn)輸，應(yīng)該靠近廠區(qū)邊緣裝配車間，盡量縮短運(yùn)輸路徑。3）裝配車間應(yīng)該設(shè)有存放裝配前物料的區(qū)域和成品料箱，以方便裝配線上的操作工人隨手將裝配好的工件放到指定位置。

2.2.2 移動(dòng)分析

由于離合器各部件的生產(chǎn)工藝均有重復(fù)且工序較少，因此在制品在各個(gè)作業(yè)單位間的移動(dòng)路線也應(yīng)盡量短、少，避免迂回，以達(dá)到精簡(jiǎn)物流的目的。具體表現(xiàn)為在設(shè)計(jì)時(shí)，相互關(guān)系較緊密的作業(yè)單位可以集中布局，同時(shí)控制通道的數(shù)量，不宜太多，以避免物流路徑交叉和浪費(fèi)。

表1 物流強(qiáng)度匯總表

圖3 物流相關(guān)圖

圖4 作業(yè)單位非物流相關(guān)圖

圖5 作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖

圖6 作業(yè)單位位置相關(guān)圖

圖7 作業(yè)單位面積相關(guān)圖

2.2.3 搬運(yùn)方法分析

1）由于離合器各部件的單件質(zhì)量不大，在加工車間內(nèi)，相鄰設(shè)備之間距離不遠(yuǎn)，因此在流水線上批量生產(chǎn)出的待加工部件可以放置在成品貨架上，待下一作業(yè)單元的操作人員拿取，或者可以由重力式軌道小車直接運(yùn)往下一作業(yè)單元進(jìn)行加工。2）在各個(gè)車間之間搬運(yùn)物料時(shí)，可以采用炮臺(tái)車或者小拖車集中運(yùn)輸，如半成品庫到裝配車間的運(yùn)輸，以及裝配車間到成品庫的運(yùn)輸。

2.3 優(yōu)化方案擬定

綜合考慮以上調(diào)整及修正因素和SHA的分析結(jié)果，結(jié)合L公司廠區(qū)外形，繪制設(shè)施布局優(yōu)化方案圖如圖8所示。

圖8 設(shè)施布局優(yōu)化方案圖

由圖8不難發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化方案將半成品庫、裝配車間和成品庫集中布置在廠區(qū)左側(cè)，改善了原方案中由于裝配車間距成品庫太遠(yuǎn)導(dǎo)致的物流浪費(fèi)，同時(shí)合理地布置了通道，使物流線路更加集中，可以減少在制品在運(yùn)輸過程中的浪費(fèi)。

3 結(jié)論

系統(tǒng)化布置設(shè)計(jì)（SLP）和系統(tǒng)化搬運(yùn)分析（SHA）方法綜合考慮了車間設(shè)施規(guī)劃與物流的相互關(guān)系，通過一系列細(xì)化的設(shè)計(jì)程序，得出了最佳布置方案。根據(jù)L公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，運(yùn)用SLP+SHA技術(shù)可以優(yōu)化其生產(chǎn)工區(qū)布局，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流的合理化。

［參考文獻(xiàn)］

[1] 李巖,吳智銘.基于GA和設(shè)備嵌套思想的制造單元布置優(yōu)化[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001,35(8):1125-1128.

[2] BRAGLIA M,ZANONI S,ZAVANELLA L.Layout design in dynamic environments:Strategies and quantitative indices[J].International Journal of Production Research,2003,41(5):995-1016.

[3] 繆瑟.系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[4] 馬漢武.設(shè)施規(guī)劃與物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2005.

[5] WU Y.The optimization of block layout and aisle structure by a genetic algorithm[J].Computers&Industrial Engineering,2002,41:371-387.

[6] WANG M J,HU M H,KU M Y.A solution to the unequal area facilities layout problem by genetic algorithm[J].Computers in Industry,2005,56(2):207-220.

[7] SINGH S P,SINGH V K.An improved heuristic approach for multi-objective facility layout problem[J].International Journal of Production Research,2010,48(4):1171-1194.

[8] SINGH S P,SHARMA R R K.A review of different approaches to the facility layout problems[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2006,30(5):425-433.

[9] 李冰.基于SLP+SHA的工程機(jī)械廠物流分析與優(yōu)化調(diào)整[J].科技管理研究,2011,31(8):98-101.

[10] 馮定忠,吳能,范佳靜,等.基于SLP和SHA的車間設(shè)施布局與仿真分析[J].工業(yè)工程與管理,2012,17(2):21-25.