閆 瑩， 侯冠彥， 邵延君

（中北大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，太原 030051）

印刷業(yè)屬于典型的服務(wù)制造業(yè)，與人們的日常生活密切相關(guān)，是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分［1］. 目前我國的大多數(shù)制造企業(yè)的生產(chǎn)運作管理存在一定的問題，例如某碳帶公司在其廠房建設(shè)初期沒有重視設(shè)施設(shè)備規(guī)劃的問題，整個廠房建設(shè)過程以管理人員的經(jīng)驗為主，里面的設(shè)施布置也是照搬其他分公司的方案，而后隨著國內(nèi)外訂單量的增大，車間內(nèi)出現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境混亂、重復(fù)搬運等現(xiàn)象，限制了該公司進(jìn)一步發(fā)展. 系統(tǒng)布置設(shè)計（Systematic Layout Planning，SLP）是生產(chǎn)設(shè)施規(guī)劃的重要方法，其通過對作業(yè)單位的物流分析以及非物流分析得出作業(yè)單位綜合關(guān)系圖，在此基礎(chǔ)上根據(jù)相關(guān)修正因素、實際制約條件等設(shè)計出生產(chǎn)工藝順暢、物流合理的布局優(yōu)化方案［2］. SLP理論已被廣泛應(yīng)用于物流、交通、布局設(shè)計等領(lǐng)域. 周天星等［3］基于SLP與CORELAP結(jié)合的思想，以綜合交通中心為例驗證了理論的可行性. 溫念慈等［4］將SLP法應(yīng)用于集裝箱碼頭的平面布置研究，并從作業(yè)安全性等多方面比較，提出了集裝箱碼頭平面布置的優(yōu)化方案. 馮芬玲［5］針對鐵路物流中心，基于改進(jìn)的SLP方法分析了各功能區(qū)的密切程度，結(jié)合遺傳算法，實現(xiàn)了鐵路物流中心的優(yōu)化改善.

Flexsim是一種離散事件仿真程序，可以快速、準(zhǔn)確地構(gòu)建車間設(shè)備布置或倉儲物流系統(tǒng)的三維模型，通過進(jìn)行仿真模擬，能夠識別生產(chǎn)及倉儲系統(tǒng)的瓶頸，獲得數(shù)據(jù)資料，節(jié)約運行成本［6］. 王姍姍等［7］建立了小麥粉單生產(chǎn)線加工流程模型，根據(jù)設(shè)備利用率及堵塞率找到了生產(chǎn)瓶頸并提出改善方案. 苗志鴻等［8］先運用ECRS原則對作業(yè)單元重新劃分，再將遺傳算法應(yīng)用到最小工位模型的求解中，最后用Flexsim仿真軟件得到優(yōu)化后的方案.

盡管SLP理論與Flexsim仿真軟件結(jié)合研究生產(chǎn)車間布局已十分常見［9］，但其在原始設(shè)計制造商（Original Design Manufacturer，ODM）企業(yè)的應(yīng)用非常少. 一方面是由于ODM企業(yè)需要按照客戶的規(guī)格設(shè)計、開發(fā)、制造和組裝產(chǎn)品，因此其生產(chǎn)訂單具有不確定性［10］，其物料流動也需要根據(jù)生產(chǎn)要求進(jìn)行調(diào)整；另一方面是因為其生產(chǎn)產(chǎn)量預(yù)測主要來源于其客戶，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)庫存的建立有約束. 雖然很多學(xué)者考慮到用仿真模型與SLP理論相結(jié)合以降低其靜態(tài)局限性以及非物流關(guān)系分析的主觀性，但由于ODM企業(yè)生產(chǎn)的特殊性，普通制造企業(yè)的物流分析和非物流分析不適用于ODM企業(yè). 本文以某碳帶公司為例進(jìn)行研究，以期為ODM企業(yè)的車間設(shè)施布置提供一種參考方法，節(jié)約ODM企業(yè)生產(chǎn)車間的實際運行成本，提高其生產(chǎn)效率.

1 SLP法與Flexsim仿真相聯(lián)合的ODM企業(yè)設(shè)施布置優(yōu)化方法

ODM企業(yè)因其業(yè)務(wù)特點，生產(chǎn)產(chǎn)品種類繁多，一般采用按訂單來進(jìn)行批量生產(chǎn)達(dá)成產(chǎn)量的策略，屬于離散型生產(chǎn). 其車間生產(chǎn)方式具有生產(chǎn)品種多，單一品種需求量小，若干類產(chǎn)品在計劃內(nèi)輪換生產(chǎn)的特點［11］.采用SLP法和Flexsim仿真相聯(lián)合的方法，即定性分析與定量分析相結(jié)合的綜合辦法，解決ODM企業(yè)生產(chǎn)車間布置的問題，其優(yōu)化過程如圖1所示.

圖1 SLP法和與Flexsim仿真相聯(lián)合的ODM企業(yè)設(shè)施布置優(yōu)化過程Fig.1 The optimization process of ODM enterprise facility layout combined with SLP and Flexsim simulation

圖1所示兩種方法相聯(lián)合的設(shè)施布置優(yōu)化過程由以下幾個步驟組成：

1）對車間的原始資料，包括基本要素產(chǎn)品（P）、產(chǎn)量（Q）、生產(chǎn)路線（R）、輔助服務(wù)部門（S）及時間（T）進(jìn)行收集，并分析車間的原始資料.

2）綜合考慮ODM企業(yè)的生產(chǎn)特點，對車間作業(yè)單位間進(jìn)行物流分析與非物流分析，得出各作業(yè)單位之間的相對位置關(guān)系.

3）通過現(xiàn)場調(diào)研并收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，運用Flexsim仿真軟件設(shè)計各實體設(shè)備的三維模型并設(shè)置車間設(shè)施布置模型的生產(chǎn)及物流參數(shù)（包括生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)員工任務(wù)分配、工藝流程的順序、設(shè)備處理時間、物流路徑等）.

4）運行仿真模型，輸出仿真結(jié)果，并對原始布置仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

5）將SLP法與Flexsim原始仿真模型兩者的改善建議相結(jié)合，得到優(yōu)化方案. 對優(yōu)化后的方案再次進(jìn)行建模仿真，輸出仿真結(jié)果，與原始布置仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析，評價方案.

6）確定車間布置的優(yōu)化設(shè)施布置方案.

2 某碳帶公司生產(chǎn)車間現(xiàn)狀

某碳帶公司現(xiàn)階段主要產(chǎn)品包括0.5寸管碳帶、1寸管碳帶、1.5寸管碳帶以及PAXAR管碳帶，由各類生產(chǎn)設(shè)備14余臺共同生產(chǎn). 其生產(chǎn)車間的任務(wù)是按照計劃員下發(fā)的庫存訂單及生產(chǎn)訂單，完成從準(zhǔn)備芯管直到最后一道工序入庫的全部作業(yè). 生產(chǎn)車間的具體工作由以下21項工序組成，即準(zhǔn)備芯管、切割芯管、沖缺口、調(diào)刀架、安裝母帶、分割母帶至上下杠、收集余料、調(diào)試引紙架、串芯管、分切母帶、貼引紙、卸下碳帶、檢查碳帶、噴印編碼、薄膜包裝、貼卷標(biāo)簽、檢查產(chǎn)品、裝箱、貼外箱標(biāo)簽、檢查外箱、入庫. 實際工序會根據(jù)機(jī)臺所需生產(chǎn)訂單的順序會有所增減.

從工藝流程上看，該碳帶公司的生產(chǎn)車間主要包括母帶存放區(qū)、原材料芯管存放區(qū)、引紙架、裁切區(qū)、包裝區(qū)、返工區(qū)、芯管加工區(qū)、輔助功能區(qū)、維修區(qū)等十余個作業(yè)區(qū)域，各區(qū)域分別承擔(dān)不同的作業(yè)內(nèi)容.

根據(jù)該碳帶公司近一年的月平均生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知，1寸管碳帶在其生產(chǎn)卷數(shù)及平方面積上占比均最大，分別為71%和92.5%，因此可以判斷1寸管碳帶為其核心生產(chǎn)產(chǎn)品，本文以1寸管碳帶作為研究對象，與其生產(chǎn)工藝流程相結(jié)合，重新規(guī)劃車間的設(shè)施布置.

3 基于SLP的企業(yè)設(shè)施布置分析

3.1 作業(yè)單位的劃分

根據(jù)碳帶生產(chǎn)工藝流程，可將其生產(chǎn)車間進(jìn)一步歸類為10個作業(yè)單位，具體如表1所示.

表1 生產(chǎn)車間作業(yè)單位歸類及其面積Tab.1 Division of work units in the production workshop and their area

3.2 物流分析

SLP方法中，是按照等級對各作業(yè)單位之間的物流強(qiáng)度進(jìn)行劃分的，不同作業(yè)單位之間的流動越頻繁，作業(yè)單位之間的物流量越大，則物流強(qiáng)度等級也就越高，各作業(yè)單位物流強(qiáng)度的大小用物流強(qiáng)度符號A、E、I、O、U由高至低來表示［12］. 對于物流強(qiáng)度高的作業(yè)單位，要盡量減少其搬運的距離，降低由此產(chǎn)生的二次搬運費用. 現(xiàn)場布置需盡量遵循物料流動順暢、不迂回、不逆向、不交叉等原則. 根據(jù)結(jié)合現(xiàn)場布局圖與現(xiàn)場的實際情況，并通過與現(xiàn)場工作人員進(jìn)行非結(jié)構(gòu)性訪談，對各個作業(yè)單位對的物料流動進(jìn)行記錄，繪制該碳帶公司生產(chǎn)車間物流強(qiáng)度及其等級匯總表如表2所示.

表2 碳帶生產(chǎn)車間物流強(qiáng)度及其等級匯總表Tab.2 Summary table of logistics intensity and grade of carbon ribbon production workshop

3.3 非物流分析

車間各作業(yè)單位除了需要考慮兩兩間的物流關(guān)系外，還需要考慮非物流因素對車間的設(shè)施布局的影響. 根據(jù)ODM企業(yè)的生產(chǎn)特點與該碳帶公司生產(chǎn)車間的實際生產(chǎn)情況，選取生產(chǎn)服務(wù)、工作流程連續(xù)程度、物料搬運情況等6個對車間各作業(yè)單位間關(guān)系影響較大的因素作為評價彼此關(guān)系級別的依據(jù).

為了能與物流相關(guān)關(guān)系級別一一對應(yīng)，可對碳帶公司生產(chǎn)車間各作業(yè)單位劃分等級，同樣以A、E、I、O、U來表示作業(yè)單位間逐級遞減的相關(guān)關(guān)系. 另外，增加X級別表示作業(yè)單位存在負(fù)影響的密切程度［13］.

3.4 作業(yè)單位相互關(guān)系分析

3.4.1 作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖 作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖同時考慮了作業(yè)單位之間的物流關(guān)系及非物流關(guān)系對車間布局的影響，其繪制的步驟如下：

1）確定物流因素以及非物流因素的相對重要性及其比值. 由表2中確定的物流強(qiáng)度可得物流因素的重要性關(guān)系；考慮生產(chǎn)服務(wù)、工作流程連續(xù)程度等因素時應(yīng)用同樣方法即得到非物流相互關(guān)系，在此省略.

盡管ODM企業(yè)十分倚重生產(chǎn)服務(wù)，但根據(jù)1寸管碳帶的生產(chǎn)工藝，可知其客戶定制過程較簡單，且只提供少部分的增值服務(wù)，故定義其物流影響與其他因素的影響相當(dāng)，確定出此車間的物流因素和非物流因素的相對重要性比值m∶n=1∶1.

2）將物流強(qiáng)度等級和非物流的相互關(guān)系等級進(jìn)行數(shù)量化. 一般賦值取等級A 為4、等級E 為3、等級I 為2、等級O為1、等級U為0、等級X為-1［14］.

3）計算量化后的作業(yè)單位綜合相互關(guān)系. 總量化值計算公式為：

式中：TRij為作業(yè)單位i 與作業(yè)單位j 的綜合相互關(guān)系緊密程度；MRij為作業(yè)單位i 與作業(yè)單位j 的物流相互關(guān)系等級；NRij為作業(yè)單位i 與作業(yè)單位j 的非物流相互關(guān)系緊密程度等級［16］.

4）依據(jù)綜合相互關(guān)系等級，繪制作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖，如圖2所示.

圖2 作業(yè)單位綜合關(guān)系圖Fig.2 Comprehensive relationship diagram of operating units

3.4.2 作業(yè)單位位置相關(guān)圖 綜合接近程度值的高低反映了該作業(yè)單位在布置圖中是應(yīng)該處于中心位置還是處于邊緣位置［15］. 以序號為1的作業(yè)區(qū)域為例，其綜合接近程度具體數(shù)值計算為：

以此類推，可得到該碳帶公司生產(chǎn)車間各作業(yè)單位綜合接近程度排序，綜合接近程度從高到低的順序依次為母帶存放區(qū)、裁切區(qū)、包裝區(qū)、發(fā)貨區(qū)、原材料芯管存放區(qū)、臨時存放區(qū)、引紙架、芯管加工區(qū)、返工區(qū)和成品芯管區(qū).

本文采用線型圖法和Tompkins 關(guān)系表法結(jié)合的方法確定各作業(yè)單位的相對位置，得到兩種優(yōu)化方案.根據(jù)實地考察，在生產(chǎn)車間實際設(shè)施規(guī)劃中，還要考慮以下幾點：①西面受光照時間較長，溫度較東面高，故中部及東部更適宜該碳帶公司貨物的儲存，尤其是受溫度影響較大的母帶；②東面為車間的結(jié)構(gòu)墻，無出入口，考慮到安全性、便利性等，輔助功能區(qū)宜在西側(cè)；③發(fā)貨區(qū)有時直發(fā)庫存貨物，若發(fā)貨區(qū)與成品庫存區(qū)相鄰可為倉庫員工減少物流量以及工作量；④裁切區(qū)與包裝區(qū)的機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的頻次較高，故維修區(qū)臨近兩個關(guān)鍵生產(chǎn)區(qū)有利于設(shè)備利用率的提高. 最終根據(jù)已經(jīng)確定的物流及作業(yè)單位相互關(guān)系，在圖上按其實際面積對作業(yè)單位進(jìn)行配置可得面積相互關(guān)系圖解，具體如圖3所示.

圖3 優(yōu)化方案的面積相互關(guān)系圖解Fig.3 Diagram of the relationship between the areas of the optimization plan

由圖3可知，裁切區(qū)與母帶存放區(qū)之間的關(guān)系最為密切，裁切區(qū)和包裝區(qū)、臨時存放區(qū)、發(fā)貨區(qū)的關(guān)系也十分密切，故應(yīng)考慮將上述作業(yè)單位布置在相鄰的位置；同時應(yīng)將芯管加工區(qū)安排在距離引紙架、裁切區(qū)以及包裝區(qū)較遠(yuǎn)的位置.

4 生產(chǎn)車間設(shè)施布置方案設(shè)計

根據(jù)某碳帶公司生產(chǎn)車間內(nèi)各個作業(yè)單位的實際面積，結(jié)合優(yōu)化方案的面積相互關(guān)系圖解，重新規(guī)劃各單位在車間的位置，具體方案如下.

1）方案一：對原有車間的通道做小幅調(diào)整，將成品庫存區(qū)北面（圖4中方向為上北下南左西右東）的通道去除，與成品庫存區(qū)內(nèi)的通道合并，既減小了成品庫存區(qū)與發(fā)貨區(qū)的水平距離，又節(jié)約了空間；在裁切區(qū)與維修區(qū)之間增設(shè)新的通道以便維修人員進(jìn)出，降低維修工具的搬運難度；南面區(qū)域中僅留有芯管加工區(qū)與原材料芯管存放區(qū)的通道. 作業(yè)單位主要的變動是將裁切區(qū)移至整個車間的正中心位置，母帶存放區(qū)則移至其東面，包裝區(qū)、臨時存放區(qū)以及發(fā)貨區(qū)均移至西側(cè)以實現(xiàn)物料搬運的最短距離，考慮到芯管加工區(qū)會有較大的噪音以及灰塵等因素，芯管加工區(qū)以及原材料芯管存放區(qū)均安排至南面區(qū)域. 其余作業(yè)單位依據(jù)本文第3部分內(nèi)容進(jìn)行布置. 方案一布置圖因篇幅原因，在此省略.

2）方案二：對車間通道的調(diào)整與方案一大致相同，僅將南面區(qū)域芯管加工區(qū)與原材料芯管存放區(qū)的通道向北側(cè)移動，進(jìn)一步降低噪音及灰塵對北面車間的影響. 作業(yè)單位最主要的變動是將母帶存放區(qū)移至中間承重墻北側(cè)，由于母帶聯(lián)結(jié)裝置位于裁切機(jī)的南端，所以此調(diào)整使得物料流動更符合裁切工藝流程. 引紙架以及成品芯管區(qū)則移至東面，包裝相關(guān)區(qū)域在西側(cè)的調(diào)整與方案一完全相同，其余作業(yè)單位依據(jù)本文第3部分內(nèi)容進(jìn)行布置. 方案二布置圖如圖4所示.

圖4 方案二布置圖Fig.4 The layout of Plan 2

綜合評價兩個方案，從物料搬運上看，兩者關(guān)于物流量最大的裁切區(qū)與母帶存放區(qū)的布置較合理，均處于相鄰位置；從工藝流程的角度上看，兩者均符合包裝區(qū)的工藝流程及物流距離最短的要求，將包裝區(qū)、臨時存放區(qū)以及發(fā)貨區(qū)以一字型布局布置在車間的西側(cè)區(qū)域，但方案二中裁切機(jī)與母帶存放區(qū)的方位布置更適宜安裝母帶工序的進(jìn)行；考慮到芯管切割過程中會有較大的噪音，芯管加工區(qū)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離生產(chǎn)人員較多的裁切區(qū)和包裝區(qū)，另外，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的灰塵會對產(chǎn)品及引紙架有明顯的污染，進(jìn)而降低產(chǎn)品的質(zhì)量以及其合格率，故芯管加工區(qū)還應(yīng)與上述兩個作業(yè)單位有一定距離. 因此方案二更符合該碳帶公司生產(chǎn)車間的實際布置要求，確定方案二作為優(yōu)化后的車間設(shè)施布置方案.

5 基于Flexsim的碳帶生產(chǎn)車間建模仿真

碳帶生產(chǎn)訂單可根據(jù)裁切機(jī)特性分為6類，不同的訂單一般放在相對應(yīng)的裁切機(jī)生產(chǎn)，通過調(diào)研統(tǒng)計出每月不同生產(chǎn)訂單的占比以及每月生產(chǎn)訂單需求量，為仿真服務(wù). 現(xiàn)場調(diào)研和數(shù)據(jù)收集地點為廣東珠海某碳帶公司，通過對裁切機(jī)生產(chǎn)訂單時間數(shù)據(jù)和包裝線完成訂單時間數(shù)據(jù)的收集，為碳帶生產(chǎn)過程Flexsim仿真模型提供參考數(shù)據(jù)，是模型構(gòu)建的依據(jù). 在模型建立前做如下假設(shè)：①裁切區(qū)操作員取原材料的順序依次為生產(chǎn)訂單、母卷碳帶、引紙、芯管；②碳帶生產(chǎn)以訂單數(shù)作為單位，而非卷數(shù)或面積；③不考慮機(jī)器故障.

5.1 實體設(shè)備及相關(guān)參數(shù)

碳帶生產(chǎn)車間中的實體設(shè)備用Flexsim中的實體代替表示：計劃員分配訂單的過程由發(fā)生器和分離器代替，不同顏色的盒子表示適合不同機(jī)臺的生產(chǎn)訂單，紅色、藍(lán)色、綠色、黃色、橙色、粉色分別代對應(yīng)1號到6號裁切機(jī)［17］；碳帶母卷、引紙以及芯管被定義以訂單為單位的實體，分別以水平片的形式儲存于對應(yīng)區(qū)域的暫存區(qū)中；母帶分切的整個生產(chǎn)過程看作成品碳帶的合成過程，即操作員從母帶存放區(qū)、引紙架和成品芯管區(qū)分別取得原材料后在裁切機(jī)進(jìn)行合成，故用合成器模擬仿真裁切機(jī)進(jìn)行安裝母帶、調(diào)試引紙架、分切母帶、貼引紙等工序，裁切區(qū)所有工序完成后實體會由盒子狀轉(zhuǎn)換為圓柱體以表區(qū)分，并由操作員將其運送至5個待包裝區(qū)中；包裝線包裝員會按照兩條包裝線的特性分別將成品碳帶運送至對應(yīng)輸送帶上，再分別經(jīng)過噴碼機(jī)以及包裝機(jī)，此處用處理器代表兩類機(jī)器完成噴印編碼、薄膜包裝等工序，待所有工序完成后實體又會由圓柱體轉(zhuǎn)化為盒子狀，最后由包裝線包裝員運送至臨時存放區(qū)，根據(jù)實際情況，臨時存放區(qū)的面積為35 m2；倉庫人員看到臨時存放區(qū)出現(xiàn)貨物后，駕駛叉車將貨物交接給快遞公司人員直接發(fā)貨，直接發(fā)貨則用吸收器代替. 仿真模型相關(guān)參數(shù)如下設(shè)計：①訂單生成區(qū). 根據(jù)追蹤統(tǒng)計該碳帶公司近一年內(nèi)月均訂單數(shù)據(jù)分析得出其發(fā)生概率. 其中：裁切機(jī)1至6號訂單分別占比約為：9.5%，4.8%，9.5%，4.8%，38.1%和33.3%. ②裁切區(qū)及包裝區(qū)不同機(jī)臺生產(chǎn)時間. 用秒表抽樣記錄每個機(jī)臺生產(chǎn)和包裝1寸管碳帶不同訂單的時間數(shù)據(jù)，取其平均值，得出每個機(jī)臺完成1寸管碳帶訂單的平均時間，如表3所示.

表3 各類機(jī)器對應(yīng)設(shè)置時間及加工時間Tab.3 Corresponding setting time and processing time for various machines

5.2 原始布置仿真結(jié)果分析

由于該碳帶公司實行2班8小時工作制，為了使模型結(jié)果更趨近于真實情況，該碳帶公司生產(chǎn)車間的原始車間仿真模型共運行57 600 s，輸出包裝線前端緩存區(qū)輸入（Input）與輸出（Output）的數(shù)量、最大等待時間（MaxStaytime）、最小的等待時間（MinStaytime）及平均等待時間（AvgStaytime）等數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果［18］，如表4所示. 車間原始布置裁切機(jī)的空閑率、利用率、等待運輸時間等運作狀況統(tǒng)計，如圖5所示.

表4 車間原始布置待包裝暫存區(qū)仿真結(jié)果Tab.4 Simulation results of original layout of the temporary storage area for packaging

由表4所示的仿真結(jié)果可以看出，待包裝區(qū)Queue4和Queue5停留的最小停留時間（MinStaytime）、最大停留時間（MaxStaytime）和平均停留時間（AvgStaytime）均相等，分別為27.78 s 和35.44 s，該仿真數(shù)據(jù)說明兩個暫存區(qū)都只停留過一個需包裝的成品碳帶，并沒有起到暫存半成品的作用，因此這樣的暫存區(qū)應(yīng)考慮合并或剔除［19］；盡管Queue1發(fā)生類似的情況，但其三項數(shù)據(jù)遠(yuǎn)高于Queue4和Queue5的結(jié)果，原因是Queue1前面累計了很多由裁切機(jī)5號和6號生產(chǎn)的小批量訂單，因此它必須等待前面的訂單全部包裝完成后再進(jìn)行.由上述仿真結(jié)果可得知待包裝區(qū)任務(wù)分配不合理，應(yīng)考慮讓包裝機(jī)2號分擔(dān)部分包裝機(jī)1號的工作，盡可能平衡5個待包裝區(qū)的任務(wù)量，平衡作業(yè)負(fù)荷，使系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化.

圖5 車間原始布置裁切機(jī)運作狀況圖Fig.5 Diagram of the operation status of slitting machine in the original layout of the workshop

圖5中Idle為空閑、Processing為加工、Collecting為收集材料、Waiting for transport為等待運輸、Setup為設(shè)置機(jī)器，裁切機(jī)1至6號的利用率分別為93.25%、58.40%、32.24%、36.61%、92.98%、88.20%；而收集材料時間占比分別為2.64%、1.10%、1.16%、0.57%、12.11%、11.24%. 由圖5所示的仿真結(jié)果可以看出，裁切機(jī)2號、3號和4號的生產(chǎn)訂單安排不合理使得空閑率較高，因此三臺機(jī)器的利用率降低；裁切機(jī)5號與裁切機(jī)6號收集原材料所用時間占比較長，這可能是由于兩臺機(jī)器本身搬運原材料的物流量較大且距離原材料所在區(qū)域偏遠(yuǎn)，故可以根據(jù)仿真數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整上述兩臺機(jī)器與原材料區(qū)域的距離. 仿真結(jié)果表明原始設(shè)施布置下，該碳帶公司車間的生產(chǎn)效率低下，作業(yè)負(fù)荷不平衡，也浪費了大量的資源.

5.3 確定優(yōu)化方案

5.3.1 碳帶車間布置優(yōu)化后模型的建立 在使用SLP方法得到優(yōu)化方案二的基礎(chǔ)上，結(jié)合Flexsim仿真在碳帶車間原始布置中發(fā)現(xiàn)的瓶頸問題及不合理之處，對碳帶車間設(shè)施布置采取進(jìn)一步完善［19］.

具體措施如下：

1）剔除、合并不必要的暫存區(qū). 剔除待包裝區(qū)Queue1，空出4.95 m2；由于Queue4的包裝任務(wù)量最小，半成品在其停留時間最短，根據(jù)生產(chǎn)訂單實際情況的將Queue1 的包裝任務(wù)分配到Queue4 中；將待包裝區(qū)Queue2的占地面積由原來的4.95 m2調(diào)整到8.25 m2.

2）由于裁切機(jī)3號長期生產(chǎn)國外1寸管碳帶，而國外顧客向該碳帶公司提交生產(chǎn)訂單的頻次為每月兩次，因此其生產(chǎn)計劃進(jìn)行根據(jù)車間生產(chǎn)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，計劃員可根據(jù)仿真數(shù)據(jù)，適量增加裁切機(jī)3號生產(chǎn)的庫存訂單量，進(jìn)而調(diào)整分離器中訂單分配的概率，裁切機(jī)1～6 號訂單占比分別調(diào)整為：8.8%，5.9%，17.1%，5.4%，32.6%和29.2%.

3）原始設(shè)施布置模型中，噴碼機(jī)1號以及包裝機(jī)1號因需要完成待包裝區(qū)Queue1的大批量包裝任務(wù)，故兩臺機(jī)器的設(shè)置時間以及加工時間測量值偏高，若其包裝任務(wù)僅為Queue2的多品種小批量任務(wù)，則其設(shè)置時間以及加工時間相應(yīng)做出調(diào)整，故根據(jù)包裝區(qū)僅進(jìn)行小批量任務(wù)對模型進(jìn)行修正，將噴碼機(jī)1號的設(shè)置時間和加工時間由原來的30、150 s 分別調(diào)整為25、100 s，將包裝機(jī)1 號的設(shè)置時間和加工時間由原來的0、3600 s分別調(diào)整為0、2800 s.

SLP方法和Flexsim仿真模型結(jié)合得到的車間設(shè)施布置模型如圖6所示.

圖6 碳帶車間優(yōu)化設(shè)施布置模型Fig.6 Optimized carbon ribbon workshop facility layout model

5.3.2 車間設(shè)施布置優(yōu)化前后對比 優(yōu)化后成品碳帶待包裝區(qū)仿真結(jié)果如表5 所示. 車間設(shè)施布置優(yōu)化后，原待包裝區(qū)Queue1 的任務(wù)與Queue4 合并后，兩類訂單在暫存區(qū)的平均停留時間（AvgStaytime）降低至27.05 s；而待包裝區(qū)Queue2 的平均停留時間（AvgStaytime）由308.7 s，比優(yōu)化改造前下降了691.16 s，輸出訂單數(shù)也從27個增加至33個；此外，Queue3、Queue5的停留時間仿真數(shù)據(jù)都有了小幅的降低.

表5 車間優(yōu)化布置待包裝暫存區(qū)仿真結(jié)果Tab.5 Simulation results of optimized layout of the temporary storage area for packaging

由圖7的仿真結(jié)果可以看出：優(yōu)化后的裁切機(jī)2到4號的利用率分別上升到88.57%、84.97%、86.13%，與圖5的原始布置數(shù)據(jù)相比分別提高了30.17%、52.73%和49.52%；其余裁切機(jī)的利用率有所降低，但平均降幅僅為4.56%，且3臺機(jī)器的利用率均保持在80%以上. 當(dāng)日發(fā)貨訂單量由14張增加至19張，增幅為35.7%.優(yōu)化后設(shè)備利用率明顯提高，發(fā)貨量大大提高，產(chǎn)品的生產(chǎn)周期也縮短了.

圖7 優(yōu)化后裁切機(jī)運作狀態(tài)圖Fig.7 Operation state diagram of slitting machine after optimization

6 結(jié)語

本文根據(jù)ODM企業(yè)的生產(chǎn)特點，按照SLP方法對某碳帶生產(chǎn)公司生產(chǎn)車間進(jìn)行整體布置、搬運系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改善，以Flexsim仿真軟件作為工具，構(gòu)建了某碳帶公司生產(chǎn)車間的數(shù)字化模型，模擬及驗證了原始設(shè)施布置及優(yōu)化方案，發(fā)現(xiàn)原始方案的不足，驗證了改善方案的可行性. 從仿真運行情況可以看出，SLP方法與Flexsim仿真模型相結(jié)合的方法可以降低待包裝區(qū)半成品的停留時間，并提高裁切機(jī)的設(shè)備利用率. 某碳帶公司通過改善后大大降低了生產(chǎn)成本和物流成本，顯著提高了生產(chǎn)車間的生產(chǎn)效率.