葛敬東，周炳海

(同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海201804)

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基于SLP方法的K公司工廠布局改善*

葛敬東，周炳海

(同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海201804)

工廠布局對(duì)車(chē)間的生產(chǎn)活動(dòng)影響很大，良好的車(chē)間布局，能降低物料的搬運(yùn)成本，縮短人員走動(dòng)距離，生產(chǎn)效率得到最大優(yōu)化。針對(duì)K公司工廠擴(kuò)建，不同產(chǎn)品線的布局，運(yùn)用SLP方法進(jìn)行了研究分析。通過(guò)對(duì)物流強(qiáng)度和非物流關(guān)系以及其他限制邊際條件的分析研究，對(duì)擴(kuò)建后的布局提出優(yōu)化方案，避免了工序之間的物流路線交叉，降低了物流強(qiáng)度，增加了車(chē)間的空間利用率，提高了生產(chǎn)效率。

系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)多產(chǎn)品線物流優(yōu)化工業(yè)工程

0　引言

工廠布局是根據(jù)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)和生產(chǎn)綱領(lǐng)，在一定的空間場(chǎng)所內(nèi)，從材料的接收，零件和產(chǎn)品的制造，到成品的包裝、發(fā)運(yùn)的全過(guò)程，將人員、設(shè)備、物料所需要的空間作最恰當(dāng)?shù)姆峙浜妥钣行У慕M合，以便獲得最大的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益[1]。根據(jù)相關(guān)資料，產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品的加工時(shí)間不超過(guò)產(chǎn)品總生產(chǎn)時(shí)間的20%，其余80%的時(shí)間都在進(jìn)行物料運(yùn)輸，作業(yè)等待等環(huán)節(jié)[2]，可見(jiàn)工廠布局的優(yōu)劣對(duì)車(chē)間生產(chǎn)活動(dòng)的影響很大。良好的車(chē)間布局，應(yīng)使物料搬運(yùn)的成本最低，人員走動(dòng)的距離最短，生產(chǎn)效率得到最大優(yōu)化[3]。

19世紀(jì)中，美國(guó)的Mathur提出系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)理論(Systematic Layout Planning，簡(jiǎn)稱 SLP)，通過(guò)建立物流因素相關(guān)圖與非物流因素相關(guān)圖，以作業(yè)單位物流與非物流相互關(guān)系為主線，采用一套表達(dá)力極強(qiáng)的圖例符號(hào)和簡(jiǎn)明的工作表格，并進(jìn)行打分，以量化方法選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，使布局設(shè)計(jì)由定性分析發(fā)展為定量分析[4-6]。

我國(guó)的物流技術(shù)發(fā)展相對(duì)較晚，進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)才開(kāi)始大力發(fā)展生產(chǎn)物流[7]，隨著SLP理論、遺傳算法、層次分析法等和各種數(shù)學(xué)模型被廣泛研究并運(yùn)用到企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中[8-10]，我國(guó)的物流技術(shù)得到了快速的發(fā)展。

SLP方法把產(chǎn)品P、產(chǎn)量Q、生產(chǎn)路線R、輔助服務(wù)部門(mén)S及生產(chǎn)時(shí)間安排T作為給定的基本要素，作為布局設(shè)計(jì)工作的出發(fā)點(diǎn)，按圖1所示程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1　SLP程序圖

本文將采用SLP法對(duì)K公司工廠擴(kuò)建過(guò)程中的生產(chǎn)車(chē)間布局進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，解決K公司的實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并通過(guò)真實(shí)案例展示SLP方法在實(shí)際應(yīng)用中的有效性。

K公司是一家生產(chǎn)汽車(chē)零部件的在華德資企業(yè)，公司主要從事用于汽車(chē)零部件的精密彈簧和精密沖壓件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售。公司旗下現(xiàn)有6個(gè)產(chǎn)品(B，E，F(xiàn)，H，S，W)事業(yè)部。目前公司廠房面積23，000 m2。根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況，生產(chǎn)車(chē)間需要進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)建，擴(kuò)建面積為11，000 m2，新增面積需支撐公司未來(lái)5年的發(fā)展需求。因此，必須對(duì)車(chē)間進(jìn)行合理布局，并盡可能減少對(duì)現(xiàn)有設(shè)備，特別是大型設(shè)備的移動(dòng)。

本文研究分析了公司原有工廠布局，并利用SLP方法，基于總的擴(kuò)建面積和部分大型設(shè)備的特殊需求等條件，進(jìn)行了系統(tǒng)工廠布局設(shè)計(jì)，從而確定了最優(yōu)布局方案，新車(chē)間依此進(jìn)行了擴(kuò)建和布局。

1　原有工廠布局分析

工廠原有的布局如圖2。各產(chǎn)品線事業(yè)部按照自己的內(nèi)部流程和生產(chǎn)需要進(jìn)行了模塊化工藝流程布局，未充分考慮物料價(jià)值流的精益性及未來(lái)的可擴(kuò)展性。

隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，各事業(yè)部面積不斷擴(kuò)張，但因?yàn)槎际窃谠形恢蒙舷蛑苓厰U(kuò)展，出現(xiàn)了各事業(yè)部生產(chǎn)面積局促，內(nèi)部周轉(zhuǎn)不暢的局面，且除了B、H事業(yè)部外，其他事業(yè)部均無(wú)法再繼續(xù)擴(kuò)張。

圖2　原有工廠布局圖

原工廠布局中原材料和成品庫(kù)處于工廠一端，工廠內(nèi)所有的產(chǎn)品都要重復(fù)倉(cāng)庫(kù)-工位-倉(cāng)庫(kù)的物料循環(huán)過(guò)程，一方面物料移動(dòng)距離大，造成嚴(yán)重浪費(fèi)；另一方面，物流通道嚴(yán)重?fù)矶?，物流效率低下?如果繼續(xù)維持這種工廠布局，物流通道就必須加寬，這樣又會(huì)導(dǎo)致工廠空間的浪費(fèi)。

對(duì)事業(yè)部?jī)?nèi)部原有布局進(jìn)行分析，也發(fā)現(xiàn)了設(shè)施布局不合理，物流不暢的情況。以其中一個(gè)事業(yè)部F為例，圖3展示了F部門(mén)原有的車(chē)間布局下的物流移動(dòng)情況，存在大量的物流迂回交叉，每個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，物料移動(dòng)距離達(dá)290 m。其他事業(yè)部也同樣存在類似情況存在。

圖3　原車(chē)間F部門(mén)布局及物料移動(dòng)圖

總結(jié)以上，原有車(chē)間布局存在以下問(wèn)題：

1)除了臨近待擴(kuò)建區(qū)的事業(yè)部，其他產(chǎn)品線無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步的生產(chǎn)區(qū)域擴(kuò)展，擴(kuò)建區(qū)也將得不到合理利用。

2)因原材料和成品庫(kù)的位置，內(nèi)部物流迂回循環(huán)嚴(yán)重，物流通道擁堵，效率低下。

3)單產(chǎn)品線內(nèi)，物料移動(dòng)距離大，存在浪費(fèi)。

2　基于SLP方法的車(chē)間布局設(shè)計(jì)

2.1不同區(qū)域之間的物流量分析

各事業(yè)部根據(jù)自己業(yè)務(wù)計(jì)劃，提出自己的物流量需求。進(jìn)而得到倉(cāng)庫(kù)與生產(chǎn)線之間，及生產(chǎn)線與公共設(shè)施(如拋光車(chē)間)之間的物料流動(dòng)，不同產(chǎn)品線之間的物流量見(jiàn)表1。

表1產(chǎn)品線間物料流動(dòng)從-至表(P/Day)

根據(jù)SLP，按照表2所示的物流強(qiáng)度等級(jí)劃分參照表劃分不同區(qū)域之間的物流強(qiáng)度等級(jí)，得到全廠的物流強(qiáng)度等級(jí)表3。

表2　物流強(qiáng)度等級(jí)劃分參照表

表3　全廠物流強(qiáng)度等級(jí)表

2.2非物流關(guān)系分析

根據(jù)SLP方法，根據(jù)影響車(chē)間的非物流因素，如作業(yè)性質(zhì)的相似程度，工藝流程的連續(xù)性，工作聯(lián)系的頻繁程度、噪聲、溫度、煙塵、廢水廢氣等環(huán)境因素的影響，按照從重要到不重要，用A、E、I、O、U表示，得到表4的非物流密切程度等級(jí)表。

表4　非物流密切程度等級(jí)表

原材料庫(kù)=R，拋光車(chē)間=P，半成品庫(kù)=M，成品庫(kù)=G

2.3作業(yè)區(qū)域位置關(guān)系分析

根據(jù)前述物流強(qiáng)度分析得到的物流強(qiáng)度等級(jí)與非物流因素影響表，按1∶1權(quán)重進(jìn)行綜合量化考慮，即A=4，E=3， I=2， O=1， U=0，如果存在互斥關(guān)系，用X=-1，得到作業(yè)區(qū)域關(guān)系如表5。

表5　作業(yè)區(qū)域關(guān)系表

原材料庫(kù)=R，拋光車(chē)間=P，半成品庫(kù)=M，成品庫(kù)=G

根據(jù)作業(yè)區(qū)域關(guān)系表，先找出最重要的關(guān)系，即A最多的，若A級(jí)數(shù)量相同，再比較E。將最重要的關(guān)系塊先放于中央位置。然后按A關(guān)系要邊靠邊放，E關(guān)系要至少角靠角，X關(guān)系不能相鄰的原則，整理成無(wú)面積拼塊如圖4(示例兩個(gè)可能排列)。

圖4　無(wú)面積拼塊圖

2.4實(shí)際邊際條件修正因素

根據(jù)實(shí)際情況，以下邊際條件需要被考慮進(jìn)入修正因素：

a)H部門(mén)必須在現(xiàn)有位置基礎(chǔ)上向計(jì)劃擴(kuò)建方向擴(kuò)展；

b)B部門(mén)必須靠近計(jì)劃擴(kuò)建位置的外緣；

c)成品庫(kù)，考慮到發(fā)貨需求，必須靠近現(xiàn)有車(chē)間的收發(fā)貨平臺(tái)，或者新擴(kuò)建區(qū)的邊緣，以便修建新的發(fā)貨平臺(tái)；

d)因?yàn)閷?duì)地坪承重的特殊要求，原材料庫(kù)位置必須在現(xiàn)有位置范圍以內(nèi)；

e)各個(gè)部門(mén)根據(jù)自身工藝要求和業(yè)務(wù)計(jì)劃所需的布局形狀和面積。

2.5優(yōu)化后的布局

基于無(wú)面積拼塊圖和修正因素，將現(xiàn)有布局圖各部門(mén)模塊剪下，試拼到空白的車(chē)間中(含擴(kuò)建區(qū))，經(jīng)整理得到最后車(chē)間布局方案，如圖5，箭頭顯示了大的從原材料庫(kù)R-生產(chǎn)部門(mén)-成品庫(kù)G的物流方向。

圖5　新車(chē)間布局圖

3　新車(chē)間布局的評(píng)價(jià)

在利用SLP方法對(duì)車(chē)間布局進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，整個(gè)車(chē)間的大物流得到很好的優(yōu)化，如圖5的箭頭所示，基本實(shí)現(xiàn)的原材料-工位-成品的單向流動(dòng)。

圖6　改進(jìn)后車(chē)間F部門(mén)　物料移動(dòng)圖

在產(chǎn)品線內(nèi)部，物流流動(dòng)也得到了優(yōu)化，以F部門(mén)為例如圖6所示，布局調(diào)整后，物流迂回情況基本解決，物料移動(dòng)平均距離，由原來(lái)的290 m減少到了180 m，效率提高37.9%。

另外，因?yàn)槲锪餍实奶岣?，?chē)間空間利用率也得到了改善，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境得到優(yōu)化。

4　結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于生產(chǎn)部門(mén)繁多，產(chǎn)品系列復(fù)雜的工廠，工廠設(shè)備設(shè)施布局的不合理，會(huì)導(dǎo)致大量的反復(fù)物流浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)擁塞，半成品增多，生產(chǎn)效率降低，加重企業(yè)的成本負(fù)擔(dān)。通過(guò)利用SLP方法，在企業(yè)工廠擴(kuò)建的前期進(jìn)行合理布局設(shè)計(jì)，不僅為后期擴(kuò)建提供了布局方案指導(dǎo)，還優(yōu)化了設(shè)備布置，避免了工序之間的物流路線交叉，大大降低了物流強(qiáng)度，減少了搬運(yùn)作業(yè)量，優(yōu)化了現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，增加了車(chē)間的空間利用率。 方案已被企業(yè)采用，新廠區(qū)已經(jīng)竣工，并按新布局運(yùn)用超過(guò)半年，改善效果得到了驗(yàn)證。

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Workshop layout improvement of company K based on SLP

GE Jingdong，ZHOU Binghai

Workshop layout is a key factor influencing the production process. A reasonable layout will reduce material handling cost, shorten the moving distance of workers, and maximize production efficiency. For the extension of the workshops of Company K, we analyzed the layout of different product lines by SLP. Through analysis of the logistic intensity, non-logistic factors and other conditions, we put forward the optimization plan, which avoided logistic path cross, reduced the logistic intensity, increased the utilization rate of workshop space, and improved production efficiency. The company implemented the new layout and proved the effect of the improvement.

systematic layout planning，multi-product-line，logistic improvement，industrial engineering

TG95

A

1002-6886(2016)04-0001-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No. 71471135)。

葛敬東(1979- ), 女, 河北人, 碩士研究生, 主要研究方向?yàn)楣S生產(chǎn)物流。

2015-12-31