寧 芳, 王 斌

(中國礦業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院, 江蘇 徐州 221116)

實驗室建設(shè)與管理

SLP在木工實驗室設(shè)施優(yōu)化布局中的應(yīng)用

寧 芳, 王 斌

(中國礦業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院, 江蘇 徐州 221116)

以中國礦業(yè)大學(xué)木工實驗室為例,分析了原實驗室布局使用中存在的問題,利用SLP(systematic layout planning)系統(tǒng)布局規(guī)劃方法,對實驗室物流關(guān)系、非物流關(guān)系進行分析,在綜合考慮各要素相關(guān)關(guān)系,包括占地面積、應(yīng)急處理、教學(xué)管理等因素后,得出實驗室設(shè)施優(yōu)化布局最終方案。通過對比分析論證了SLP在實驗室設(shè)施布局中的有效性,為實驗室科學(xué)布局規(guī)劃提供了一種科學(xué)的研究方法。

系統(tǒng)布局規(guī)劃(SLP)； 木工實驗室； 優(yōu)化布局

實驗室設(shè)施布局與優(yōu)化一直是實驗室建設(shè)和管理工作的重要研究內(nèi)容,設(shè)施布局的優(yōu)劣與實驗室的工作效率、設(shè)備利用率、設(shè)備維護成本、安全性、管理成本等都有著重要關(guān)系。SLP(systematic layout planning)系統(tǒng)設(shè)施規(guī)劃方法,根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)完成的功能,在對各單位要素之間的相互關(guān)系研究的基礎(chǔ)上,展開系統(tǒng)各項設(shè)施、人員等的系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計。以求通過改變和調(diào)整布置,達到提高整個系統(tǒng)效益的目的[1-3]。以中國礦業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院木工實驗室為研究對象,應(yīng)用SLP方法進行設(shè)施布局優(yōu)化設(shè)計,并對優(yōu)化前后方案進行了對比評價。

1 木工實驗室設(shè)施布局現(xiàn)狀分析

1.1 木工實驗室設(shè)施布局現(xiàn)狀

木工實驗室主要承擔(dān)藝術(shù)設(shè)計和工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生實木設(shè)計作品加工的教學(xué)和實驗,整個實驗室為一個建筑面積約227 m2的房間。實驗室擁有目前國內(nèi)較為齊全和先進的實木木工加工設(shè)備,包含重載推臺鋸、帶鋸、平刨、壓刨、房榫機、木工車床、榫卯器、燕尾榫卯器、精密雕刻桌系統(tǒng)、精密推鋸、微米吸塵器、砂光機等19臺設(shè)備,此外還有儲物柜2個、移動式儲物柜1個、輔助工作臺2個、工作臺2個。

目前,因為場地限制,所有設(shè)施大體按照木工生產(chǎn)工藝流程進行布置,分為堆料區(qū)、粗加工區(qū)、半精密加工區(qū)、精密加工區(qū)4大區(qū)域。但因面積和實際場地條件限制,加上教學(xué)組織、管理與實際工廠車間有較大區(qū)別,實際使用過程中設(shè)施布局存在較多不合理因素和安全隱患問題。

1.2 現(xiàn)有布局問題分析

運用SLP相關(guān)原理,通過對現(xiàn)有布局實地考察和分析,繪制了木工實驗室現(xiàn)有主要設(shè)施布局圖,并在圖中標(biāo)出了物流路線和人流路線,分別以粗線和細線表示(見圖1)。

圖1 現(xiàn)有布局分析

經(jīng)過分析,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有木工實驗室設(shè)施布局存在的主要問題為:

(1) 實驗設(shè)備設(shè)施只是單一地按照常規(guī)木工加工流程布置,沒有考慮實際教學(xué)需要和特點,如教學(xué)需要開展操作示范、集中指導(dǎo)、分組實驗、對比實驗等。

(2) 有些設(shè)備功能和使用方式具有近似性或一定的配合關(guān)系,如榫卯器、燕尾榫卯器,但是相距甚遠,使用不便。

(3) 物流人流秩序較混亂。因為木工實驗不同于工廠流水線生產(chǎn),因此如果不考慮工藝銜接和過程間的反復(fù)問題,就會增加物流和人流并發(fā)量,降低工作效率,增加管理困難和安全隱患。

(4) 目前設(shè)備布局為錯落式、見縫插針的布置方式,對設(shè)備的動態(tài)使用空間問題考慮不全。大型設(shè)備開啟時,往往會影響周邊其他設(shè)備的操作,極有可能造成危險。

(5) 物品存儲柜集中布置在實驗室的一個角落,為封閉式集中管理,不利于實驗工作效率,也增加了物流、人流量。

(6) 設(shè)備布置凌亂,發(fā)生危險時,應(yīng)急撤離不夠通暢。

2 基于SLP的木工實驗室設(shè)施布局優(yōu)化設(shè)計

2.1 物流關(guān)系分析

物流分析是對物料在各個工序之間的流動路線、順序和數(shù)量的分析,是對實驗室設(shè)施布局分析中首先應(yīng)該考慮的因素[4]。物流分析在很大程度上體現(xiàn)了實驗室內(nèi)實驗加工程序,因為學(xué)生的實驗過程不同于工廠內(nèi)的生產(chǎn)流水線加工,實驗室內(nèi)的物流通常同時伴隨著人流的發(fā)生,這就構(gòu)成了木工實驗室內(nèi)最主要的物流和人流關(guān)系[5]。物流分析中將設(shè)備之間的物流強度分為5個等級,分別用A、E、I、O、U表示[6-9]。經(jīng)分析,最終能夠確定有效優(yōu)先級的流動路線和具體物流強度關(guān)系(見表1)。

表1 物流強度分析

2.2 非物流關(guān)系分析

非物流關(guān)系主要是對非物流因素進行分析,用A、E、I、O、U、X表示相互的等級關(guān)系[10]:A絕對重要；E特別重要；I重要；O一般重要；U不重要；X不希望靠近。在進行非物流關(guān)系相互的分析時,一般需要一些基于理想狀態(tài)的特定標(biāo)準來進行評價[11]。木工實驗室不同于一般木工工廠車間,由于教學(xué)和管理的特點,需要特別考慮幾個功能相近或相關(guān)的機械之間的關(guān)系,更多地從教學(xué)和實驗室管理角度進行分析。此次優(yōu)化布局設(shè)計中,主要從幾個非物流關(guān)系方面進行考慮，充分考慮目前實驗室的教學(xué)組織方式為集中示范和分組實踐相結(jié)合的特點:

(1) 對多個功能相同和近似的設(shè)備應(yīng)進行集群式成組布置,方便教學(xué)示范、分組實驗、分組指導(dǎo)、對比試驗的開展。例如2臺鋸齒有差異的臺鋸和2臺功率、鋸條有差異的帶鋸布置過于分散,應(yīng)予調(diào)整。

(2) 對功能和使用方式具有近似性或一定的配合關(guān)系的設(shè)備,如榫卯器、燕尾榫卯器等,應(yīng)依據(jù)相關(guān)聯(lián)原則進行集中布置。

(3) 充分考慮實驗室情境下,學(xué)生因操作不熟練和失誤經(jīng)常出現(xiàn)工藝銜接間斷和返工的問題,合理布局設(shè)施,科學(xué)分組,提高效率,增加管理科學(xué)性和安全性。

(4) 考慮設(shè)備的動態(tài)使用空間問題,注意大型設(shè)備和周邊其他設(shè)備同時開啟時不要互相干擾。

(5) 易耗材料和輔助工具、替換部件等,改封閉式集中管理為開敞陳列式管理,提高設(shè)備使用率和實驗室工作效率。

(6) 設(shè)備布置要考慮設(shè)備維修保養(yǎng)和替換時的合理操作空間。

(7) 應(yīng)注意保留通常的應(yīng)急疏散通道等，再結(jié)合木工實驗室各個作業(yè)流程相互關(guān)系的密切程度,進行等級劃分。

木工實驗室的非物流關(guān)系分析情況見圖2。

圖2 木工實驗室非物流相關(guān)關(guān)系圖

2.3 綜合關(guān)系分析

當(dāng)綜合考慮物流關(guān)系m和非物流關(guān)系n時,要確定兩者之間的關(guān)系的相對重要性。兩者的關(guān)系重要性可以用比值m∶n來表示,兩者的比值一般不會超過1∶3或3∶1。若比值超過3∶1,則表示物流關(guān)系起絕對主導(dǎo)作用,非物流關(guān)系影響很小,其作用可以忽略。若比值小于1∶3,則說明物流關(guān)系的影響甚微,只需考慮非物流因素即可。根據(jù)實驗室教學(xué)中物流和教學(xué)組織與管理等非物流關(guān)系的實際情況接近同等重要比重,選取比例m∶n=1∶1,用公式CRij=mMRij+nNRij計算出兩者之間的關(guān)聯(lián)度。MRij和NRij分別對應(yīng)著木工實驗室中的物流關(guān)系和非物流關(guān)系兩者對應(yīng)的相互關(guān)系等級[12]。同時將A、E、I、O、U、X關(guān)系進行量化分別對應(yīng)相對的數(shù)值4、3、2、1、0、-1,將物流分析表與非物流分析表結(jié)合考慮,帶入上述的綜合比值的公式CRij=mMRij+nNRij,得出基于物流關(guān)系和非物流關(guān)系分析的木工實驗室設(shè)施間的綜合關(guān)系(見圖3)。

圖3 木工實驗室設(shè)施綜合相關(guān)圖

2.4 設(shè)施位置相關(guān)圖

依據(jù)SLP的相關(guān)原理,綜合相關(guān)表的級別A、E、I、O、U確定了各設(shè)施相互之間的關(guān)系,這5個等級代表了不同設(shè)施間的關(guān)系緊密程度,為實驗室的優(yōu)化布局提供了一個有效的數(shù)據(jù)參考[11]。綜合考慮物流關(guān)系和非物流關(guān)系的基礎(chǔ)上,對實驗室設(shè)施單元進行的重新優(yōu)化布局,得到木工實驗室設(shè)施位置相關(guān)圖(見圖4),并在圖中分別用粗實線、中等粗度的實線、細實線和虛線對設(shè)施單元間的關(guān)系進行表示。

圖4 木工實驗室設(shè)施位置相關(guān)圖

2.5 設(shè)施面積相關(guān)圖

木工實驗室設(shè)施面積相關(guān)圖是在設(shè)施位置相關(guān)圖基礎(chǔ)上,結(jié)合考慮設(shè)置的占地面積,設(shè)施的工作最大占地面積以及實際建筑空間限制條件等諸多因素條件的基礎(chǔ)上得來。關(guān)于實驗室的修正因素和實際限制條件還包括實驗室的功能區(qū)劃分要求、實驗人員情況、實際建筑條件和基礎(chǔ)設(shè)施條件等[6]。根據(jù)設(shè)施位置相關(guān)圖,測量了實際的設(shè)施占地面積數(shù)據(jù),和實際可用空間的相關(guān)數(shù)據(jù),將每個設(shè)施按照適當(dāng)面積和形狀在圖上進行布局標(biāo)示,從而得到設(shè)施的面積相關(guān)圖(見圖5)。

圖5 木工實驗室設(shè)施面積相關(guān)圖

2.6 設(shè)施優(yōu)化布局方案平面布局圖

在進行優(yōu)化布局時,常常遇到一些對理想布置有影響的因素，稱之為制約因素[12]。例如,原有設(shè)施會產(chǎn)生一些不宜搬動的制約因素,或是重新拆裝費用昂貴,實驗室資金不足,實驗室的相關(guān)規(guī)范等都會影響設(shè)施的優(yōu)化布局。實際的實驗室優(yōu)化布局中常常會規(guī)避這些制約因素,因此在后期實際優(yōu)化布局過程中會將理想方案和制約因素相結(jié)合,通過修正和調(diào)整得到真正切實可行的優(yōu)化布局方案。如圖6所示的木工實驗室平面布局圖,就是根據(jù)實驗室理想的設(shè)施優(yōu)化布局方案,結(jié)合實際制約因素得到的最終可被實際使用的木工實驗室設(shè)施優(yōu)化布局圖。

圖6 木工實驗室最終優(yōu)化布局方案

3 方案評價

通過比較前后的布局方案可以發(fā)現(xiàn),最終優(yōu)化方案的優(yōu)點主要有:

(1) 優(yōu)化后的實驗室設(shè)施布局方案兼顧實驗工藝流程和實驗教學(xué)管理以及安全等諸多因素的影響,使得實驗室物流與人流分布更為合理,降低了物流強度,有效規(guī)避了不必要的物流與人流發(fā)生的可能性,提高了實驗室的使用安全指數(shù)。

(2) 考慮到教學(xué)中設(shè)備零件更換的頻繁性,將工具箱和工具柜布局進行了較大的變化,放置在居中位置,并建議學(xué)習(xí)西方管理模式，實現(xiàn)開敞式自助管理，既方便使用,提高工作效率,又可以減少實驗室管理負擔(dān)。

(3) 功能相近的一些實驗設(shè)施進行了較為清晰的區(qū)域歸類,有利于教師在實驗教學(xué)過程中更好地演示對比,有利于學(xué)生對知識的深入理解和掌握,也有利于教學(xué)管理和實踐指導(dǎo)。

(4) 規(guī)劃后的實驗設(shè)施的關(guān)聯(lián)性更強,布局更為清晰,應(yīng)急通道更為通暢,有利于管理,同時減少了安全隱患。總之,優(yōu)化后的木工實驗室布局較好地滿足了物流因素、人流因素、應(yīng)急因素、教學(xué)因素以及其他制約因素的綜合要求。

4 結(jié)語

通過SLP方法對木工實驗室進行設(shè)施布局優(yōu)化設(shè)計,既考慮了與物流相關(guān)的實驗工藝流程等因素,又從教學(xué)和管理的角度,例如示范教學(xué)、分組實驗、對比實驗、安全管理等,進行非物流因素的分析,最終的優(yōu)化設(shè)計方案更加科學(xué)化、人性化,并且更加安全,對突發(fā)事件具有更好的應(yīng)急處理能力,為實驗室設(shè)施布局提供了一種新的科學(xué)研究方法。

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Application of SLP to optimization of facility layout for wood-working laboratory

Ning Fang, Wang Bin

(School of Arts and Design, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

Taking the Wood-working Laboratory in China University of Mining and Technology as an example, this paper analyzes the problems in the original laboratory layout. By using the SLP (systematic layout planning) method, an analysis is carried out on the relations between the laboratory logistics and non-logistics. In the comprehensive consideration of the relationship of the various elements including the area, emergency treatment, teaching management, etc., a final optimized layout plan of laboratory facilities is worked out. Through the comparative analysis, the effectiveness of SLP in the laboratory facility layout is proved so as to provide a scientific research method for the scientific layout of the laboratory.

systematic layout planning(SLP)； wood-working laboratory; optimized layout

10.16791/j.cnki.sjg.2016.12.063

2016-06-24

江蘇省教改項目(2011JSJG275)；中國礦業(yè)大學(xué)第9批青年骨干教師培訓(xùn)項目(201410)；中國礦業(yè)大學(xué)實驗室開放

(2014205)

寧芳(1981—),女,江蘇沛縣,博士,副教授,主要從事創(chuàng)新設(shè)計研究.

E-mail：ningfang@cumt.edu.cn

TS118

: A

: 1002-4956(2016)12-0250-04