黃鵬鵬，魏春珊，鄭雅琳

（江西理工大學(xué) 機電工程學(xué)院，贛州 341000)

0 引言

設(shè)施布局的優(yōu)劣決定了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本的高低，并且被認(rèn)為是僅次于增加新設(shè)備節(jié)約投資的關(guān)鍵性措施[1]。特別醫(yī)療器械生產(chǎn)行業(yè)中對車間無塵化要求較高?？茖W(xué)有效的設(shè)施布局能夠減少物料在流通過程中的等待和搬運時間，節(jié)約生產(chǎn)管理成本，縮短產(chǎn)品周期，有效提高生產(chǎn)能力。

寧芳等采用SLP從物流、人流與應(yīng)急部門的關(guān)聯(lián)進行分析，通過加權(quán)因素法對優(yōu)化前后的設(shè)施建筑布局評價[2]。周佶睿等在SLP的基礎(chǔ)上，僅采用物流—距離分析法從物流成本角度比較布局方案，存在一定的局限性[3]。一些學(xué)者運用SLP和AHP結(jié)合得出最佳方案，為設(shè)施布局的選擇提供了一種新的方法，但沒有進行仿真驗證[4～6]。周爾民等通過對福州臺鉆廠的基本要素分析，運用SLP法進行平面布置優(yōu)化，利用Em-plant仿真驗證了模型的有效性[7]。彭飛等采用SLP法和Plant Simulation仿真，對多品種小批量的高鐵小部件生產(chǎn)車間進行產(chǎn)線工藝規(guī)劃，可有效彌補SLP法的不足[8]。侯智等以搬運總費用和總面積最小為目標(biāo)，采用SLP和遺傳算法相結(jié)合的方式對倉儲布局進行優(yōu)化，彌補了遺傳算法易陷入局部最優(yōu)的缺陷[9]。

基于前人的研究成果，本文針對A公司輸液器組裝車間的特點，通過運用SLP和AHP方法，考慮實際約束條件，確定優(yōu)化布局方案，再采取Flexism仿真軟件驗證了優(yōu)化方案的可行性。該套方法體系對其他設(shè)施布局優(yōu)化提供一定參考意義。

1 基于SLP輸液器組裝車間布局分析

組裝車間作為輸液器生產(chǎn)的核心，共有六條生產(chǎn)線，包括袋式、普通型、止液型和避光型這四條人工組裝線以及B3型全自動組裝線和輸液針全自動組裝線。市場需求條件下，公司需要引進大型全自動化B3輸液器組裝機及輸液自動組裝機、滴斗自動組裝機等。由于車間面積有限，為提高車間物流效率，所以需要對車間布局進行更系統(tǒng)的改善，其中輸液器車間照各作業(yè)單位的代號及尺寸如表1所示，接下來的圖中均用代號表示各區(qū)域單位名稱。

表1 各作業(yè)單位代號及尺寸表

采用“曼哈頓距離”計算各作業(yè)單位之間的距離，根據(jù)各類產(chǎn)品的工藝路線和年產(chǎn)量以及在各類在制品的重量可以計算出年物流量，將物流量和距離的乘積量距積作為衡量物流強度的指標(biāo)，結(jié)果如表2所示。

表2 各作業(yè)單位間物流量距積

由于直接分析大量物流數(shù)據(jù)比較困難且沒有必要，可以用如表3所示的物流強度等級劃分表來確定作業(yè)單位間物流強度。

表3 物流強度等級劃分表

對表2的量距積降序排列，再結(jié)合表3的物流強度等級，建立各作業(yè)單位物流強度分析表如表4所示。

表4 各作業(yè)單位物流強度分析表

非物流關(guān)系與物流效率密不可分，非物流關(guān)系分析主要考慮工作流程的連續(xù)性、生產(chǎn)服務(wù)、物料搬運、管理方便、安全及污染、共用設(shè)備及輔助動力源、振動和人員聯(lián)系之間的密切程度[10]。

結(jié)合輸液器組裝車間的實際情況，按照物流與非物流加權(quán)值為1∶1對得出的作業(yè)單位物流強度等級和非物流關(guān)系密切程度等級進行計算。不同的物流強度等級和密切程度等級對應(yīng)著不同的分值，取A=4，E=3，I=2，O=1，U=0，X=-1。建立各作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 各作業(yè)單位間綜合相互關(guān)系圖

由圖1可以清晰看到各個作業(yè)單位間的相互綜合關(guān)系，如為A級的作業(yè)單位對有3對，分別是8和12、12和13、12和14。

綜上對作業(yè)單位間關(guān)系進行分析，繪制車間作業(yè)單位面積相關(guān)圖如圖2所示。

圖2 作業(yè)單位面積相關(guān)圖

根據(jù)作業(yè)單位面積相關(guān)圖，并參考車間實際可用面積，各設(shè)施之間的最小間距等作出改善后的設(shè)施布局方案如圖3、圖4所示。由于每平方米的建設(shè)及維持成本遠(yuǎn)高于一般車間，故方案一在布局時考慮增加較大的預(yù)留面積；同類型產(chǎn)品生產(chǎn)過程的高連續(xù)性可降低物流成本，故方案二在布局時著重考慮縮短生產(chǎn)同種類型輸液器的各作業(yè)單位之間的距離。其中方案一、方案二布局圖中虛線下方空白部分為優(yōu)化布局后減少的占地面積。

圖3 優(yōu)化布局方案一

圖4 優(yōu)化布局方案二

根據(jù)得出的布局方案圖，按照車間之前月凈化成本為42元/m2計算年凈化成本，按照表4所示方式可計算出改善方案量距積，結(jié)果對比如表5所示。

表5 方案對比表

2 基于AHP對布局方案決策評價

由表8可知，方案一與方案二的占地面積基本相等且物流料搬運量距積均小于原始布局方案，方案一的物料搬運量距積卻小于方案二，但不能就此得出方案一即為最佳布局方案的結(jié)論。本節(jié)將采用層次分析法從凈化成本、物流效率、質(zhì)量控制、工作環(huán)境和設(shè)備利用率等多個角度分析輸液器車間原始布局與改善方案的優(yōu)劣，選擇出最合適的布局方案。

2.1 構(gòu)建層次分析模型

根據(jù)輸液器組裝車間設(shè)施布局方案，運用AHP法首先明確決策目標(biāo)，再對系統(tǒng)各個相關(guān)因素進行分析，構(gòu)建特定的層次結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

圖5 車間布局層次分析結(jié)構(gòu)模型

2.2 構(gòu)建判斷矩陣

把準(zhǔn)則層的元素兩兩比較，根據(jù)9級標(biāo)度法對照元素標(biāo)度表給準(zhǔn)則元素的重要程度進行打分。分?jǐn)?shù)主要利用專家詢問法和問卷調(diào)查法得出，分值按照如表6所示的元素標(biāo)度表進行評定。

表6 元素標(biāo)度表

選取10位專家及技術(shù)相關(guān)人員對每項對比準(zhǔn)則打分，取所打分值的眾數(shù)為該項的最終分值，可得到矩陣如下：

1）準(zhǔn)則層對比目標(biāo)層的判斷矩陣：

2）方案層對準(zhǔn)則層的判斷矩陣：

2.3 層次單排序及一致性檢驗

1）由MATLAB可得準(zhǔn)則層對比目標(biāo)層的判斷矩陣的最大特征值λmax=5.32，特征列向量：

根據(jù)一致性指標(biāo)一致性比率的計算公式得出：

CR=0.071＜0.1，表示該判斷矩陣通過了檢驗。

2）由MATLAB程序求解可得方案層元素相對物流效率的判斷矩陣的最大特征值λmax=3.04，特征列向量：

根據(jù)一致性指標(biāo)和一致性比率的計算公式得出：

CR=0.03＜0.1，表示該判斷矩陣通過了檢驗。

由于方案層元素相對準(zhǔn)則層其他元素的計算方式與物流效率相同，可以相同的計算方式得到方案層各元素相對準(zhǔn)則層各元素的特征向量權(quán)重為：

2.4 層次總排序及一致性檢驗

層次總排序計算過程如下：

計算結(jié)果為：

通過層次總排序特征向量可以看出，方案一分?jǐn)?shù)最高，其次為方案二，最后為原始布局。因此方案一為最佳設(shè)施布局改善方案。

3 仿真驗證方案

上節(jié)采用AHP評價，確定方案一為最佳布局方案。由于方案實施需要一定的成本，得出改善方案的最優(yōu)性和有效性目前只在理論層面上成立。為了直觀看出改善后的設(shè)施布局是否滿足企業(yè)實際生產(chǎn)要求，采用Flexsim仿真軟件對最優(yōu)布局方案進行生產(chǎn)模擬。

3.1 條件假設(shè)

為了防止計算機仿真建立的模型產(chǎn)生更多誤差，在進行仿真前需要對生產(chǎn)條件做出如下假設(shè)。

1）輸液器生產(chǎn)車間一共生產(chǎn)B3輸液器、袋式輸液器、普通輸液器、避光輸液器和止液輸液器五種類型產(chǎn)品，生產(chǎn)方式為按訂單生產(chǎn)，不考慮庫存量。

2）生產(chǎn)期間暫存區(qū)物料供應(yīng)充足，且由于原始方案與優(yōu)化的兩個方案中設(shè)施設(shè)備的故障率沒有發(fā)生變化，所以直接假設(shè)機器設(shè)備無故障。

3）不額外添加操作員和搬運人員，處理器加工產(chǎn)品代表工人在操作，產(chǎn)品在作業(yè)單位之間的流動代表工人搬運物料。

4）模擬6天工作時間，每天工作8h，因此仿真總時間為216000秒。

3.2 數(shù)據(jù)收集

完成生產(chǎn)條件假設(shè)后，收集輸液器組裝車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 各作業(yè)單位加工時間表

3.3 建立仿真模型

根據(jù)A公司輸液器組裝車間的實際生產(chǎn)情況，運用Flexsim軟件建立仿真模型如圖6所示。

圖6 仿真模型布局圖

3.4 仿真結(jié)果分析

設(shè)置完各實體參數(shù)待運行結(jié)束后，可得到仿真結(jié)果報告如表8所示。

表8 仿真結(jié)果統(tǒng)計表

（續(xù)）

從表7可以清晰看到，改善后組裝車間的平均設(shè)備利用率為85.21%。其中輸液器手工組裝線的設(shè)備空閑率較低在10%以下，設(shè)備利用率較高在90%以上。表明改善后的設(shè)備閑置較少，設(shè)施布局滿足企業(yè)實際生產(chǎn)要求，有效利用了現(xiàn)有資源為產(chǎn)能效力。

4 結(jié)語

1）運用SLP法對輸液器組裝車間設(shè)施布局進行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合工廠設(shè)施的現(xiàn)實條件約束獲得兩個優(yōu)化方案，優(yōu)化方案在成本和物流強度方面均有較大降低；

2）為選出最佳優(yōu)化方案，通過運用AHP法從多個維度評價方案證實優(yōu)化方案具有理論可行性，同時采取Flexsim仿真模擬實際生產(chǎn)證實優(yōu)化方案具有實踐可行性；

3）本文分析方法及體系具有通用性，只要對優(yōu)化對象和作業(yè)單元進行調(diào)整后，就可應(yīng)用于其他布局優(yōu)化車間。