基于SLP和SHA的变压器车间物流设施分析及仿真优化

肖佩 王辛玥 张颐颖

［摘要］本文应用SLP和SHA结合方法对企业的变压器车间进行设施及物流系统的布置设计与评估,并进一步运用WITNESS仿真软件模拟车间运行情况,最终得出车间设施布置与设备配置最为经济合理的设计方案。结果表明，经过改善后的车间效率明显提高了。

［关键词］系统化布局设施；系统化搬运分析；仿真优化

［中图分类号］F253［文献标识码］A［文章编号］1005-6432（2014）22-0011-04

1引言

设施规划是指根据企业经营方针、目标,考虑生产发展和市场需求、科研、新产品开发、节能、安全、环保等方面的需要,通过调查研究,进行技术经济的可行性分析,并结合现有设备的能力、资金来源等综合平衡,以及根据企业更新、改造计划等而制订的企业中长期设备投资的计划。［1］设施规划是有目标的活动，不论是新设施的规划还是旧设施的再规划，必须有本身的目标作为整个规划活动的中心。［2］一般而言,设施规划的目标是通过对工厂进行合理的设施布置,进而得到高效运行的生产系统,以期获得最佳的经济效益和社会效益。系统化布置设计方法提供了一种以物流设施的物流相互关系分析为主线的规划设计方法,采用了一套表达能力很强的图例符号和简明表格,通过一套条理清晰的设计程序进行工厂布置设计。［3］本文研究的是某大型企业中的一个小车间,该车间主要生产变压器,但是由于车间内各种设施的布置存在一定的问题,导致该车间用在物料搬运上的成本无法得到有效的降低,产品的生产效率也没能得到提高。本文根据变压器的产品组成、制作工艺流程以及变压器车间的布局,运用SLP+SHA的方法进行仿真结果分析来确定该生产车间的设施布置与运作流程,以提高该车间的生产效率,降低生产成本。

2基于SLP布局设计的整体分析

21产品—产量分析

企业生产的产品与产品数量会影响到一个企业生产物流的设施规划。由于该车间为某企业内一个小型的变压器生产车间,因此该车间的产品主要是变压器。由于是生产比较复杂的变压器,该车间需要一些辅助材料,像绝缘件、线圈、铁芯等,而这三种零件也是在该车间生产完成的。因此,该变压器车间生产的主要产品及产量分析如表1所示。

表1变压器车间的产品—产量表产品序号产品名称单位产量（个）总产量（个）1绝缘件551802线圈551673铁芯551654变压器55152

22作业单位划分

作业单位是指各级不同的组成部分。作业单位划分是系统设施布局规划的重要参数,一般的作业单位划分是根据作业单位建筑面积,在有效的空间内合理地进行设施规划。该变压器车间的作业单位建筑物汇总如表2所示。

表2变压器车间作业单位建筑物汇总表代号作业单位名称用途建筑面积(㎡)1原材料区储存原材料4202半成品区堆放半成品5003真空干燥区对成品进行干燥6704绝缘区制作绝缘线等7405铁芯制作区制作铁芯4306绕线区制作线圈并绕线7807装配区将制作完成的线圈进行装配6308总装区组装线圈、铁芯与绝缘体4109试验区测试制作完成的变压器35010成品区储存已经制作完成的产品240

还有一些辅助部门,如休息区,办公区等。

23物流路线

在生产车间中,物流线路是指物料从一点到另一点转换的过程。由于线圈等辅助材料也是在该车间生产的,因此主要有以下几种材料的工艺路线与变压器制作的车间线路。

(1)线圈制作的工艺：线圈制作工艺如图1所示。

图1线圈制作工艺

(2)铁芯制作的工艺：铁芯制作工艺如图2所示。

图2铁芯制作工艺

(3)变压器制作工艺：变压器制作工艺包括变压器的加工流程以及将各种零件组合在一起所需要在车间内搬运的路线。如图3变压器制作流程,图4为变压器制作车间路线图,根据变压器的工艺流程制作的路线,首先是由原料区到绝缘区,然后到绕线区,进行绝缘件的制作；然后是在铁芯制作区制作铁芯；制作绝缘件与铁芯的同时在装配区进行线圈的制作装配。这三项完成后转入真空干燥区进行干燥,干燥完成后再到总装区组装器身,组装完成后再一次干燥,再进行出产试验,出产试验合格后产品生产就完成了。

图3变压器制作流程

图4变压器制作车间路线图

3基于SHA搬运作业的总体布置分析

31工艺流程图

物料流程分析主要使用单种或多种产品流程图,美国机械工程师学会(ASME)制定了一套标准符号来绘制产品流程图。［4］因此,该变压器的具体生产工艺流程如图5所示。

图5变压器工艺流程图

32物流量从至表

一般来说,物流量是指一定时间内通过两物流点间的物料数量。在物流中一般所说的物流量是指物流运动过程中一定时间内按规定标准修正、折算的搬运和运输量。本文中物流量指的是物料的搬运量。

表3物流量从至表路线(从—至)距离(m)物流量(t)等级原料区—绝缘区359532O绝缘区—半成品区4238214O绕线区—装配区66516583I半成品区—真空干燥区8748214O铁芯制作区—真空干燥区76328326E装配区—真空干燥区73614583I真空干燥区—总装区6548201A总装区—真空干燥区6543015A真空干燥区—试验区3038241E试验区—成品区3238241E

由表3可知,不同路线之间的距离与物流量是不同的,也可得知这些工序流程路线有许多曲折迂回的路线,大大地降低了物流运作的效率。因此可以在此基础之上分析并加以改善。

33作业关系分析

缪瑟对作业单位之间的相互关系的评定,设定了五个等级,级A(Absolutely Important)、E(Especially Important)、I(Important)、O(Ordinary)、U(Unimportant)。

A表示极其重要,E表示特别重要,I表示重要,O表示一般重要,U表示不重要。对于A类物流可能占有少数的物流线路,但是承担着较大的物流量,所以这一类是优化的重点,当然随后的就是E类、I类等。［5］表4为作业关系等级划分表。

表4作业关系等级划分表字母关系密切程度的依据密切程度系数值A同一工序内,使用相同的人员、

公共设施和管理方法绝对必要4E搬运物料的数量、服务的频繁和

紧急程度特别重要3I方便、安全、搬运物料的数量重要2O联系频繁程度一般1U接触、联系不多、辅助服务不重要不重要0X灰尘、火灾、外观、振动不希望接近-1

根据产品的工艺流程、物流量从至表以及各单位间的密切程度,得到了各个作业单位之间的作业关系图。如图6所示。

图6作业相关图

从该作业相关图中,我们能很容易找出何种工序之间存在何种等级的关系,然后根据作业关系等级划分表绘制出该车间的综合接近程度排序表。如表5所示,综合接近程度分值越高,说明该作业单位越应该靠近布置图的中心位置,分值越低说明该作业单位越应该处于布置图的边缘位置。

表5综合接近程度排序表作业单位代号12345678910综合接近程度14142425674排序10519684327

34优化布局方案及评价

由文中前面对车间的物流路线图、工艺流程图、物流量从至图、作业相关图以及综合接近程度的分析和总体布置的评价,并根据车间的实际情况设计优化方案,优化方案为：将综合接近程度相对较高的真空干燥区移到车间中心地方,与试验区、总装区相邻,而综合接近程度相对较低的原材料区与绝缘区应该适当地放在车间靠边缘的地方,而其他像成品区也可适当移到旁边。这样就可以适当减少物流搬运量,缩短物流搬运距离。

4仿真优化

由于改善后的结果未知,根据车间整体布局平面图,对改善后的结果进行仿真分析,测试是否能有效达到改善目的。物流系统仿真主要是针对生产物流过程中的控制与优化问题来进行的,随着供应链的兴起与发展,更多的研究关注于集采购、生产和销售一体化的供应链仿真。本文主要是利用WITNESS仿真软件对所建系统进行仿真。就这次的事件而言,用离散型事件分析法来仿真该系统,统计出结果之后分析每个区域的利用程度。仿真之前首先要确定仿真的目的,需要定义的元素,并且要建立系统模型以及其他的一些在仿真中会用到的元素。变压器车间优化后的仿真模型及运行结果如图7所示。

图7布局优化后的仿真模型

布局优化后,原材料都得到了合理的利用,产量和设备利用率都有明显的提升,主要的机器设备加工器、检验机、总装机的利用率都达到了90%以上,干燥器的利用率也相对得到了提升,而这主要是通过改变前后工序之间的距离来实现的。优化过程中通过缩短物流量较小的工序之间的距离,减少物流的搬运时间,从而提高设备利用率。另外,优化主要是改变搬运距离,通过在输送带上传递的繁忙程度的改变来影响搬运时间,使得主要的输送链上没有堵塞的情况,不会因为输送链故障致使堵塞而导致生产效率降低,并且输送链上没有太过空闲的,也没有太过拥挤的,从而进一步提高产量与设备利用率。

5结论

本文综合运用系统布置设计和搬运系统分析相结合的方法,在变压器车间原有布置的基础上,进行了整体优化设计,并运用WITNESS仿真软件完善与细化布置方案设计,为车间实际生产提供可靠的仿真数据,对改善前后的结果进行优化分析。由此可以得知,系统布置设计与搬运系统分析方法对制造型车间的优化评估具有很重要的作用,同时也具有一定的实用价值。

参考文献:

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［2］王家善鄙枋┕婊与设计［J］惫ひ倒こ,1998(1):11

［3］姚会丽，李冰被于SLP的铸钢厂物流设施布置设计［J］.物流技术,2012(11):388

［4］李冰被于SLP+SHA的工程机械厂物流分析与优化调整［J］.科技管理研究,2011(8)：98

［5］杨德柱狈蔷Ш辖鸨溲蛊髦圃斐物流系统与设施规划研究［J］.工业工程,2011(3)：33-34

［基金项目］江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目(项目编号：201310307050X)。