SLP在木工实验室设施优化布局中的应用

宁 芳, 王 斌

(中国矿业大学 艺术与设计学院, 江苏 徐州 221116)

实验室建设与管理

SLP在木工实验室设施优化布局中的应用

宁 芳, 王 斌

(中国矿业大学 艺术与设计学院, 江苏 徐州 221116)

以中国矿业大学木工实验室为例,分析了原实验室布局使用中存在的问题,利用SLP(systematic layout planning)系统布局规划方法,对实验室物流关系、非物流关系进行分析,在综合考虑各要素相关关系,包括占地面积、应急处理、教学管理等因素后,得出实验室设施优化布局最终方案。通过对比分析论证了SLP在实验室设施布局中的有效性,为实验室科学布局规划提供了一种科学的研究方法。

系统布局规划(SLP)； 木工实验室； 优化布局

实验室设施布局与优化一直是实验室建设和管理工作的重要研究内容,设施布局的优劣与实验室的工作效率、设备利用率、设备维护成本、安全性、管理成本等都有着重要关系。SLP(systematic layout planning)系统设施规划方法,根据系统应完成的功能,在对各单位要素之间的相互关系研究的基础上,展开系统各项设施、人员等的系统规划和设计。以求通过改变和调整布置,达到提高整个系统效益的目的[1-3]。以中国矿业大学艺术学院木工实验室为研究对象,应用SLP方法进行设施布局优化设计,并对优化前后方案进行了对比评价。

1 木工实验室设施布局现状分析

1.1 木工实验室设施布局现状

木工实验室主要承担艺术设计和工业设计专业学生实木设计作品加工的教学和实验,整个实验室为一个建筑面积约227 m2的房间。实验室拥有目前国内较为齐全和先进的实木木工加工设备,包含重载推台锯、带锯、平刨、压刨、房榫机、木工车床、榫卯器、燕尾榫卯器、精密雕刻桌系统、精密推锯、微米吸尘器、砂光机等19台设备,此外还有储物柜2个、移动式储物柜1个、辅助工作台2个、工作台2个。

目前,因为场地限制,所有设施大体按照木工生产工艺流程进行布置,分为堆料区、粗加工区、半精密加工区、精密加工区4大区域。但因面积和实际场地条件限制,加上教学组织、管理与实际工厂车间有较大区别,实际使用过程中设施布局存在较多不合理因素和安全隐患问题。

1.2 现有布局问题分析

运用SLP相关原理,通过对现有布局实地考察和分析,绘制了木工实验室现有主要设施布局图,并在图中标出了物流路线和人流路线,分别以粗线和细线表示(见图1)。

图1 现有布局分析

经过分析,发现现有木工实验室设施布局存在的主要问题为:

(1) 实验设备设施只是单一地按照常规木工加工流程布置,没有考虑实际教学需要和特点,如教学需要开展操作示范、集中指导、分组实验、对比实验等。

(2) 有些设备功能和使用方式具有近似性或一定的配合关系,如榫卯器、燕尾榫卯器,但是相距甚远,使用不便。

(3) 物流人流秩序较混乱。因为木工实验不同于工厂流水线生产,因此如果不考虑工艺衔接和过程间的反复问题,就会增加物流和人流并发量,降低工作效率,增加管理困难和安全隐患。

(4) 目前设备布局为错落式、见缝插针的布置方式,对设备的动态使用空间问题考虑不全。大型设备开启时,往往会影响周边其他设备的操作,极有可能造成危险。

(5) 物品存储柜集中布置在实验室的一个角落,为封闭式集中管理,不利于实验工作效率,也增加了物流、人流量。

(6) 设备布置凌乱,发生危险时,应急撤离不够通畅。

2 基于SLP的木工实验室设施布局优化设计

2.1 物流关系分析

物流分析是对物料在各个工序之间的流动路线、顺序和数量的分析,是对实验室设施布局分析中首先应该考虑的因素[4]。物流分析在很大程度上体现了实验室内实验加工程序,因为学生的实验过程不同于工厂内的生产流水线加工,实验室内的物流通常同时伴随着人流的发生,这就构成了木工实验室内最主要的物流和人流关系[5]。物流分析中将设备之间的物流强度分为5个等级,分别用A、E、I、O、U表示[6-9]。经分析,最终能够确定有效优先级的流动路线和具体物流强度关系(见表1)。

表1 物流强度分析

2.2 非物流关系分析

非物流关系主要是对非物流因素进行分析,用A、E、I、O、U、X表示相互的等级关系[10]:A绝对重要；E特别重要；I重要；O一般重要；U不重要；X不希望靠近。在进行非物流关系相互的分析时,一般需要一些基于理想状态的特定标准来进行评价[11]。木工实验室不同于一般木工工厂车间,由于教学和管理的特点,需要特别考虑几个功能相近或相关的机械之间的关系,更多地从教学和实验室管理角度进行分析。此次优化布局设计中,主要从几个非物流关系方面进行考虑，充分考虑目前实验室的教学组织方式为集中示范和分组实践相结合的特点:

(1) 对多个功能相同和近似的设备应进行集群式成组布置,方便教学示范、分组实验、分组指导、对比试验的开展。例如2台锯齿有差异的台锯和2台功率、锯条有差异的带锯布置过于分散,应予调整。

(2) 对功能和使用方式具有近似性或一定的配合关系的设备,如榫卯器、燕尾榫卯器等,应依据相关联原则进行集中布置。

(3) 充分考虑实验室情境下,学生因操作不熟练和失误经常出现工艺衔接间断和返工的问题,合理布局设施,科学分组,提高效率,增加管理科学性和安全性。

(4) 考虑设备的动态使用空间问题,注意大型设备和周边其他设备同时开启时不要互相干扰。

(5) 易耗材料和辅助工具、替换部件等,改封闭式集中管理为开敞陈列式管理,提高设备使用率和实验室工作效率。

(6) 设备布置要考虑设备维修保养和替换时的合理操作空间。

(7) 应注意保留通常的应急疏散通道等，再结合木工实验室各个作业流程相互关系的密切程度,进行等级划分。

木工实验室的非物流关系分析情况见图2。

图2 木工实验室非物流相关关系图

2.3 综合关系分析

当综合考虑物流关系m和非物流关系n时,要确定两者之间的关系的相对重要性。两者的关系重要性可以用比值m∶n来表示,两者的比值一般不会超过1∶3或3∶1。若比值超过3∶1,则表示物流关系起绝对主导作用,非物流关系影响很小,其作用可以忽略。若比值小于1∶3,则说明物流关系的影响甚微,只需考虑非物流因素即可。根据实验室教学中物流和教学组织与管理等非物流关系的实际情况接近同等重要比重,选取比例m∶n=1∶1,用公式CRij=mMRij+nNRij计算出两者之间的关联度。MRij和NRij分别对应着木工实验室中的物流关系和非物流关系两者对应的相互关系等级[12]。同时将A、E、I、O、U、X关系进行量化分别对应相对的数值4、3、2、1、0、-1,将物流分析表与非物流分析表结合考虑,带入上述的综合比值的公式CRij=mMRij+nNRij,得出基于物流关系和非物流关系分析的木工实验室设施间的综合关系(见图3)。

图3 木工实验室设施综合相关图

2.4 设施位置相关图

依据SLP的相关原理,综合相关表的级别A、E、I、O、U确定了各设施相互之间的关系,这5个等级代表了不同设施间的关系紧密程度,为实验室的优化布局提供了一个有效的数据参考[11]。综合考虑物流关系和非物流关系的基础上,对实验室设施单元进行的重新优化布局,得到木工实验室设施位置相关图(见图4),并在图中分别用粗实线、中等粗度的实线、细实线和虚线对设施单元间的关系进行表示。

图4 木工实验室设施位置相关图

2.5 设施面积相关图

木工实验室设施面积相关图是在设施位置相关图基础上,结合考虑设置的占地面积,设施的工作最大占地面积以及实际建筑空间限制条件等诸多因素条件的基础上得来。关于实验室的修正因素和实际限制条件还包括实验室的功能区划分要求、实验人员情况、实际建筑条件和基础设施条件等[6]。根据设施位置相关图,测量了实际的设施占地面积数据,和实际可用空间的相关数据,将每个设施按照适当面积和形状在图上进行布局标示,从而得到设施的面积相关图(见图5)。

图5 木工实验室设施面积相关图

2.6 设施优化布局方案平面布局图

在进行优化布局时,常常遇到一些对理想布置有影响的因素，称之为制约因素[12]。例如,原有设施会产生一些不宜搬动的制约因素,或是重新拆装费用昂贵,实验室资金不足,实验室的相关规范等都会影响设施的优化布局。实际的实验室优化布局中常常会规避这些制约因素,因此在后期实际优化布局过程中会将理想方案和制约因素相结合,通过修正和调整得到真正切实可行的优化布局方案。如图6所示的木工实验室平面布局图,就是根据实验室理想的设施优化布局方案,结合实际制约因素得到的最终可被实际使用的木工实验室设施优化布局图。

图6 木工实验室最终优化布局方案

3 方案评价

通过比较前后的布局方案可以发现,最终优化方案的优点主要有:

(1) 优化后的实验室设施布局方案兼顾实验工艺流程和实验教学管理以及安全等诸多因素的影响,使得实验室物流与人流分布更为合理,降低了物流强度,有效规避了不必要的物流与人流发生的可能性,提高了实验室的使用安全指数。

(2) 考虑到教学中设备零件更换的频繁性,将工具箱和工具柜布局进行了较大的变化,放置在居中位置,并建议学习西方管理模式，实现开敞式自助管理，既方便使用,提高工作效率,又可以减少实验室管理负担。

(3) 功能相近的一些实验设施进行了较为清晰的区域归类,有利于教师在实验教学过程中更好地演示对比,有利于学生对知识的深入理解和掌握,也有利于教学管理和实践指导。

(4) 规划后的实验设施的关联性更强,布局更为清晰,应急通道更为通畅,有利于管理,同时减少了安全隐患。总之,优化后的木工实验室布局较好地满足了物流因素、人流因素、应急因素、教学因素以及其他制约因素的综合要求。

4 结语

通过SLP方法对木工实验室进行设施布局优化设计,既考虑了与物流相关的实验工艺流程等因素,又从教学和管理的角度,例如示范教学、分组实验、对比实验、安全管理等,进行非物流因素的分析,最终的优化设计方案更加科学化、人性化,并且更加安全,对突发事件具有更好的应急处理能力,为实验室设施布局提供了一种新的科学研究方法。

References)

[1] 宁芳,王磊，杨铭，等. 基于SLP的煤矿工业广场设施优化布置[J].煤炭工程, 2015,47(3):35-37.

[2] 周康渠,张瑞娟，刘纪岸，等.SLP在摩托车企业厂房布局设计研究中的应用[J].工业工程, 2011,14(3):101-105.

[3] 苏术锋,苏先娜. SLP方法在变压器生产车间布局中的应用[J].物流工程与管理, 2009,31(10):123-125.

[4] 王春瑞.基于SLP方法的RX公司车间设施布局研究[D]. 哈尔滨:东北农业大学, 2014.

[5] 常芳芳. 基于改进SLP的生产车间静态设施布局研究[D].重庆:重庆大学, 2014.

[6] 罗军荣,史烽,肖吉军,等.SLP方法在变压器生产车间布局中的应用[J].企业科技与发展, 2011(22):11-14.

[7] 李琴,李泽蓉,文忠波.基于SLP的某车间设施布局优化设计[J].煤矿机械, 2011,32(5):25-27.

[8] 马昌谱,严宗光. 基于 SLP 的装配车间生产系统分析与优化[J].物流工程与管理,2009,31(7):47-49.

[9] 杨洋,吴海辉. SLP法在某轮胎制造厂中的应用分析[J].物流工程与管理,2008,30(12):113-115.

[10] 向号,李明,严兴全. 基于SLP的生产车间物流优化设计[J].煤矿机械,2007,28(12):28-30.

[11] 杨育. 设施规划[M]. 北京:科学出版社, 2010.

[12] James A, Tompkins, J A, White Y A, et al. Facilities Planning[M]. New York:John Wiley & Sons, 2002.

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

江苏省教改项目(2011JSJG275)；中国矿业大学第9批青年骨干教师培训项目(201410)；中国矿业大学实验室开放

(2014205)

宁芳(1981—),女,江苏沛县,博士,副教授,主要从事创新设计研究.

E-mail：ningfang@cumt.edu.cn

TS118

: A

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