基于SLP与SHA的轻卡离合器工厂设施布局优化

周小康， 段亚林

（1.安徽江淮汽车集团股份有限公司，合肥 230000；2.合肥工业大学，合肥 230009）

0 引言

随着制造业水平的不断提升，合理的设施规划与物流分析在提升企业的竞争力中显得越来越重要，据相关资料统计，物料的搬运费用达到总成本的20%～50%[1]，而合理的车间布局设计可以使这项费用至少减少10%～30%[2]，为企业赢得效率和收益。

1961年缪瑟提出了逻辑性极强的系统布置设计（Systematic Layout Planning,SLP）方法[3]使设施布局从定性分析进入到定量计算；目前比较普遍的做法是基于SLP思想对各作业单位之间的物流关系以及非物流关系进行分析，再建立相应的数学模型进行求解[4]。例如Wu Y等和Wang M J等[5-6]对于不等面积的设施布局问题，建立以搬运成本最小为目标的数学模型，然后设计相应的遗传算法求解;S.P.Singh等[7-8]对设施布局设计研究做了综述和展望，并对多目标设施布局的权重问题做了介绍和研究；文献[9]～[10]分别运用SLP和SHA相结合的方法对不同的工厂车间设施布局进行了评价以及优化。

本文以系统化布置设计即SLP方法以及系统化搬运分析即SHA方法，结合L公司的实际生产情况，分析研究多品种小批量的制造企业的车间布局规划方法。制定出合理的工厂设施布局方案，分析优化方案的实施效果。经优化后的设施布局提高了物流运作效率，为公司降低了运营成本。1 轻卡离合器工厂设施布局现状分析

1）L公司概况。L公司是一家主要生产离合器的制造公司，产品涵盖从φ215～φ430等及其变形产品几十个品种，是典型的多品种小批量的制造企业。

图1 基本生产流程

图2 L公司现行的设施规划布局方案

2）车间作业单元划分。根据离合器的生产工艺流程，可以将整个车间分为12个作业单位，按顺序分别是：板材区，冲压区，模具库，热处理车间，压盘毛坯区，压盘加工区，半成品库，装配区，包装区，成品区，办公区（食堂），实验室。离合器的生产工艺流程如图1所示。

3）L公司现行的设施规划布局方案如图2所示。结合离合器各部件的生产工艺以及整体生产工艺流程，不难发现L公司现有的设施规划布局中存在以下几点问题：作业单位的布置不合理；工艺流程不连贯；物流路径不流畅。

2 设施规划总布局优化方案设计

2.1 车间设施布局设计SLP

2.1.1 基本要素分析

1）产品-P及产量-Q。考虑到L公司φ255系列离合器产量占到公司产量的一半，且产品处于中间系列，选择其为研究对象。2）生产工艺流程-R。离合器主要部件的生产工艺流程如下:盖（剪板、冲压、外协、入半成品库）；减振盘（剪板、冲压、热处理、外协、入半成品库）；从动盘（剪板、冲压、热处理、外协、入半成品库）；膜片弹簧（剪板、冲压、热处理、冲压、入半成品库）。3）辅助服务部门-S。L公司车间内还设有办公区、食堂、实验室等辅助服务部门。

2.1.2 物流与非物流分析

1）物流强度等级。SLP中把物流强度转化为5个等级，从高到低分别为A、E、I、O、U，依据物流路线比例或者承担的物流量的比例来确定物流强度等级，物流强度汇总表如表1所示。

2）绘制物流相关图。图3为L公司各作业单位之间的物流强度等级的相互关系。

3）作业单位非物流关系分析。针对L公司的实际情况，在分析工区作业单位之间非物流因素时，重点要考虑工艺流程的连续性和物流搬运的方便性。绘制出L公司厂区的作业单位间的非物流关系如图4所示。

2.1.3 作业单位综合相互关系分析

图3与图4所给出的作业单位相互关系并不完全一致，因为制图表的着重点不同。在一般机械制造行业布局设计中既要考虑物流因素也要考虑非物流因素，重点要考虑生产的安全和环保，以1:1的比值综合考虑作业单位的物流、非物流因素是合理的。综合考虑作业单位物流与非物流关系绘制出如图5所示的作业单位综合相互关系图。

2.1.4 作业单位位置相关图

根据综合接近程度排序表计算，作业单位2（冲压车间）的接近程度分数最高，说明它应该靠近布置图的中心，依次排列顺序为:2→5→6→3→1→4→7。作业单位位置相关图如图6所示。

2.1.5 作业单位面积相关图

通过将各作业单位的占地面积与其几何形状结合到作业单位位置相关图上，就可以得到作业单位的面积相关图，如图7所示。

2.2 车间设施布局设计SHA

根据物料分析、移动分析和搬运方法分析，拟定出符合L公司生产情况的设施规划与物流方案。

2.2.1 物料分析

1）由于离合器各部件生产工艺的第一步均是剪板，然后将板材投入冲压车间进行加工，因此可以考虑将板材区与冲压车间并排布置，以方便下料，简化物流。2）半成品库用来存储外购件和待装配的半成品，为了方便外购件的运输，应该靠近厂区边缘装配车间，尽量缩短运输路径。3）装配车间应该设有存放装配前物料的区域和成品料箱，以方便装配线上的操作工人随手将装配好的工件放到指定位置。

2.2.2 移动分析

由于离合器各部件的生产工艺均有重复且工序较少，因此在制品在各个作业单位间的移动路线也应尽量短、少，避免迂回，以达到精简物流的目的。具体表现为在设计时，相互关系较紧密的作业单位可以集中布局，同时控制通道的数量，不宜太多，以避免物流路径交叉和浪费。

表1 物流强度汇总表

图3 物流相关图

图4 作业单位非物流相关图

图5 作业单位综合相互关系图

图6 作业单位位置相关图

图7 作业单位面积相关图

2.2.3 搬运方法分析

1）由于离合器各部件的单件质量不大，在加工车间内，相邻设备之间距离不远，因此在流水线上批量生产出的待加工部件可以放置在成品货架上，待下一作业单元的操作人员拿取，或者可以由重力式轨道小车直接运往下一作业单元进行加工。2）在各个车间之间搬运物料时，可以采用炮台车或者小拖车集中运输，如半成品库到装配车间的运输，以及装配车间到成品库的运输。

2.3 优化方案拟定

综合考虑以上调整及修正因素和SHA的分析结果，结合L公司厂区外形，绘制设施布局优化方案图如图8所示。

图8 设施布局优化方案图

由图8不难发现，优化方案将半成品库、装配车间和成品库集中布置在厂区左侧，改善了原方案中由于装配车间距成品库太远导致的物流浪费，同时合理地布置了通道，使物流线路更加集中，可以减少在制品在运输过程中的浪费。

3 结论

系统化布置设计（SLP）和系统化搬运分析（SHA）方法综合考虑了车间设施规划与物流的相互关系，通过一系列细化的设计程序，得出了最佳布置方案。根据L公司的实际生产情况，运用SLP+SHA技术可以优化其生产工区布局，实现生产物流的合理化。

［参考文献］

[1] 李岩,吴智铭.基于GA和设备嵌套思想的制造单元布置优化[J].上海交通大学学报,2001,35(8):1125-1128.

[2] BRAGLIA M,ZANONI S,ZAVANELLA L.Layout design in dynamic environments:Strategies and quantitative indices[J].International Journal of Production Research,2003,41(5):995-1016.

[3] 缪瑟.系统布置设计[M].北京:机械工业出版社,1998.

[4] 马汉武.设施规划与物流系统设计[M].北京:高等教育出版社,2005.

[5] WU Y.The optimization of block layout and aisle structure by a genetic algorithm[J].Computers&Industrial Engineering,2002,41:371-387.

[6] WANG M J,HU M H,KU M Y.A solution to the unequal area facilities layout problem by genetic algorithm[J].Computers in Industry,2005,56(2):207-220.

[7] SINGH S P,SINGH V K.An improved heuristic approach for multi-objective facility layout problem[J].International Journal of Production Research,2010,48(4):1171-1194.

[8] SINGH S P,SHARMA R R K.A review of different approaches to the facility layout problems[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2006,30(5):425-433.

[9] 李冰.基于SLP+SHA的工程机械厂物流分析与优化调整[J].科技管理研究,2011,31(8):98-101.

[10] 冯定忠,吴能,范佳静,等.基于SLP和SHA的车间设施布局与仿真分析[J].工业工程与管理,2012,17(2):21-25.