基于SLP的車間設(shè)施布置優(yōu)化研究

鄭妍琪 梁雨蓉

摘 要：車間的設(shè)施布置直接影響企業(yè)的生產(chǎn)成本和車間的運(yùn)作效率。以廣東某公司為實(shí)例，通過系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（Systematic Layout Planning，SLP）方法分析車間各作業(yè)單位的物流與非物流關(guān)系，探討各作業(yè)單位間密切程度，得出多個(gè)設(shè)施布置優(yōu)化方案，采用加權(quán)因素比較法確定最優(yōu)設(shè)施布置優(yōu)化方案。分析表明，企業(yè)可通過優(yōu)化車間作業(yè)單位的位置與面積設(shè)置，從而減少搬運(yùn)工作、提高生產(chǎn)效率以及改善工作環(huán)境，達(dá)到降低企業(yè)生產(chǎn)成本、提高車間運(yùn)作效率的目的。

關(guān)鍵詞：車間設(shè)施布置;系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（SLP）;加權(quán)因素比較法

受2020年疫情影響，國(guó)內(nèi)制造業(yè)遭受了巨大的沖擊，大量勞動(dòng)員工無法按期返崗。為日后應(yīng)對(duì)此類難題，企業(yè)勢(shì)必會(huì)愈發(fā)重視智能制造，減少對(duì)人工的依賴。在推動(dòng)智能制造的同時(shí)，往往伴隨的是高成本。如何優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到降低成本的目標(biāo)也成為企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。其中，設(shè)施布置是影響生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素，企業(yè)可以通過優(yōu)化車間設(shè)施布置以達(dá)到節(jié)省成本的目的。合理的設(shè)施布置可將其生產(chǎn)成本降低10%-30%，甚至更多。因此，如何優(yōu)化車間設(shè)施布置也已成為企業(yè)需深入研究的重點(diǎn)。

SLP法是解決車間設(shè)施布置問題的經(jīng)典方法，指通過定量（物流分析，量化設(shè)施之間的物流關(guān)系）與定性（非物流分析，表示設(shè)施之間的其他關(guān)系）相結(jié)合的方式對(duì)企業(yè)設(shè)施布置進(jìn)行優(yōu)化。本文將廣東某公司車間作為研究對(duì)象，通過實(shí)地考察該公司車間的設(shè)施布置，收集并整理其生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析其設(shè)施布置方面存在的問題。結(jié)合SLP法和加權(quán)因素比較法對(duì)車間現(xiàn)有設(shè)施布置進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)提高車間生產(chǎn)效率、降低企業(yè)生產(chǎn)成本的目的，并為企業(yè)下一步建設(shè)提供客觀科學(xué)的參考依據(jù)，具有一定的實(shí)際意義。

一、研究案例：廣東某公司生產(chǎn)車間現(xiàn)狀分析

后疫情時(shí)代，人們的環(huán)保意識(shí)大大提高，越來越注重人與自然的和諧共處。在家具行業(yè)中，“生態(tài)門”是從“生態(tài)家居”中衍生出的一個(gè)概念，其關(guān)鍵是環(huán)保和健康，因此生態(tài)門越來越受消費(fèi)者的青睞。其中，我們所研究的廣東某公司就是一家專注于生態(tài)門的設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售服務(wù)為一體的典型民營(yíng)公司?，F(xiàn)主營(yíng)的鋁木門便是通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)將環(huán)保飾面板和用于飛機(jī)羽翼的鋁蜂窩填充芯進(jìn)行結(jié)合，其材料更環(huán)保，結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，隔音更有效。為了快速響應(yīng)市場(chǎng)對(duì)生態(tài)門的需求，優(yōu)化該產(chǎn)品車間的設(shè)施布置對(duì)公司來說是至關(guān)重要，圖1為該車間現(xiàn)行設(shè)施布置圖。

原材料鋁材運(yùn)至加工區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的裁剪，在鋁材工藝區(qū)進(jìn)行沖角碼孔，并且將配件區(qū)配送的角碼和組角片與已加工的鋁材進(jìn)行組裝成鋁合金龍骨;組裝好的鋁合金龍骨運(yùn)至調(diào)試組裝區(qū)，如圖中紅色箭頭所示。

未加工的板材運(yùn)至板材加工區(qū)進(jìn)行精密裁板、平刨、壓刨等操作后，再經(jīng)由數(shù)控雕刻機(jī)對(duì)其進(jìn)行沖鎖孔，最后運(yùn)至調(diào)試組裝區(qū)，如圖中黃色箭頭所示。

角碼和組角片等零配件運(yùn)至鋁材工藝區(qū)，將配件鋁蜂窩門芯和包裝材料運(yùn)至調(diào)試組裝區(qū)，如圖中紫色箭頭所示。

在調(diào)試組裝區(qū)，對(duì)已處理的板材上膠，再與鋁合金龍骨進(jìn)行組裝;組裝好的鋁木門進(jìn)行包裝后運(yùn)至成品區(qū)，等待發(fā)貨，如圖中綠色箭頭所標(biāo)示。

二、基于SLP法的車間設(shè)施布置優(yōu)化

SLP法是理查德·繆瑟在1961年提出的，通過物流與非物流分析來得出作業(yè)單位間關(guān)系密切程度以尋求合理布置的方法，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性和實(shí)用性，廣泛應(yīng)用于各種設(shè)施布置中。

1.物流分析

為了方便描述，對(duì)車間相關(guān)的作業(yè)單位編號(hào)，編號(hào)分別為：1.鋁材庫(kù)存區(qū)、2.鋁材加工區(qū)、3.鋁材工藝區(qū)、4.板材庫(kù)存區(qū)、5.板材加工區(qū)、6.數(shù)控雕刻區(qū)、7.調(diào)試組裝區(qū)、8.包裝區(qū)、9.成品區(qū)、10.配件庫(kù)存區(qū)、11.包裝材料庫(kù)存區(qū)。通過整理車間的生產(chǎn)資料，計(jì)算得出該車間各作業(yè)單元之間的物流強(qiáng)度和等級(jí)，見表1。

使用“曼哈頓距離”計(jì)算各作業(yè)單位之間距離，根據(jù)車間生產(chǎn)資料得到各作業(yè)單位間的物流量，通過這兩個(gè)變量相乘得出各作業(yè)單位間的物流強(qiáng)度。再根據(jù)作業(yè)單位間的物流強(qiáng)度，對(duì)其進(jìn)行等級(jí)劃分（其中A代表絕對(duì)重要，其量化值為4;E代表特別重要，其量化值為3;I代表重要，其量化值為2;O代表一般，其量化值為1;U代表不重要，其量化值為0），以便對(duì)作業(yè)單位之間的關(guān)系密切程度比較。為簡(jiǎn)明地表示所有作業(yè)單位對(duì)之間的物流相互關(guān)系，繪制物流相關(guān)圖，如圖2所示。

2.非物流分析

各作業(yè)單位之間的關(guān)系受多方面因素制約，不僅受物流因素的約束，各作業(yè)單位的非物流因素更會(huì)影響車間的設(shè)施布置。因此，根據(jù)車間現(xiàn)在的實(shí)際情況，主要考慮以下5條因素：（1）工藝連續(xù);（2）物料搬運(yùn);（3）生產(chǎn)服務(wù);（4）共用設(shè)備設(shè)施;（5）人員聯(lián)系。

將作業(yè)單位之間的非物流相互關(guān)系（非物流強(qiáng)度）劃分等級(jí)，與之前不同的是增加另外一個(gè)重要的關(guān)系密切等級(jí)X，X代表的兩個(gè)作業(yè)單位的關(guān)系為不可靠近。由此，繪制出非物流關(guān)系相關(guān)圖，見圖3。

3.綜合關(guān)系分析

根據(jù)對(duì)該產(chǎn)品特點(diǎn)和車間工藝過程的分析，物流搬運(yùn)在工藝過程中比較重要，確定物流與非物流的加權(quán)比例為m：n=2：1。公司車間的作業(yè)單位數(shù)是11，因此，總作業(yè)單位對(duì)數(shù)是55個(gè)，由于有較多的沒有關(guān)聯(lián)的作業(yè)對(duì)，所以只對(duì)有關(guān)聯(lián)的進(jìn)行加權(quán)。按照公式，計(jì)算這些作業(yè)單位對(duì)之間的相關(guān)密切程度CRij（CRij=mMRij+nNRij，MRij——物流相互關(guān)系等級(jí)，NRij——非物流相互關(guān)系等級(jí)），填入表2中。

根據(jù)表2，對(duì)綜合關(guān)系劃分密級(jí)，并將等級(jí)符號(hào)填入表2中的等級(jí)列。再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際約束情況，來適當(dāng)調(diào)整建立綜合相關(guān)圖，如圖4所示。

通過上述的分析，發(fā)現(xiàn)該車間主要存在以下幾個(gè)問題：數(shù)控雕刻區(qū)到調(diào)試組裝區(qū)與鋁材從庫(kù)存區(qū)到加工區(qū)這兩對(duì)作業(yè)單位間的物流量很大，且搬運(yùn)距離長(zhǎng)，使搬運(yùn)成本增加，在一定程度上降低了生產(chǎn)效率。而且，數(shù)控雕刻區(qū)與鋁材工藝區(qū)間出現(xiàn)路徑重疊的現(xiàn)象其在制品同一時(shí)間段搬運(yùn)導(dǎo)致路線的擁堵，致使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)混亂，影響了生產(chǎn)效率和搬運(yùn)的流暢性。配件和包裝材料在車間的東南角，到達(dá)調(diào)試組裝區(qū)的距離很遠(yuǎn)，大大地提高搬運(yùn)成本。此外，包裝材料和配件同時(shí)搬運(yùn)至組裝區(qū)，致使該區(qū)擺放雜亂，一定程度上影響了工作效率。因此，該車間的設(shè)施布置不太合理，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提高車間運(yùn)作效率、降低搬運(yùn)成本和提高車間工藝流暢性的目的。

4.車間設(shè)施布置優(yōu)化方案

根據(jù)該車間的作業(yè)單元位置相關(guān)圖，綜合考慮物流路線、物料搬運(yùn)以及人員工作的方便性等因素，得出兩個(gè)車間設(shè)施布置圖優(yōu)化方案。

方案一的調(diào)整主要體現(xiàn)在將板材加工的相關(guān)作業(yè)單位與調(diào)試組裝區(qū)、包裝區(qū)和成品區(qū)進(jìn)行了調(diào)換，使得數(shù)控雕刻區(qū)到調(diào)試組裝區(qū)的物流強(qiáng)度明顯地降低。且配件庫(kù)存區(qū)與包裝材料庫(kù)存區(qū)更加靠近了與之對(duì)應(yīng)的作業(yè)單位，縮短了其搬運(yùn)距離。優(yōu)化后，車間設(shè)施優(yōu)化布置圖（方案一），如圖5所示。

通過調(diào)整，方案一的搬運(yùn)距離為101.8米，比原設(shè)施布置縮短了29.4米。在物流強(qiáng)度上，比原來的降低了9589.9。方案一的物流量強(qiáng)度表，如表3。

方案二同樣進(jìn)行較大的調(diào)整。將板材庫(kù)存右側(cè)的空地利用起來，降低了板材庫(kù)存區(qū)到板材加工區(qū)的距離。且將數(shù)控雕刻區(qū)和鋁材加工區(qū)都放置在離調(diào)試組裝區(qū)更近的位置，顯著降低了物流強(qiáng)度。此外，方案二也是將配件庫(kù)存區(qū)與包裝材料庫(kù)存區(qū)放置在離與之對(duì)應(yīng)的作業(yè)單位更近的位置，大大地縮短了其搬運(yùn)距離。優(yōu)化后，車間設(shè)施優(yōu)化布置圖（方案二），如圖6所示。

通過調(diào)整，方案二的搬運(yùn)距離為107.3米，比原設(shè)施布置縮短了23.9米。在物流強(qiáng)度上，比原來的降低了22561.8。方案二的物流量強(qiáng)度表，如表4。

這兩個(gè)車間設(shè)施布置優(yōu)化方案不僅降低搬運(yùn)距離和物流量，在工藝過程中搬運(yùn)更加流暢，也提高車間的空間利用率。

三、最優(yōu)設(shè)施布置優(yōu)化方案的確定

設(shè)施布置對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)有較大的影響，因此優(yōu)化方案的評(píng)價(jià)與選擇也是重要的決策。加權(quán)因素比較法是一個(gè)比較典型且常用的方法。利用加權(quán)因素比較法對(duì)廣東某公司車間的設(shè)施布置的兩個(gè)優(yōu)化方案進(jìn)行定量比較，從而得到最佳的設(shè)施布置優(yōu)化方案。

按照公式，■（i=1，2，…，n;j=1，2，…，m）計(jì)算各方案得分。其中，i代表第i個(gè)方案，j代表第j個(gè)評(píng)價(jià)因素，Wi表示第i個(gè)方案的綜合得分，Aj表示第j個(gè)評(píng)價(jià)因素的權(quán)數(shù)值，Bij表示第j個(gè)評(píng)價(jià)因素對(duì)第i個(gè)方案的評(píng)價(jià)等級(jí)分值。

其中，在考慮評(píng)價(jià)因素方面，Tompkins給出了35個(gè)評(píng)價(jià)因素，根據(jù)設(shè)施布置的基本要求和結(jié)合公司實(shí)際情況選取了以下七個(gè)因素：工藝連續(xù)、物料搬運(yùn)量、空間利用、管理方便、可擴(kuò)展性、人員聯(lián)系和作業(yè)環(huán)境。確定評(píng)價(jià)因素權(quán)數(shù)值A(chǔ)j，從該公司選擇五位專家，分別是該車間的兩名生產(chǎn)組長(zhǎng)、兩名工藝人員和一名物流人員。由五位專家將這七個(gè)因素進(jìn)行比較，確定各因素的權(quán)數(shù)值A(chǔ)j，最后他們結(jié)果匯總?cè)∑骄祦泶_定各因素的權(quán)數(shù)，計(jì)入表5中。

由表6可知，原始方案的綜合得分W0=97.4明顯低于方案一W1=132.2和方案二W2=152.2，且方案二優(yōu)于方案一綜合得分15.13%。因而，方案二的設(shè)施布置是該車間的最優(yōu)方案。

四、結(jié)論

企業(yè)在面臨智能化帶來的高成本的同時(shí)，如何降低其他方面的成本是當(dāng)務(wù)之急。而合理的車間設(shè)施布置不僅會(huì)提高生產(chǎn)運(yùn)作效率，在降低企業(yè)的生產(chǎn)成本方面也有較好的效果。本文運(yùn)用SLP法優(yōu)化車間設(shè)施布置，將作業(yè)單位進(jìn)行物流與非物流分析，得出作業(yè)單位的相關(guān)密切程度。優(yōu)化方案不僅提高工藝的流暢性、降低搬運(yùn)成本，還提高了車間的生產(chǎn)運(yùn)作效率。再通過加權(quán)因素比較法定量地評(píng)價(jià)選擇最優(yōu)設(shè)施布置優(yōu)化方案。本文所用的方法，對(duì)于其他類似企業(yè)優(yōu)化車間設(shè)施布置有一定的借鑒意義。

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作者簡(jiǎn)介：鄭妍琪（1998.07- ）女，漢族，江西南昌人，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)信息管理學(xué)院，碩士研究生在讀，研究方向：物流系統(tǒng)優(yōu)化;梁雨蓉（1996.12- ）女，漢族，山西晉中人，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)信息管理學(xué)院，碩士研究生在讀，研究方向：供應(yīng)鏈管理