基于SLP的采掘裝備殼體車間布局優(yōu)化研究

李建華 陳祥儒 周鵬

摘要：車間布局優(yōu)化一直以來是企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的重要一環(huán)，車間的布局合理性關(guān)乎能否更好的促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。以XM煤礦企業(yè)的機(jī)加一分公司車間為研究對象，實(shí)際調(diào)研了車間生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝流程、生產(chǎn)布局資料，運(yùn)用價值流圖對該車間生產(chǎn)布局現(xiàn)狀做了分析，通過SLP理論方法對車間的物流關(guān)系和作業(yè)單位相互關(guān)系進(jìn)行了分析確定，得到了該車間的作業(yè)單位相互關(guān)系圖、作業(yè)單位綜合接近程度排序及作業(yè)單位位置相關(guān)圖，并結(jié)合車間實(shí)際給出了2種優(yōu)化方案。通過方案綜合評價選出了較為合理的方案，為企業(yè)提高效益、節(jié)省成本提供了有力的支持和指導(dǎo)。

Abstract： Layout Optimization of the workshop has always been an important part of improving production efficiency and reducing production costs. The rationality of the layout of the workshop is about whether it can better promote the development of the enterprise. Taking the Machine plus one workshop of the XM coal mine company as the research object， the process flow and production layout data of the products produced in the workshop were actually investigated， and the current situation of the production layout of the workshop was analyzed using the Value Stream Map. The logistics relationship and the interrelationship between operating units were analyzed and determined. The correlation diagram of the operating units of the workshop， the overall proximity of the operating units， and the correlation diagram of the location of the operating units were obtained， and two optimization schemes were given based on the actual situation of the workshop. A more reasonable plan was selected through comprehensive evaluation of the plan， which provided strong support and guidance for enterprises to improve efficiency and save costs.

關(guān)鍵詞：價值流圖;系統(tǒng)布置方法;采掘裝備殼體;布局優(yōu)化

Key words： Value Stream Map;Systematic Layout Planning;Mining Equipment Shell;Layout Optimization

中圖分類號：TH181? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0284-05

0? 引言

隨著經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力的有效快速提升，我國已經(jīng)逐步踏入工業(yè)化的成熟階段，對資源的開發(fā)及開采投資力度也越來越大，從而礦山機(jī)械行業(yè)也迅速發(fā)展。目前我國大多數(shù)制造企業(yè)尤其機(jī)械制造企業(yè)的規(guī)劃、生產(chǎn)比較混亂，生產(chǎn)效率也較為低下[1]。以XM企業(yè)機(jī)加一分公司車間為例，該車間主要從事采掘裝備的殼體生產(chǎn)加工工作，車間初建時并未重視設(shè)施布局問題，設(shè)備的布置僅憑以往經(jīng)驗，而后訂單量的增多使得車間生產(chǎn)任務(wù)加大，車間內(nèi)出現(xiàn)物料亂堆亂放、重復(fù)搬運(yùn)以及車間內(nèi)人流物流嚴(yán)重交叉等現(xiàn)象，增加了安全隱患降，降低了車間的生產(chǎn)效率。系統(tǒng)布置方法（Systematic Layout Planning，即SLP）是現(xiàn)今較為成熟的車間布局理論方法，旨在通過分析生產(chǎn)過程中的物流強(qiáng)度及非物流強(qiáng)度，運(yùn)用作業(yè)單位相互關(guān)系圖等方式規(guī)劃設(shè)計出合理的布置[2]，從而提高整個生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益使。

SLP優(yōu)化理論方法已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用，并取得了一定研究成果。左韻楊[3]通過SLP方法結(jié)合數(shù)學(xué)建模對C制造業(yè)公司的車間布局做了研究改善，證明了優(yōu)化方案的有效可行。楊文昕等[4]人以電商倉庫為例，運(yùn)用SLP理論對各作業(yè)單位間的綜合相互關(guān)系分析，對其現(xiàn)有布局進(jìn)行優(yōu)化，幫助企業(yè)提高了分揀效率。劉志海等人[5]針對超市的布局規(guī)劃問題做了相應(yīng)的研究，運(yùn)用改進(jìn)后的SLP法將動線分析與反饋加入超市布局規(guī)劃流程，分析繪制相關(guān)圖表，提出超市布局規(guī)劃方案，進(jìn)行優(yōu)選評價。蘭爽等人[6]采SLP設(shè)計方法對H公司的總平面布局進(jìn)行規(guī)劃研究，根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)流程及產(chǎn)量要求分析得出作業(yè)單位之間的接近程度并繪制了優(yōu)化方案，幫助公司減少物料搬運(yùn)時間、降低生產(chǎn)成本、提高作業(yè)效率。

現(xiàn)今，SLP理論方法的運(yùn)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，但查閱諸多文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)其在煤礦采掘裝備機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用卻非常少。本文則是通過對XM企業(yè)的機(jī)加一分公司車間進(jìn)行實(shí)習(xí)調(diào)研，結(jié)合車間實(shí)際情況，運(yùn)用價值流圖分析結(jié)合SLP理論對車間布局進(jìn)行合理優(yōu)化，從而為企業(yè)提高生產(chǎn)加工效率提供有力幫助。

1? 采掘裝備殼體車間研究現(xiàn)狀分析

1.1 車間殼體加工工藝

本文研究的目標(biāo)對象是XM企業(yè)機(jī)加一分公司車間，承擔(dān)XM企業(yè)采煤機(jī)牽引部、搖臂、電控箱體以及掘進(jìn)機(jī)機(jī)架、回轉(zhuǎn)座、覆帶架等大型殼體的精加工工作。

車間生產(chǎn)加工的采掘裝備大型殼體產(chǎn)品劃分為普通產(chǎn)品殼體和高端產(chǎn)品殼體，普通產(chǎn)品包含毛坯鑄件（退火）、粗加工、正火、鉚、時效、拋丸、半精加工、精加工、滲透打壓、鉚（打壓）等10道工藝。上述工藝加工中，粗加工和精加工處理后需要進(jìn)行探傷操作來檢測殼體鑄件在完成相應(yīng)的加工工藝后是否符合該殼體產(chǎn)品對質(zhì)量和強(qiáng)度的要求。高端系列殼體生產(chǎn)加工與普通殼體情況相似，也涵蓋了10道加工工藝。但高端產(chǎn)品的殼體在加工過程中需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使得該殼體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有更加良好的綜合機(jī)械性性能，以能夠滿足高端產(chǎn)品的實(shí)際需求。具體的普通、高端產(chǎn)品殼體工藝如圖1和圖2所示。

1.2 車間生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

XM企業(yè)機(jī)加一分公司車間主要負(fù)責(zé)采掘裝備大型殼體的機(jī)械加工。以采煤機(jī)搖臂殼體為例，殼體的加工涉及工序工藝繁多，在加工過程中難免會造成成本的浪費(fèi)，影響著部件的加工效率。對于機(jī)加一分公司車間，經(jīng)本人實(shí)習(xí)期間對車間的實(shí)際接觸與考察，一方面收集了車間的生產(chǎn)、成本等資料信息，分析了解了車間的現(xiàn)狀;另一方面，主動與車間的相關(guān)負(fù)責(zé)人及管理人員、設(shè)備操作人員進(jìn)行溝通，獲取了當(dāng)年車間生產(chǎn)管理過程中存在的問題，了解了車間之前所做出的努力，以及為何改善不成功或未能解決等情況。同時，將獲取的相關(guān)信息進(jìn)行整合分析并畫出相關(guān)的價值流圖[7]，如圖3所示。

通過繪制的價值流圖，可以清晰地看出采煤機(jī)搖臂殼體在機(jī)加一分公司車間的增值與非增值時間為272h和52d，可以計算出增值比為17.9%，由增值比可以初步發(fā)現(xiàn)機(jī)加一分公司車間生產(chǎn)情況不盡人意。

機(jī)加一分公司車間各區(qū)域是按照零部件加工工藝結(jié)合設(shè)備功能來布局的，但具體的劃分比較分散，并沒有將功能一致的設(shè)備集中布局，如圖4所示。分散的布局對機(jī)加一分公司車間的生產(chǎn)管理產(chǎn)生了重要的影響，結(jié)合價值流圖，可以分析總結(jié)出以下主要存在的問題：①半成品存放區(qū)及存放區(qū)劃分不合理，阻礙物流流暢度，拖延加工周期;②劃線區(qū)與鉗工區(qū)過于分散，易引起劃線不準(zhǔn)、尺寸不合現(xiàn)象，增加殼體返修率;③搬運(yùn)路徑不合理，布局相對比較分散，增加了搬運(yùn)路線的不確定性、安全隱患;④整個殼體生產(chǎn)車間目視化效果較差，導(dǎo)致整個車間雜亂，影響到一線員工情緒。

2? 基于SLP的殼體車間布局優(yōu)化與評價

對于車間生產(chǎn)設(shè)備布局的研究，應(yīng)從車間基礎(chǔ)資料開始，按照SLP理論依次對車間布局進(jìn)行優(yōu)化研究。

2.1 車間作業(yè)單位的劃分及需求面積統(tǒng)計

首先需要的是明確車間作業(yè)單位的具體劃分情況，在根據(jù)實(shí)際情況，殼體車間的劃分及面積統(tǒng)計情況如表1所示。

2.2 各作業(yè)單位間物流強(qiáng)度及相關(guān)關(guān)系的分析確定

2.2.1 作業(yè)單位間物流強(qiáng)度分析

對于物流強(qiáng)度的確定，可以通過經(jīng)驗估算法計算得出。經(jīng)驗估算法也就是通過物流量與搬運(yùn)距離的乘積得到。但由于車間物流數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析較為困難且無需必要，可通過SLP方法中的物流強(qiáng)度等級對該車間進(jìn)行研究，在SLP法中一般用符號A、E、I、O、U表示逐級遞減的不同級別物流強(qiáng)度[8]。將收集到的資料數(shù)據(jù)整理，并計算機(jī)加一分公司車間各作業(yè)單位的物流強(qiáng)度，如表3所示（部分）。

依據(jù)上述物流等級劃分情況，可以繪制機(jī)加一分公司車間各作業(yè)單位物流相互關(guān)系圖，其中各作業(yè)單位間可忽略物流強(qiáng)度等級為U，車間具體作業(yè)單位相關(guān)圖如圖5所示。

2.2.2 作業(yè)單位間相互關(guān)系分析

在車間生產(chǎn)加工過程中，不同的設(shè)備存在著一定的影響和聯(lián)系，還需要知道各作業(yè)單位間的非物流相關(guān)關(guān)系[9]，從而確定作業(yè)單位綜合相關(guān)程度，以求得所需要的優(yōu)化方案。根據(jù)機(jī)加一分公司車間的生產(chǎn)加工情況，選取5個對車間各作業(yè)單位間關(guān)系影響較大的因素作為評價彼此關(guān)系級別的依據(jù)，具體如表4所示。

為了能夠與物流相關(guān)關(guān)系級別一一對應(yīng)，可同樣對機(jī)加一分公司車間各作業(yè)單位劃分等級，分別用A、E、I、O、U、X來表示作業(yè)單位間逐級遞減的相關(guān)關(guān)系。與表示物流強(qiáng)度關(guān)系級別稍有不同，此處X級別表示的為作業(yè)單位之間存在負(fù)影響的密切程度。那么，可將各作業(yè)單位間相互關(guān)系匯總分析如表5所示（由于篇幅有限，只列出部分）。

根據(jù)表5中作業(yè)單位相互關(guān)系評價依據(jù)以及作業(yè)相關(guān)單位劃分的等級，可以匯總整理并繪制相關(guān)關(guān)系圖，如圖6所示。

2.3 車間作業(yè)單位初步方案的確定

生產(chǎn)布局優(yōu)化的完成需要分析確定各作業(yè)單位的綜合相互關(guān)系并繪制位置相關(guān)圖[10]，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整，方可得出優(yōu)化方案。

在SLP法中，通常采加權(quán)的方法將各個作業(yè)單位間關(guān)系實(shí)行量化。鑒于機(jī)加一分公司的實(shí)際情況，選取物流關(guān)系與作業(yè)單位相互關(guān)系加權(quán)比可為m∶n=2∶1。假設(shè)機(jī)加一分公司車間任意兩個作業(yè)單位分為Ai和Aj，用MRij和NRij分別表示作業(yè)單位間物流關(guān)系級別和作業(yè)單位相互關(guān)系級別對應(yīng)的量化值，那么Ai和Aj作業(yè)單位間綜合相互關(guān)系TRij可以表示為：TRij=mMRij+nNRij

對于各作業(yè)單位間綜合關(guān)系等級劃分，同樣依照分析物流強(qiáng)度關(guān)系與作業(yè)單位相互關(guān)系時的等級劃分[11]，經(jīng)計算整理匯總可以得到機(jī)加一分公司車間作業(yè)單位綜合相互關(guān)系等級劃分表，由于表現(xiàn)為U級別的部分并不能在綜合相互關(guān)系中表達(dá)出來，則綜合相互關(guān)系等級劃分如表6所示（部分），其余計算方式相同。

通過上述過程對機(jī)加一分公司車間進(jìn)行的各作業(yè)單位綜合相互關(guān)系分析，可以繪制車間作業(yè)單位綜合相互關(guān)系圖，如圖7所示。

若計算車間布局優(yōu)化方案，還需要計算出綜合接近程度，根據(jù)接近程度值得排序繪制作業(yè)單位位置圖，再結(jié)合車間實(shí)際情況得出布局的優(yōu)化方案。其中，綜合接近程度量化計算如表7所示。

根據(jù)上述綜合接近程度量化計算排序表可知，機(jī)加一分公司車間各作業(yè)單位的位置圖繪制順序為16、1、6、12、4、8、14、11、15、7、5、18、13、10、2、3、17、9，則可以通過從高到低的綜合接近程度順序來對各作業(yè)單位進(jìn)行位置布置，以能夠制定優(yōu)化方案[12]。在繪制位置相關(guān)圖時，用連線來表示作業(yè)區(qū)域的相互關(guān)系，其中等級 A、E、I、O分別用相互平行的4條線、3 條線、2條線、1條線表示，等級為U的省略，等級為X用虛線表示。則繪制后的位置相關(guān)圖如圖8所示。

車間布局方案的確定一般是將車間內(nèi)各作業(yè)單位的位置相關(guān)圖與車間實(shí)際面積來進(jìn)行確定。那么，結(jié)合機(jī)加一分公司車間實(shí)際情況，在滿足的車間條件約束的前提下可以得到合理的布局，如圖9、圖10所示。

2.4 車間布局優(yōu)化方案的評價

生產(chǎn)車間規(guī)劃方案評價主要考慮，原料、半成品搬運(yùn)調(diào)度是否能夠使得物流強(qiáng)度盡可能低，也就是路徑最優(yōu)的原則[13]。本文所給出的兩個優(yōu)化方案中，相關(guān)性比較大的作業(yè)單位均做做到了集中布置，增加了生產(chǎn)過程的流暢性，兩個方案均可以滿足需求。盡管如此，兩個方案在實(shí)施過程中并不見得具有同等的效果，故可以通過綜合評價來判斷方案哪一種更為合理。根據(jù)評價考慮的指標(biāo)，以滿分100分為標(biāo)準(zhǔn)，邀請車間內(nèi)各各作業(yè)單位工作人員共25余人進(jìn)行打分匯總平均，具體指標(biāo)得分情況如表8所示。

根據(jù)表8的評價匯總可知，方案一的生產(chǎn)工作連續(xù)性、搬運(yùn)路線優(yōu)化程度均要好于方案二，盡管方案二的可執(zhí)行程度與車間布局利用較好，但總的來說方案一評價得分高，總體更好一些。

3? 結(jié)論

企業(yè)的生產(chǎn)布局在提高自身生產(chǎn)效率、降低成本方面起著非常重要的作用。通過運(yùn)用價值流圖對XM企業(yè)的機(jī)加一分公司車間布局現(xiàn)狀分析，運(yùn)用SLP理論方法對該車間進(jìn)行分析優(yōu)化，使得車間在原有的布置基礎(chǔ)上能夠盡可能進(jìn)行提升優(yōu)化，以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益。這種對生產(chǎn)車間布局的理論與方向，不僅能夠為已建成的車間進(jìn)行優(yōu)化，還將為企業(yè)車間后期的擴(kuò)建提供有效的理論指導(dǎo)，具有現(xiàn)實(shí)的意義。

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