基于SLP和SHA的變壓器車間物流設(shè)施分析及仿真優(yōu)化

肖佩 王辛玥 張頤穎

［摘要］本文應(yīng)用SLP和SHA結(jié)合方法對(duì)企業(yè)的變壓器車間進(jìn)行設(shè)施及物流系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)與評(píng)估,并進(jìn)一步運(yùn)用WITNESS仿真軟件模擬車間運(yùn)行情況,最終得出車間設(shè)施布置與設(shè)備配置最為經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)改善后的車間效率明顯提高了。

［關(guān)鍵詞］系統(tǒng)化布局設(shè)施；系統(tǒng)化搬運(yùn)分析；仿真優(yōu)化

［中圖分類號(hào)］F253［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1005-6432（2014）22-0011-04

1引言

設(shè)施規(guī)劃是指根據(jù)企業(yè)經(jīng)營(yíng)方針、目標(biāo),考慮生產(chǎn)發(fā)展和市場(chǎng)需求、科研、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、節(jié)能、安全、環(huán)保等方面的需要,通過(guò)調(diào)查研究,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性分析,并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備的能力、資金來(lái)源等綜合平衡,以及根據(jù)企業(yè)更新、改造計(jì)劃等而制訂的企業(yè)中長(zhǎng)期設(shè)備投資的計(jì)劃。［1］設(shè)施規(guī)劃是有目標(biāo)的活動(dòng)，不論是新設(shè)施的規(guī)劃還是舊設(shè)施的再規(guī)劃，必須有本身的目標(biāo)作為整個(gè)規(guī)劃活動(dòng)的中心。［2］一般而言,設(shè)施規(guī)劃的目標(biāo)是通過(guò)對(duì)工廠進(jìn)行合理的設(shè)施布置,進(jìn)而得到高效運(yùn)行的生產(chǎn)系統(tǒng),以期獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。系統(tǒng)化布置設(shè)計(jì)方法提供了一種以物流設(shè)施的物流相互關(guān)系分析為主線的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法,采用了一套表達(dá)能力很強(qiáng)的圖例符號(hào)和簡(jiǎn)明表格,通過(guò)一套條理清晰的設(shè)計(jì)程序進(jìn)行工廠布置設(shè)計(jì)。［3］本文研究的是某大型企業(yè)中的一個(gè)小車間,該車間主要生產(chǎn)變壓器,但是由于車間內(nèi)各種設(shè)施的布置存在一定的問(wèn)題,導(dǎo)致該車間用在物料搬運(yùn)上的成本無(wú)法得到有效的降低,產(chǎn)品的生產(chǎn)效率也沒(méi)能得到提高。本文根據(jù)變壓器的產(chǎn)品組成、制作工藝流程以及變壓器車間的布局,運(yùn)用SLP+SHA的方法進(jìn)行仿真結(jié)果分析來(lái)確定該生產(chǎn)車間的設(shè)施布置與運(yùn)作流程,以提高該車間的生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。

2基于SLP布局設(shè)計(jì)的整體分析

21產(chǎn)品—產(chǎn)量分析

企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品與產(chǎn)品數(shù)量會(huì)影響到一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)物流的設(shè)施規(guī)劃。由于該車間為某企業(yè)內(nèi)一個(gè)小型的變壓器生產(chǎn)車間,因此該車間的產(chǎn)品主要是變壓器。由于是生產(chǎn)比較復(fù)雜的變壓器,該車間需要一些輔助材料,像絕緣件、線圈、鐵芯等,而這三種零件也是在該車間生產(chǎn)完成的。因此,該變壓器車間生產(chǎn)的主要產(chǎn)品及產(chǎn)量分析如表1所示。

表1變壓器車間的產(chǎn)品—產(chǎn)量表產(chǎn)品序號(hào)產(chǎn)品名稱單位產(chǎn)量（個(gè)）總產(chǎn)量（個(gè)）1絕緣件551802線圈551673鐵芯551654變壓器55152

22作業(yè)單位劃分

作業(yè)單位是指各級(jí)不同的組成部分。作業(yè)單位劃分是系統(tǒng)設(shè)施布局規(guī)劃的重要參數(shù),一般的作業(yè)單位劃分是根據(jù)作業(yè)單位建筑面積,在有效的空間內(nèi)合理地進(jìn)行設(shè)施規(guī)劃。該變壓器車間的作業(yè)單位建筑物匯總?cè)绫?所示。

表2變壓器車間作業(yè)單位建筑物匯總表代號(hào)作業(yè)單位名稱用途建筑面積(㎡)1原材料區(qū)儲(chǔ)存原材料4202半成品區(qū)堆放半成品5003真空干燥區(qū)對(duì)成品進(jìn)行干燥6704絕緣區(qū)制作絕緣線等7405鐵芯制作區(qū)制作鐵芯4306繞線區(qū)制作線圈并繞線7807裝配區(qū)將制作完成的線圈進(jìn)行裝配6308總裝區(qū)組裝線圈、鐵芯與絕緣體4109試驗(yàn)區(qū)測(cè)試制作完成的變壓器35010成品區(qū)儲(chǔ)存已經(jīng)制作完成的產(chǎn)品240

還有一些輔助部門(mén),如休息區(qū),辦公區(qū)等。

23物流路線

在生產(chǎn)車間中,物流線路是指物料從一點(diǎn)到另一點(diǎn)轉(zhuǎn)換的過(guò)程。由于線圈等輔助材料也是在該車間生產(chǎn)的,因此主要有以下幾種材料的工藝路線與變壓器制作的車間線路。

(1)線圈制作的工藝：線圈制作工藝如圖1所示。

圖1線圈制作工藝

(2)鐵芯制作的工藝：鐵芯制作工藝如圖2所示。

圖2鐵芯制作工藝

(3)變壓器制作工藝：變壓器制作工藝包括變壓器的加工流程以及將各種零件組合在一起所需要在車間內(nèi)搬運(yùn)的路線。如圖3變壓器制作流程,圖4為變壓器制作車間路線圖,根據(jù)變壓器的工藝流程制作的路線,首先是由原料區(qū)到絕緣區(qū),然后到繞線區(qū),進(jìn)行絕緣件的制作；然后是在鐵芯制作區(qū)制作鐵芯；制作絕緣件與鐵芯的同時(shí)在裝配區(qū)進(jìn)行線圈的制作裝配。這三項(xiàng)完成后轉(zhuǎn)入真空干燥區(qū)進(jìn)行干燥,干燥完成后再到總裝區(qū)組裝器身,組裝完成后再一次干燥,再進(jìn)行出產(chǎn)試驗(yàn),出產(chǎn)試驗(yàn)合格后產(chǎn)品生產(chǎn)就完成了。

圖3變壓器制作流程

圖4變壓器制作車間路線圖

3基于SHA搬運(yùn)作業(yè)的總體布置分析

31工藝流程圖

物料流程分析主要使用單種或多種產(chǎn)品流程圖,美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(ASME)制定了一套標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)來(lái)繪制產(chǎn)品流程圖。［4］因此,該變壓器的具體生產(chǎn)工藝流程如圖5所示。

圖5變壓器工藝流程圖

32物流量從至表

一般來(lái)說(shuō),物流量是指一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)兩物流點(diǎn)間的物料數(shù)量。在物流中一般所說(shuō)的物流量是指物流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一定時(shí)間內(nèi)按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)修正、折算的搬運(yùn)和運(yùn)輸量。本文中物流量指的是物料的搬運(yùn)量。

表3物流量從至表路線(從—至)距離(m)物流量(t)等級(jí)原料區(qū)—絕緣區(qū)359532O絕緣區(qū)—半成品區(qū)4238214O繞線區(qū)—裝配區(qū)66516583I半成品區(qū)—真空干燥區(qū)8748214O鐵芯制作區(qū)—真空干燥區(qū)76328326E裝配區(qū)—真空干燥區(qū)73614583I真空干燥區(qū)—總裝區(qū)6548201A總裝區(qū)—真空干燥區(qū)6543015A真空干燥區(qū)—試驗(yàn)區(qū)3038241E試驗(yàn)區(qū)—成品區(qū)3238241E

由表3可知,不同路線之間的距離與物流量是不同的,也可得知這些工序流程路線有許多曲折迂回的路線,大大地降低了物流運(yùn)作的效率。因此可以在此基礎(chǔ)之上分析并加以改善。

33作業(yè)關(guān)系分析

繆瑟對(duì)作業(yè)單位之間的相互關(guān)系的評(píng)定,設(shè)定了五個(gè)等級(jí),級(jí)A(Absolutely Important)、E(Especially Important)、I(Important)、O(Ordinary)、U(Unimportant)。

A表示極其重要,E表示特別重要,I表示重要,O表示一般重要,U表示不重要。對(duì)于A類物流可能占有少數(shù)的物流線路,但是承擔(dān)著較大的物流量,所以這一類是優(yōu)化的重點(diǎn),當(dāng)然隨后的就是E類、I類等。［5］表4為作業(yè)關(guān)系等級(jí)劃分表。

表4作業(yè)關(guān)系等級(jí)劃分表字母關(guān)系密切程度的依據(jù)密切程度系數(shù)值A(chǔ)同一工序內(nèi),使用相同的人員、

公共設(shè)施和管理方法絕對(duì)必要4E搬運(yùn)物料的數(shù)量、服務(wù)的頻繁和

緊急程度特別重要3I方便、安全、搬運(yùn)物料的數(shù)量重要2O聯(lián)系頻繁程度一般1U接觸、聯(lián)系不多、輔助服務(wù)不重要不重要0X灰塵、火災(zāi)、外觀、振動(dòng)不希望接近-1

根據(jù)產(chǎn)品的工藝流程、物流量從至表以及各單位間的密切程度,得到了各個(gè)作業(yè)單位之間的作業(yè)關(guān)系圖。如圖6所示。

圖6作業(yè)相關(guān)圖

從該作業(yè)相關(guān)圖中,我們能很容易找出何種工序之間存在何種等級(jí)的關(guān)系,然后根據(jù)作業(yè)關(guān)系等級(jí)劃分表繪制出該車間的綜合接近程度排序表。如表5所示,綜合接近程度分值越高,說(shuō)明該作業(yè)單位越應(yīng)該靠近布置圖的中心位置,分值越低說(shuō)明該作業(yè)單位越應(yīng)該處于布置圖的邊緣位置。

表5綜合接近程度排序表作業(yè)單位代號(hào)12345678910綜合接近程度14142425674排序10519684327

34優(yōu)化布局方案及評(píng)價(jià)

由文中前面對(duì)車間的物流路線圖、工藝流程圖、物流量從至圖、作業(yè)相關(guān)圖以及綜合接近程度的分析和總體布置的評(píng)價(jià),并根據(jù)車間的實(shí)際情況設(shè)計(jì)優(yōu)化方案,優(yōu)化方案為：將綜合接近程度相對(duì)較高的真空干燥區(qū)移到車間中心地方,與試驗(yàn)區(qū)、總裝區(qū)相鄰,而綜合接近程度相對(duì)較低的原材料區(qū)與絕緣區(qū)應(yīng)該適當(dāng)?shù)胤旁谲囬g靠邊緣的地方,而其他像成品區(qū)也可適當(dāng)移到旁邊。這樣就可以適當(dāng)減少物流搬運(yùn)量,縮短物流搬運(yùn)距離。

4仿真優(yōu)化

由于改善后的結(jié)果未知,根據(jù)車間整體布局平面圖,對(duì)改善后的結(jié)果進(jìn)行仿真分析,測(cè)試是否能有效達(dá)到改善目的。物流系統(tǒng)仿真主要是針對(duì)生產(chǎn)物流過(guò)程中的控制與優(yōu)化問(wèn)題來(lái)進(jìn)行的,隨著供應(yīng)鏈的興起與發(fā)展,更多的研究關(guān)注于集采購(gòu)、生產(chǎn)和銷售一體化的供應(yīng)鏈仿真。本文主要是利用WITNESS仿真軟件對(duì)所建系統(tǒng)進(jìn)行仿真。就這次的事件而言,用離散型事件分析法來(lái)仿真該系統(tǒng),統(tǒng)計(jì)出結(jié)果之后分析每個(gè)區(qū)域的利用程度。仿真之前首先要確定仿真的目的,需要定義的元素,并且要建立系統(tǒng)模型以及其他的一些在仿真中會(huì)用到的元素。變壓器車間優(yōu)化后的仿真模型及運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。

圖7布局優(yōu)化后的仿真模型

布局優(yōu)化后,原材料都得到了合理的利用,產(chǎn)量和設(shè)備利用率都有明顯的提升,主要的機(jī)器設(shè)備加工器、檢驗(yàn)機(jī)、總裝機(jī)的利用率都達(dá)到了90%以上,干燥器的利用率也相對(duì)得到了提升,而這主要是通過(guò)改變前后工序之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)化過(guò)程中通過(guò)縮短物流量較小的工序之間的距離,減少物流的搬運(yùn)時(shí)間,從而提高設(shè)備利用率。另外,優(yōu)化主要是改變搬運(yùn)距離,通過(guò)在輸送帶上傳遞的繁忙程度的改變來(lái)影響搬運(yùn)時(shí)間,使得主要的輸送鏈上沒(méi)有堵塞的情況,不會(huì)因?yàn)檩斔玩湽收现率苟氯鴮?dǎo)致生產(chǎn)效率降低,并且輸送鏈上沒(méi)有太過(guò)空閑的,也沒(méi)有太過(guò)擁擠的,從而進(jìn)一步提高產(chǎn)量與設(shè)備利用率。

5結(jié)論

本文綜合運(yùn)用系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)和搬運(yùn)系統(tǒng)分析相結(jié)合的方法,在變壓器車間原有布置的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了整體優(yōu)化設(shè)計(jì),并運(yùn)用WITNESS仿真軟件完善與細(xì)化布置方案設(shè)計(jì),為車間實(shí)際生產(chǎn)提供可靠的仿真數(shù)據(jù),對(duì)改善前后的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析。由此可以得知,系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)與搬運(yùn)系統(tǒng)分析方法對(duì)制造型車間的優(yōu)化評(píng)估具有很重要的作用,同時(shí)也具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

［1］楊育鄙枋┕婊［M］北本：科學(xué)出版社,2010:87

［2］王家善鄙枋┕婊與設(shè)計(jì)［J］憊ひ倒こ,1998(1):11

［3］姚會(huì)麗，李冰被于SLP的鑄鋼廠物流設(shè)施布置設(shè)計(jì)［J］.物流技術(shù),2012(11):388

［4］李冰被于SLP+SHA的工程機(jī)械廠物流分析與優(yōu)化調(diào)整［J］.科技管理研究,2011(8)：98

［5］楊德柱狽薔Ш轄鴇溲蠱髦圃斐物流系統(tǒng)與設(shè)施規(guī)劃研究［J］.工業(yè)工程,2011(3)：33-34

［基金項(xiàng)目］江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：201310307050X)。