從至表法在生產(chǎn)物流系統(tǒng)空間布置優(yōu)化應(yīng)用實(shí)證研究

唐永洪

摘 要：生產(chǎn)的過(guò)程就是物流的過(guò)程。制造企業(yè)車間或設(shè)備布置直接決定生產(chǎn)物流的路徑與距離，也相應(yīng)決定了物流作業(yè)成本。車間或設(shè)備合理布置能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的物流成本、開辟第三方利潤(rùn)源，也是精益生產(chǎn)的體現(xiàn)與必然要求。文章介紹了生產(chǎn)物流系統(tǒng)優(yōu)化的主要原則與方法，以及從至表法的基本步驟，重點(diǎn)結(jié)合具體任務(wù)研究了從至表法模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)處理以及實(shí)施效果評(píng)價(jià)等內(nèi)容，可以為企業(yè)生產(chǎn)物流決策提供借鑒。

關(guān)鍵詞：從至表法；生產(chǎn)物流系統(tǒng)；平面布置；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：F275.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： The process of production is the process of logistics. The arrangement of workshop or equipment and so on directly determines the path and distance of the production logistics， and accordingly determines the logistics operation cost. Reasonable arrangement of workshop or equipment can reduce the cost of logistics in the process of production and open up the third party profit source. This article mainly introduces the principle and method of optimization of production logistics system， and the basic steps from to chart method， combined with the specific task of the key from the table method to model construction， data processing and evaluation of the implementation of the content， can provide a reference for the decision of enterprise production logistics.

Key words： from-to matrix mathod； production logistics system； layout； optimization

當(dāng)前，面對(duì)市場(chǎng)需求不振、產(chǎn)能過(guò)剩等宏觀環(huán)境及生產(chǎn)要素成本上升、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇微觀環(huán)境等，實(shí)體經(jīng)濟(jì)經(jīng)營(yíng)處境非常艱難，制造企業(yè)需要開辟生產(chǎn)物流作為其第三方利潤(rùn)源。

生產(chǎn)物流主要指車間與庫(kù)場(chǎng)之間、車間內(nèi)部流水線之間、不同工位之間物料的流動(dòng)過(guò)程以及生產(chǎn)過(guò)程中原材料、半成品、成品等儲(chǔ)存等，即生產(chǎn)加工對(duì)象在時(shí)間與空間上的位移，屬于企業(yè)內(nèi)部物流。生產(chǎn)物流、供應(yīng)物流、銷售物流及回收與廢棄物流等構(gòu)成制造企業(yè)完整的物流系統(tǒng)。

1 車間或設(shè)備布置優(yōu)化問題

生產(chǎn)物流系統(tǒng)優(yōu)化問題主要涉及工廠選址、車間及設(shè)備的空間布置、生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)庫(kù)存控制等物流組織與運(yùn)行等的決策問題。生產(chǎn)過(guò)程中的物料運(yùn)輸成本約占生產(chǎn)成本（除原材料費(fèi)用外）的20%～50%，生產(chǎn)物流系統(tǒng)合理布置可以降低生產(chǎn)物流系統(tǒng)運(yùn)作成本的10%～30%[1]。

生產(chǎn)物流優(yōu)化的主要目標(biāo)是在滿足生產(chǎn)工藝、技術(shù)要求等前提下追求生產(chǎn)物流成本的最小化或物流效率的最大化。車間或設(shè)備空間布置是生產(chǎn)物流系統(tǒng)優(yōu)化的重要內(nèi)容，它直接決定企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)物流的路徑、方向及移動(dòng)距離等。車間或設(shè)備空間布置應(yīng)該盡量減少企業(yè)內(nèi)部交叉運(yùn)輸、往返運(yùn)輸、迂回運(yùn)輸?shù)雀鞣N不合理現(xiàn)象，使得運(yùn)輸總成本最小。

車間或設(shè)備布置優(yōu)化需要遵循的原則主要有：（1）在滿足生產(chǎn)過(guò)程的要求前提下，盡量避免互相交叉和迂回運(yùn)輸，縮短生產(chǎn)周期。（2）物流聯(lián)系和協(xié)作關(guān)系密切的單位應(yīng)相互靠近布置。比如機(jī)械加工和裝配車間應(yīng)該安排在相鄰的位置上。（3）合理劃分廠區(qū)。如按照生產(chǎn)性質(zhì)、防火和環(huán)保要求，可以劃分熱加工車間區(qū)、冷加工車間區(qū)、動(dòng)力設(shè)施區(qū)等。（4）為了減少居民生活區(qū)的污染，生活區(qū)應(yīng)設(shè)在上風(fēng)區(qū)。（5）在考慮防火和衛(wèi)生條件下，總平面布置應(yīng)力求占地面積小。（6）工廠布置應(yīng)考慮有擴(kuò)建的余地，等等[2]。

2 平面布置優(yōu)化的主要方法

車間或設(shè)備平面布置的優(yōu)化方法主要有作業(yè)相關(guān)圖法、物料運(yùn)量圖法、從至表法等，其中：從至表法是一種常用的車間設(shè)備布置方法。

2.1 作業(yè)相關(guān)圖法

作業(yè)相關(guān)圖法是依據(jù)車間或設(shè)備之間物流密切程度進(jìn)行平面布置的一種方法。為便于量化，可將密切程度分為不同等級(jí)并賦予其相應(yīng)的數(shù)值，然后，根據(jù)其與其他部門之間密切程度等級(jí)情況，計(jì)算其總積分值，最后，先布置總積分值最大的車間或設(shè)備，再按與其緊密程度由高至低依次布置其余各部門?；驹瓌t是物流越密切部門越相近排列，即實(shí)現(xiàn)物流總距離最短。由于采用主觀評(píng)分，因此，該方法存在主觀性，且優(yōu)化方案可能不止一種。

2.2 物料運(yùn)量圖法

物料運(yùn)量圖法就是根據(jù)車間或設(shè)備之間物料運(yùn)輸數(shù)量的大小進(jìn)行平面布置的方法。其基本原則是相互運(yùn)輸數(shù)量最大的部門盡量靠近布置。在繪圖時(shí)通過(guò)線條數(shù)量多少來(lái)表示運(yùn)輸量的多少，形象直觀，較之于作業(yè)相關(guān)圖法、避免了主觀性，但是，對(duì)于復(fù)雜問題的處理存在一定困難。

2.3 從至表法

從至表法是通過(guò)調(diào)整從至表中不同間工序的先后排序，使得工廠總運(yùn)輸距離或成本最小的車間設(shè)備布置方法。所謂從至表是指從某一工作地（車間或設(shè)備）到另一工作地（車間或設(shè)備）運(yùn)輸距離、成本、次數(shù)等匯總表，也稱為矩陣式圖表。表中的列為起始工序、表中的行為終止工序，表中的數(shù)值表示自起始工序至終止工序方向運(yùn)輸距離、成本、次數(shù)等信息。該方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，適合于多品種、小批量生產(chǎn)情況[3]。

3 實(shí)證研究

運(yùn)用從至表法的基本步驟如下：

步驟1 根據(jù)綜合工藝路線圖，編制零件從至表。假定相鄰兩工作地之間的距離相同，則數(shù)值距離對(duì)角線的方格數(shù)表示兩工作地間的距離數(shù)。

步驟2 改進(jìn)零件次數(shù)從至表，尋求最佳設(shè)備排列順序。從至表中搬運(yùn)次數(shù)越大數(shù)值應(yīng)該盡可能靠近對(duì)角線，反之，則越遠(yuǎn)離對(duì)角線。

步驟3 工序優(yōu)化調(diào)整。兩兩工作地之間的總搬運(yùn)次數(shù)與空間距離之積等于該兩工作地間總搬運(yùn)距離，所有工作地間的搬運(yùn)距離之和就是該工廠加工零件的總運(yùn)輸距離。加工零件總運(yùn)輸距離最小的方案就是最優(yōu)平面布置方案[4]。

步驟4 評(píng)價(jià)優(yōu)化結(jié)果。

具體任務(wù)：某金屬加工車間需配備鋸床、磨床、沖床、鉆床、車床、插床六組設(shè)備，采用成組式布置，平面布置如圖1所示。根據(jù)車間所生產(chǎn)加工的零件品種及加工路線，企業(yè)統(tǒng)計(jì)出每月加工零件在各組設(shè)備之間的搬運(yùn)次數(shù)見表1，以及設(shè)備之間單位距離運(yùn)輸成本情況見表2。試確定車間設(shè)備平面布置的最優(yōu)方案。

解決該問題的主要思路：

該情形屬于離散型生產(chǎn)方式類型。待加工零件在鋸床、磨床、沖床、鉆床、車床、插床成組設(shè)備之間進(jìn)行移動(dòng)。為了減少往返運(yùn)輸、迂回運(yùn)輸?shù)仍斐缮a(chǎn)物流作業(yè)成本增加，嘗試運(yùn)用從至表法對(duì)設(shè)備平面布置優(yōu)化調(diào)整。

步驟1 計(jì)算零部件從設(shè)備i到設(shè)備j每月的單位距離運(yùn)輸成本。

將表1與表2相對(duì)應(yīng)方格的數(shù)據(jù)兩兩相乘，則可計(jì)算出每月從設(shè)備i到設(shè)備j的單位距離運(yùn)輸成本。見表3。

步驟2 計(jì)算設(shè)備間每月的單位距離運(yùn)輸成本。

設(shè)備i與設(shè)備j間的運(yùn)輸成本即兩地之間的往返運(yùn)輸成本，包括由設(shè)備i到設(shè)備j的運(yùn)輸成本以及由設(shè)備j到設(shè)備i的運(yùn)輸成本。根據(jù)距陣規(guī)則，表3對(duì)角線上下對(duì)稱的兩組運(yùn)輸成本數(shù)相加即是兩設(shè)備間的單位距離運(yùn)輸成本。見表4。

步驟3 進(jìn)行工序優(yōu)化調(diào)整。

表4中各斜線與中間對(duì)角線的距離方格數(shù)I表示兩兩設(shè)備空間位置的距離數(shù)，其中，I=10表示兩兩設(shè)備相鄰布置（分別有磨床與鋸床、沖床與磨床、鉆床與沖床、車床與鉆床、插床與車床）、I=20表示相隔一組設(shè)備布置（分別有沖床與鋸床、鉆床與磨床、車床與沖床、插床與鉆床）、I=30表示相隔兩組設(shè)備布置（分別有鉆床與鋸床、車床與磨床、插床與沖床），I=40表示相隔三組設(shè)備布置（分別有車床與鋸床、插床與磨床）、I=50表示相隔四組設(shè)備布置（即插床與鋸床）。

根據(jù)每行中越大數(shù)值應(yīng)越靠近對(duì)象線排列原則（即運(yùn)輸距離越短），應(yīng)將沖床調(diào)整到磨床之前。單位運(yùn)輸成本變動(dòng)情況見表5。

設(shè)備布置優(yōu)化調(diào)整后，滿足了表中每行中最大數(shù)值均靠近對(duì)象線（即相鄰布置），同時(shí)，越小的數(shù)值越遠(yuǎn)離對(duì)象線（即相離布置）。

因此，車間設(shè)備最優(yōu)布置方案如下：

鋸床與沖床相鄰布置，磨床與鉆床相鄰布置，鋸床與磨床相鄰布置，鉆床與車床相鄰布置，車床與插床相鄰布置。平面示意圖見圖2。

步驟4 評(píng)價(jià)優(yōu)化調(diào)整的效果。

參數(shù)設(shè)定：

假設(shè)相鄰兩工作地的距離都大致相等且距離為10米，且車間加工零部件的生產(chǎn)批量、批次、搬運(yùn)重量等不變。

模型構(gòu)建：

根據(jù)上述假設(shè)，設(shè)備平面布置只是影響物流的路徑及運(yùn)輸距離，因此，在核算運(yùn)輸成本時(shí)僅需考慮運(yùn)輸距離及設(shè)備間單位運(yùn)輸成本因素，評(píng)價(jià)模型構(gòu)建如下：C=∑N L 。

式中：N ——設(shè)備i與設(shè)備j之間的單位距離運(yùn)輸成本；L ——設(shè)備i與設(shè)備j之間的運(yùn)輸距離。

根據(jù)表4、表5中所列數(shù)據(jù)，可分別計(jì)算調(diào)整前后零件總運(yùn)輸成本，即：

C =122.7+25.4+91.7+69.2+66*10+71.5+23.6+18.4+28*20+12.7+21.3+16.5*30+25.2+15.8*40+35.1*50=12 683（元/月）

C =71.5+25.4+23.6+69.2+66*10+122.7+91.7+18.4+28*20+12.7+21.3+16.5*30+25.2+15.8*40+35.1*50=11 468（元/月）

結(jié)果顯示：設(shè)備布置調(diào)整后總共減少運(yùn)輸成本12 683-11 468=1 215元，降幅為9.6%。

4 小 結(jié)

車間或設(shè)備布置問題既是生產(chǎn)工藝的問題，也是物流問題。生產(chǎn)產(chǎn)品品種、產(chǎn)量及工藝流程等決定了生產(chǎn)物流的路徑與規(guī)模。在運(yùn)用從至表法時(shí)，需要根據(jù)產(chǎn)品品種、產(chǎn)量、工藝流程等信息正確分析零部件的搬運(yùn)量、次數(shù)、距離等物流量信息，信息準(zhǔn)確與否將會(huì)直接影響布置方案的評(píng)價(jià)與選擇，同時(shí)，車間或設(shè)備布置還需要綜合考慮工廠空間、面積、水電、地基等多種限制條件與影響因素。總之，車間或設(shè)備布置問題應(yīng)該是在滿足生產(chǎn)工藝、技術(shù)等要求情況下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流系統(tǒng)的最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張偉，曹文彬. 生產(chǎn)物流系統(tǒng)設(shè)施布置方案的評(píng)價(jià)[J]. 網(wǎng)絡(luò)財(cái)富，2009（1）：38-39.

[2] 羅宜美，朱紅芳，等. 制造業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)平面布置優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究[J]. 工程機(jī)械，2005（11）：69-73.

[3] 彭維文，林衛(wèi)，等. 從至表實(shí)驗(yàn)法在車間布局優(yōu)化中的應(yīng)用[J]. 物流工程與管理，2010（12）：112-115.

[4] 張麗瓊，范飛飛，羅春芳. 生產(chǎn)運(yùn)作管理[M]. 長(zhǎng)沙：湖南師范大學(xué)出版社，2013：51-55.