基于SLP和eM—Plant的車間設(shè)施布置優(yōu)化

盧艷君+潘春榮

摘要：對(duì)某編織袋生產(chǎn)車間布局進(jìn)行分析，存在物流路線雜亂和設(shè)備利用率低等問題，采用系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)法（Systematic Layout Planning， SLP）和eM-Plant仿真平臺(tái)相結(jié)合的方法。首先，對(duì)車間各作業(yè)單位的物流與非物流關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定車間各作業(yè)單位間的綜合相互關(guān)系，并繪制其位置相關(guān)圖。然后，通過作業(yè)區(qū)面積及實(shí)際約束條件，設(shè)計(jì)了兩套設(shè)施規(guī)劃方案。最后，將設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入eM-Plant仿真軟件進(jìn)行模擬分析，綜合考慮前后工序平衡性，采用定性與定量相結(jié)合的方法評(píng)估方案的可行性，結(jié)合仿真結(jié)果合并柔版區(qū)和干法復(fù)合區(qū)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和設(shè)施利用率。

Abstract： To analyze the layout of woven bag production workshop， SLP （Systematic Layout Planning） method and eM-plant simulation platform are adopted to improve logistics circuit and equipment utilization. For all operation units in workshop， the relationship between logistics and non-logistics is analyzed. After the determination of comprehensive relationship， a position correlation diagram is drawn to depict the close degree of operation units. Then， two sets of facilities planning are designed according to working area and actual constrains. The two sets of facilities planning are analyzed by importing them into eM-plant simulation platform. Considering the balance of all processes， the feasibility of the planning is evaluated by qualitative and quantitative method. Associated with the simulation results， the productivity and equipment utilization are improved.

關(guān)鍵詞：塑編廠；物流；車間布置設(shè)計(jì)；SLP；仿真

Key words： plastic weaving factory；logistics；workshop layout design；SLP；simulation

關(guān)鍵詞：塑編廠；物流；車間布置設(shè)計(jì)；SLP；仿真；

中圖分類號(hào)：TS19；F273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）17-0245-05

0 引言

在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速放緩的新態(tài)勢(shì)下，塑編行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)各種塑編產(chǎn)品的需求不斷攀升。很多塑編企業(yè)都在進(jìn)行擴(kuò)建或規(guī)劃新的生產(chǎn)基地，針對(duì)塑編產(chǎn)品需求的激增，合理的車間設(shè)施規(guī)劃對(duì)企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展有積極的影響和效益[1]。據(jù)測(cè)算，車間布局不合理會(huì)浪費(fèi)約20%～50%的生產(chǎn)成本，而有效的物流運(yùn)輸至少可以降低30%左右的生產(chǎn)成本 [2-3]。因此，合理的車間設(shè)施規(guī)劃對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)極為重要。

目前某塑編車間布局主要參考人工經(jīng)驗(yàn)或借鑒同類型的企業(yè)進(jìn)行布置，由于受個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和偏好影響因素較大，缺乏科學(xué)的方法和系統(tǒng)的分析，導(dǎo)致生產(chǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重的物流運(yùn)輸問題。因此，本課題針對(duì)該編織袋制造車間進(jìn)行設(shè)施規(guī)劃，對(duì)同類型企業(yè)改善車間具有較高的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)也對(duì)塑編行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)布置（SLP）方法概述

系統(tǒng)布置方法（SLP）由美國(guó)理查德提出，是一套條理性強(qiáng)、系統(tǒng)化的車間布局方法。它不僅適用于各種機(jī)械制造車間的設(shè)計(jì)，而且還被應(yīng)用于醫(yī)院、銀行等服務(wù)業(yè)。SLP方法是將P-產(chǎn)品、Q-數(shù)量、R-路線、S-輔助部門、T-時(shí)間作為切入點(diǎn)，分析各作業(yè)單位間物流關(guān)系，并結(jié)合各作業(yè)區(qū)占地面積及實(shí)際約束條件設(shè)計(jì)方案，然后根據(jù)改善目標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的設(shè)計(jì)方案。其設(shè)計(jì)流程[4]如圖1所示。

2 SLP方法的應(yīng)用

2.1 產(chǎn)品工藝過程圖

某塑編廠主要生產(chǎn)農(nóng)用塑編袋、食品塑編袋和物流編織袋等。其編織袋工藝流程主要包括原材料拉絲、圓織、彩印膜印刷以及編織袋后續(xù)加工，如復(fù)膜、柔版、套膜和平車。企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品的制造工藝以及銷售廠家的要求，設(shè)計(jì)具體產(chǎn)品的相關(guān)工藝路線。該公司產(chǎn)品品種較多，下面以兩種產(chǎn)品為例說明其基本加工流程，其中：A表示某豬飼料編織袋；B表示某魚飼料編織袋。兩種塑編產(chǎn)品的加工物流路線，如圖2所示。圖2工藝流程圖中數(shù)字對(duì)應(yīng)的作業(yè)區(qū)分別為：1-原材料庫、2-吹膜區(qū)、3-彩印車間、4-干法復(fù)合區(qū)、5-柔版印刷區(qū)、6-復(fù)膜區(qū)、7-普印區(qū)、8-折邊區(qū)、9-彩裁區(qū)、10-切縫一體區(qū)、11-電車區(qū)、12-熱熔加工區(qū)、13-自動(dòng)套膜區(qū)、14-人工套膜區(qū)、15-平車區(qū)、16-質(zhì)檢區(qū)、17-打包區(qū)、18-儲(chǔ)存區(qū)和19-辦公區(qū)。圖中倒三角表示儲(chǔ)存工序；圓圈表示加工工序；正方形表示檢驗(yàn)工序[5]。

2.2 車間物流管理存在的問題

對(duì)塑編企業(yè)而言，由于產(chǎn)品品種繁多，頻繁更換物流線路，導(dǎo)致生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)雜亂，既不利于生產(chǎn)制造，也易造成安全隱患。故改善車間布局既能提高生產(chǎn)效率，也對(duì)企業(yè)未來穩(wěn)定發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。根據(jù)多次現(xiàn)場(chǎng)勘察并記錄車間生產(chǎn)狀況，發(fā)現(xiàn)該塑編廠物流管理存在如下問題：①車間生產(chǎn)柔性較低，不同類型的編織袋在同一設(shè)備上加工；②車間生產(chǎn)缺乏合理計(jì)劃，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備未得到充分利用，如干法復(fù)合機(jī)與自動(dòng)套膜機(jī)，有效工作時(shí)間較短；③前后工序生產(chǎn)能力不均衡，導(dǎo)致車間現(xiàn)場(chǎng)堆放大量半成品；④現(xiàn)有廠房?jī)?nèi)的物料擺放缺乏統(tǒng)一規(guī)劃；⑤廠區(qū)作業(yè)環(huán)境不良，不僅影響生產(chǎn)效率，也對(duì)員工的生產(chǎn)積極性和改善生產(chǎn)工藝積極性產(chǎn)生不利影響。

因此，車間設(shè)施規(guī)劃方案設(shè)計(jì)時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注物流線路通暢與前后工序平衡等問題，同時(shí)也要考慮物流搬運(yùn)系統(tǒng)等影響因素。

2.3 作業(yè)單元間物流與非物流分析

根據(jù)產(chǎn)品的工藝路線和統(tǒng)計(jì)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，確定作業(yè)單元間的物流強(qiáng)度。各等級(jí)的物流強(qiáng)度承擔(dān)的物流比例分別為：A（超高物流強(qiáng)度）-40%；E（特高物流強(qiáng)度）-30%；I（較大物流強(qiáng)度）-20%；O（一般物流強(qiáng)度）-10%；U（可忽略物流強(qiáng)度）-0%。按上述物流量統(tǒng)計(jì)比例，對(duì)各作業(yè)單元的物流強(qiáng)度進(jìn)行劃分，如表1所示。根據(jù)表1中各作業(yè)單位的物流強(qiáng)度，將其物流相關(guān)性在物流相關(guān)圖中一一對(duì)應(yīng)，如圖3所示。其中A、E級(jí)別的作業(yè)區(qū)，應(yīng)在布置方案時(shí)重點(diǎn)考慮其在車間的位置。

在分析各作業(yè)單元間的非物流關(guān)系時(shí)，根據(jù)塑編袋的工藝特點(diǎn)，評(píng)定其密切程度的理由如生產(chǎn)服務(wù)、人員聯(lián)系和安全等[7]。通過上述影響因素，結(jié)合塑編廠的具體情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到非物流因素相互圖，如圖4所示。

2.4 作業(yè)單位綜合關(guān)系分析

根據(jù)塑編袋的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，其物流因素較非物流影響較大，擬定該車間物流因素與非物流因素對(duì)最終方案的影響權(quán)重m：n為2：1[6]。取A=4，E=3，I=2，O=1，U=0[6]，綜合量化作業(yè)單元間的關(guān)系，并匯總各作業(yè)單位的綜合得分，如表2所示。

2.5 作業(yè)單位位置相關(guān)圖

按照各作業(yè)單元的綜合得分，并結(jié)合作業(yè)單元承擔(dān)的物流量的比例，A-40%，E-30%，I-20%，O-10%；U-0%[6]，繪制相互關(guān)系圖，如圖5所示。其中作業(yè)單元間的線段數(shù)越多，表示其相互位置應(yīng)該越接近，反之亦然[12]。

2.6 方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

通過與相關(guān)設(shè)計(jì)人員的溝通，根據(jù)設(shè)備面積、人員活動(dòng)范圍和寬放率等因素，確定其主要作業(yè)區(qū)的占地面積，如表3所示。根據(jù)上述分析與求解，結(jié)合車間實(shí)際限制因素，綜合考慮各作業(yè)區(qū)的相對(duì)位置。鑒于該廠區(qū)的入口與各車間的出口的相對(duì)位置及塑編廠的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)該廠區(qū)的物流流動(dòng)，以U型為主，直線型為輔，如圖6和圖7所示。

評(píng)價(jià)車間設(shè)施規(guī)劃存在多種標(biāo)準(zhǔn)，一般分為定性與定量?jī)煞N[11]。本文先以作業(yè)單位間的物流強(qiáng)度作為物流定量評(píng)價(jià)目標(biāo)，分析車間物流搬成本的變化；然后將設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入eM-plant仿真軟件中，分析方案中前后工序的平衡性。其中評(píng)價(jià)新方案的物流強(qiáng)度，以產(chǎn)品物流量與各作業(yè)區(qū)間的距離，用EXCEL實(shí)現(xiàn)矩陣乘法，得到新舊方案的物流強(qiáng)度對(duì)比表，如表4所示。其物流強(qiáng)度核算公式為[7]：

由表4計(jì)算結(jié)果可知，原方案的搬運(yùn)距離矩陣和為1684m，方案1、2分別比原來的搬運(yùn)距離矩陣和縮短了21.3%和35.0%。物流強(qiáng)度也大大減小，既提高了車間內(nèi)物流搬運(yùn)效率，又節(jié)約了物流成本。但是，根據(jù)原車間布局的搬遷難易程度，方案2比方案1的搬遷成本高，實(shí)施的可行性較差。另外，方案1、2與原方案相比，都將原廠區(qū)內(nèi)10m寬的閑置車間過道搭上防雨板，即為人工套膜區(qū)所在位置，可以最大化利用空間資源。

3 eM-Plant驗(yàn)證分析

eM-plant由Tecnomatix公司開發(fā)的一款應(yīng)用于生產(chǎn)、物流和工程的仿真軟件，內(nèi)嵌SimTalk語言，能夠快速，簡(jiǎn)便地創(chuàng)建仿真模型，廣泛應(yīng)用于汽車裝配線，供應(yīng)鏈管理和化工領(lǐng)域等[9]。該仿真平臺(tái)可以有效地反應(yīng)模塊間的物流信息，對(duì)企業(yè)節(jié)約成本提高競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。

將設(shè)計(jì)方案1、2分別導(dǎo)入eM-plant仿真軟件，對(duì)其進(jìn)行分析，其仿真模型圖如圖8所示。由于產(chǎn)品工藝路線繁雜，故采用程序控制產(chǎn)品的流向，下面以A產(chǎn)品為例說明，如何控制多產(chǎn)品在某設(shè)備的調(diào)度情況。設(shè)計(jì)方案的覆膜機(jī)組的仿真模擬圖如圖9所示，其中E61、E62表示兩臺(tái)覆膜機(jī)，E61表示一臺(tái)虛擬機(jī)，E6既能保證兩臺(tái)覆膜機(jī)統(tǒng)一調(diào)度，也可以從后臺(tái)觀察實(shí)時(shí)加工的情況。其SimTalk 程序如下：

is

do

if @.name ="A"and E61.empty and E62.empty then

E6.cont.move （E61）；

elseif E61.occupied and E62.empty then

E6.cont. move （E62）；

end；

end；

布置方案的修正與評(píng)價(jià)：

由于單個(gè)編織袋加工時(shí)間較短，仿真模擬以千條為單位進(jìn)行仿真分析。分析仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的使用率達(dá)到66.61%左右，不存在堵塞狀況，如圖10所示。故規(guī)劃方案合理可行。但是，車間布局仍有不足，如作業(yè)區(qū)4、5的設(shè)備使用率相差較大，極不平衡，自動(dòng)套膜機(jī)的最高等待率達(dá)到50%。仿真結(jié)果表明，評(píng)價(jià)方案的好壞不能僅僅依賴物流成本。針對(duì)平衡性較差的作業(yè)區(qū)4、5，解決方法為：將兩個(gè)作業(yè)區(qū)合并為一個(gè)。而自動(dòng)套膜機(jī)的等待率較高，主要原因?yàn)樯a(chǎn)計(jì)劃安排不當(dāng)，設(shè)備頻繁切換，調(diào)機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)。擬解決措施為，合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，降低設(shè)備故障率。修正方案后，再進(jìn)行一次模擬分析，整個(gè)車間的生產(chǎn)率提高，如圖11所示。如圖中綠色曲線表示主要設(shè)備工作率，達(dá)到80%左右，相關(guān)設(shè)備間的平衡性較好。

上述方法均為定量評(píng)價(jià)方案的可行性，而定性評(píng)價(jià)方法則以方案的適用性，物料搬運(yùn)效率，安全管理等因素，制成調(diào)查問卷的形式，讓該企業(yè)員工打分。綜合評(píng)定，方案1更利于實(shí)際生產(chǎn)。

4 結(jié)論

本文通過SLP方法和eM-Plant仿真平臺(tái)為某塑編車間布局進(jìn)行規(guī)劃研究。分析了作業(yè)單位間的物流與非物流關(guān)系以及作業(yè)單位間的綜合相互關(guān)系，設(shè)計(jì)了兩套車間布局方案，采用物流成本與加權(quán)因素法評(píng)價(jià)方案，綜合考量設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化了車間的設(shè)施布局。將其原車間月產(chǎn)能450萬條提升700萬條，實(shí)現(xiàn)車間物流更通暢，縮短了企業(yè)制造產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。

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