基于結(jié)構(gòu)熵模型的汽車(chē)生產(chǎn)設(shè)施布局優(yōu)化評(píng)價(jià)研究

鄒輝 張敏 于鳳

摘要：對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)設(shè)施布局優(yōu)化是汽車(chē)制造企業(yè)提高運(yùn)作效率、降低成本、減少物料搬運(yùn)距離和時(shí)間的有效途徑之一。而對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)設(shè)施布局優(yōu)化進(jìn)行評(píng)價(jià)研究可驗(yàn)證其優(yōu)化的有效性。本文以某整車(chē)制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施布局為研究對(duì)象，首先通過(guò)SLP法對(duì)現(xiàn)有計(jì)劃方案的布局進(jìn)行優(yōu)化，然后運(yùn)用結(jié)構(gòu)熵模型對(duì)優(yōu)化前后的生產(chǎn)設(shè)施布局進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)比，根據(jù)其時(shí)效熵、質(zhì)量熵和有序度的計(jì)算結(jié)果證明優(yōu)化的有效性。

Abstract： Optimizing the layout of automobile production facilities is one of the effective ways for automobile manufacturers to improve operational efficiency， reduce costs and reduce material handling distance and time. Studying the evaluation of the layout optimization of automobile production facilities can verify the effectiveness of its optimization. In this paper， the layout of the production facilities of an automobile manufacturing enterprise is the research object. Firstly， the layout of the existing planning scheme is optimized by SLP， and then the layout of the production facilities before and after optimization is evaluated and compared by applying the structure-entropy model， and the validity of optimization is proved according to the calculation results of its aging entropy， quality entropy and order degree.

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)設(shè)施布局;結(jié)構(gòu)熵模型;整車(chē)制造企業(yè);優(yōu)化

Key words： production facilities layout;structure-entropy model;automobile manufacturing enterprise;optimization

中圖分類(lèi)號(hào)：F273.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）02-0284-03

0? 引言

隨著汽車(chē)在社會(huì)生活中的普及，其生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，汽車(chē)生產(chǎn)物流相對(duì)落后的問(wèn)題就逐漸突出。而汽車(chē)生產(chǎn)車(chē)間的布局對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)物流系統(tǒng)的有效運(yùn)作會(huì)產(chǎn)生重要影響，車(chē)間布局的優(yōu)化能夠減少產(chǎn)品和物料之間搬運(yùn)的距離和時(shí)間，提高設(shè)備和空間利用率，實(shí)現(xiàn)安全高效的生產(chǎn)活動(dòng)。目前，很多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)汽車(chē)的生產(chǎn)布局進(jìn)行研究。黃樹(shù)海等根據(jù)某汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有廠房設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)備等實(shí)際情況，提出了高效、可重構(gòu)及面向過(guò)程控制的柔性生產(chǎn)工藝布局方案[1]。劉洋等通過(guò)對(duì)某汽車(chē)企業(yè)生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀的分析研究，應(yīng)用SLP法對(duì)其總體布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，并確定了廠區(qū)平面布置方案[2]。周廷美等針對(duì)某整車(chē)制造企業(yè)零部件配送中心布局不合理的現(xiàn)象，運(yùn)用SLP方法設(shè)計(jì)了配送中心平面布局的優(yōu)化方案，減少了物流成本，提高了作業(yè)效率，增強(qiáng)了配送中心的響應(yīng)能力[3]。以上均對(duì)汽車(chē)制造相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)布局進(jìn)行了研究和優(yōu)化，但缺少評(píng)價(jià)優(yōu)化的有效性。基于此，本文先針對(duì)某整車(chē)制造企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施布局的計(jì)劃方案進(jìn)行優(yōu)化，然后通過(guò)結(jié)構(gòu)熵模型對(duì)優(yōu)化前后的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)熵值的降低和有序度的提高，說(shuō)明優(yōu)化的有效性。

1? 整車(chē)制造企業(yè)生產(chǎn)布局優(yōu)化

1.1 H整車(chē)制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施布局

H整車(chē)制造企業(yè)即將建造一新生產(chǎn)基地，其主要設(shè)施包括沖壓車(chē)間、焊接車(chē)間、涂裝車(chē)間、總裝車(chē)間、路試準(zhǔn)備區(qū)、返修調(diào)整車(chē)間、成品庫(kù)和綜合倉(cāng)庫(kù)。整車(chē)生產(chǎn)時(shí)，其外殼件分別經(jīng)過(guò)汽車(chē)制造四大工藝流程，即沖壓、焊接、涂裝和總裝各車(chē)間，然后通過(guò)準(zhǔn)備區(qū)進(jìn)行路試，有問(wèn)題的車(chē)輛返回返修調(diào)整車(chē)間返修，否則進(jìn)入成品庫(kù)?，F(xiàn)計(jì)劃的生產(chǎn)設(shè)施布局方案如圖1所示。需要指出的是，圖中箭頭上的數(shù)字為單位時(shí)間內(nèi)上一設(shè)施運(yùn)輸?shù)较乱辉O(shè)施的周轉(zhuǎn)量。根據(jù)汽車(chē)生產(chǎn)的特點(diǎn)，布局圖中各設(shè)施間的周轉(zhuǎn)量大多正比于其間距離。但綜合倉(cāng)庫(kù)到涂裝車(chē)間配送的涂裝物料較少，所以其周轉(zhuǎn)量也較少;路試區(qū)和返修調(diào)整車(chē)間之間的周轉(zhuǎn)量也是如此。而綜合倉(cāng)庫(kù)到總裝車(chē)間之間配送的物料、部件較多，所以其周轉(zhuǎn)量也較大。經(jīng)分析，該計(jì)劃布局并未達(dá)到最優(yōu)效果，有些設(shè)施位置欠佳，造成線路較長(zhǎng)或有迂回，影響生產(chǎn)物流的運(yùn)作效率，故應(yīng)對(duì)該布局方案進(jìn)行優(yōu)化，從而讓實(shí)際生產(chǎn)達(dá)到更優(yōu)效果[4]。

1.2 基于SLP的生產(chǎn)設(shè)施布局優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)有計(jì)劃方案的生產(chǎn)設(shè)施布局情況及其存在的問(wèn)題，結(jié)合各設(shè)施間運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量大小情況，通過(guò)SLP法（系統(tǒng)設(shè)施布置法）對(duì)其優(yōu)化[3]。首先，在考慮運(yùn)輸線路的基礎(chǔ)上，確定各設(shè)施間的作業(yè)關(guān)系強(qiáng)度（作業(yè)關(guān)系強(qiáng)度用A、E、I、O、U等級(jí)表示，其詳細(xì)信息見(jiàn)表1），并繪制出生產(chǎn)設(shè)施作業(yè)相關(guān)圖，如圖2所示。

通過(guò)以上作業(yè)相關(guān)圖，根據(jù)各設(shè)施生產(chǎn)活動(dòng)的順序，本文認(rèn)為有些設(shè)施的位置可作適當(dāng)調(diào)整。同時(shí)，根據(jù)綜合倉(cāng)庫(kù)與沖壓、涂裝、總裝車(chē)間的作業(yè)關(guān)系均較為密切的實(shí)際情況，在優(yōu)化中可將綜合倉(cāng)庫(kù)拆分成供應(yīng)沖壓車(chē)間原材料的原材料倉(cāng)庫(kù)、供應(yīng)涂裝車(chē)間物料的涂料工具倉(cāng)庫(kù)和供應(yīng)總裝車(chē)間物料和零部件的總裝配件倉(cāng)庫(kù)。具體優(yōu)化后的設(shè)施布局如圖3所示。從優(yōu)化前后的生產(chǎn)設(shè)施布局圖可直觀看出，優(yōu)化后的布局更為科學(xué)合理。若對(duì)該優(yōu)化進(jìn)行有效性分析，則從定量的角度更能說(shuō)明優(yōu)化的合理有效。因此，本文針對(duì)該整車(chē)制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施布局的優(yōu)化，通過(guò)結(jié)構(gòu)熵模型進(jìn)行定量評(píng)價(jià)分析。

2? 生產(chǎn)設(shè)施布局優(yōu)化評(píng)價(jià)過(guò)程

2.1 結(jié)構(gòu)熵模型

“熵”最初由物理學(xué)家克勞修斯提出，表示熱力學(xué)過(guò)程中的不可逆程度。之后，熵被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，也包括管理學(xué)領(lǐng)域。熵可體現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)信息的不確定性，當(dāng)熵值降低時(shí)，其不確定性就降低，有序度就提高，反之亦然[5]。而系統(tǒng)在不同方面信息的不確定性也能夠用不同類(lèi)型的熵體現(xiàn)。結(jié)構(gòu)熵是指在系統(tǒng)中，由于信息不確定性的增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜、無(wú)序的反映程度，它體現(xiàn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性或不確定性。因此，通過(guò)結(jié)構(gòu)熵模型可計(jì)算該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有序程度，是系統(tǒng)優(yōu)化的一個(gè)有效評(píng)價(jià)方法[6]。在結(jié)構(gòu)熵模型中，時(shí)效熵和質(zhì)量熵分別是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)信息流通時(shí)效性和準(zhǔn)確性的熵量，其熵值越低，系統(tǒng)的有序程度越高。其概念和模型如下：

2.1.1 時(shí)效熵

時(shí)效熵，即衡量系統(tǒng)內(nèi)信息流通時(shí)效性的熵量，記作H1。其計(jì)算公式如下：

其中，P1 （ij）為系統(tǒng)中各聯(lián)系的時(shí)效實(shí)現(xiàn)概率，即。其中Lij為系統(tǒng)中兩元素間的聯(lián)系長(zhǎng)度。A1為時(shí)效聯(lián)系總數(shù)，即。在生產(chǎn)設(shè)施布局圖中，單位時(shí)間內(nèi)相鄰兩設(shè)施i和j間運(yùn)輸物料的周轉(zhuǎn)量即為該兩設(shè)施間的聯(lián)系長(zhǎng)度Lij。

2.1.2 質(zhì)量熵

質(zhì)量熵，即衡量系統(tǒng)內(nèi)信息流通準(zhǔn)確性的熵量，記作H2。其計(jì)算公式如下：

其中，P2 （i）為系統(tǒng)中各元素的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)概率，即。其中Ki為系統(tǒng)中各元素的聯(lián)系跨度。A2為質(zhì)量聯(lián)系總數(shù)，即[14]。在生產(chǎn)設(shè)施布局圖中，某設(shè)施i直接與其它設(shè)施的聯(lián)系數(shù)為該設(shè)施的聯(lián)系跨度Ki。

2.1.3 有序度

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的無(wú)序程度一般用系統(tǒng)的現(xiàn)時(shí)熵值Hi（即時(shí)效熵值或質(zhì)量熵值）與其最大熵值Him（即時(shí)效最大熵值或質(zhì)量最大熵值，）之比表示。因此，系統(tǒng)有序度的計(jì)算公式如下：

當(dāng)有序度的值就越大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就更為合理、有序[7]。因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有序性表現(xiàn)為時(shí)效和質(zhì)量?jī)煞矫?，故分別用R1和R2來(lái)表示時(shí)效有序度和質(zhì)量有序度。因在本文生產(chǎn)設(shè)施布局中，時(shí)效和質(zhì)量?jī)煞矫姹舜霜?dú)立，并具有加權(quán)性，則該系統(tǒng)的綜合有序度可按下式計(jì)算。式中，α、β分別為時(shí)效有序度和質(zhì)量有序度的權(quán)重系數(shù)[8]。

2.2 結(jié)構(gòu)熵評(píng)價(jià)計(jì)算過(guò)程

H整車(chē)制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施布局是一個(gè)內(nèi)部信息流通具有時(shí)效性和準(zhǔn)確性的系統(tǒng)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)熵模型對(duì)該系統(tǒng)布局進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。根據(jù)結(jié)構(gòu)熵模型計(jì)算公式（1）、（2）、（3），對(duì)優(yōu)化前后生產(chǎn)設(shè)施布局的時(shí)效熵及時(shí)效有序度、質(zhì)量熵及質(zhì)量有序度分別進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比，如表2和表3所示。

注：優(yōu)化前聯(lián)系長(zhǎng)度為1的標(biāo)號(hào)有6-7和7-6，說(shuō)明在圖1中，設(shè)施6到設(shè)施7之間的聯(lián)系長(zhǎng)度為1，設(shè)施7到設(shè)施6之間的聯(lián)系長(zhǎng)度也為1.

注：優(yōu)化后聯(lián)系跨度為2的標(biāo)號(hào)有1、2、5、7，說(shuō)明在圖3中，設(shè)施1、2、5、7分別都有2個(gè)設(shè)施與其直接聯(lián)系.

根據(jù)公式（4），計(jì)算該生產(chǎn)設(shè)施布局優(yōu)化前后的有序度。為不失一般性，時(shí)效有序度和質(zhì)量有序度的權(quán)重系數(shù)均取0.5。

優(yōu)化前：

優(yōu)化后：

由此可得優(yōu)化后，有序度的提高率為

從以上數(shù)據(jù)可看出，經(jīng)過(guò)對(duì)布局的調(diào)整優(yōu)化，其時(shí)效熵和質(zhì)量熵均有所下降，時(shí)效有序度和質(zhì)量有序度均有所增加，其綜合有序度提高超過(guò)4%，說(shuō)明此次優(yōu)化增加了該生產(chǎn)設(shè)施布局的有序性，可有助于減少各設(shè)施間搬運(yùn)物料的距離和時(shí)間，提高生產(chǎn)物流運(yùn)作效率。因此，通過(guò)結(jié)構(gòu)熵模型的評(píng)價(jià)證明了對(duì)H整車(chē)制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施的原計(jì)劃布局方案進(jìn)行優(yōu)化是合理有效的。

3? 結(jié)論

結(jié)構(gòu)熵模型目前主要應(yīng)用于分析研究企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)有效性，卻很少用于分析生產(chǎn)設(shè)施布局。為此，通過(guò)結(jié)構(gòu)熵模型分析汽車(chē)生產(chǎn)設(shè)施布局是一種新的探索和嘗試。本文以H整車(chē)制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施布局為研究對(duì)象，通過(guò)結(jié)構(gòu)熵模型對(duì)優(yōu)化前后布局的時(shí)效熵、質(zhì)量熵、有序度進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)比，通過(guò)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證出生產(chǎn)設(shè)施布局優(yōu)化的有效性。該模型的運(yùn)用為設(shè)施布局優(yōu)化提供了一種新穎、有效的評(píng)價(jià)方法。需要指出的是，文中生產(chǎn)設(shè)施布局中各設(shè)施間聯(lián)系長(zhǎng)度的準(zhǔn)確計(jì)算方式以及其對(duì)該布局系統(tǒng)內(nèi)時(shí)效有序度的影響程度還需進(jìn)一步研究探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃樹(shù)海，李祖榮，彭樹(shù)杰，等.典型汽車(chē)零部件柔性生產(chǎn)工藝布局[J].汽車(chē)工藝與材料，2013（1）：22-27.

[2]劉洋，祁云軍，孫文磊.SLP法在某汽車(chē)廠總體布局設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，35（2）：144-148.

[3]周廷美，汪磊，莫易敏，等.基于SLP 方法的整車(chē)廠零部件配送中心布局優(yōu)化[J].物流技術(shù)，2017，36（2）：142-145，177.

[4]馮定忠，吳能，范佳靜，等.基于SLP和SHA的車(chē)間設(shè)施布局與仿真分析[J].工業(yè)工程與管理，2012，17（2）：21-25.

[5]邱菀華.管理決策熵學(xué)及其應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[6]齊林，鄒雅迪，李飛，等.園區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有序度研究：基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵視角[J].科技管理研究，2017（22）：242-247.

[7]吳志福，周強(qiáng)，王文龍.基于結(jié)構(gòu)熵的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)有序性評(píng)價(jià)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2018，42（6）：1068-1072.

[8]艾彥迪，劉子建，萬(wàn)晶晶.耗散結(jié)構(gòu)意義上的產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有序度評(píng)價(jià)[J].中國(guó)機(jī)械工程，2011，22（9）：1085-1089.