基于SLP的波纹管厂布置设计研究

詹昌春

(郑州大学 建筑学院，郑州 450001；天津大学 管理学院，天津 300072)

1 引言

设施规划是工业工程学科中重要研究领域和分支之一。设施规划中的工厂设计着重研究工厂总平面布置、车间布置及物料搬运等内容，其目标是通过对工厂各组成部分相互关系的分析，进行合理布置，得到高效运行的生产系统，获得最佳的经济效益和社会效益。系统化布置设计方法(SLP,System Layout Planning)提供了一种以作业单位的物流相互关系分析为主线的规划设计方法，采用一套表达能力很强的图例符号和简明表格，通过一套条理清晰的设计程序进行工厂布置设计[1-2]。本文根据波纹管厂的产品组成、产品产量、工艺流程、辅助服务设施、时间约束等等各个方面信息对企业的设备、物料以及人员所需空间等进行合理分配布置和有效地组合,运用SLP方法来确定波纹管厂的各个部门的合理位置。

2 基本要素分析

2.1 产品简介

波纹管厂主要生产各种型号的金属波纹膨胀管，用于石化行业和城市供热管线的连接，起到对管线各种变形的补偿作用。该厂的主要产品有：轴向型膨胀节，铰链型膨胀节和复式拉杆型膨胀节四种。每一种产品的生产纲领为：

1.轴向型膨胀节 800套/年

2.外压轴向型膨胀节 400套/年

3.铰链型膨胀节 400套/年

4.复式拉杆型膨胀节 650套/年

2.2 产品-产量分析

企业生产的产品品种以及每种产品产量的高低决定了工厂的生产类型，从而影响设施内作业单位的布置形式[3-5]。该波纹管厂几种主要产品的产量分析见表1和图1。

表1 产品-产量表

图1 产品-产量图

由图1产品-产量图可知，该厂的产品属多品种，中、小批量生产。因此该厂的生产设备布置采取了按工艺专业化进行布置的方式，即按生产工艺的特点划分生产单位，把同种类型的机器设备和同类人员布置在一个生产单位内，如车床工段、铣床工段、刨床工段与磨床工段就是分别把车床、铣床、刨床和磨床各自集中布置在一个地方。这种布置形式设备利用率高﹑加工灵活﹑有利于适应产品的变化。

2.3 作业单位的划分

任何一个制造企业都是由多个车间、职能管理部门、仓储部门及辅助服务部门组成的，通常把企业的各级组成部分统称为作业单位。波纹管厂的各主要作业单位建筑物汇总见表2。

表2 作业单位建筑物汇总表

3 作业单位的相互关系分析

3.1 作业单位的物流相互关系分析

物流是由物体的空间间隔和时间间隔所引起的物品物料实体的物理性流动过程，包括物品物料再生产过程中各个生产阶段之间的流动和从生产场所到消费场所之间的全部运动过程[5-8]。在本文中我们只研究生产物流。

将各作业单位对按物流强度大小排列，划分各作业单位对的物流强度等级，从而绘制物流强度分析表如表3所示(注：未出现的作业单位对不存在固定的物流，因此物流强度等级为U级)。

表3 物流强度表

根据物流强度表可得该厂物流相关表见图2。

图2 作业单位物流相关表

3.2 作业单位的非物流相互关系分析

当物流状况对企业生产有重大影响时，物流分析就是工厂布置的重要依据，但是也不能忽视非物流因素的影响，尤其是当物流对生产影响不大或没有固定的物流时，工厂布置就不能依赖于物流分析，而应当考虑其他因素对各作业单位相互关系的影响。

这里非物流影响因素有：工艺过程、作业性质相似、使用相同的设备、使用同一场所、使用相同的文件档案、使用相同的公用设施、使用同一组人员、工作联系频繁程度、监督和管理方便、噪声、振动、烟尘、易燃易爆危险品的影响、服务的频繁和紧急程度等。

根据前述波纹管厂的情况，结合各作业单位间的特点和上述非物流影响因素，制定作业单位非物流相互关系等级理由见表4。

表4 作业单位相互关系等级理由表

根据波纹管厂作业单位非物流关系影响因素，建立非物流相互关系表见图3。

图3 作业单位非物流相互关系表

3.3 作业单位综合相互关系分析

由于各作业单位之间既有物流联系也有非物流联系，两作业之间的相互关系应包括物流相互关系与非物流相互关系，因此，SLP中要将作业单位间的物流相互关系与非物流相互关系进行合并，求出合成的相互关系即作业单位的综合相互关系。然后，由各个作业单位之间的综合相互关系出发，求得各作业单位的合理布置[8-10]。

将物流与非物流相互关系进行合并时，应注意X 级关系的处理：任何一级物流相互关系与 X 级非物流相互关系合并时都不应超过 O 级，建立综合相互关系表如图4所示。

图4 作业单位综合相互关系表

计算量化的作业单位综合相互关系等级值：设两作业单位分别为Ai和Aj(i≠j)，其量化的物流相互关系等级为MRij，量化的非物流相互关系等级为NRij，则作业单位Ai和Aj之间的综合相互关系数量值为：TRij=m·MRij+n·NRij，即为物流与非物流等级值乘以权重再相加[1]。量化后作业单位综合相互关系等级见表5。

4 作业单位位置相关图及平面布置图的绘制

在SLP中，布置设计并不直接考虑各作业单位的占地面积和几何形状，而是从作业单位间相互关系密切程度出发，安排各个作业单位之间的相对位置。关系密切等级高的作业单位之间距离近，关系等级低的作业单位之间距离远，由此形成作业单位的位置相关图如图5所示。

表5 量化后的综合相互关系等级值

综合接近程度高的作业单位与其它各个作业单位的相互关系总体是比较密切的，应该处于布置图的中间位置，且应优先布置；反之，这个作业单位就应该处于布置图的边缘[11]。

设定相互关系等级为A级的作业单位对之间距离为一个单位距离长度，E级为两个单位距离长度，以此类推，U级的不划线，X级的用虚线表示。

图5 作业单位的位置相关图

由作业单位的位置相关图，再结合表2所示的作业单位建筑物面积，同时考虑波纹管厂可行的布置方案需要考虑修正因素与实际条件限制因素两方面，得到波纹管厂的布置图如图6所示。

在这里需要考虑的修正因素主要是搬运路线,在位置相关图上，只是反映作业单位之间的直线距离，而由于道路位置、建筑物的规范形式的限制，实际搬运系统并不能按直线距离进行。

物料搬运路线系统一般分为以下三种基本形式：

(1)直接型搬运路线系统：各种物料能各自从起点直接移动到终点。

(2)渠道型搬运路线系统：物料在预定路线上移动，与来自不同地点的其他物料一起运到同一终点。

(3)中心型搬运路线系统：各物料从起点移动到中心分拣处，然后再运到终点。

前述修正因素是布置设计中应考虑的事项，此外还存在一些对布置设计方案有约束作用的其他因素，包括给定厂区的面积、建设成本费用、厂区内现有设施的利用、政策法规等。这些因素统称为实际条件限制因素。

因此在位置相关图的基础上考虑修正因素与实际制约因素就得到波纹管厂总平面布置图,如图6所示。

图6 波纹管厂总平面布置图

5 结束语

本文采用系统化布置设计(SLP)分析波纹管厂工艺的生产流程。提供一种以分析作业单位的物流相关关系和非物流相关关系，同时考虑波纹管厂的生产车间、辅助服务部门、仓储部门的布置设计分析，得出波纹管厂的物流相关关系表、非物流相关关系表、综合相互关系表、作业单位位置相关图等，通过分析最终得到波纹管厂的可行布置方案。

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