从至表法在生产物流系统空间布置优化应用实证研究

唐永洪

摘 要：生产的过程就是物流的过程。制造企业车间或设备布置直接决定生产物流的路径与距离，也相应决定了物流作业成本。车间或设备合理布置能够减少生产过程中的物流成本、开辟第三方利润源，也是精益生产的体现与必然要求。文章介绍了生产物流系统优化的主要原则与方法，以及从至表法的基本步骤，重点结合具体任务研究了从至表法模型构建、数据处理以及实施效果评价等内容，可以为企业生产物流决策提供借鉴。

关键词：从至表法；生产物流系统；平面布置；优化

中图分类号：F275.3 文献标识码：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

当前，面对市场需求不振、产能过剩等宏观环境及生产要素成本上升、市場竞争加剧微观环境等，实体经济经营处境非常艰难，制造企业需要开辟生产物流作为其第三方利润源。

生产物流主要指车间与库场之间、车间内部流水线之间、不同工位之间物料的流动过程以及生产过程中原材料、半成品、成品等储存等，即生产加工对象在时间与空间上的位移，属于企业内部物流。生产物流、供应物流、销售物流及回收与废弃物流等构成制造企业完整的物流系统。

1 车间或设备布置优化问题

生产物流系统优化问题主要涉及工厂选址、车间及设备的空间布置、生产节点库存控制等物流组织与运行等的决策问题。生产过程中的物料运输成本约占生产成本（除原材料费用外）的20%～50%，生产物流系统合理布置可以降低生产物流系统运作成本的10%～30%[1]。

生产物流优化的主要目标是在满足生产工艺、技术要求等前提下追求生产物流成本的最小化或物流效率的最大化。车间或设备空间布置是生产物流系统优化的重要内容，它直接决定企业内部生产物流的路径、方向及移动距离等。车间或设备空间布置应该尽量减少企业内部交叉运输、往返运输、迂回运输等各种不合理现象，使得运输总成本最小。

车间或设备布置优化需要遵循的原则主要有：（1）在满足生产过程的要求前提下，尽量避免互相交叉和迂回运输，缩短生产周期。（2）物流联系和协作关系密切的单位应相互靠近布置。比如机械加工和装配车间应该安排在相邻的位置上。（3）合理划分厂区。如按照生产性质、防火和环保要求，可以划分热加工车间区、冷加工车间区、动力设施区等。（4）为了减少居民生活区的污染，生活区应设在上风区。（5）在考虑防火和卫生条件下，总平面布置应力求占地面积小。（6）工厂布置应考虑有扩建的余地，等等[2]。

2 平面布置优化的主要方法

车间或设备平面布置的优化方法主要有作业相关图法、物料运量图法、从至表法等，其中：从至表法是一种常用的车间设备布置方法。

2.1 作业相关图法

作业相关图法是依据车间或设备之间物流密切程度进行平面布置的一种方法。为便于量化，可将密切程度分为不同等级并赋予其相应的数值，然后，根据其与其他部门之间密切程度等级情况，计算其总积分值，最后，先布置总积分值最大的车间或设备，再按与其紧密程度由高至低依次布置其余各部门。基本原则是物流越密切部门越相近排列，即实现物流总距离最短。由于采用主观评分，因此，该方法存在主观性，且优化方案可能不止一种。

2.2 物料运量图法

物料运量图法就是根据车间或设备之间物料运输数量的大小进行平面布置的方法。其基本原则是相互运输数量最大的部门尽量靠近布置。在绘图时通过线条数量多少来表示运输量的多少，形象直观，较之于作业相关图法、避免了主观性，但是，对于复杂问题的处理存在一定困难。

2.3 从至表法

从至表法是通过调整从至表中不同间工序的先后排序，使得工厂总运输距离或成本最小的车间设备布置方法。所谓从至表是指从某一工作地（车间或设备）到另一工作地（车间或设备）运输距离、成本、次数等汇总表，也称为矩阵式图表。表中的列为起始工序、表中的行为终止工序，表中的数值表示自起始工序至终止工序方向运输距离、成本、次数等信息。该方法简单、实用，适合于多品种、小批量生产情况[3]。

3 实证研究

运用从至表法的基本步骤如下：

步骤1 根据综合工艺路线图，编制零件从至表。假定相邻两工作地之间的距离相同，则数值距离对角线的方格数表示两工作地间的距离数。

步骤2 改进零件次数从至表，寻求最佳设备排列顺序。从至表中搬运次数越大数值应该尽可能靠近对角线，反之，则越远离对角线。

步骤3 工序优化调整。两两工作地之间的总搬运次数与空间距离之积等于该两工作地间总搬运距离，所有工作地间的搬运距离之和就是该工厂加工零件的总运输距离。加工零件总运输距离最小的方案就是最优平面布置方案[4]。

步骤4 评价优化结果。

具体任务：某金属加工车间需配备锯床、磨床、冲床、钻床、车床、插床六组设备，采用成组式布置，平面布置如图1所示。根据车间所生产加工的零件品种及加工路线，企业统计出每月加工零件在各组设备之间的搬运次数见表1，以及设备之间单位距离运输成本情况见表2。试确定车间设备平面布置的最优方案。

解决该问题的主要思路：

该情形属于离散型生产方式类型。待加工零件在锯床、磨床、冲床、钻床、车床、插床成组设备之间进行移动。为了减少往返运输、迂回运输等造成生产物流作业成本增加，尝试运用从至表法对设备平面布置优化调整。

步骤1 计算零部件从设备i到设备j每月的单位距离运输成本。

将表1与表2相对应方格的数据两两相乘，则可计算出每月从设备i到设备j的单位距离运输成本。见表3。

步骤2 计算设备间每月的单位距离运输成本。

设备i与设备j间的运输成本即两地之间的往返运输成本，包括由设备i到设备j的运输成本以及由设备j到设备i的运输成本。根据距阵规则，表3对角线上下对称的两组运输成本数相加即是两设备间的单位距离运输成本。见表4。

步骤3 进行工序优化调整。

表4中各斜线与中间对角线的距离方格数I表示两两设备空间位置的距离数，其中，I=10表示两两设备相邻布置（分别有磨床与锯床、冲床与磨床、钻床与冲床、车床与钻床、插床与车床）、I=20表示相隔一组设备布置（分别有冲床与锯床、钻床与磨床、车床与冲床、插床与钻床）、I=30表示相隔两组设备布置（分别有钻床与锯床、车床与磨床、插床与冲床），I=40表示相隔三组设备布置（分别有车床与锯床、插床与磨床）、I=50表示相隔四组设备布置（即插床与锯床）。

根據每行中越大数值应越靠近对象线排列原则（即运输距离越短），应将冲床调整到磨床之前。单位运输成本变动情况见表5。

设备布置优化调整后，满足了表中每行中最大数值均靠近对象线（即相邻布置），同时，越小的数值越远离对象线（即相离布置）。

因此，车间设备最优布置方案如下：

锯床与冲床相邻布置，磨床与钻床相邻布置，锯床与磨床相邻布置，钻床与车床相邻布置，车床与插床相邻布置。平面示意图见图2。

步骤4 评价优化调整的效果。

参数设定：

假设相邻两工作地的距离都大致相等且距离为10米，且车间加工零部件的生产批量、批次、搬运重量等不变。

模型构建：

根据上述假设，设备平面布置只是影响物流的路径及运输距离，因此，在核算运输成本时仅需考虑运输距离及设备间单位运输成本因素，评价模型构建如下：C=∑N L 。

式中：N ——设备i与设备j之间的单位距离运输成本；L ——设备i与设备j之间的运输距离。

根据表4、表5中所列数据，可分别计算调整前后零件总运输成本，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）

结果显示：设备布置调整后总共减少运输成本12 683-11 468=1 215元，降幅为9.6%。

4 小 结

车间或设备布置问题既是生产工艺的问题，也是物流问题。生产产品品种、产量及工艺流程等决定了生产物流的路径与规模。在运用从至表法时，需要根据产品品种、产量、工艺流程等信息正确分析零部件的搬运量、次数、距离等物流量信息，信息准确与否将会直接影响布置方案的评价与选择，同时，车间或设备布置还需要综合考虑工厂空间、面积、水电、地基等多种限制条件与影响因素。总之，车间或设备布置问题应该是在满足生产工艺、技术等要求情况下实现生产物流系统的最优化。

参考文献：

[1] 张伟，曹文彬. 生产物流系统设施布置方案的评价[J]. 网络财富，2009（1）：38-39.

[2] 罗宜美，朱红芳，等. 制造业生产物流系统平面布置优化设计的研究[J]. 工程机械，2005（11）：69-73.

[3] 彭维文，林卫，等. 从至表实验法在车间布局优化中的应用[J]. 物流工程与管理，2010（12）：112-115.

[4] 张丽琼，范飞飞，罗春芳. 生产运作管理[M]. 长沙：湖南师范大学出版社，2013：51-55.