设施规划

自行车管材车间设施布局优化方案

一．项目背景

随着我国经济的发展，越来越多的百姓开始拥有私家车，从而，日益严重的交通问题和环境污染问题给城市的管理和发展带来巨大的压力。同时，奥运的绿色、人文、科技之理念亦开始风行中国。为避开交通堵塞之困扰以及控制城市空气质量，自行车作为一种最平民化的交通工具，因其轻便、廉价、环保而重新引起人们了的关注，日益受到人们的青睐。A自行车有限公司，目光敏锐，顺应潮流，抓住机会，这几年取得了长足的进展。但是由于车间的现有设施布置是建厂初期规划设计的，随着生产规模的提高，新加工设备的逐步增加，原有的布置已经不能满足新的产量要求，车内物料倒流，无效装卸次数增加，在制品数量和停留时间增加等物流混乱现象日趋严重，虽然设备加工能力增加，而生产能力却没有得到相应的提高。一般地，对新建的企业车间要进行设施布置设计，或者，由于市场竞争需求等原因导致的产品变化、生产纲领的变化以及设备更新改造等，使原有的生产工艺与设施布置方案不能够满足生产和物流的需要，也会涉及到对原设施进行重新布置设计。据统计，在一些发达国家，每年有四分之一的生产或服务面积要重新布局。一个良好的布置设计应使物料搬运的成本最低，使人员走动的距离最短，从而使生产效率最高。据机械制造业的典型调查资料，按其工艺过程，零件在机器设备上的加工时间只占生产过程全部时间的10％～20％，其余时间消耗在物料搬运、等待等过程中。车间内生产物流的低效率、高成本和生产流水线、加工设备的高效率之间的矛盾，导致了车间整体生产效率不高、生产成本不低。针对这一在机械制造业存在的状况，我们进行车间设施布置设计时，在物流因素和非物流因素方面，有必要重点考虑生产物流的因素，以更好地收到提高生产效率、降低生产成本的效果。设施布置设计最早使用的是摆样法，现在有图解法、数学模型法、系统布置设计法和计算机辅助布置法等。我们在优先考虑生产物流的前提下，应用SSLP对A自行车公司机加工车间重新进行设施布置设计。

二．SSLP方法简介

SLP(Systematic Layout Planning，系统布置设计)方法，是工业工程的一项主要的技术方法，是由理查德·缪瑟(Richard Muther)在20世纪60年代提出的设施布置的经典方法，该方法采用严密的系统分析手段和规范的系统设计步骤进行系统布置设计，具有很强的实践性。对于大型项目来说，运用SLP法进行系统化设施布置，是可以接受的。但是，对于各种经常处理的中小型项目就得不偿失了。为此，Muther在90年代提出了比原来SLP大为简化的SSLP。所以，SSLP是简化的系统布置设计。

一项布置设计中最基本的要素有三项即：各作业单位之间的关系；每一个作业单位应有

的空间的数量和种类；作出调整使符合布置设计的要求。SSLP按照布置设计的三要素，通过以下六个步骤完成布置：（1）画出作业单位相互关系图；（2）用表列出各作业单位需要的面积；（3）画出作业单位之间的物流关系或非物流关系的连线图（4）画出初步布置图各种方案；（5）列出各种评价标准，对各方案进行评价；（6）对选定布置方案进行详细布置。

三．企业实际分析

A自行车有限公司是我国的传统自行车企业，为了提高生产率，提高收益他们引进一套新的设备，应用到车间以后，效果并不明显。引进设备前的产量是12万量，新设备投产后他们的年产量是12.7万量，增加很少，提高的产量不到10%。

调查小组深入到该企业的各个车间，对各个车间进行详细的调研。

1.整台自行车的生产流程分析，找出制约产量提升的主要车间，整台自行车的生产流程图如下所示：

由上面的生产流程图我们不能看出车架处理车间是整个流程的第一个车间而且也是关键车间，它对整个自行车的生产起着决定性的作用，而且它生产的车架是一辆自行车的关

键部分，也是最核心的部分，其它车间生产的配件都是围绕车架展开的。所以我们得出制约整个公司产量提升的车间就是车架生产车间。

2.车架生产车间（管材车间）的现场调查

对该车间现场调查发现该车间存在很多问题，诸如物料搬运混乱，机床闲置，工作位拥护，机床人员操作不当等。

四．应用鱼骨图和柏拉图找出问题

已经发现该车间存在如此多的问题，为对该车间的所有各方面的问题有个全面的认识，首先应用鱼骨图（如下图）对这些问题进行分析。

人，机，料，方法，和环境五个方面直接或间接地导致了这个车间效率的低下。机床操作人员对机器不熟悉等问题不是主要问题，可以通过强化培训等进行改善。所以我们不难看出其主要的问题是物料频繁搬运，设备闲置，数量配合不合理，摆放混乱和工作位拥挤。

其次应用柏拉图（如下图）对问题进行更加详细的，定量的分析。

效率影响率是指由于该问题的存在对整个车间效率低下的影响比率。效率影响累计是指所有问题的效率影响率的累加。由图可以看出摆放混乱，工作位拥挤，设备分配不均，工作站分配，物料频繁搬运和设备闲置六个问题的影响率累计达到了90%，可以得出该车间的主要问题体现在这六个方面

五．对管材车间应用SSLP

1.车间工艺分析

该车间主要是针对自行车中的上管，下管，座管，平叉，立叉等（如左图）部件的制作加工，其加工工序有切管，从冲铣弧口，去毛刺，打扁钻孔等，其加工工艺流程图如下所示

按照该车间加工和处理事务的特点，我们把管材车间分为12个基本作业单位，分别是：钢管暂存、切管、打扁、铣弧口、冲弧口、钻孔、去毛刺、检验、磨铣刀、半成品库、工具房、车间办公室。

2.车间原始布置

由工厂的原始资料，得该车间的原始布置方案如下所示

该布置的优点是空间利用率高，但是存在着摆放混乱，工作位拥挤，设备分配不均，工作站分配，物料频繁搬运和设备闲置等严重的问题。

3.作业单位相互关系分析

作业单位间相互关系的影响因素与企业的性质有很大的关系。作业单位间相互关系密切程度的典型影响因素，一般可以考虑：①物流；②工作流程；③作业性质相似；④工作联系频繁程度；⑤监督和管理方便；⑥噪声、振动、烟尘、易燃易爆危险品的影响；⑦服务的频繁和紧急程度⑧使用相同场地、共用设施；⑨使用相同设备；⑩使用相同文件档案等。据Muther的建议，每个项目中重点考虑的因素不应超过8到10个，这里只考虑5个。管材车间的基本作业单位之间有物流联系和非物流联系，据对原有车间的有关资料分析，影响车间生产效率提高的主要原因是物流混乱等物流问题，因此，在确定作业单位相互关系时，重点考虑物流因素的影响。然后，应用相关分析的基本原理，把基本作业单位之间的密切程度分为6个等级，然后分别判断每两个作业单位之间的联系的密切程度，列出作业对作业单位相关图如下所示

其中，作业单位相互关系密切程度的评价，可以有布置人员根据物流计算、个人经验，或与有关单位负责人讨论后进行判断；也可以把相互关系统计表发给个作业单位负责人填写；或者由有关负责人开会讨论决定由布置设计人员记录汇总。在评价作业单位相互关系时，首先应制定出一套“基准相互关系”，其它作业单位之间的相互关系，通过对照“基准相互关系”来确定。

4．作业单位面积的确定

前面已经对各个作业单位之间的相互关系进行了分析，但是要对各作业单位的位置进行安排，绘制作业单位位置相关图（也称关系连线图），还必须确定各作业单位的面积，常用的方法有：计算法、标准面积发、概略布置法、指标趋势延伸法、转换法等。

首先，根据企业提供的数据，在设备类型确定后，设计生产能力和单台设备生产能力，

计算出各类设备的台数如下：

式中，计划产量为计划周期内的计划产量，如件/班或件/日等；单件工时为设备生产一件工件所需时间；工作时间是计划周期内的开机时间。考虑负荷率、成品率及故障率后计算出所需的设备数量，将采用同一设备完成的工序所需的设备数量累加后，得出实际所需的设备数量。

设备台数切管机车床铣床冲床打磨机钻床磨床1 2 14 4 5 7 2

其次，再按上面提到的方法确定面积。这里应用计算法（估算法）计算出每个作业单位的占地面积。估算时主要考虑的因素有，机器设备所需的面积（机械设备占有的那部分面积空间，可以从机器设备样本和产品目录中得到）、设备的台数、工作人数、临时存放面积、工作活动空间等。最后结合车间的具体形状以及总的可用面积加以调整，得出各作业单位的面积（如下表），同时，对一些加工环境和条件有特殊要求的作业单位也须以考虑，以便在有必要时对作业单位相互关系图作出局部调整，并最终在设施布置时给以体现。

序号作业

单位

设备（台）面积(㎡)

特殊要求

供

水

排

水

压

缩

空

气

特

殊

通

风

直通车间大门

1 2 钢管

临时

堆放

切管

切管机1车

床2

100

80

II I

3 4 打编

铣弧

冲床1（2）铣

床14（17）

15

150

口

5 冲弧

口

冲床3（4）30

6 7 钻孔

去毛

刺

钻床7（8）打

磨机5

70

50

II II

8 检验25 III

9 磨铣

刀

工具磨床2 20

1 0 半成

品库

120 II

1 1 工具

房

60

1 2 车间

办公

室

80 合计800

说明：1、设备栏括号中为原始数据；2、特殊要求栏：I—绝对必要II—特别重要III—重要

按车间物流配送的一般配置情况，且由作业单位面积表，各部分的作业单位的面积有一定的比值关系，若5㎡为单位面积，则各作业单位的单位面积数如下：

各作业单位的面积相关表

序号 3 9 8 5 7

1

1 6

1

2

2 1

1

4

单位面积

(m2)

3 4 5 6

1

1

2

1

4

1

6

1

6

2

2

4

30

5.画出作业单位间关系连线图

根据上述作业单位相互关系图和作业单位面积表，画出作业单位间关系连线图。该图能

直观和形象的反映出各个作业单位之间的关系密切程度，该图是下面进行设施初步布置的重要依据。因每两个工序之间都存在着联系，但是联系的密切程度不一样，则画得作业单位间关系连线图（如下），其中粗线表示A级，中粗线表示E级，细线表示I级，点画线表示O 级，虚线表示X级，其中U级不表示。

6．初步布置方案

根据各个工序之间的相关关系、相互影响和交互程度、作业单位间关系连线图、作业单位面积及特殊要求表和车间实际使用面积、形状及门、水、气等位置，设计出不同的设施布局作为初步布置方案。在本步骤中，要特别注意将各工序间物流量大的作业单位靠近，以使物流顺畅和避免产生不合理搬运，同时，要充分考虑相关作业单位的特殊要求。初步布置方案一般以块状区划面积相互关系图表达。按照以上原则和方法，将这些限制设施布置的约束条件和各种修正因素考虑在内，常常可得到数种不同的方案。现在作出管材车间初步布置的三个方案如下所示：

7．设施布置优化的方案评价

方案出来以后，要对以上各个方案进行定量化的评价，以得出最优的方案。常用的评价方法有：分级加权法、因次分析法、费用对比法等。我们现在采用费用对比法，用该法进行设施优化分析与设计的原理是系统内设施间物流费用最小化。设给定平面系统有n个设施，每两个设施i、j 之间的物流量为F ij(i、j=1,2,……n)距离为D ij则两设施之间的物料搬运量如式（1）所示。

W ij=∑F ij D ij

令系统的物料搬运量W则：

W=∑∑W ij= ∑∑F ij D ij(i、j=1,2, ……n)

若C为以设施i到设施j 的单位搬运费用为CW

CW=∑∑CW ij=∑∑C ij F ij D ij (i、j=1,2,n)

当平面设施布置位置改变时，则有

CW′=∑∑CW′ij=∑∑C ij F ij D,ij(i、j=1,2, ……n)

若CW′若将设施每调整一次，则有一个可行方案，这样最佳

设计方案CW p为：

CW p=min(CW1,CW2, ……CW n)

应用上述分析方法对方案A进行分析，每个设施之间的距离和物流量如下表所示，各种方案的单位搬运费用都是相等的，所以只计算W ij即可：

方案A

W A=∑∑W ij=∑∑F ij D ij=1108.2

同理

W B=1360W C=1307.4

显然A的物料搬运量最低，所以初步选定方案A。再对每个方案的优缺点进行详细的分析如下所示

原始方案

优点 1、空间利用充分

缺点 1、生产线粘结现象严重

2、物流倒流多

3、安全性差

4、可扩展性差

方案A 优点

1、工序间的连续性和固定性兼顾良好

2、整个物流流程顺畅自然

3、柔性大、安全性高

4、耗用资金较少

缺点 1、自然光线利用程度稍弱

方案B

优点

1、人流的合理程度高

2、扩能可能性大

3、整体路线顺畅 缺点 1、工人作业环境稍差 2、浪费无用空间较多

方案C

优点

1、柔性好

2、半成品堆放方便

3、自然光线利用充分 缺点 1、物流路线交叉稍多 2、人因考虑不够

可以发现方案A 的优点明显多于其它两个方案和原始方案，而且符合我们的物料搬运量最小的原则，所以选定A 方案作为管材车间的布置方案。

8．对选定方案进行详细布置

对选定的方案A 进行详细布置，包括机床等设备、工作台、工具柜、物料架等，同时，要考虑工件放置区、物流通道、人行通道、水电气安装位置等因素。下图为详细布置方案示意图。

六．效果分析

通过对该车间设施重新布置前后的设备、人员、生产能力等进行对比分析可知，由于理顺了加工过程中工序间的物流关系，车间内生产物流得到明显改善，物流效率提高，使得单台加工设备的利用率得到相应提高，车间整体生产效率也随之提高，下表所示为改善效果。

类别切

管

机

车

床

铣

床

冲

床

打

磨

机

钻

床

磨

床

机床操

作人

搬运

工人

仓管

人员

生产效率生产能力（台）

改善

前1 2

1

4

4 5 7 2 35 11 5 73% 127000

改善

后1 2

1

1

2 2 6 2 29 10 4 85% 227000

增减0 0

-

3 -

2

-

1

0 -6 -1 -1 12% 100000

按目前的市场价格，一台铣床38000元，一台冲床16500元，一台钻床10000元，所以一次可节约成本157000元。由于人员的减少而节约的成本为180000元。生产一个车架的时间由2分钟提高到85秒，这样就大大提高了效率，年生产能力增加100000辆，产量增加70%，经济效益非常明显。

七．结语

针对现有一些中小型流程制造型企业设施布局模式的改变，特别是机械加工企业工艺布局调整，应用SSLP的方法与思想对企业的物流设施进行重新规划，通过对其中系统的作业单位之间的物流的与非物流的相关关系进行分析，不仅能优化企业的物流流程和生产流程，而且能突破企业的生产瓶颈，有着显著效果以及经济效益。可以看出，A自行车公司通过该方法的实施，使得车间生产加工过程中的物流量得到明显降低，既节约了生产成本，又使车间内的物流路线变得更加顺畅，生产效率得以极大的提升。因此，SSLP无疑是解决有关企业内部物流优化与设施布置一种科学而实用的途径。

八．方法案例来源

本案例来自文献中的资料,数据都是企业的真实数据。

【参考文献】

【1】理查德·缪瑟.系统布置设计【M】.北京A 机械工业出版社，1988.

【2】罗振壁，朱立强．工业工程导论【M】．北京：机械工业出版社，2003．

【3】王国华．制造业企业供应链及其物流系统化改造【J】．物流技术，2005，25(9)：151～154．

【4】朱耀祥，朱立强．设施规划与物流【M】．北京：机械工业出版社，2004．

【5】齐二石．物流工程【M】．天津：天津大学出版社，2001．

【6】崔介何．企业物流【M】．北京：中国物资出版社，2002．

【7】A．F．M．de Heer，A．J．C．vall’t Hof，J．W．F．A．Jaussen，B．de Keizer，M．P．H．Nelissen，R．J．Nortier．ProvisionalDesign study of all Underground Logistic System for CargoTransport In Houston 2001[R]．Galveston，16 May 2001

【8】A．P．James，Ir．F．M．Sanders。Ir．G．Arends．Houstonprojects 2OOO and2001

一research leading to the design of apa1ltized cargo consolidation and distribution ULS for Houston[R]．Texas．ISUFF2002，Bochum，September 19 and 20，2OO2