鋸片制造車間的物流模式選擇及設備布置的方法

[摘要] 本文從實例入手，介紹了選擇物流模式的基本思路。基于所選物流模式，結合實際參數，提出了利用數學方法和計算機來解決設備布置問題的辦法。經過運算，達到了預期效果，驗證了這種解決車間物流和設備布置問題的辦法的正確性。

[關鍵詞] 物流模式單向環形設備布置

我國的鋸片行業發展速度較慢，鋸片制造車間依然沿用人力拖車的物流模式，設備布置采用按班組排布，存在著物流不通暢、生產效率低、生產柔性差的問題。現代化生產迫切要求鋸片制造車間選用更科學合理的生產物流模式和設備布置。基于這一點，本文以某鋸片制造車間為例，對如何進行物流模式選擇和確定設備布置位置展開研究。

一、提出問題

某鋸片制造車間現有車床，銑床，磨床，鉆床，碾壓機，端跳儀等9臺設備，分別編號為m1，m2，…，m9，車間生產最常規的9種鋸片基體，編號p1，p2，…，p9。各種鋸片基體的生產工藝如下表1所示，各臺設備之間的物流量如下圖1所示。現在要求選擇一種合理的車間物流模式，并進行設備布置，以滿足鋸片制造的要求。

二、選擇物流模式

車間內部物流模式，根據不同的物流路徑型式，主要劃分為單行設備布局的線型物流、多行設備布局的網狀物流和環型設備布局的環狀物流三種類型。

線型物流模式中，加工設備是按照零件的加工順序依次擺放，工件始終沿著一個方向運動，工件傳輸的時間和費用較小。然而，當加工多種零件，各種零件具有不同的加工順序時，線型物流的效率就會降低。

網狀物流模式中，加工設備是按照多行進行布局，不僅同一行中的加工設備發生相互作用，而且不同行之間的加工設備也互相關聯，物流關系呈現網狀。網狀物流的柔性比較大，但是結構比較復雜，車間生產環境差。

環型物流模式中，加工設備沿著半圓弧或橢圓排列，并且工件通常向同一個方向單向運動。環型物流路徑具有結構簡單、物流控制容易、物料處理柔性高等特點，因此在柔性制造系統中得到了廣泛應用。

從前述可以看出，鋸片制造屬于多品種、小批量生產。考慮到多品種、小批量生產對制造過程的柔性化要求，工藝過程運行的流暢性要求，物料搬運費用的最小化要求，工人作業環境的安全舒適性要求，參照前述三種物流模型，綜合考慮，在此車間選用單向環型的物流模式，加工設備采用環型布置。物料運輸工具利用單向導軌小車。每種零件從裝卸站進入系統，當被加工完成后，由有軌小車將其運送到下一個工序所需的設備的位置，若該設備處于空閑狀態，則立即加工，否則存儲在緩沖區，等待空閑狀態。單向環型物流模型如下圖2所示。

四、建立數學模型，求解設備布置位置

物流模式確定以后，接下來就是如何合理的確定設備的布置位置的問題。設備布置問題的核心是將車間的物流費用降到最低。而在環形物流模式中，單位距離的物流費用是一定的，所以，物流費用最低演變成了完成全部加工任務導軌小車在系統中的總行程最小。此處的數學模型為:已知9臺設備和10個環型布置位置(假設裝卸站固定在位置0)，并已知這9臺設備之間的物流關系;求解9臺設備的最優排序，以使導軌小車在車間的運輸行程最小。由于環型導軌的總長度又是定值，又因為生產規劃周期內所加工零件的總數是一個常量，引起小車順序移動的圈數為常量，所以，運輸行程的最小化問題又簡化為了使物料逆序移動的總圈數最小化的問題，目標函數為:

式中，為物料逆序移動的總次數，表示設備i的布置位置，wij為設備i到j之間的物流量。

結合第二部分給出的相關參數，對于上式采用基于父子競爭的多點交叉的改進型遺傳算法進行求解，求出9臺設備位置的最優排序為x=(832974156)，即設備m1擺放在8號位置上，m2擺放在3號位置上，m3擺放在2號位置上，以此類推擺放。此時，在滿足鋸片生產的各項要求要求的情況下，物流費用達到最小。

五、結束語

鋸片制造車間普遍沿用傳統的經驗法進行物流模式選擇和設備布置，存在著物流不通暢、生產效率低、生產柔性差等問題，需要選用更科學合理的物流模式和設備布置。本文從實例入手，介紹了物流模式選擇的基本方法，并且根據物流路徑，結合生產實際，提出了利用數學方法和計算機來解決設備布置問題的辦法，經過運算，達到了預期的效果。這種解決車間物流和設備布置問題的方法對處理實際的問題具有重要的意義。

參考文獻:

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