基于SLP和SHA的變壓器車間物流設施分析及仿真優化

［摘要］本文應用SLP和SHA結合方法對企業的變壓器車間進行設施及物流系統的布置設計與評估，并進一步運用WITNESS仿真軟件模擬車間運行情況，最終得出車間設施布置與設備配置最為經濟合理的設計方案。結果表明，經過改善后的車間效率明顯提高了。

［關鍵詞］系統化布局設施；系統化搬運分析；仿真優化

［中圖分類號］F253［文獻標識碼］A［文章編號］1005-6432（2014）22-0011-04

1引言

設施規劃是指根據企業經營方針、目標，考慮生產發展和市場需求、科研、新產品開發、節能、安全、環保等方面的需要，通過調查研究，進行技術經濟的可行性分析，并結合現有設備的能力、資金來源等綜合平衡，以及根據企業更新、改造計劃等而制訂的企業中長期設備投資的計劃。［1］設施規劃是有目標的活動，不論是新設施的規劃還是舊設施的再規劃，必須有本身的目標作為整個規劃活動的中心。［2］一般而言，設施規劃的目標是通過對工廠進行合理的設施布置，進而得到高效運行的生產系統，以期獲得最佳的經濟效益和社會效益。系統化布置設計方法提供了一種以物流設施的物流相互關系分析為主線的規劃設計方法，采用了一套表達能力很強的圖例符號和簡明表格，通過一套條理清晰的設計程序進行工廠布置設計。［3］本文研究的是某大型企業中的一個小車間，該車間主要生產變壓器，但是由于車間內各種設施的布置存在一定的問題，導致該車間用在物料搬運上的成本無法得到有效的降低，產品的生產效率也沒能得到提高。本文根據變壓器的產品組成、制作工藝流程以及變壓器車間的布局，運用SLP+SHA的方法進行仿真結果分析來確定該生產車間的設施布置與運作流程，以提高該車間的生產效率，降低生產成本。

2基于SLP布局設計的整體分析

21產品—產量分析

企業生產的產品與產品數量會影響到一個企業生產物流的設施規劃。由于該車間為某企業內一個小型的變壓器生產車間，因此該車間的產品主要是變壓器。由于是生產比較復雜的變壓器，該車間需要一些輔助材料，像絕緣件、線圈、鐵芯等，而這三種零件也是在該車間生產完成的。因此，該變壓器車間生產的主要產品及產量分析如表1所示。

表1變壓器車間的產品—產量表產品序號產品名稱單位產量（個）總產量（個）1絕緣件551802線圈551673鐵芯551654變壓器55152

22作業單位劃分

作業單位是指各級不同的組成部分。作業單位劃分是系統設施布局規劃的重要參數，一般的作業單位劃分是根據作業單位建筑面積，在有效的空間內合理地進行設施規劃。該變壓器車間的作業單位建筑物匯總如表2所示。

表2變壓器車間作業單位建筑物匯總表代號作業單位名稱用途建筑面積(㎡)1原材料區儲存原材料4202半成品區堆放半成品5003真空干燥區對成品進行干燥6704絕緣區制作絕緣線等7405鐵芯制作區制作鐵芯4306繞線區制作線圈并繞線7807裝配區將制作完成的線圈進行裝配6308總裝區組裝線圈、鐵芯與絕緣體4109試驗區測試制作完成的變壓器35010成品區儲存已經制作完成的產品240

還有一些輔助部門，如休息區，辦公區等。

23物流路線

在生產車間中，物流線路是指物料從一點到另一點轉換的過程。由于線圈等輔助材料也是在該車間生產的，因此主要有以下幾種材料的工藝路線與變壓器制作的車間線路。

(1)線圈制作的工藝：線圈制作工藝如圖1所示。

圖1線圈制作工藝

(2)鐵芯制作的工藝：鐵芯制作工藝如圖2所示。

圖2鐵芯制作工藝

(3)變壓器制作工藝：變壓器制作工藝包括變壓器的加工流程以及將各種零件組合在一起所需要在車間內搬運的路線。如圖3變壓器制作流程，圖4為變壓器制作車間路線圖，根據變壓器的工藝流程制作的路線，首先是由原料區到絕緣區，然后到繞線區，進行絕緣件的制作；然后是在鐵芯制作區制作鐵芯；制作絕緣件與鐵芯的同時在裝配區進行線圈的制作裝配。這三項完成后轉入真空干燥區進行干燥，干燥完成后再到總裝區組裝器身，組裝完成后再一次干燥，再進行出產試驗，出產試驗合格后產品生產就完成了。

圖3變壓器制作流程

圖4變壓器制作車間路線圖

3基于SHA搬運作業的總體布置分析

31工藝流程圖

物料流程分析主要使用單種或多種產品流程圖，美國機械工程師學會(ASME)制定了一套標準符號來繪制產品流程圖。［4］因此，該變壓器的具體生產工藝流程如圖5所示。

圖5變壓器工藝流程圖

32物流量從至表

一般來說，物流量是指一定時間內通過兩物流點間的物料數量。在物流中一般所說的物流量是指物流運動過程中一定時間內按規定標準修正、折算的搬運和運輸量。本文中物流量指的是物料的搬運量。

表3物流量從至表路線(從—至)距離(m)物流量(t)等級原料區—絕緣區359532O絕緣區—半成品區4238214O繞線區—裝配區66516583I半成品區—真空干燥區8748214O鐵芯制作區—真空干燥區76328326E裝配區—真空干燥區73614583I真空干燥區—總裝區6548201A總裝區—真空干燥區6543015A真空干燥區—試驗區3038241E試驗區—成品區3238241E

由表3可知，不同路線之間的距離與物流量是不同的，也可得知這些工序流程路線有許多曲折迂回的路線，大大地降低了物流運作的效率。因此可以在此基礎之上分析并加以改善。

33作業關系分析

繆瑟對作業單位之間的相互關系的評定，設定了五個等級，級A(Absolutely Important)、E(Especially Important)、I(Important)、O(Ordinary)、U(Unimportant)。

A表示極其重要，E表示特別重要，I表示重要，O表示一般重要，U表示不重要。對于A類物流可能占有少數的物流線路，但是承擔著較大的物流量，所以這一類是優化的重點，當然隨后的就是E類、I類等。［5］表4為作業關系等級劃分表。

表4作業關系等級劃分表字母關系密切程度的依據密切程度系數值A同一工序內，使用相同的人員、

公共設施和管理方法絕對必要4E搬運物料的數量、服務的頻繁和

緊急程度特別重要3I方便、安全、搬運物料的數量重要2O聯系頻繁程度一般1U接觸、聯系不多、輔助服務不重要不重要0X灰塵、火災、外觀、振動不希望接近-1

根據產品的工藝流程、物流量從至表以及各單位間的密切程度，得到了各個作業單位之間的作業關系圖。如圖6所示。

圖6作業相關圖

從該作業相關圖中，我們能很容易找出何種工序之間存在何種等級的關系，然后根據作業關系等級劃分表繪制出該車間的綜合接近程度排序表。如表5所示，綜合接近程度分值越高，說明該作業單位越應該靠近布置圖的中心位置，分值越低說明該作業單位越應該處于布置圖的邊緣位置。

表5綜合接近程度排序表作業單位代號12345678910綜合接近程度14142425674排序10519684327

34優化布局方案及評價

由文中前面對車間的物流路線圖、工藝流程圖、物流量從至圖、作業相關圖以及綜合接近程度的分析和總體布置的評價，并根據車間的實際情況設計優化方案，優化方案為：將綜合接近程度相對較高的真空干燥區移到車間中心地方，與試驗區、總裝區相鄰，而綜合接近程度相對較低的原材料區與絕緣區應該適當地放在車間靠邊緣的地方，而其他像成品區也可適當移到旁邊。這樣就可以適當減少物流搬運量，縮短物流搬運距離。

4仿真優化

由于改善后的結果未知，根據車間整體布局平面圖，對改善后的結果進行仿真分析，測試是否能有效達到改善目的。物流系統仿真主要是針對生產物流過程中的控制與優化問題來進行的，隨著供應鏈的興起與發展，更多的研究關注于集采購、生產和銷售一體化的供應鏈仿真。本文主要是利用WITNESS仿真軟件對所建系統進行仿真。就這次的事件而言，用離散型事件分析法來仿真該系統，統計出結果之后分析每個區域的利用程度。仿真之前首先要確定仿真的目的，需要定義的元素，并且要建立系統模型以及其他的一些在仿真中會用到的元素。變壓器車間優化后的仿真模型及運行結果如圖7所示。

圖7布局優化后的仿真模型

布局優化后，原材料都得到了合理的利用，產量和設備利用率都有明顯的提升，主要的機器設備加工器、檢驗機、總裝機的利用率都達到了90%以上，干燥器的利用率也相對得到了提升，而這主要是通過改變前后工序之間的距離來實現的。優化過程中通過縮短物流量較小的工序之間的距離，減少物流的搬運時間，從而提高設備利用率。另外，優化主要是改變搬運距離，通過在輸送帶上傳遞的繁忙程度的改變來影響搬運時間，使得主要的輸送鏈上沒有堵塞的情況，不會因為輸送鏈故障致使堵塞而導致生產效率降低，并且輸送鏈上沒有太過空閑的，也沒有太過擁擠的，從而進一步提高產量與設備利用率。

5結論

本文綜合運用系統布置設計和搬運系統分析相結合的方法，在變壓器車間原有布置的基礎上，進行了整體優化設計，并運用WITNESS仿真軟件完善與細化布置方案設計，為車間實際生產提供可靠的仿真數據，對改善前后的結果進行優化分析。由此可以得知，系統布置設計與搬運系統分析方法對制造型車間的優化評估具有很重要的作用，同時也具有一定的實用價值。

參考文獻:

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［基金項目］江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃項目(項目編號：201310307050X)。