基于SLP和eM—Plant的車間設施布置優化

盧艷君+潘春榮

摘要：對某編織袋生產車間布局進行分析，存在物流路線雜亂和設備利用率低等問題，采用系統布置設計法（Systematic Layout Planning， SLP）和eM-Plant仿真平臺相結合的方法。首先，對車間各作業單位的物流與非物流關系進行統計分析，確定車間各作業單位間的綜合相互關系，并繪制其位置相關圖。然后，通過作業區面積及實際約束條件，設計了兩套設施規劃方案。最后，將設計方案導入eM-Plant仿真軟件進行模擬分析，綜合考慮前后工序平衡性，采用定性與定量相結合的方法評估方案的可行性，結合仿真結果合并柔版區和干法復合區，提高了企業的生產效率和設施利用率。

Abstract： To analyze the layout of woven bag production workshop， SLP （Systematic Layout Planning） method and eM-plant simulation platform are adopted to improve logistics circuit and equipment utilization. For all operation units in workshop， the relationship between logistics and non-logistics is analyzed. After the determination of comprehensive relationship， a position correlation diagram is drawn to depict the close degree of operation units. Then， two sets of facilities planning are designed according to working area and actual constrains. The two sets of facilities planning are analyzed by importing them into eM-plant simulation platform. Considering the balance of all processes， the feasibility of the planning is evaluated by qualitative and quantitative method. Associated with the simulation results， the productivity and equipment utilization are improved.

關鍵詞：塑編廠；物流；車間布置設計；SLP；仿真

Key words： plastic weaving factory；logistics；workshop layout design；SLP；simulation

關鍵詞：塑編廠；物流；車間布置設計；SLP；仿真；

中圖分類號：TS19；F273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）17-0245-05

0 引言

在國內經濟增速放緩的新態勢下，塑編行業穩定發展，國內對各種塑編產品的需求不斷攀升。很多塑編企業都在進行擴建或規劃新的生產基地，針對塑編產品需求的激增，合理的車間設施規劃對企業的長期發展有積極的影響和效益[1]。據測算，車間布局不合理會浪費約20%～50%的生產成本，而有效的物流運輸至少可以降低30%左右的生產成本 [2-3]。因此，合理的車間設施規劃對生產系統極為重要。

目前某塑編車間布局主要參考人工經驗或借鑒同類型的企業進行布置，由于受個人的經驗和偏好影響因素較大，缺乏科學的方法和系統的分析，導致生產出現嚴重的物流運輸問題。因此，本課題針對該編織袋制造車間進行設施規劃，對同類型企業改善車間具有較高的應用價值。同時也對塑編行業的發展奠定基礎。

1 系統布置（SLP）方法概述

系統布置方法（SLP）由美國理查德提出，是一套條理性強、系統化的車間布局方法。它不僅適用于各種機械制造車間的設計，而且還被應用于醫院、銀行等服務業。SLP方法是將P-產品、Q-數量、R-路線、S-輔助部門、T-時間作為切入點，分析各作業單位間物流關系，并結合各作業區占地面積及實際約束條件設計方案，然后根據改善目標及評價標準，選擇合適的設計方案。其設計流程[4]如圖1所示。

2 SLP方法的應用

2.1 產品工藝過程圖

某塑編廠主要生產農用塑編袋、食品塑編袋和物流編織袋等。其編織袋工藝流程主要包括原材料拉絲、圓織、彩印膜印刷以及編織袋后續加工，如復膜、柔版、套膜和平車。企業根據產品的制造工藝以及銷售廠家的要求，設計具體產品的相關工藝路線。該公司產品品種較多，下面以兩種產品為例說明其基本加工流程，其中：A表示某豬飼料編織袋；B表示某魚飼料編織袋。兩種塑編產品的加工物流路線，如圖2所示。圖2工藝流程圖中數字對應的作業區分別為：1-原材料庫、2-吹膜區、3-彩印車間、4-干法復合區、5-柔版印刷區、6-復膜區、7-普印區、8-折邊區、9-彩裁區、10-切縫一體區、11-電車區、12-熱熔加工區、13-自動套膜區、14-人工套膜區、15-平車區、16-質檢區、17-打包區、18-儲存區和19-辦公區。圖中倒三角表示儲存工序；圓圈表示加工工序；正方形表示檢驗工序[5]。

2.2 車間物流管理存在的問題

對塑編企業而言，由于產品品種繁多，頻繁更換物流線路，導致生產現場雜亂，既不利于生產制造，也易造成安全隱患。故改善車間布局既能提高生產效率，也對企業未來穩定發展打下良好的基礎。根據多次現場勘察并記錄車間生產狀況，發現該塑編廠物流管理存在如下問題：①車間生產柔性較低，不同類型的編織袋在同一設備上加工；②車間生產缺乏合理計劃，導致相關設備未得到充分利用，如干法復合機與自動套膜機，有效工作時間較短；③前后工序生產能力不均衡，導致車間現場堆放大量半成品；④現有廠房內的物料擺放缺乏統一規劃；⑤廠區作業環境不良，不僅影響生產效率，也對員工的生產積極性和改善生產工藝積極性產生不利影響。

因此，車間設施規劃方案設計時，要重點關注物流線路通暢與前后工序平衡等問題，同時也要考慮物流搬運系統等影響因素。

2.3 作業單元間物流與非物流分析

根據產品的工藝路線和統計的生產數據，確定作業單元間的物流強度。各等級的物流強度承擔的物流比例分別為：A（超高物流強度）-40%；E（特高物流強度）-30%；I（較大物流強度）-20%；O（一般物流強度）-10%；U（可忽略物流強度）-0%。按上述物流量統計比例，對各作業單元的物流強度進行劃分，如表1所示。根據表1中各作業單位的物流強度，將其物流相關性在物流相關圖中一一對應，如圖3所示。其中A、E級別的作業區，應在布置方案時重點考慮其在車間的位置。

在分析各作業單元間的非物流關系時，根據塑編袋的工藝特點，評定其密切程度的理由如生產服務、人員聯系和安全等[7]。通過上述影響因素，結合塑編廠的具體情況進行統計，得到非物流因素相互圖，如圖4所示。

2.4 作業單位綜合關系分析

根據塑編袋的生產工藝特點，其物流因素較非物流影響較大，擬定該車間物流因素與非物流因素對最終方案的影響權重m：n為2：1[6]。取A=4，E=3，I=2，O=1，U=0[6]，綜合量化作業單元間的關系，并匯總各作業單位的綜合得分，如表2所示。

2.5 作業單位位置相關圖

按照各作業單元的綜合得分，并結合作業單元承擔的物流量的比例，A-40%，E-30%，I-20%，O-10%；U-0%[6]，繪制相互關系圖，如圖5所示。其中作業單元間的線段數越多，表示其相互位置應該越接近，反之亦然[12]。

2.6 方案設計與評價

通過與相關設計人員的溝通，根據設備面積、人員活動范圍和寬放率等因素，確定其主要作業區的占地面積，如表3所示。根據上述分析與求解，結合車間實際限制因素，綜合考慮各作業區的相對位置。鑒于該廠區的入口與各車間的出口的相對位置及塑編廠的設計原則，設計該廠區的物流流動，以U型為主，直線型為輔，如圖6和圖7所示。

評價車間設施規劃存在多種標準，一般分為定性與定量兩種[11]。本文先以作業單位間的物流強度作為物流定量評價目標，分析車間物流搬成本的變化；然后將設計方案導入eM-plant仿真軟件中，分析方案中前后工序的平衡性。其中評價新方案的物流強度，以產品物流量與各作業區間的距離，用EXCEL實現矩陣乘法，得到新舊方案的物流強度對比表，如表4所示。其物流強度核算公式為[7]：

由表4計算結果可知，原方案的搬運距離矩陣和為1684m，方案1、2分別比原來的搬運距離矩陣和縮短了21.3%和35.0%。物流強度也大大減小，既提高了車間內物流搬運效率，又節約了物流成本。但是，根據原車間布局的搬遷難易程度，方案2比方案1的搬遷成本高，實施的可行性較差。另外，方案1、2與原方案相比，都將原廠區內10m寬的閑置車間過道搭上防雨板，即為人工套膜區所在位置，可以最大化利用空間資源。

3 eM-Plant驗證分析

eM-plant由Tecnomatix公司開發的一款應用于生產、物流和工程的仿真軟件，內嵌SimTalk語言，能夠快速，簡便地創建仿真模型，廣泛應用于汽車裝配線，供應鏈管理和化工領域等[9]。該仿真平臺可以有效地反應模塊間的物流信息，對企業節約成本提高競爭力具有重要的意義。

將設計方案1、2分別導入eM-plant仿真軟件，對其進行分析，其仿真模型圖如圖8所示。由于產品工藝路線繁雜，故采用程序控制產品的流向，下面以A產品為例說明，如何控制多產品在某設備的調度情況。設計方案的覆膜機組的仿真模擬圖如圖9所示，其中E61、E62表示兩臺覆膜機，E61表示一臺虛擬機，E6既能保證兩臺覆膜機統一調度，也可以從后臺觀察實時加工的情況。其SimTalk 程序如下：

is

do

if @.name ="A"and E61.empty and E62.empty then

E6.cont.move （E61）；

elseif E61.occupied and E62.empty then

E6.cont. move （E62）；

end；

end；

布置方案的修正與評價：

由于單個編織袋加工時間較短，仿真模擬以千條為單位進行仿真分析。分析仿真結果發現，設備的使用率達到66.61%左右，不存在堵塞狀況，如圖10所示。故規劃方案合理可行。但是，車間布局仍有不足，如作業區4、5的設備使用率相差較大，極不平衡，自動套膜機的最高等待率達到50%。仿真結果表明，評價方案的好壞不能僅僅依賴物流成本。針對平衡性較差的作業區4、5，解決方法為：將兩個作業區合并為一個。而自動套膜機的等待率較高，主要原因為生產計劃安排不當，設備頻繁切換，調機時間較長。擬解決措施為，合理安排生產計劃，降低設備故障率。修正方案后，再進行一次模擬分析，整個車間的生產率提高，如圖11所示。如圖中綠色曲線表示主要設備工作率，達到80%左右，相關設備間的平衡性較好。

上述方法均為定量評價方案的可行性，而定性評價方法則以方案的適用性，物料搬運效率，安全管理等因素，制成調查問卷的形式，讓該企業員工打分。綜合評定，方案1更利于實際生產。

4 結論

本文通過SLP方法和eM-Plant仿真平臺為某塑編車間布局進行規劃研究。分析了作業單位間的物流與非物流關系以及作業單位間的綜合相互關系，設計了兩套車間布局方案，采用物流成本與加權因素法評價方案，綜合考量設計方案，優化了車間的設施布局。將其原車間月產能450萬條提升700萬條，實現車間物流更通暢，縮短了企業制造產品的生產周期。

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