淺論“品”字型物流線路在機械工廠總圖設計中的應用

劉軍偉,于 露

(機械工業第六設計研究院有限公司 國際工程院, 河南 鄭州 450007)

從工廠設計調查分析可知，產成品的成本中30%～40%是物流成本，某些情況下會更高.因此，降低成本，提高效益，應當從物流管理和物流線路設計入手，而優化物流線路設計正是容易見效的手段之一.

根據資料，在成批生產并以金屬切削加工為主的制造業中，工件在機床上加工的總時間約占其在生產系統中流通時間的5%左右，其余約95%的時間均花費在搬運、停滯、等待、倉儲等非生產性活動上，而真正用于創造價值的時間，只不過是全部物流時間的5%[1].因此，在工廠設計尤其是機械工廠設計時，要優先把高效物流觀念落實到具體的設計中，盡量減少不合理物流線路占用的時間和空間.

1 “品”字型物流線路

顧名思義，“品”字型物流線路就是幾個相互關聯的生產車間或聯合廠房呈“品”字型總圖布置，在用地合理的前提下力求各關聯車間或廠房的聯系路線最短.考慮到某重型機床廠的物料零部件單件過重，車間之間的物料轉運困難，在總圖方案設計時，可利用平面軌道運輸車將粗加工車間與精加工車間，以及銑床、鏜床、立車等典型裝配車間之間緊密聯系起來，形成圖1所示的“品”字型車間布局.

圖1 利用平面軌道運輸車的“品”字型車間布局

從圖1可看出，粗加工車間、精加工車間與銑床裝配車間的相對位置，形似一個“品”字型結構.細數起來，圖1中這樣的“品”字型結構有6個之多.這種車間布置方式的最大特點在于，相互關聯的生產車間通過“品”字型物流線路被緊密地聯系起來.

在機械工廠總圖設計中，“品”字型物流線路的優點表現為：其一，相對傳統的“一”字型或“L”型線路來說，“品”字型物流線路使生產各部分組合起來，近似一個“U”字型，即各車間之間的物流幾乎在一個同心圓內進行，大大縮短了車間之間物流線路的長度；其次，這種組合可有效節約建設用地；其三，這種組合是目前我國裝備制造業所倡導的精益生產的一種總圖布置模式.

“品”字型物流線路在機械行業應用廣泛.在汽車制造廠的設計中，將沖壓、焊接、涂裝、總裝四大工序中任意3個按“品”字型結構進行布置，對于組織總圖布局、功能分區和交通流線都非常有效.但在“品”字型物流線路布置時，應考慮生產作業的習慣、自然條件、氣象條件以及地形地勢的影響，避免“品”字型物流線路的絕對化和形式化，以及各生產模塊布局設計的“死板硬套”.

2 “品”字型物流線路在某齒輪機床廠總圖設計中的應用

我國西南地區某機床廠以齒輪機床為主導產品，廠區總圖設計要求“高起點、高目標、高質量、高效率、高效益”.其工藝設計的原則,一是廣泛采用行業內先進、成熟、適用的新工藝、新技術、新裝備、新材料，提高企業的技術創新能力、工藝水平、裝備水平和管理水平，增強企業的核心競爭力；二是以市場為導向，以產品為龍頭，總體上按照專業化協作生產的原則進行企業生產組織；三是堅持社會化分工與協作的原則，將精度一般的零件及粗加工業務擴散外協，做到有所為和有所不為.

根據上述指導思想設計的該機床廠局部總圖平面如圖2所示.由于加工工藝、涂裝工藝、裝配工藝、配送中心及成品庫之間聯系緊密，因此在總圖設計時，根據廠區自然地形條件，將它們布置為“品”字型物流形式，既順應廠區外部物流方向，又與廠區內部人流互不交叉.這樣的設計綜合考慮了各車間的生產工藝，在確定車間生產性質的同時，兼顧工藝相近的“相關多元化”產品的總體生產要求，形成一種在一定范圍內通用的生產能力，以建立“柔性”生產系統，降低工廠的運營風險，更好地適應市場波動.

該建設場地存在一定坡度，按“品”字型結構設計的各車間室內標高一致，雖然會導致土方工程的增加，但前期投入的土方工程造價相對于工廠運營后的物流成本節約，將是微不足道的.

3 “品”字型物流線路在某工程機械廠總圖設計中的應用

某工程機械廠以推土機、挖掘機和壓路機等工程機械產品的生產為主.其工廠設計以功能性、先進性、經濟性、可實施性、適應性為指導思想.其中“功能性”強調廠區總平面布局科學合理、物流順暢、管線高效；先進性、經濟性、可實施性表現在工藝先進、可靠、適用，管理扁平化，運行高效化；“適應性”要求建立“柔性”生產系統，使生產系統既能滿足生產綱領中核心產品的要求，又能適應工藝相近的“相關多元化”產品的生產，以解決市場經濟條件下企業對市場波動的適應能力[2].

在總圖設計時，考慮到該企業的產品多由結構件組成，產品生產工藝中備料工藝和焊接工藝占據的車間面積較大，聯系緊密，且裝配工藝和涂裝工藝聯系更加緊密，于是，將備料工藝和焊接工藝分別布置成相對獨立的聯合廠房，而將裝配車間和涂裝車間按“垂直”狀布置成一個聯合廠房.同時，將上述3個聯合廠房按“品”字型結構布置(圖3).這樣的總圖設計既照顧了聯合廠房之間的物流聯系，又充分地考慮了建筑之間的防火分區、消防疏散等因素.

圖3 某工程機械廠局部總圖平面

從設計經驗看，“品”字型結構布置經常存在預留車間的情況.相對于傳統機械工廠的分車間單獨布置而言，這種大聯合廠房的布置形式適用于業主建設資金充足，且對遠期建設預留場地相對較少的情況.

4 “品”字型物流線路在某農業機械廠總圖設計中的應用

某企業擬新建大型聯合收獲機械生產廠，主導產品為水稻收割機、聯合收割機，計劃新建沖壓車間、焊接車間、涂裝車間、裝配車間、試驗檢測車間、外協件庫、成品庫等.該工廠設計貫徹精益生產的設計理念，在工廠物流設計時采用“柔性”生產系統，各生產車間按“品”字型物流組織來布局[3-4].圖4所示為某大型收獲機械廠的局部總圖平面.

對沖壓焊接工藝、裝配工藝、涂裝工藝、試車跑道及成品存放場等部分進行設計研究，發現沖壓焊接工藝、裝配工藝及涂裝工藝的聯系比較緊密.因此，在總圖設計時將這三者按“品”字型布置為一個聯合廠房，并根據《工業企業總平面設計規劃》GB50187-2012、《建筑設計防火規范》GB50016-2014、《機械工廠總平面及運輸設計規范》JBJ9-96及特定的生產工藝要求，在裝配工藝與沖壓焊接工藝之間巧妙地設計了露天跨形式.

圖4 某大型收獲機械廠局部總圖平面

與圖2、圖3中形式上脫開的“品”字型物流組織相比，圖4顯示出一個更加緊密的“品”字型物流結構.這樣的設計使物流路線更加簡捷，方便了機械廠工人平日的技術操作，提高了生產作業效率.盡管其各生產車間的組合相當于“垂直”狀的聯合廠房，會給自然通風、排煙及采光帶來不便，聯合廠房的火災危險性分類往往要采取高一級的防火等級來定性，但是從長期節省物流成本的角度看，采用“品”字型物流線路的布置形式仍然是利大于弊的.

5 結束語

機械工廠的總圖設計受場地地形、氣象條件、周邊環境及市政設施等因素影響，會對工廠內部和外部物料運輸產生一定制約，但機械工廠內部各車間的聯系又具有普遍規律.若通曉這些內在規律，在機械工廠總圖設計時就可以游刃有余，因地制宜，靈活布置.

本文著重對機械工廠總圖設計過程中物料運輸設計的“品”字型物流線路進行初步探討，著重闡述了機械工廠總圖設計中物流線路的設計問題，能夠為機械工廠總圖設計提供借鑒與參考.