安閥生產(chǎn)車間布置優(yōu)化問(wèn)題研究

劉仁安 金博文 曾驥 魯世峰

摘要：生產(chǎn)車間布局的合理性直接影響物流效率、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)安全及生產(chǎn)效率等方面，運(yùn)用系統(tǒng)設(shè)施布局法（SLP）和層次分析法（AHP）對(duì)傳統(tǒng)的生產(chǎn)車間進(jìn)行布局優(yōu)化，充分發(fā)揮車間的生產(chǎn)能力，提高物流流通效率和生產(chǎn)效率，從而得出最佳的布局方案。

Abstract： The rationality of workshop layout directly affects logistics efficiency， production cost， production safety and production efficiency. The traditional workshop layout is optimized by using SLP and AHP to give full play to the production capacity of workshop and improve logistics circulation efficiency and production efficiency， so as to get the best layout.

關(guān)鍵詞：車間布局設(shè)計(jì);系統(tǒng)設(shè)施布局法;層次分析法;遺傳算法

Key words： workshop layout design;system facility layout method;analytic hierarchy process;genetic algorithm

中圖分類號(hào)：TH18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）29-0280-04

0? 引言

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，制造業(yè)的發(fā)展面臨嚴(yán)峻地的挑戰(zhàn)。然而現(xiàn)階段許多企業(yè)對(duì)發(fā)展趨勢(shì)認(rèn)識(shí)不清或者過(guò)分強(qiáng)調(diào)了先進(jìn)的管理模式，還在使用以前的車間進(jìn)行生產(chǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品種類單一，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高等一系列問(wèn)題。因此，若想改變現(xiàn)狀，就需要對(duì)現(xiàn)有的車間進(jìn)行優(yōu)化，提高目前車間的空間利用率，提高車間柔性，減少生產(chǎn)成本，保障安全生產(chǎn)[3]。

經(jīng)過(guò)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從原材料到廠至加工結(jié)束，純粹用于材料的加工時(shí)間只占整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)周期的5%～10%，而剩下的90%～95%時(shí)間則被物料在各個(gè)加工工序之間的等待與物料的搬運(yùn)過(guò)程所占據(jù)。這種低效率的物料搬運(yùn)與物料等待將對(duì)企業(yè)的效益產(chǎn)生不可忽視的負(fù)面影響，也是企業(yè)在生產(chǎn)制造過(guò)程中需要花大量時(shí)間和精力來(lái)盡量避免的。在大多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)組織方式中，25%～55%的生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)被常見(jiàn)的物料搬運(yùn)所占據(jù)?？茖W(xué)的生產(chǎn)車間的設(shè)施布局的最終目標(biāo)是合理進(jìn)行車間設(shè)備布局，降低生產(chǎn)成本。

1? 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)車間現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)車間布局都是采用傳統(tǒng)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)稱SLP法。但是現(xiàn)在的企業(yè)朝著多元化的方向發(fā)展，產(chǎn)品的種類呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，以適應(yīng)不同的工況需求。而本文的研究對(duì)象安閥生產(chǎn)制造企業(yè)，是一家提供閥門制造服務(wù)的公司。現(xiàn)已擁有多個(gè)品種的主導(dǎo)產(chǎn)品，包括安全閥，蝶閥，截止閥等工業(yè)閥門。如果再采用SLP方法對(duì)安閥企業(yè)新廠區(qū)生產(chǎn)布置進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。就無(wú)法滿足企業(yè)快速發(fā)展的需求。主要原因有如下兩點(diǎn)：第一點(diǎn)是傳統(tǒng)的SLP方法是針對(duì)長(zhǎng)期訂單來(lái)進(jìn)行設(shè)備布局的，而現(xiàn)在企業(yè)也要進(jìn)行短期的訂單的業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)的布局方法增加巨大的生產(chǎn)成本，造成企業(yè)巨大的資源浪費(fèi)。第二點(diǎn)是SLP方法的主觀性比較強(qiáng)，布局設(shè)計(jì)大多依靠設(shè)計(jì)者的主觀經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程參雜了太多人為因素，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)方案的可靠性大大降低。本文采用的是SLP方案對(duì)車間設(shè)備進(jìn)行布局，利用AHP層次分析法選出最優(yōu)的布置方案，最后通過(guò)遺傳算法進(jìn)行分析運(yùn)算，得出最優(yōu)的生產(chǎn)車間設(shè)備布置方案。

通過(guò)對(duì)新廠區(qū)各個(gè)功能區(qū)的合理劃分，構(gòu)建出經(jīng)濟(jì)性和安全性兼?zhèn)涞纳a(chǎn)布局方案，對(duì)該廠后期的生產(chǎn)運(yùn)作活動(dòng)具有深遠(yuǎn)的意義

2? 建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型

2.1 模型假設(shè)

本文研究的是生產(chǎn)車間大的面積不等的多行連續(xù)分布問(wèn)題，先對(duì)布局的模型做出如下假設(shè)：①所有作業(yè)區(qū)域均是邊長(zhǎng)已知的矩形，忽略形狀細(xì)節(jié);②區(qū)域之間按照X軸保持水平方向排列，且同一行區(qū)域Y坐標(biāo)相同;③區(qū)域之間的搬運(yùn)方式按X軸水平方向或者垂直方向的路線移動(dòng)。以上假設(shè)，數(shù)學(xué)模型可以理解為在有限車間面積內(nèi)，滿足約束的條件下，盡量降低物流量為原則[5]。

2.2 數(shù)學(xué)模型

建立的車間布局?jǐn)?shù)學(xué)模型如圖1所示。設(shè)弓箭在設(shè)備間傳輸次數(shù)為aij，設(shè)備間的距離dij。車間設(shè)備布局最優(yōu)設(shè)計(jì)應(yīng)使得各設(shè)備間的運(yùn)輸距離最短，即

設(shè)備在車間中均需占有一定的面積，設(shè)備還需為操作留有一定的活動(dòng)空間，因此設(shè)備布局設(shè)計(jì)還需要考慮一些約束條件。設(shè)備i，j間的相對(duì)位置如圖1所示。其中dxij，dyij分別表示設(shè)備在X和Y方向間的最小間距si，Li分別表示設(shè)備i在X和Y方向的寬度。

實(shí)現(xiàn)車間布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)，所需要的約束條件包括：

①間距約束：設(shè)備間應(yīng)保持一定的間距，即

②邊界約束：設(shè)備在X，Y方向的布置不應(yīng)超過(guò)車間的長(zhǎng)度尺寸，即

其中，h和g分別表示車間在X，Y方向上的寬度。

3? 基于混合算法的布局分析