復(fù)合物流模式下的機械加工車間安全布局設(shè)計*

李嘉寧 林其彪 謝漢青 陽富強 段在鵬

(1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院 福州 350116； 2.福州大學(xué)至誠學(xué)院 福州 350002；3.中鋁東南材料院(福建)科技有限公司 福州 350015； 4.福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 福州 350116)

0 引言

車間生產(chǎn)工藝布局與生產(chǎn)安全有密切的關(guān)系，好的工藝布局不僅能保證高效生產(chǎn)，也能保證安全生產(chǎn)，另一方面由于工藝的革新、原材料的更迭，可能造成物流路線的不斷改變，這也會給車間安全帶來許多新的風(fēng)險，因此企業(yè)安全布局規(guī)劃研究極為重要。

許多學(xué)者對車間內(nèi)的布局進行了研究，米婷露[1]求得了各個生產(chǎn)單元的面積，更加準(zhǔn)確地分析了場內(nèi)交通對于布局的影響；趙峰等[2]首次將顧客流量作為物流因素，對其各個區(qū)域綜合分析，得出3套可行方案并采用層次分析法進行擇優(yōu);LIN Q L等[3]第一次采用兩個具有高頻率與邏輯性區(qū)域之間的密切關(guān)系，采用模糊約束對醫(yī)院內(nèi)的手術(shù)室位置進行優(yōu)化；BRITTES B G等[4]獨特地從管理者的角度對某綜合醫(yī)院進行布局優(yōu)化，并在優(yōu)化前期使用集群分析進行補充，除了使得生產(chǎn)力有所提高，還可以讓管理者對醫(yī)生的表現(xiàn)更加容易進行監(jiān)管。

現(xiàn)階段對于車間內(nèi)部的安全布局研究，多是從物流路線、作業(yè)單元面積等進行考慮，而對于車間內(nèi)的危險源[5]及物流方式等方面考慮較少。因此，本文引用系統(tǒng)布局設(shè)置(SLP)，綜合考慮車間復(fù)合物流和車間內(nèi)危險源，實現(xiàn)車間安全布局。

1 SLP簡介

系統(tǒng)布局設(shè)置(System Layout Planing，SLP)，是由美國科學(xué)家Richard.Muther在1961年提出。將以往經(jīng)驗式的定性評價，變成了通過圖表、符號等進行的科學(xué)的定量性評價，條例清楚、過程明確地梳理了各個生產(chǎn)單位之間的物流關(guān)系與非物流影響因素。考慮場地設(shè)施布置設(shè)計，做出位置關(guān)系圖，以此來得出幾個方案，并根據(jù)實際進行修正，得出最佳的方案。具體步驟如圖1。

圖1 SLP具體實施步驟

2 車間安全布局設(shè)計

該機械加工車間主要有打標(biāo)機、數(shù)控加工機床、單刀車、凸輪磨床、數(shù)控淬火機床、數(shù)控粗磨凸輪、凸輪銑、銷孔機、中頻淬火機、清毛刺、攻絲機、探傷機等依次運輸，運輸方式主要為自制的手推車。當(dāng)運輸量達到一定程度時采用天車進行運輸。最終在機加工車間的東邊的區(qū)域進行超聲清洗、防銹處理、包裝運輸至各地，原方案如圖2。

圖2 車間平面圖

2.1 作業(yè)單元劃分

由于該車間有相同工藝，本文按照工藝順序排序，相同工藝序號相同加以后綴進行區(qū)分。經(jīng)危險源辨識，該車間主要有11種事故類型，分別為：機械傷害、車輛傷害、起重傷害、物體打擊、觸電、火災(zāi)、噪音、震動、高溫、高處墜落、粉塵等。單元劃分如表1，位置如圖3。

2.2 物流關(guān)系分析

(1)復(fù)雜物流量核算。由于該車間與部分車間物流形式不同，首先該車間的物流為尋找式，即下游工藝的工人向上游尋找，且具有一定的定向性與定量性。可以分為3類：①上游一個單元供應(yīng)下游兩個單元；②上游兩個單元供應(yīng)下游兩個單元；③上游兩個單元供應(yīng)下游一個單元。對于不同的物流種類，應(yīng)有以下不同算法。

當(dāng)上游一個單元供應(yīng)下游兩個單元，由于人員一定是優(yōu)先前往較近單元進行尋找，因此距離對于物流量是成反比的，因此使用式(1)進行計算。

表1 單元劃分

圖3 單元劃分位置圖

例如：令單元1的總輸出物流量為Q1，單元1與單元2.1的距離為X1，與單元2.2的距離為X2，單元1運輸至單元2.1的物流量為Y1，運輸至單元2.2的物流量為Y2，即可得：

(1)

當(dāng)上游兩個單元供應(yīng)下游兩個單元，由于人員一定是優(yōu)先前往較近單元進行尋找，因此距離對于物流量是成反比的，但由于情況更加復(fù)雜，因此采用單純型法[6]來得出最優(yōu)的解決方案，使用式(2)進行計算：

(2)

k1、k2、l1、l2為距離系數(shù)求法如下：

令單元2.1到單元3.1與單元3.2的距離分別為L1、L2；單元2.2到單元3.1與單元3.2的距離分別為P1、P2。見式(3)：

(3)

同理：

(4)

當(dāng)上游兩個單元供應(yīng)下游一個單元則把自身所產(chǎn)的全部貨物運輸至下一工藝即可。

(2)物流關(guān)系分析。根據(jù)施工各區(qū)域之間的關(guān)系，參考物流強度分布確定各個作業(yè)單元的物流強度等級，其中物流強度由A、E、I、O、U來表示[7]。通過以上計算方法得出物流關(guān)系圖如圖4。

2.3 非物流關(guān)系分析

非物流關(guān)系主要考慮以下4個方面，以此繪制非物流關(guān)系如圖5。

(1)是否為相同工藝：如單元2.1與單元2.2為相同工藝相應(yīng)非物流關(guān)系為A。

(2)是否為相鄰工藝：如單元1與單元2.1為相鄰工藝相應(yīng)的非物流關(guān)系為E。

(3)是否有不良反應(yīng)：如單元2.1產(chǎn)生的廢油廢料與單元5的高溫可能有危險產(chǎn)生相應(yīng)的非物流關(guān)系為U。

(4)不良反應(yīng)是否嚴重、可控：如單元2.1產(chǎn)生的廢油廢料與單元5的高溫可能有危險產(chǎn)生但可以控制，相應(yīng)的非物流關(guān)系由U上升至O。

根據(jù)該車間專家建議，本文將物流因素與非物流因素進行1∶3的加權(quán)。對應(yīng)將A、E、I、O、U，分別賦值量化依次為3、2、1、0、-1，將賦值代入前文對于各個單元之間的評級后，即可得出綜合關(guān)系，如圖6。

2.4 復(fù)合物流綜合關(guān)系分析

(1)復(fù)合物流分析。在實際的車間物流過程中采用兩種運輸方式：a.手推車；b.天車。當(dāng)貨物量大于某一數(shù)值時，會采用天車運輸。為了保證物流的安全性，在運輸過程中,工人不能進入生產(chǎn)區(qū)域，只能在規(guī)定的運輸路線上，因而引入曼哈頓距離[8]。在運輸過程中只能在黑色實線上進行運輸。曼哈頓距離示意如圖7，車間運輸?shù)缆啡鐖D8。

圖5 非物流關(guān)系

圖6 綜合關(guān)系

以此根據(jù)現(xiàn)場情況考慮，每當(dāng)危險源對物流過程有所影響，相應(yīng)的對最終的結(jié)果進行一定的修正。

(2)危險源分析：

①中頻淬火機危險源。該危險源易發(fā)生高溫傷害，在物流過程中如果經(jīng)過中頻淬火機則可能加大人員在運輸過程中的危險，因此在最終的評級中增加1分。例如：單元2.2運輸至單元3.1時會經(jīng)過中頻淬火機(單元5)，因此最終評級加1分。

②天車。該危險源易發(fā)生起重傷害和機械傷害，在物流過程中發(fā)生危險的可能性會成倍的增加，且影響范圍較大，因此在最終的評級中每經(jīng)過任一單元則在最終評級中增加1分。例如：單元6運輸至單元7.2時經(jīng)過了單元4.2與單元2.2，因此最終評級加2分。

因此得到修正后綜合關(guān)系圖如圖9。

圖7 曼哈頓距離 圖8 車間運輸?shù)缆?/p>

圖9 修正后綜合關(guān)系圖

2.5 作業(yè)單元位置相關(guān)圖

由于關(guān)系錯綜復(fù)雜，為了使關(guān)系更加清晰明了舍棄掉評級為O的綜合關(guān)系，得出如下位置相關(guān)圖，見圖10。綜合考慮位置關(guān)系圖與經(jīng)濟方面影響后得出以下3個優(yōu)化方案，如圖11、圖12以及圖13。

圖10 位置相關(guān)圖 圖11 方案一

圖12 方案二 圖13 方案三

3 基于AHP的方案優(yōu)選

將安全因素、未來發(fā)展、物流的效率、作業(yè)人員認可度等,4個因素作為準(zhǔn)則層。將最優(yōu)方案作為目標(biāo)層，將3個優(yōu)化方案與原方案作為方案層。應(yīng)用層次分析法(AHP)對方案優(yōu)選，結(jié)果如表2，可知方案一為最佳的優(yōu)化方案。

表2 綜合權(quán)重

4 結(jié)論

對于復(fù)合物流的考慮，由綜合關(guān)系圖可以看出單元2.1、單元3.2的綜合物流關(guān)系最強烈；相同工藝之間的綜合物流關(guān)系較為強烈；對于有廢油廢料產(chǎn)生的單元應(yīng)遠離單元5；對于具有震動的單元應(yīng)遠離單元6。

將危險源與復(fù)合物流綜合考慮，由修正后物流關(guān)系圖可以看出單元8的綜合物流關(guān)系最強烈；單元6的綜合物流關(guān)系較為強烈；在安全運輸?shù)那疤嵯聭?yīng)將有廢油廢料產(chǎn)生的單元遠離單元5，對于具有震動的單元應(yīng)遠離單元6。

對方案一、方案二、方案三和原方案進行優(yōu)選，從安全因素、未來發(fā)展、物流的效率、作業(yè)人員認可度4個方面進行優(yōu)選，得出方案一無論從哪個方面都優(yōu)于其余3個方案，且安全因素在方案一中所占權(quán)重最大。