基于SLP 方法的大型回流式風(fēng)洞廠房工藝布局研究

姚建軍，楊杰

（中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100120）

風(fēng)洞試驗(yàn)是飛行器研制不可缺少的組成部分，它不僅在航空和航天工程的研究和發(fā)展中起著重要作用，隨著空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，在交通運(yùn)輸、房屋建筑、風(fēng)能利用等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。大型風(fēng)洞由于雷諾數(shù)、馬赫數(shù)等性能高，適合于大型運(yùn)輸類飛機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)等的空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。風(fēng)洞廠房是風(fēng)洞不可或缺的重要組成部分，為風(fēng)洞洞體、風(fēng)洞動(dòng)力系統(tǒng)、風(fēng)洞測控系統(tǒng)、氣源系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、變頻器及相應(yīng)的配套設(shè)備等的布置、運(yùn)行、維護(hù)提供專門的場地，一般包括風(fēng)洞主廠房、動(dòng)力廠房、壓縮機(jī)變頻控制廠房、配套系統(tǒng)廠房、試驗(yàn)段存放工位和附樓等。由于大型風(fēng)洞設(shè)計(jì)、制造技術(shù)難度大，工藝布局復(fù)雜多變，風(fēng)洞廠房的工藝布局設(shè)計(jì)存在不足或問題，可能造成建設(shè)及使用成本的增加，甚至影響風(fēng)洞的使用性能。本文結(jié)合大型回流風(fēng)洞廠房建設(shè)項(xiàng)目，研究風(fēng)洞廠房的工藝布局設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，根據(jù)試驗(yàn)及試驗(yàn)設(shè)施對水、電、氣的需求，對廠房進(jìn)行合理布置，規(guī)劃物流、人流，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置甚至共用，優(yōu)化風(fēng)洞性能、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益。

1 風(fēng)洞及廠房簡介

1.1 回流式風(fēng)洞的組成

大型回流式風(fēng)洞主要由風(fēng)洞洞體（由穩(wěn)定段、收縮段、噴管段、試驗(yàn)段、駐室抽氣及再入段、喉道、亞聲速擴(kuò)散段、拐角段等主要部段組成）、風(fēng)洞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、風(fēng)洞測控系統(tǒng)、氣源系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、供配電及變頻器等配套設(shè)備組成。

1.2 風(fēng)洞廠房設(shè)計(jì)所涉及的主要因素

風(fēng)洞廠房是風(fēng)洞及輔助設(shè)施布置、維護(hù)的專門場地，本文重點(diǎn)研究廠房的設(shè)計(jì)。根據(jù)風(fēng)洞設(shè)備功能，風(fēng)洞廠房一般包括風(fēng)洞主廠房、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廠房、壓縮機(jī)變頻及控制廠房、配套系統(tǒng)廠房、試驗(yàn)段存放工位和輔助用房等。

2 基于SLP 的布局設(shè)計(jì)研究

SLP 方法分析嚴(yán)密，步驟規(guī)范，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，是廠房布局設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，主要流程如下。

2.1 風(fēng)洞廠房功能組成分析

根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)需求，考慮建筑設(shè)計(jì)模數(shù)等因素，明確各功能區(qū)域面積需求如表1 所示（其中沒有具體面積尺寸要求的房間，可按照常規(guī)要求設(shè)計(jì)）。

表1 大型回流式風(fēng)洞廠房功能需求表

2.2 物流分析

風(fēng)洞廠房運(yùn)行階段，主要物流均圍繞風(fēng)洞試驗(yàn)展開，從進(jìn)場到試驗(yàn)的全過程流程如圖1 所示。

圖1 大型風(fēng)洞運(yùn)行時(shí)模型物流圖

2.3 非物流分析

非物流分析亦是風(fēng)洞廠房布局的重要因素，需要綜合考慮能源供應(yīng)、噪音等因素。其中，由于風(fēng)洞對供電、水、壓縮空氣、真空等配套條件的消耗需求較大，該部分是非物流分析的核心，需求如表1 所示。

2.4 綜合相關(guān)關(guān)系

綜合相關(guān)關(guān)系兼顧物流與非物流關(guān)系，確定物流與非物流的權(quán)重，數(shù)值化物流與非物流關(guān)系等級，數(shù)值加權(quán)物流與非物流關(guān)系，數(shù)值等級化物流與非物流關(guān)系，形成作業(yè)單元綜合相關(guān)關(guān)系。

各作業(yè)單位之間既有物流聯(lián)系，也有非物流聯(lián)系，因此，在SLP 中要將作業(yè)單位間的物流相互關(guān)系與非物流相互關(guān)系進(jìn)行合并，得出綜合相互關(guān)系表，然后在各功能區(qū)域綜合相互關(guān)系的基礎(chǔ)上合理布置。

綜合后，根據(jù)物流相互關(guān)系和非物流分析所得的相互關(guān)系重要程度，物流關(guān)系與非物流關(guān)系的加權(quán)值為1∶1，并按照A=4、E=3、I=2、O=1、U=0、X=-1 計(jì)算得出，綜合相互關(guān)系如表2 所示。

表2 大型回流式風(fēng)洞廠房綜合接近程度排序表

2.5 位置及面積相關(guān)圖

根據(jù)綜合相互關(guān)系密切程度，確定作業(yè)單元相對位置，形成作業(yè)單元位置相關(guān)圖。

繪制面積相關(guān)圖，是由位置相關(guān)圖向面積相關(guān)圖的轉(zhuǎn)化過程。繪制大型回流式風(fēng)洞廠房面積相關(guān)圖時(shí)，需形象地、圖形化地安排所有作業(yè)及其相互關(guān)系、所需面積等。根據(jù)分析后的位置相關(guān)圖及其確定后的面積，采用適當(dāng)?shù)男螤詈捅壤龑⒚總€(gè)作業(yè)單位面積在圖上進(jìn)行配置分析，并盡可能地考慮工業(yè)建筑規(guī)范等設(shè)計(jì)要求。

在各功能區(qū)域位置相關(guān)圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合廠房整體外形需求，占地面積需求，各功能區(qū)域占地面積、建筑面積、外形尺寸需求，繪制風(fēng)洞廠房各功能區(qū)域的面積相關(guān)圖，最終形成該廠房的各功能區(qū)域面積相關(guān)圖。

綜合考慮風(fēng)洞設(shè)備占地、使用面積、物流與非物流管線，兼顧廠房美觀，設(shè)計(jì)并優(yōu)化大型回流式風(fēng)洞廠房的布局。采用與原車間布局對比的方法，SLP 布局設(shè)計(jì)方法更為有效，設(shè)備綜合利用率提升10%，物料搬運(yùn)次數(shù)減少12%、儲存次數(shù)減少8%，使得風(fēng)洞廠房試驗(yàn)效率顯著提升。

3 結(jié)語

本文以大型回流式風(fēng)洞廠房為研究對象，采用系統(tǒng)布置規(guī)劃方法（SLP）對廠房布置設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，形成了理論上優(yōu)化合理的廠房布置，奠定了該類廠房布置設(shè)計(jì)及優(yōu)化的實(shí)踐基礎(chǔ)。

未來可研究深度運(yùn)用SLP 的特點(diǎn)，挖掘其在布置設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，由大型回流式風(fēng)洞廠房布置設(shè)計(jì)延伸至飛控試驗(yàn)、機(jī)電試驗(yàn)等廠房的布置設(shè)計(jì)，提升大型非標(biāo)試驗(yàn)系統(tǒng)的整體物流效率、試驗(yàn)效率。