大三下课设车间布局

1步峰鞋衬生产车间平面布局设计及优化[摘要]合理的设施布局能够优化资源的利用，减少不必要的浪费，从而降低成本、提高物流效率、缩短生产周期、节省工作空间，进而提高企业的竞争力。本文通过对工厂生产车间各区域和所生产产品的工艺流程等相关因素的分析并结合工厂实际情况，运用系统化设施布置方法——经典SLP方法、关系表技术对该公司生产车间进行平面布局设计得出不同方案，并对方案进行综合评价，选出较佳方案，再运用CRAFT算法对较佳方案进行优化，得出最佳方案。[关键词]步峰鞋厂平面布局设计经典SLP方法关系表技术CRAFT算法引言本文中通过对步峰鞋厂现有的鞋衬车间生产物流进行调查分析，发现目前的布局存在回流和交叉流动等浪费。企业为了使其在市场中更有竞争力决定对原本生产车间的平面布局进行重新设计，以节省搬运成本。本文采用SLP方法、关系表技术对鞋衬生产车间进行布局设计，并采用CREFT算法对方案进行优化，选择最优方案。步峰采用新的布局方案后将大大节省鞋衬车间的物流成本，提高企业的市场竞争力。1.综述1.1步峰鞋厂简介步峰鞋厂是一家主要从事内销鞋部件生产的小型企业，位于福建省泉州市有中国鞋都之称的晋江。但从2008年年初，由于人民币升值、原材料上涨、新劳动法实施、出退口税调整等，鞋行业进入了整合年，政府支持下，许多企业转做外贸生意，许多资金不足的企业已倒闭、转型或者面临倒闭的威胁。由于内销鞋的生产量下降带来客户的流失，步峰决定缩小现有的内销鞋部件生产规模，但因鞋衬生产车间搬迁引起的设施设备位置的变动导致生产效率低下，希望得到改善。1.2设计的可行性步峰内销鞋现鞋衬生产车间为190㎡，共分7个区域，生产8种鞋衬，设计的总面积不大，涉及的区域不多，生产工艺不复杂，因此可以采用经典的SLP方法和关系表技术设计车间的初始布局方案，接着采用CRAFT算法进行优化，进而得出最优的车间布局方案。1.3布局优化的意义本文对步峰鞋衬生产车间进行平面布局优化的主要目标就是使物料搬运费用最小，便于物料的输入输出，使物料的运输线路尽可能短且避免交叉和往返，从而降低物流成本，提高物流效率，缩短生产周期，以提高企业竞争力为最终目的。2布局方法介绍2.1布局方法综述工厂平面布局设计与优化是结合工厂各物流流向，场地限制及其他非物流因素对厂内各物流作业单位进行合理布局，降低各作业单位的的物流成本，使得在保证其他条件2满足的情况下，总的物流成本最小，其结果是直接影响厂内的生产经营成本，因此平面布局优化的最终目标就是提高效率，降低成本。随着科学技术不断发展，数学和计算机技术被人们运用在布局优化中。目前，国内外对物流设施的布局优化研究方法有许多种，而本文从课程设计角度出发，结合该车间实际情况选择以下方法：SLP方法、关系表技术、CRAFT方法，以下将对其一一介绍。2.2SLP方法查理德.谬瑟提出的SLP方法，该方法提出了作业单位相互关系的等级表示法，是设施不知由定性阶段发展到定量阶段。其设计原理：a.对各作业单位之间的相互关系作出分析，包括物流和非物流的相互关系，建立作业单位相互关系表；b.根据相互关系表中作业单位之间相互关系的密切程度，决定各作业单位之间距离的远近，安排各作业单位的位置，绘制作业单位位置相关图，将各作业单位实际占地面积与作业单位位置相关图结合起来，形成作业单位面积相关图（或称空间关系图）；c.通过作业单位面积相关图的修正和调整，得到若干个可行的布局方案；d.量化各因素，用加权系数法建立方案质量评估的数量指标，并用该指标对各方案进行打分，得分最多的布置方案就是最佳布置方案[1]。在SLP方法中，可将研究设施布置问题的依据和切入点归纳为五个基本要素，即：（1）P产品或材料（2）Q数量或产量（3）R生产路线或工艺过程顺序（4）S辅助区域（5）T时间安排。其中P、Q两个基本要素是一切其他特征或条件的基础。SLP程序模式示意图如图1所示：图1SLP程序模式示意图3其操作步骤如下：1)将A、E级关系的区域放入布置图中，现级别的关系用相同长度的线段表示。调整，使E级关系的线段长度约为A级关系的两倍。2)按同样的规则布置I级关系。3)若区域较多，线段混乱，可以不必画出O级关系，但X级关系必须表示出。4)调整各区域的位置，以满足关系的亲疏程度。5)将各个区域的面积表示进布置图中，生成空间关系图。6)经过评价、修改，便获得最终布置。2.3关系表技术经典的SLP中，有关系图生成空间关系图的过程中，采用试错法完成。这对于初学者往往需要经过多次的尝试，而且定量性不强。Tompkins介绍了一种关系表技术，布置可以按照一定的逻辑关系进行[1]。其步骤如下：（1）转化物流与作业单位相互关系图为关系表。（2）选择A级关系最多的区域作为第一区域优先进入布置。（3）选择与第一区域具有A级关系的区域作为第二区域进入布置。（4）选择与第一二区域具有AA、AE、AI、A*的排列顺序选择第三区域（出现并列关系的优先面积大区域）。（5）依次选择直至结束。（6）根据面积进行实际面积的布置。但是由于SLP和关系表技术主要是采用手工布置，受主观经验、自身知识及能力等多种因素的影响，虽然在布置过程中考虑了系统优化，但往往得不到优解，而且手工布置程序繁琐，导致提供给决策者最终的方案较少，可供决策者选择的余地太小，不利于科学决策[2]。因此本次设计选择了改进型的CRAFT算法作为优化的方法，有助于减少失误。2.4CARFTCRAFT是Buffa等人于1942年提出的，是一种改进型算法，需要用户提供初始布置方案。在CRAFT中，选择具有公共边或面积相等的区域进行交换，其他无公共边或面积不相等的区域不能进行交换。这样做得目的是为了使相交换的区域的位置互换不致引起其他区域位置的变化。这种交换通常是以两两交换的方式进行的，也可以采用3区域交换的方式，交换的最大次数小于n(n-1)/2，n是区域的数目。CRAFT的评估标准是物料搬运费用（物流量×距离×单位距离成本）每一轮的交换中，选择搬运成本节省最多的布置作为交换结果。重复这种交换，直到交换的位置不能引起移动成本的进一步降低为止。距离的计算采用区域中心间的折线距离[1]。3车间平面布局优化3.1鞋衬生产车间信息车间布局现状：现有鞋衬车间成倒L型，整个区域无门或墙的限制，便于改造，但使用的器械有部分为重型机械不易移动，布局改造需花费一定的时间、人力物力。现有布局如图2所示：4各区域机械设备使用情况和所需面积如表1、表2所示：表1各区域机械设备使用情况区域设备名称规格数量冲床区冲床2.5m×4.0m1塑型区加热机0.9m×2.5m1塑型区塑型机0.9m×2.5m1转印区转印机1.0m×1.3m1贴垫区喷胶机1.5m×2.0m1表2各区域所需面积区域1234567面积/㎡30404010202030注:由于需留置工作空间及设备的安装条件等要求,区域1、2、3、4、5、6必须为图2所示的面积形状。各产品工艺流程及产量表3各产品工艺路线及产量鞋衬名工艺流程月产量（万双）平面油印衬1-2-4-71平面油印垫衬1-2-4-6-72平面彩印衬1-2-5-75平面彩印垫衬1-2-5-6-76塑型油印衬1-2-3-2-4-71塑型油印垫衬1-2-3-2-4-6-72塑型彩印衬1-2-3-2-5-74塑型彩印垫衬1-2-3-2-5-6-757.成品堆放区1.原料堆放区4.印花区2.冲床区5.转印区6.贴垫区3.塑型区1—原料堆放区2—冲床区3—塑型区4—印花区5—转印区6—贴垫区7—成品堆放区注：左图各个方框分别由长宽1×1的单位小矩形叠加而成（区域4由两个单位小矩形构成,每个小矩形为5㎡）图2现鞋衬车间布局图注：表中设备除冲床不需要气压机辅助工作，其余均需气压机辅助工作，本车间共两台气压机，每台可供两台机器工作。5鞋衬的生产虽然存在淡旺季的区别，但并不影响各区域物流流向及流量有无，为了便于计算，将年生产量平均到每一个月，总生产时间为十一个月。结合图2和表32可以看出，这是一种功能化布局，但各区域间存在明显的回退和交叉流动现象，造成不必要的物流浪费。3.2物流分析由于实际生产过程中一般一一个订单作为一次搬运单元，但为了便于计算并使各区域间的物流流量具有可比性，本文将10000双鞋衬作为一个搬运单位，以一个搬运单位作为当量物流量，另外为了优化布局的需要将成品进行分类，分为7a、7b类存储，具体情况如表4所示：表4工艺路线、月产量、物流量鞋衬名鞋衬代号工艺流程月产量（万双）当量物流量(个)平面油印衬A11-2-4-7a11平面油印垫衬A21-2-4-6-7a22平面彩印衬B11-2-5-7b55平面彩印垫衬B21-2-3-2-5-6-7a66塑型油印衬C11-2-3-2-4-7a11塑型油印垫衬C21-2-3-2-4-6-7a22塑型彩印衬D11-2-3-2-5-7b44塑型彩印垫衬D21-2-3-2-5-6-7a55②根据表4构建从至表如表5所示：表5从至表7b\从/至1234567a7b100000020000300000040000050000060000007a00000000000000\\\\\\\2612620124211915按表5所示物流量等级划分标准，将区域的物流量转化为关系代码，生成区域关系图，具体内容如表6、图3所示：表6物流量等级划分关系代码AEIOU相应数值[24，+∞)[18,24)[12,18)[6,12)[0,6)区域等级的划分依据A级关系占2～5%，E级关系占3～10%，I级关系占5～15%，O级关系占10～25%，U级关系占25～60%，A、E、I级的关系不超过10～30%。但是由于该车间的生产规模较小，难以严格满足等级划分规则，故作出适当调整，使各物流量尽可能的分布不同的等级。63.2采用SLP方法重新布置车间根据图3，采用试错法生成线型关系图：先将A、E级关系的1235放入布置图，相同级别的关系用相同长度的线段表示；按同样的规则布置I级关系；最后将各个区域的面积表示进布置图中，生成空间关系图。具体过程如图4所示：1A2UAU3OUUEU4UUUUUUU5UUUOUU6UUIO7aUU7b图3区域关系图5123图4-a512367a图4-b47bbb512367aaaaa图4-c图4线型关系图7④最后再将区域面积的约束加入，生成如图5所示的空间关系图：实际上由相互关系图可以得到多个空间关系图，但在本文中只选如图5所示的一个空间关系图作为布局方案，其实是有待改进的。3.3采用关系表技术重新布置生产车间首先由关系图图3列出关系表如表7所示：表7关系表部门1234567a7bA1、32E2I65、7a6O47b5U6、7a44152由表7可以看出，①区域2与区域1、3有A级关系，所以第一个布置；②区域1、3与区域2有A级关系，但区域3面积较大，所以区域3第二个布置；③区域1、4、5与区域2、3的关系如表7-a，所以区域1第三个布置；表7-a区域231A4O5E图5空间关系图7b567a41238④区域4、5与区域1、2、3的关系如表7-b,所以区域5第四个布置；⑤区域4、6、7b与区域1、2、3、5的关系如表7-c，所以区域6第五个布置；⑥区域4、7a、7b与区域1、2、3、5、6的关系如表7-d，所以区域7a第六个布置；⑦区域4、7b与其余区域的关系如表7-e，所以区域4优先布置，区域7b最后布置。综上，布置顺序为2-3-1-5-6-7a--4-7b。进而根据其相互关系确定空间大致位置，最后选择单位面积，确定各区域的单位面积数目，按照各单位的面积数目确定初步布置并调整生成最后布置。现选择5平方米作为单位面积，各区域相应的单位面积数如表8所示。确定初步布置并进一步调整为最后布置效果如图6所示。表8各区域所需单位面积数单位面积数/5㎡6882446区域1234567面积/㎡30404010202030表7-b区域1234O5E表7-c区域12354O6I7bO表7-d区域123564OU7aI7bO表7-e区域123567a4OUU7bO321