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安阀生产车间布置优化问题研究

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刘仁安金博文曾骥鲁世峰

摘要：生产车间布局的合理性直接影响物流效率、生产成本、生产安全及生产效率等方面，运用系统设施布局法（SLP）和层次分析法（AHP）对传统的生产车间进行布局优化，充分发挥车间的生产能力，提高物流流通效率和生产效率，从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.

关键词：车间布局设计;系统设施布局法;层次分析法;遗传算法

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

中图分类号：TH18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2019）29-0280-04

0? 引言

随着工业4.0时代的到来，制造业的发展面临严峻地的挑战。然而现阶段许多企业对发展趋势认识不清或者过分强调了先进的管理模式，还在使用以前的车间进行生产，导致产品种类单一，生产效率低，生产成本高等一系列问题。因此，若想改变现状，就需要对现有的车间进行优化，提高目前车间的空间利用率，提高车间柔性，减少生产成本，保障安全生产[3]。

经过有关数据统计，从原材料到厂至加工结束，纯粹用于材料的加工时间只占整个产品生产周期的5%～10%，而剩下的90%～95%时间则被物料在各个加工工序之间的等待与物料的搬运过程所占据。这种低效率的物料搬运与物料等待将对企业的效益产生不可忽视的负面影响，也是企业在生产制造过程中需要花大量时间和精力来尽量避免的。在大多数企业的生产组织方式中，25%～55%的生产经费被常见的物料搬运所占据。科学的生产车间的设施布局的最终目标是合理进行车间设备布局，降低生产成本。

1? 国内生产车间现状

传统的制造业企业的生产车间布局都是采用传统系统布局设计方案，简称SLP法。但是现在的企业朝着多元化的方向发展，产品的种类呈现多样化的趋势，以适应不同的工况需求。而本文的研究对象安阀生产制造企业，是一家提供阀门制造服务的公司。现已拥有多个品种的主导产品，包括安全阀，蝶阀，截止阀等工业阀门。如果再采用SLP方法对安阀企业新厂区生产布置进行规划设计。就无法满足企业快速发展的需求。主要原因有如下两点：第一点是传统的SLP方法是针对长期订单来进行设备布局的，而现在企业也要进行短期的订单的业务。传统的布局方法增加巨大的生产成本，造成企业巨大的资源浪费。第二点是SLP方法的主观性比较强，布局设计大多依靠设计者的主观经验，整个设计过程参杂了太多人为因素，对整个设计方案的可靠性大大降低。本文采用的是SLP方案对车间设备进行布局，利用AHP层次分析法选出最优的布置方案，最后通过遗传算法进行分析运算，得出最优的生产车间设备布置方案。

通过对新厂区各个功能区的合理划分，构建出经濟性和安全性兼备的生产布局方案，对该厂后期的生产运作活动具有深远的意义

2? 建立相关数学模型

2.1 模型假设

本文研究的是生产车间大的面积不等的多行连续分布问题，先对布局的模型做出如下假设：①所有作业区域均是边长已知的矩形，忽略形状细节;②区域之间按照X轴保持水平方向排列，且同一行区域Y坐标相同;③区域之间的搬运方式按X轴水平方向或者垂直方向的路线移动。以上假设，数学模型可以理解为在有限车间面积内，满足约束的条件下，尽量降低物流量为原则[5]。

2.2 数学模型

建立的车间布局数学模型如图1所示。设弓箭在设备间传输次数为aij，设备间的距离dij。车间设备布局最优设计应使得各设备间的运输距离最短，即

设备在车间中均需占有一定的面积，设备还需为操作留有一定的活动空间，因此设备布局设计还需要考虑一些约束条件。设备i，j间的相对位置如图1所示。其中dxij，dyij分别表示设备在X和Y方向间的最小间距si，Li分别表示设备i在X和Y方向的宽度。

实现车间布局的优化设计，所需要的约束条件包括：

①间距约束：设备间应保持一定的间距，即

②边界约束：设备在X，Y方向的布置不应超过车间的长度尺寸，即

其中，h和g分别表示车间在X，Y方向上的宽度。

3? 基于混合算法的布局分析

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