生產車間布局的優化設計與案例分析

摘 要：通過生產車間布局的優化設計，從而高效率、低成本的生產出滿足客戶需求的產品，是現代化制造企業所面臨的重要問題之一。文章以石油機械生產企業車間布局為研究對象，介紹了幾種常見的布局設計方法，以最優化的設計方案滿足企業的需求。

關鍵詞：車間布局；優化設計；設備

1 車間布局設計的要素

設備作為車間生產的基本單元，車間布局設計其實就是針對車間中設備布置問題的設計，車間設備布局的幾點要素為：設備、空間、約束、目標。

設備：是車間布局的基本單元和主要研究對象。狹義上講，主要是機器和物料運送設備的布置；廣義上講，包括生產機器、物料運送設備、人員工作布置及其它維持正常生產活動所必要的輔助設備等。

空間：是指布局對象所放置的區域，它限定了布局對象所處的范圍，一般是指具有一定范圍的二維或三維空間。

約束：是布局問題的最基本評判法則，通常在車間布局的約束包括面積約束、形狀約束、邊界約束，以及生產車間中不可移動物體產生的固定位置約束。

目標：布局問題作為優化問題，目標優化是整個布局問題的關鍵。在車間布局問題中最通常的目標是整個車間的物流費用最低、運送時間最短，其他目標還包括設備投資最小、空間利用率最大等，但通常來說布局設計不可能涵蓋所有目標，一般是以某一主要目標為主，其他目標要做相應的妥協。

2 新型的車間布局設計方法

美國下一代布局協會提出四類布局策略：分布式布局，模塊化布局，可重組布局，敏捷布局。分布式布局是將大的機群式單元分成小的子單元，并將它們分布在整個車間。在高度動態的環境中，這是一個非常有效的方法，這樣有助于從車間的不同位置進行訪問，從而可以改善物流。這種布局方式在生產需求波動較為頻繁的環境中尤為實用，容易快速組成單元，而物理上又不用重新對資源進行重新布置。模塊化布局則是將布局設計成基本布局模塊的網狀結構。它的前提是產品在一定時期內需求穩定。當產品需求發生變化時，可以刪除一些模塊，可以增加一些模塊，從而形成一個新的布局。可重組布局是在資源搬運方便，易于布局的前提下實現的。它是一個多階段的車間布局問題，在每個生產階段中，求得物流費用和重構費用最低的車間布局。敏捷布局是將設計的目標定為周期短、在制品庫存少、排隊時間短、生產率高并以這些目標為出發點，考慮運作性能的影響，基于仿真的基礎上進行布局設計。

3 實際案例分析

某公司為滿足因市場訂單大量增加需要提升產能，但又不能大量購置新加工設備和增加人員的需求，準備對原生產車間的布局進行優化改造。計劃投入新購置設備：液缸加工中心1臺、2m×6m數控臥車1臺、五面龍門銑1臺；原有設備：普通臥車3臺、數控臥車4臺、雙柱立車1臺、單柱立車1臺、數控雙柱/單柱立車各1臺、龍門銑床3臺、臥式銑床2臺、龍門刨床3臺、落地鏜床2臺、臥式鏜床2臺、組合鏜床1臺、刨齒機4臺、滾齒機4臺、搖臂轉床7臺、外圓磨床1臺。該車間需要重新規劃的面積約為11088m2，長、寬尺寸分別為 168m、66m（見圖1）。因車間主體結構和運輸道路布置已經成型，從經濟性和時間角度考慮已不能對其進行改動，現需要考慮是對生產設備和起重設備進行重新布局以及在原有車間面積中騰出20%的空間做零件庫。

考慮到該車間主要承擔石油機械產品的零件加工，其產品類型雖種類繁多但相對固定，各種零件的體積和重量相差比較大等客觀情況，故采用產品原則布局和工藝原則布局相結合并兼有成組原則布局的模式對其進行優化設計。

通過以上設計原則將該車間設計為2主跨、1副跨和1零件庫的廠房結構，為方便車間各跨之內及車間和零件庫之間的運輸，主跨和副跨之間及主跨和零件庫之間用兩輛30t電動平板車連接。主跨1建筑面積3864m2，長、寬尺寸分別為 168m、23m，配置30/5t橋式吊車2臺，10t懸壁吊1臺；主跨2建筑面積4200m2，長、寬尺寸分別為 168m、25m，配置20/5t和15/3t橋式吊車各1臺，5t懸壁吊3臺；副跨建筑面積1098m2，長、寬尺寸分別為 61m、18m，配置10t橋式吊車1臺，2t懸壁吊1臺；零件庫建筑面積1926m2，長、寬尺寸分別為 107m、18m，配置30/5t和15/3t橋式吊車各1臺。該布局方案主要根據工件的尺寸、重量以及加工工序的長短，確定了各跨零件的加工范圍。重量、尺寸大，加工工序在12序以上的零件放在主跨1；重量、尺寸中等，加工工序在8-12序的零件放在主跨2；重量較輕、尺寸較小，加工工序在8序以下的零件放在副跨。這樣整個車間的起重設備就可以根據各跨生產零件的重量按需分配，即節約了起重設備成本又提高了使用率。同時為提高運輸效率，增強縱橫聯系，在各跨之間配置電動平板車，使車間內物流調度更為便捷。

加工設備的布局上主要從三個方面進行考慮：（1）主跨1的全部和主跨2的東邊主要加工大中型零件且工序較長，故考慮采用產品原則布局，整個設備的布置按照零件的加工工藝流程順序進行布置。（2）主跨2的西面主要負責零件的末序加工且加工時間較長，所以采用了機群布局，同類加工設備集中放置在一個區域。（3）副跨主要承擔小型零件的加工任務，工序短、數量大且產品單一，因此采用成組原則布局，以液缸加工中心為核心，周圍配以完成該零件所有加工序所需的不同類型機床。

4 結束語

文章通過簡單介紹車間布局設計要素，總結了現階段比較流行的布局設計方法和思路，并結合實際案例進行分析，希望優化設計的車間布局能促進企業發展，提升企業競爭力。

參考文獻

[1]馬玉敏，陳炳森，張為民.基于敏捷制造理念下的車間布局設計[J].組合機床與自動化加工技術，2002（4）.

[2]朱光.機加工工廠設計中的加工設備選擇與布局方法[J].機械制造，2006（2）.