從至表法在生產物流系統空間布置優化應用實證研究

唐永洪

摘 要：生產的過程就是物流的過程。制造企業車間或設備布置直接決定生產物流的路徑與距離，也相應決定了物流作業成本。車間或設備合理布置能夠減少生產過程中的物流成本、開辟第三方利潤源，也是精益生產的體現與必然要求。文章介紹了生產物流系統優化的主要原則與方法，以及從至表法的基本步驟，重點結合具體任務研究了從至表法模型構建、數據處理以及實施效果評價等內容，可以為企業生產物流決策提供借鑒。

關鍵詞：從至表法；生產物流系統；平面布置；優化

中圖分類號：F275.3 文獻標識碼：A

Abstract： The process of production is the process of logistics. The arrangement of workshop or equipment and so on directly determines the path and distance of the production logistics， and accordingly determines the logistics operation cost. Reasonable arrangement of workshop or equipment can reduce the cost of logistics in the process of production and open up the third party profit source. This article mainly introduces the principle and method of optimization of production logistics system， and the basic steps from to chart method， combined with the specific task of the key from the table method to model construction， data processing and evaluation of the implementation of the content， can provide a reference for the decision of enterprise production logistics.

Key words： from-to matrix mathod； production logistics system； layout； optimization

當前，面對市場需求不振、產能過剩等宏觀環境及生產要素成本上升、市場競爭加劇微觀環境等，實體經濟經營處境非常艱難，制造企業需要開辟生產物流作為其第三方利潤源。

生產物流主要指車間與庫場之間、車間內部流水線之間、不同工位之間物料的流動過程以及生產過程中原材料、半成品、成品等儲存等，即生產加工對象在時間與空間上的位移，屬于企業內部物流。生產物流、供應物流、銷售物流及回收與廢棄物流等構成制造企業完整的物流系統。

1 車間或設備布置優化問題

生產物流系統優化問題主要涉及工廠選址、車間及設備的空間布置、生產節點庫存控制等物流組織與運行等的決策問題。生產過程中的物料運輸成本約占生產成本（除原材料費用外）的20%～50%，生產物流系統合理布置可以降低生產物流系統運作成本的10%～30%[1]。

生產物流優化的主要目標是在滿足生產工藝、技術要求等前提下追求生產物流成本的最小化或物流效率的最大化。車間或設備空間布置是生產物流系統優化的重要內容，它直接決定企業內部生產物流的路徑、方向及移動距離等。車間或設備空間布置應該盡量減少企業內部交叉運輸、往返運輸、迂回運輸等各種不合理現象，使得運輸總成本最小。

車間或設備布置優化需要遵循的原則主要有：（1）在滿足生產過程的要求前提下，盡量避免互相交叉和迂回運輸，縮短生產周期。（2）物流聯系和協作關系密切的單位應相互靠近布置。比如機械加工和裝配車間應該安排在相鄰的位置上。（3）合理劃分廠區。如按照生產性質、防火和環保要求，可以劃分熱加工車間區、冷加工車間區、動力設施區等。（4）為了減少居民生活區的污染，生活區應設在上風區。（5）在考慮防火和衛生條件下，總平面布置應力求占地面積小。（6）工廠布置應考慮有擴建的余地，等等[2]。

2 平面布置優化的主要方法

車間或設備平面布置的優化方法主要有作業相關圖法、物料運量圖法、從至表法等，其中：從至表法是一種常用的車間設備布置方法。

2.1 作業相關圖法

作業相關圖法是依據車間或設備之間物流密切程度進行平面布置的一種方法。為便于量化，可將密切程度分為不同等級并賦予其相應的數值，然后，根據其與其他部門之間密切程度等級情況，計算其總積分值，最后，先布置總積分值最大的車間或設備，再按與其緊密程度由高至低依次布置其余各部門。基本原則是物流越密切部門越相近排列，即實現物流總距離最短。由于采用主觀評分，因此，該方法存在主觀性，且優化方案可能不止一種。

2.2 物料運量圖法

物料運量圖法就是根據車間或設備之間物料運輸數量的大小進行平面布置的方法。其基本原則是相互運輸數量最大的部門盡量靠近布置。在繪圖時通過線條數量多少來表示運輸量的多少，形象直觀，較之于作業相關圖法、避免了主觀性，但是，對于復雜問題的處理存在一定困難。

2.3 從至表法

從至表法是通過調整從至表中不同間工序的先后排序，使得工廠總運輸距離或成本最小的車間設備布置方法。所謂從至表是指從某一工作地（車間或設備）到另一工作地（車間或設備）運輸距離、成本、次數等匯總表，也稱為矩陣式圖表。表中的列為起始工序、表中的行為終止工序，表中的數值表示自起始工序至終止工序方向運輸距離、成本、次數等信息。該方法簡單、實用，適合于多品種、小批量生產情況[3]。

3 實證研究

運用從至表法的基本步驟如下：

步驟1 根據綜合工藝路線圖，編制零件從至表。假定相鄰兩工作地之間的距離相同，則數值距離對角線的方格數表示兩工作地間的距離數。

步驟2 改進零件次數從至表，尋求最佳設備排列順序。從至表中搬運次數越大數值應該盡可能靠近對角線，反之，則越遠離對角線。

步驟3 工序優化調整。兩兩工作地之間的總搬運次數與空間距離之積等于該兩工作地間總搬運距離，所有工作地間的搬運距離之和就是該工廠加工零件的總運輸距離。加工零件總運輸距離最小的方案就是最優平面布置方案[4]。

步驟4 評價優化結果。

具體任務：某金屬加工車間需配備鋸床、磨床、沖床、鉆床、車床、插床六組設備，采用成組式布置，平面布置如圖1所示。根據車間所生產加工的零件品種及加工路線，企業統計出每月加工零件在各組設備之間的搬運次數見表1，以及設備之間單位距離運輸成本情況見表2。試確定車間設備平面布置的最優方案。

解決該問題的主要思路：

該情形屬于離散型生產方式類型。待加工零件在鋸床、磨床、沖床、鉆床、車床、插床成組設備之間進行移動。為了減少往返運輸、迂回運輸等造成生產物流作業成本增加，嘗試運用從至表法對設備平面布置優化調整。

步驟1 計算零部件從設備i到設備j每月的單位距離運輸成本。

將表1與表2相對應方格的數據兩兩相乘，則可計算出每月從設備i到設備j的單位距離運輸成本。見表3。

步驟2 計算設備間每月的單位距離運輸成本。

設備i與設備j間的運輸成本即兩地之間的往返運輸成本，包括由設備i到設備j的運輸成本以及由設備j到設備i的運輸成本。根據距陣規則，表3對角線上下對稱的兩組運輸成本數相加即是兩設備間的單位距離運輸成本。見表4。

步驟3 進行工序優化調整。

表4中各斜線與中間對角線的距離方格數I表示兩兩設備空間位置的距離數，其中，I=10表示兩兩設備相鄰布置（分別有磨床與鋸床、沖床與磨床、鉆床與沖床、車床與鉆床、插床與車床）、I=20表示相隔一組設備布置（分別有沖床與鋸床、鉆床與磨床、車床與沖床、插床與鉆床）、I=30表示相隔兩組設備布置（分別有鉆床與鋸床、車床與磨床、插床與沖床），I=40表示相隔三組設備布置（分別有車床與鋸床、插床與磨床）、I=50表示相隔四組設備布置（即插床與鋸床）。

根據每行中越大數值應越靠近對象線排列原則（即運輸距離越短），應將沖床調整到磨床之前。單位運輸成本變動情況見表5。

設備布置優化調整后，滿足了表中每行中最大數值均靠近對象線（即相鄰布置），同時，越小的數值越遠離對象線（即相離布置）。

因此，車間設備最優布置方案如下：

鋸床與沖床相鄰布置，磨床與鉆床相鄰布置，鋸床與磨床相鄰布置，鉆床與車床相鄰布置，車床與插床相鄰布置。平面示意圖見圖2。

步驟4 評價優化調整的效果。

參數設定：

假設相鄰兩工作地的距離都大致相等且距離為10米，且車間加工零部件的生產批量、批次、搬運重量等不變。

模型構建：

根據上述假設，設備平面布置只是影響物流的路徑及運輸距離，因此，在核算運輸成本時僅需考慮運輸距離及設備間單位運輸成本因素，評價模型構建如下：C=∑N L 。

式中：N ——設備i與設備j之間的單位距離運輸成本；L ——設備i與設備j之間的運輸距離。

根據表4、表5中所列數據，可分別計算調整前后零件總運輸成本，即：

C =122.7+25.4+91.7+69.2+66*10+71.5+23.6+18.4+28*20+12.7+21.3+16.5*30+25.2+15.8*40+35.1*50=12 683（元/月）

C =71.5+25.4+23.6+69.2+66*10+122.7+91.7+18.4+28*20+12.7+21.3+16.5*30+25.2+15.8*40+35.1*50=11 468（元/月）

結果顯示：設備布置調整后總共減少運輸成本12 683-11 468=1 215元，降幅為9.6%。

4 小 結

車間或設備布置問題既是生產工藝的問題，也是物流問題。生產產品品種、產量及工藝流程等決定了生產物流的路徑與規模。在運用從至表法時，需要根據產品品種、產量、工藝流程等信息正確分析零部件的搬運量、次數、距離等物流量信息，信息準確與否將會直接影響布置方案的評價與選擇，同時，車間或設備布置還需要綜合考慮工廠空間、面積、水電、地基等多種限制條件與影響因素。總之，車間或設備布置問題應該是在滿足生產工藝、技術等要求情況下實現生產物流系統的最優化。

參考文獻：

[1] 張偉，曹文彬. 生產物流系統設施布置方案的評價[J]. 網絡財富，2009（1）：38-39.

[2] 羅宜美，朱紅芳，等. 制造業生產物流系統平面布置優化設計的研究[J]. 工程機械，2005（11）：69-73.

[3] 彭維文，林衛，等. 從至表實驗法在車間布局優化中的應用[J]. 物流工程與管理，2010（12）：112-115.

[4] 張麗瓊，范飛飛，羅春芳. 生產運作管理[M]. 長沙：湖南師范大學出版社，2013：51-55.