“白色家电工厂集成规划”业务主要是根据客户的厂房结构为国外客户规划工厂设备、生产线、仓库布局, 配制全套生产设备建设家电生产工厂。目前, 公司设计的大多数工厂布局规划都是依据厂房结构和经验做规划, 存在很大的盲目性。工厂布局问题是现代企业发展中面临的重要课题之一。设备布局、仓储规划、工作场地布置是否合理、科学, 工人的搬运路径是否经济、是否顺畅等, 直接影响到企业的效益和发展。如何运用当今先进的理论指导优化布局设计, 提升工厂集成规划设计水平, 提升客户满意度是我们需要解决的问题。

以沙特客户为例, 规划了空调生产车间的布局图, 其中规划有6条生产线 (产能各不相同) , 两个原材料供应仓库 (前盖、后壳) 。初期规划时只是根据经验简单选址HOME-1为前盖储存仓库, HOME-2为后壳储存仓库。

每条生产线都需要定时配送前盖和后壳:

1) 其中前盖每一拖车可挂载前盖15件, 生产节拍30 s, 因此每一拖车可供组装使用15 min;

生产点FG-1, FG-2...FG-6, 六个点需定时配送前盖。

每条线产能不同, 分别为单班 (8 h) , CS-B1 Line850台;CS-B2 Line 960台;CS-B3 Line 600台;CS-B4Line 480台;CS-B5 Line 480台;CS-B6 Line 850台。

2) 其中后壳每一拖车可挂载20件, 生产节拍30s, 因此每一拖车可供组装使用20 min。

生产点CH-1, CH-2...CH-6, 六个点需定时配送后壳。

每条线产能不同, 分别为单班 (8 h) , CS-B1 Line850台;CS-B2 Line 960台;CS-B3 Line 600台;CS-B4Line 480台;CS-B5 Line 480台;CS-B6 Line 850台。

表1 HOME-1*Supply Process  下载原图

图1 前盖图  下载原图

图2 后壳图  下载原图

表2 HOME-2  下载原图

图3为一车间布局示意图, 按客户要求其工艺排布及物流过程满足以下条件:

1) 前盖物料运送和后盖物料运送各分配一个物料仓库, 每个仓库独立配置一台AGV, 负责本仓库物料运输。

2) 两种物料仓库单独运行, 每个仓库只能放置一种物料。

3) AGV路径通道为双向, 每辆AGV在执行供料任务的过程中按最短路径行走, 且不会发生碰撞。

4) 每辆AGV承载250 kg, 可满足每一拖挂满载要求。

分析此类地点选择问题, 从定量分析的角度看一般有连续型模型, 另外就是离散型模型选择地点。两种方法在考虑距离的计算方法时, 约束不同。连续型模型, 常用的工具是重心分析法。

图3 车间布置图  下载原图

重心法首先要在坐标系中标出各个地点的位置, 目的在于确定各点的相对距离。然后, 根据各点在坐标系中的横纵坐标值求出成本运输最低的位置坐标X和Y, 重心法使用的公式是:

以上公式中:

Cx—表示最优布局点 (重心) 的x坐标;

Cy—表示最优布局点 (重心) 的y坐标;

Dix—表示第i个物料需求点的x坐标;

Diy—表示第i个物料需求点的y坐标;

Vi—表示运到第i个物料需求点的货物量。

根据以上公式可求出最优布局点 (重心点) 的坐标值对应的地点作为要布置设施的地点。重心法在设施选址问题中提供了一种可量化处理的有效模型, 有广泛的应用。重心法是在理想条件下求出的仓库位置, 但模型成立的假设条件在实际应用中有很大限制。

重心法模型中, 仓库与其他物料需求节点之间的路线通常假定为直线, 而实际上车间布局中运输所采用的路线因为有生产线遮挡, 直线计算路径会有差异。另外, 因模型在连续的平面区域上选择最优点, 不考虑场地限制条件、美观等因素, 通常在车间级布局规划时受限。

实际上, 车间仓库的位置选择通常不是连续的任意位置可选, 而是有限的几个区域可供选择。如上沙特工厂情况描述, 仓库可供选择的位置也就只有HOME-1、HOME-2、HOME-3三个位置。

因此问题也就转换为如何在离散型模型情况下的择优评价问题。评价的目标是在给定的约束条件下, 使得车间在一个班次内总物料总运输费用最小, 从而得出最佳仓库位置的布局方式。

根据实际情况, 假设可能布置的仓库位置HOME-1, HOME-2, HOME-3, 分别编号为:

假设前盖物料需求区位置FG-1, FG-2...FG-6, 编号分别为:

假设dij为:前盖从第i个仓库运送到第j个需求点的距离。

假设fij为:单班次 (8 h) 从第i个仓库运送到第j个需求点的物料总量。

假设C为:每个前盖单位距离的运输成本 (元/件.米) 。

则从第i个仓库运送物料的总成本Gi为:

以上关系给出了单班次 (8 h) 运输成本最小化为目标函数的评价模型。

从各个可能的仓库到前盖物料需求点的物料总量矩阵为:

从各个可能的仓库到前盖物料需求点的距离矩阵为:

由上, 当i=1时, 即以HOME-1作为前盖仓库时:

G1=523 850*C元

由上, 当i=2时, 即以HOME-2作为前盖仓库时:

G2=460 180*C元

由上, 当i=3时, 即以HOME-3作为前盖仓库时:

G3=445 470*C元

同理, 已后壳为研究对象, 可得:

从各个可能的仓库到后壳物料需求点的物料总量矩阵为:

从各个可能的仓库到前盖物料需求点的距离矩阵为:

由上, 当i=1时, 即以HOME-1作为后壳仓库时:

G1'=650 450*C'元

由上, 当i=2时, 即以HOME-2作为前盖仓库时:

G2'=567 860*C'元

由上, 当i=3时, 即以HOME-3作为前盖仓库时:

G3'=324 910*C'元

因此, 考虑车间总运输成本最低的目标评价函数为:

实际应用中每个前盖和后壳单位距离的运输成本C与C'基本相同, 由以上数学模型, 最终可得:

当i=2, i'=3时, 总运输成本最低。

即HOME-2作为前盖的存储仓库, 而HOME-3作为后壳的存储仓库为车间平面布局的最优选择。

本文以配送总成本最低为优化目标, 从定量分析的角度建立了其简单评价模型, 得出了与凭经验布局完全不同的最优方案。同时, 也为更复杂的工厂布局规划提供可参考的方法。