企业设施布局优化问题研究 联系客服

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沈阳理工大学学士学位论文

1 绪 论

1.1 论文的背景和研究意义

1.1.1 论文的背景

生产制造企业的设施布局是设施规划领域的一个重要问题。它研究如何按照一定的原则,在预先给定的生产车间内,将生产系统所使用的机器、仓库等的位置以及与之相关的物料流和人员流进行合理地组织与布置,以达到最优的设计目标(如物流成本最低、设备利用率最高等)。一个设计良好的设施布局能加快物料处理效率,减少在制品的停留时间,显著提高企业的生产效率。在理论上,本问题属组合优化问题,本文讨论的车间设施布局问题与一般的布局优化问题相比,在问题描述、数学建模、数值求解等方面更困难,在工程应用上,本文研究的生产制造系统的设施布局问题是实际生产中存在的尚未很好解决的难题,具有重要的工程实用价值。

随着市场竞争的日益激烈,越来越多的企业认识到高效的物流运作是降低产品成本、提高服务水平、缩短交货时间的重要手段,并能最终加强企业的综合竞争能力。物流已被视为除营销、减少消耗之外企业获得利润的“第三源泉”。 减少物流成本,将给企业带来前所未有的利润,使企业在激烈竞争的经济丛林中,立于不败之地。然而,目前企业更多关注的是物流配送网络的建立,常常忽略了企业内部物流系统的建设。其实布局就是一个很重要的工作,它包括新系统的形成和旧系统的改良。厂房或车间中生产设备或制造单元的合理摆放,物流路径的正确规划都将对实际生产中的效率、成本和产品质量等产生深远的影响。对制造系统的合理布局设计将有效减小生产所占面积,有利于生产规模的扩大以及产品的多样化发展;使生产中的物料运输更加高效,缩短制造资源(工位)之间的物料运送时间,缩短生产周期,降低制造成本,不同工位之间的物流得到简化,物料的输送更加连续,更有利于生产管理,因此必然会提高产品质量,增强企业的竞争力。国内外的资料表明,在工厂的生产活动中,从原材料进厂到成品出厂,物料真正处于加工检验的时间只占生产周期的 5%~10%,而 90%~95%的时间

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都处于停滞和搬运,这严重的影响了企业经济效益的提高。在制造业中,总经营费用的 20%~50%是物料搬运费用,而设施布置的主要的目标就是使企业的物流合理、通畅和最大限度的减少物料搬运,优良的平面布局可使物料搬运费用至少减少 10%~30%,这将为企业赢得可观的效益,从而使企业在激烈的竞争中占据领先地位。“物流是企业的第三利润源泉”说明了制造系统物流的合理性,即设施布置的科学性,对企业经济发展的影响。可以说,设施的合理布局会使整个制造系统(尤其是中小型制造系统)具备更大优势,反之则会对人力物力造成极大的浪费。因此,从经济效益上来看,对制造系统的设施布局的优化布置的研究也是很有必要的。 1.1.2 论文研究的意义

本文在实地调查采集数据的基础上,以生产车间设施布局为研究对象,研究该类布局问题的有效求解方法。车间设施布局可分为块状布局和详细布局,前者不考虑设备的尺寸形状,只确定其在车间内的相对位置,而后者考虑设备的尺寸形状等信息,并确定其在车间内的坐标和方位。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

20世纪初,工业工程和科学管理的创始人之一吉尔布雷斯在建筑工作中提出的动作分析和后来的流程分析就带着物流分析的涵义。可以说自从有了工业生产就产生了工厂设计和企业物流的问题。19世纪末到20世纪初,以泰勒为首的工程师对工厂、车间和作坊进行了一系列的调查,细致的分析、研究了工厂内生产组织方面的问题,倡导科学管理的理念。当时工厂设计的活动主要有方法工程、工厂布置和物料搬运三种。其中方法工程研究的重点是工作测定、动作研究等工人的活动;工厂布置则研究机械设备、运输通道和场地的合理配合;物料搬运就是从原材料到制成品的物流控制。在此期间,主要凭经验和定性的方法开展工厂设计。

第二次世界大战后,被战争破坏的国家需要重新建立工厂,工厂的规模和复杂程度明显增大。工厂设计不仅要用复杂的系统设计、运筹学等,同时系统工程理论、电子计算机技术也得到普遍应用,并逐步扩大到非工业设计,包括各类服

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务设施,如机场、医院等。“工厂设计\一词也逐渐被“设施规划’’所涵盖。20世纪50年代,管理科学、工程数学、系统分析的应用,为工厂设计由定性分析转向定量分析创造了条件。这期间也陆续发表了一些工厂设计方面的专著,如爱伯尔的《厂布置与物料搬运》穆尔的《工厂与设计》20世纪90年代,结合现代制造技术和现代管理技术,物流系统的研究也扩大到从产品订货开始到销售的整个过程。

物流业在全球范围内迅速发展,其中最具代表性的是企业设施布局方法是R·缪瑟(R·Muther)提出的系统布置设计(SLP)方法,该方法提出了作业单位相互关系密级表示法,使布置由定性阶段逐渐过渡到定量布置阶段。该方法把产品、产量、工艺过程、辅助生产部门及生产时间安排作为给定的基本要素,作为布置设计工作的基本出发点,进行物流分析和作业单位相互关系分析,再依据作业单位的相互关系绘制作业单位位置相关图,并进行作业单位占地面积计算。然后把各作业单位占地面积附加到作业单位位置相关关图上,就形成了作业单位面积相关图。最后对作业单位面积相关图的原始图进行修正,并对布置方案进行评价和选优。

1.2.2 国内研究现状

新中国成立初期的工厂设计一直沿用前苏联的设计方法,对设备的布置及整个车间和厂区的布置则以定性布置为主。这种方法在当时起了积极作用。但随着科技的发展,人类空间的缩小,新建或改建一个工厂仍按此粗放型布置已越来越不适应我国经济的发展需要;1982年美国物流专家缪瑟(Richard Muther)来华讲授系统布置设计(SLP,Systematic Layout Planning)、物料搬运设计(SHA,Systematic Handing Analysis)、系统化工业设计规划(SPIF),国内将其三本著作翻译出版,产生了极大的影响;日本物流专家也在北京、沈阳等地举办国际物流技术培训班,系统介绍了物流技术的合理化技术和企业物流诊断技术。

在这些理论的影响下,我国的物流工程与设施规划业迅速发展。但是,由于中国物流基础的落后,这些研究机构并没有真正起到应有的作用,相当一部分机构在很短的时间内就消失了。1994年开始至今,中国机械工程学会已成功举办6届现代物流技术与装备国际会议,2000年召开的第一届国际机械工程会议中专门设有物流工程及设施规划论坛。

2006年,尹向林,在物流技术在钢铁企业设施规划中的应用研究的论文中

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提出:物流技术在钢铁企业设施规划中应用的目的是从理论上突破旧的研究传统,完善理论与实践的关系,着重研究钢铁企业生产物流,与企业设施规划及企业发展主客体的互动关系。2005年,李红英等,在设施布置对生产物流的影响及应用方案评价的论文中提出:应用设施布置的优化数学模型,以设施间最小物料搬运费用为目标,结合某生产厂的平面布置方案,讨论不同的设施布置对生产物流系统的影响,来确定企业生产物流系统的平面布置的最优方案。从设施布置和生产物流的关系上来分析企业生产物流系统的平面布置,对企业外围的辅助生产设施没涉及。2005年,韩天渊,在沈阳机床齿轮厂物流分析与设施规划一文中提出:企业设施平面布置所依据的理论,包括生产流程设计,工艺过程分析,着重介绍了SLP系统设计模式;依据SLP理论确定出初步的车间平面布置方案,然后再对该方案的物流量进行进一步计算分析,通过采用适当的优化方法求出以物流量最小为优化目标的平面布置最优解,得到最终的设计改进方案。2004年,于辉等,在物流合理化及其在企业中的应用一文中,仅从理论的角度阐述、分析了物流合理化的内涵和理论模式,并对物流实践进行考察、分析、总结,提出了物流合理化的对策。

我国企业设施规划己逐渐与企业物流结合,但仍不够成熟。目前国内外大型的工矿企业的设施布置,基本思路利用传统的经验设计方法结合生产工艺流程对企业设施进行定性布置,而且这种方法现在也被国内绝大部设计院所采用。可见经验法也有其难能宝贵之处。但随着运筹学、系统工程等学科的发展及计算机技术的出现,实际规划中大多的经验法布置企业设施,缺乏定量化分析的弊端逐渐显现,为更好减少成本,本论文以企业物流合理化为研究目标,运用经验法与定量法相结合的研究方法,对企业设施规划进行探讨。

1.3 论文的研究目的和内容

1.3.1 研究目的

该课题将研究现今制造企业的生产物流特点,对设施布局评价指标体系进行优化,并且提出一整套分析优化制造企业设施布局的体系和方法,以此来改善生产物流,提高经济效益。

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