罐头制造公司基于SLP的生产车间布局设计外文翻译.docx

罐头制造公司基于的生产车间布局设计摘要 本文介绍了罐头公司对生产车间布局的分析和应用系统布局规划（SLP）解决生产车间布局问题。用机器，操作活动和材料流之间的关系确定每台机器的最佳位置。采用SLP技术设计两种供选择的生产车间布局，并比较新布局和现有布局在物料流距，搬运时间和搬运费用方面的情况。现有的生产过程效率低下，呈现出瓶颈。可供选择的布局是根据每对机器之间的最小距离进行开发的。通过减少材料处理生产中的总体移动，改善了公司现有布局。操作过程中测量涵盖了布局和机器的实际尺寸，机器之间的活动，机器之间的距离以及公司机器之间的物料流量。通过现实案例研究证明了SLP是解决生产车间布局设计问题的可行方法。在提出的两种可供选择的布局中，更经济的方案生产流程的距离可以从389.7m缩短到311.2m或360.6m，搬运时间可以从901秒缩短至750秒。 搬运成本可以从的3.17比尔降至2.98或2.19比尔，从而提高生产率。关键词：系统布局规划 生产车间 物料处理 罐头制造1引言制造设备的效能主要取决于机器和部门的布局。 典型的工厂布局程序决定了如何安排各种机器和部门实现整体制造时间的最小化，最大限度地提高在线工作的周转率和最大化公司产出。判断一个现有制造系统能否在制造业的大环境中保持竞争力的关键因素是产能。据估计，在美国每年有超过2500亿美元资金用于设施规划设计和重新规划。此外，制造业中总成本的20-50与材料处理有关，有效的设备规划可以将这些成本降低10-301。 Taha等人 （2008）2提出，为了在当今竞争激烈的制造环境中取得成功，管理者必须寻找新的设施规划方法。 朱和王（2009）3应用SLP方法设计对木材厂进行整体布局，验证了SLP方法在布局设计方面的可行性。结果表明，工作流程和实践意义重大。 我们检测到需要进行重新布局的原因是4,5拥挤和利用空间不足，设备在制品的库存过量，工作流程中的距离长和路径不连续，生产存在瓶颈，工位还有空闲时间，合格的工人进行过多简单的操作，工人存在焦虑和不适; 设施发生事故，控制作业和人事管理有困难。2 措施该公司在罐头生产过程中遇到一些问题。罐头生产部门有一座主楼，罐头生产过程中的主要问题是搬运距离长，产品在机器之间交叉传递，迂回。由于长距离搬运，产品的劳动力成本也很高。针对这些问题，需要对新布局方案进行设施布局优化，以评估与公司制造目标相关的绩效指标。本文提出采用SLP作为生产车间布局优化的基本方法。部门绩效的改善在于减少搬运距离，降低搬运成本，减少搬运时间，消除迂回和路径断续。 罐头生产车间布局公司生产皇冠瓶塞和罐头，专门为大约二十种饮料，软饮料，汽水，油漆和药品工厂提供这些罐头。皇冠瓶塞和罐头生产在一座建筑中运行; 建筑总建筑面积42m*96m= 4032平方米。从这个车间到存储区域的距离是宽度的一半（21m*48m= 1008平方米）（图1）。另外还有21米的宽度用于Crown Cork和罐头生产加工。罐头（90mm，115mm，176mm）的生产在安装在沿长度方向上的两列设备，宽7m的区域内展开。 某些组件的操作人员必须在生产和组装过程中需要在这些机械中前后移动。现有的生产车间布局如图1所示。（工作站/机器名称和代码如表4所示）。注意：所有尺寸以米为单位，绘图由Auto CAD（版本2007）制成，不按比例绘制。解决设施布局问题最成功的策略之一是基于Muther（1976）6提出的系统布局规划方法。 该技术的三个基本领域是：关系（输入数据，物料流动，活动关系和关系图），空间（空间需求，可用空间和空间关系图）和调整（修改约束，实际限制，开发布局 ，评估），总体而言，完成SLP需要11个步骤，遵循如下逐步程序4：步骤1：输入数据SLP的第一步需要收集和分析案例研究所需的数据。这必须在任何规划关系，空间或调整之前进行。每个SLP的输入变量是，产品（P）是要处理的材料（对于本研究，产品是90mm罐），数量（Q）是待处理产品的每个子部件的体积，路由（R）是产品要进行加工的路径，本案例研究中的路径由是通过制作90mm罐的每个主要组件的流程图获得的，时间（T）是指完成加工所需的总时间。在生产过程中，可以通过对每个过程的平均值进行20次观察来确定罐组分的观察时间（OT）。这个时间研究使用的评级为85（0.85），所需容差为个人需求-5，不可避免的延迟1，基本疲劳4，噪音水平（间歇性大）-24正常时间=总观测时间 平均评级= 25.81*0.85= 21.94秒标准时间=正常时间+（正常时间允许）= 21.94 +（21.94*0.12）= 24.57秒步骤2：90mm罐的物料流动物料流动始于仓库内的原料。 对于90mm罐的生产，主要生产车间在底部，车身，环形和盖板上进行操作（这些部件必须分别为92.4m，119.5m，87.4m和90.4m）（表I）。对于那些子交叉在机器之间的交叉表示。 由于安装的机器按照不正确的方式生产，导致流动路径的长距离搬运和搬运路径中断（图1）。 通常，组件的产品流程不系统，所需的资源没有靠近。步骤3：活动关系图在这个阶段，我们进行资源关系的识别。资源是罐头产品制造中涉及的各种过程。收集完成后得到从收到物料（s）和最终成品目的地的信息（表二）。 生成活动关系图中直观的表现出各类资源质检的接近度（A 绝对必要的，E特别重要的，I重要的，O普通的接近性，U不重要，X不能靠近）（图2）。1） 工作表：工作表解释活动关系图，成为无量纲框图的基本数据7。 工作表将取代活动关系图（表三）。2） 无尺寸框图：无量纲框图是第一次布局尝试（图3）。 即使这个布局是无量纲的，它是主布局和绘图计划的计划。 一旦确定尺寸，空间将按照无量纲块图布局分配给每个活动。 如果我们遵守活动规则，将会得到一个良好的布局。有时，没有确切的尺寸可以更好地布置无量纲的框图，因为大型工作中心/机器/部门与小机器/部门有更重要的关系，并且可以有更多的活动靠近他们7 步骤4：关系图（线图）这个步骤将工位/机器在空间上进行定位。把那些具有强烈的相互作用或者接近关系的机器尽量靠近。关系/线图显示了设备之间最佳的存在位置，不考虑设备的空间要求并展示了设备之间可能的集群放置方式（图4）。通过对活动关系图的分析，可以更好地了解所有设备资源可以实现的功能。这可以应用于空间关系图中建筑的布局。步骤5：空间需求 在生产车间生产罐头的总体空间要求是通过测量机器的占地面积以及所需的工位数量和所需留量来确定的。我们测量每个工位的长度和宽度，以确定每个工位的面积：机器空间（最大）=长度*宽度+（维护+最大行程+设备服务+操作员+材料）和机器空间（最小） ）=长度*宽度。将总平方米乘以150，可为进场中的过道提供额外的空间（表四）。设备额外的50需求空间将主要用于通道8。 基于确定的空间，操作工人可以在工作时舒适地坐下，而不会和别人磕碰到。TABLE IV. SPACE DETERMINATIONSCode Workstations/Machines Length Width (m)Total sq.metersM1 Slitter machine 1.2 2 2.4M2 Slitter machine 1.2 2 2.4M3 115mm bottom press machine 1 1.8 1.8M4 176mm bottom press machine 1 2 2M5 90mm cover press 1.2 0.8 0.96M6 Plastic liner (no work) 1.2 0.8 0.96M7 Plastic liner 2 4.8 9.6M8 Ear press 1.31.2 1.56M9 115mm ring press (no work) 1.5 1.2 1.8M10 Ear and wire assemble 0.8 0.7 0.56M11 Wire bending machine 0.8 1.4 1.12M12 Washer press 1.5 1 1.5M13 115mm cover press (no work) 1.5 1 1.5M14 115mm ring press 1.5 1 1.5M15 176mm ring press (for final shape) 1.5 1 1.5M16 176mm ring press (only blank shape) 2.3 2 4.6M17 176mm cover press (no work) 1.5 1 1.5M18 Rolling 0.4 1 0.4M19 Resistance (seam) welding 1.5 4 6M20 Resistance (seam) welding 1.5 4 6M21 176mm body flanging machine 1.3 1.5 1.95M22 176mm bottom sealing 1.3 1 1.3M23 176mm ring sealing 1.3 1 1.3M24 Spot welding 1.3 1.4 1.82M25 90mm body flanging machine 0.8 1.2 0.96M26 90mm bottom and ring sealing 0.7 1 0.7M27 115mm body flanging machine 2.5 7 17.5M28 115mm bottom sealing 0.6 1 0.6M29 115mm ring sealing 0.6 1 0.6M30 115mm cover press 0.8 1.8 1.44M31 176mm cover press 2.1 2.1 4.41M32 90mm cover curling machine 0.7 0.7 0.49M33 115mm cover curling machine 0.7 0.7 0.49M34 176mm cover curling machine 1.2 0.7 0.84Total 84.06150% 126.09步骤6：可用空间根据现有的空间可知，生产车间占用的空间足以生产罐头。可用于生产罐头的空间占地面积为420平方米（宽7米，长60米），在车间的长度方向上放置了两行设备（图1）。机器重新排列有两种方法：第一个方法是扩大（增加）罐装生产车间的宽度;减少从原材料仓（1008平方米）的宽度，并按其加工工艺顺序将机器重新排列三行。与存储原材料的面积相比，存储区面积将变得相当宽，因此，从存储区到生产车间，可以减少4米宽的空间（图5）。第二个方法是有足够的空间可用，但是生产车间的宽度很窄，机器只能排列成两排（图6）。此外，为实现这两种方法，我们必须从现有的生产车间移除一些未使用的设备（M6塑料衬套，M9-115mm环压机，M13-115mm压盖机，M17-176mm压盖机）。步骤7：空间关系图步骤5和6中讨论的空间需求和可用空间，然后结合到空间关系图。空间关系图的目的是将空间约束与活动关系图相结合。提出了两个空间关系图选项（图5和图6）。 基本上，在第一种选择中，由罐头组件移动的距离将减少，从而通过在工作中心/机器之间移动材料来降低操作成本和损失的时间。不同的行表示活动关系图的关系，这些工作中心需要彼此靠近（图5）。在第二个选项中，罐头组件移动的距离与选项1相比会增加，但与现有布局（图1）相反，距离将会减小（图6）。步骤8：修改约束本研究的主要制约因素是生产车间重新布局所需的空间。 使用可用空间，即使对于现有的机床，根据标准也难以进行重新布局。步骤9：实际限制 在研究中，因现有设施建成，扩建面积扩大的能力有限。 当从一边重建主楼，需要进行协商，以便为设施提供最好的布局。步骤10：开发布局选择通常根据一般物料流（制造，子组件和最终组装）得到整个工厂布置。 由于现有罐头s生产车间布局的宽度空间狭窄，所以设备只能沿着车间长度方向排列两行。单个部件从一个设备转换到另一个设备， 这导致长距离搬运、越过设备的流动（中断流程）和迂回出现。 且一些未使用的机器导致长距离搬运和流程中断，需要从现有的生产车间移除一些未使用的设备。为了使这些问题最小化，我们提出了两种布局设计可供选择：（i）可选设计I在现有布局中，我们有足够的平方英尺空间，但是罐子生产车间的宽度狭窄，机械排列只有两排。在第一个布局的可选择设计中，我们必须扩大（增加）罐子生产车间的宽度，然后按照其工艺流程顺序将机器重新排列成三排。 这个生产车间将会有一个重新布局，因为这个设计包括其他的过道空间，维护空间等（图5）。（ii）可选设计II第二种布局的替代设计是不增加罐头生产车间的宽度。为了最小化第二种设计的子部件搬运距离，根据其工艺流程顺序将机器重新排列成两行，并提出了通道的空间，机器的维护，操作员的空间等等（图6 ）。步骤11：评估这是对现有布局和在步骤10中提出的两种可选布局之间的某些关键性能指标进行比较。以下是评估两种提出的（改进的）布局的有效性的绩效措施，即总搬运距离，总搬运时间，搬运费用和迂回情况。A.总行程距离表六显示，现有的布局是长距离搬运，即389.7米。 布局设计I中行程距离较少，即311.2m（减小78.5m），布局设计II减小了距离，即360.6m（减小29m）。 表V显示通过实施所建议的布局重新排列可以减少距离。与现有布局相比，布局方案I更好，距离减少了20.14。TABLE V. COMPARISON OF THE LAYOUTS IN TERMS OF DISTANCE.Components of 90mm CanTotal Traveling Distances (meters)Existing layoutAlternative design IAlternative design IIBottom 92.4 74.4 95.5Body 119.5 73.3 79.2Ring 87.4 75.1 95.7Lid 90.4 88.4 90.2Total 389.7 311.2 360.6Reduced distances (%) 20.14 7.46B.总搬运时间表VI显示，现有布局的总搬运时间为901秒（15.01分钟），对于布局设计I搬运时间较少，为750秒（12.50分钟），减少了2.51分钟，而布置方案II也缩短了行驶时间，为910秒（15.16分钟），减少-0.15分钟。两种方案均比现有布局时间短，结果表明两种布局方案有显着改进。TABLE VI. COMPARISON OF THE LAYOUTS IN TERMS OF TIME.Components of 90mm CanTotal Traveling Time (Seconds)Existing layoutAlternative design IAlternative design IIBottom 248 188 251Body 203 135 143Ring 218 192 276Lid 232 235 240Total 901 750 910Reduced traveling time (%) 16.7 -1C.总搬运费用基于不同的方法，布局问题可以有不同的模型。 根据两个基本目标功能：一是最大限度地减少物料总处理成本，二是是最大限度地提高接近度。 使得物料总处理成本最小化的的模型如下5：其中：Z =总物料处理成本，Cij是活动i和j之间每单位距离的成本，Dij是活动i和j之间的距离，m =工位中心。罐头零部件通过使用两种材料处理系统：使用叉车和手动处理实现从机器移动到机器的过程。搬运成本用资源成本和劳动报酬来表示。该公司的叉车活动成本计算为11.25Birr / hr（0.19Birr / min）燃料和6.8Birr / hr（0.11Birr / min），总计18.05Birr / hr（0.30Birr / min）。这个成本/小时换算为成本/距离，计算物料搬运成本。从统计到的资料来看，测量到货物与分切机之间的物料移动（叉车）距离为23.724m（表二）。叉车需60秒（1分钟）完成这些工作中心之间24m的移动。因此，这些工作中心之间的叉车活动成本为0.30Birr / min。根据这个计算，每个距离的成本是0.30Birr / 24m，从这个结果来看，每个距离的叉车成本是0.013Birr / m。劳动报酬计算为6.80Birr / hr（0.11Birr / min）。在装配过程中，操作人员的搬运时间也被视为劳动时间。表七显示，根据模型（1），计算出生产罐头总搬运成本在布局设计I和II中均少于现有布局。TABLE VII. SUMMARIZED TRAVELING COST OF LAYOUTS.Traveling Cost (Birr per each travel)Existing Alternative design I Alternative design II3.17 2.93 (8 %) 2.19 (31%)D.迂回每个操作之间的过程流程和关系如图1，图7和图8，供选择的两种方案设计的设备布置通过零部件的操作路线布置来进行。表八比较了布局方案的迂回情况，并显示了方案设计I和II中没有迂回。TABLE VIII. COMPARISON OF LAYOUTS IN TERMS OF BACKTRACKING.ExistingAlternative Design IAlternative Design IIFrom To From To From ToWelding Flanging No backtrackingNo back trackingNo back trackingNo backtrackingBottom press BottomsealingNo backtrackingNo backtrackingNo backtrackingNo backtrackingRing press RingsealingNo backtrackingNo backtrackingNo backtrackingNo backtracking3 结论经过仔细分析现有车间布局和采用SLP技术，得出以下结论：从流程顺序的角度看，自组织布局设计比现有布局更有效。这些结果证明了SLP布局方案的可行性。当长距离运输大量物料浪费时间和资源，公司的计划生产量和利润都将无法实现。因此，为生产车间设计更好的布局是合理和必须的。在分析了当前布局之后，通过使用SLP方法提出了两种不同的改进型新的公选布局（布局设计I和II）。提出的设计I，扩大了生产车间的宽度（图7），提出的布局设计II，不会扩大生产车间的宽度（图8）。移除一些不使用的机器，然后根据具体的操作顺序将机器重新排列成两行。两种布局设计可以节省由工作中心内部组件移动的距离（表五）。这种减小的距离将减少处理每个部件所需的时间，从而降低操作成本。机器之间的移动也被最小化，时间最小化，消除路径中断和迂回。因此，提出的布局设计I更好，并将带来可持续的改进，通过使用SPL来减少罐头生产的搬运费用。布局设计I和II中的搬运时间时间（表六）和搬运费用费用（表七）都有所减少，这表明设计在性能措施方面有显着改善，设计是安全可行的。最后，生产车间重新布局会减少物料流动的距离和时间消耗，从而提高生产量。参考文献1 J.Balakrishnan and C.H. Cheng, “Multi-period planning and uncertainty issues in cellular manufacturing: A review and future directions,” European Journal of Operational Research, Ed.177, 2007, pp. 281309.2 Z. Taha and F. Tahriri, “A classification of different type of facility layout design,” in Proceeding of Asia pacific conference on management of technology and tech