工业工程论文-SLP在工厂平面布置中的应用.doc

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你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。
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目录
摘要
1 绪论 3
1.1 课题研究背景 3
1.2 课题研究的目的与意义 3
1.3 设施布置研究现状及发展应用范围 4
2 工厂设施布置概述 5
2.1 工厂设施布置类型选择的影响因素 6
2.2 工厂设施布置的原则 7
2.3 设施布置的形式 8
3 系统化布置设计（SLP）法 9
3.1 SLP的四个阶段 10
3.2 系统化布置设计（SLP）的基本程序 11
4 SLP法在宏宇工厂平面布置中的应用 15
4.1 宏宇工厂布置背景及总平面布置特点 15
4.2 SLP法在宏宇工厂平面布置中的应用 17
结束语 25
参考文献 26
英文摘要 27

SLP在工厂平面布置中的应用

作者：
（）
指导教师：

[摘 要]
SLP系统布置方法能快速寻找合理满意的布局方案，并能以直观可视化的图形显示结果，使设计具有相对合理性、稳定性和高效性。
本文首先介绍了SLP方法的过程——基本要素分析、作业单位物流关系分析、作业单位非物流关系分析、总平面布置等；然后以宏宇工厂为例，运用SLP方法分析了各作业单位之间的物流非物流互相关系，形成作业单位综合关系图，根据综合关系图绘制出相应的位置关系图，并将作业单位实际占地面积与位置关系图结合起来，形成作业单位面积相关图；通过进一步的修正和调整，得到可行的布置方案；最后采用加权评价等方法得到最优工厂平面布置方案。
[关键词] 设施规划，平面布置，系统化布置设计

1 绪论
1.1 课题研究背景
当今世界正从工业化社会向信息化社会飞速发展，这一伟大变革在各个方面都产生了极其深远的影响。就制造业的生存方式而言，已从大量生产方式向准时制及精益生产方式转变，并进一步向计算机集成制造（CIMS）及敏捷制造(AM)方式演变，生产方式的转变必然促进设施布置设计的研究与发展。
在机械制造业，设施布置的问题受到越来越多的重视，工厂设计与产品设计同样重要。随着竞争的日益激烈，企业的经营模式正逐步转向集团化和国际化，高科技车间大规模新建，如何对生产系统进行合理布置成为有待解决的问题之一；与此同时，客户对产品的种类、价格、交货期等都提出了更高的要求，企业的生产方式正从大规模生产向更具柔性的大批量定制生产转变，原有的设施布置渐渐不适应现阶段的产品结构，因此需要对原有生产系统进行改造，使其能根据生产计划的变化而变化。企业在满足客户个性化需求的同时，如何有效地重新配置和利用资源，增加系统的柔性，降低生产成本，提高效益，保持较低的生产成本和较短的交货期是赢得市场的重要因素。因此，无论是扩大生产新建车间，还是对原有的生产系统进行改造重组，都需要对其进行快速、合理的布局设计，满足市场需求。
1.2 课题研究的目的与意义
随着先进制造技术和制造模式的发展，极大地改善了企业的生产能力，提高了生产率，降低了生产成本，提高了产品质量。但同时也出现了企业的设施布置与制造能力的提高不一致的问题，成为企业进一步发展的瓶颈。
设施布置的好坏直接影响整个生产系统的物流、信息流、生产能力、生产效率、生产成本以及生产安全。优劣不同的设施布置，在施工费用上可能相差无几，但生产运营的影响会有很大不同[16]。优良的设施布置可以节省物料搬运费用，缩短生产周期，加快流动资金周转。因此，优良的设施布置是提高生产系统效益的重要资源和手段，是改善生产系统整体功能、实现现代化管理和先进生产方式的前提和基础。
在我国设施布置主要以手工操作作为主要的解决方法，以人为经验作为主要的参考依据，费时费力，且效率低下。同时由于设施布置研究的问题存在含糊不清、互相矛盾和无法量化等众多影响因素，而且规划目标也不是唯一的，因此不能准确的反映真实的布局环境。
本文从理论上研究了系统化布置设计（SLP）极其在我国的发展与应用，并通过实际案例——SLP在某化工厂平面布置中的应用来介绍了SLP的应用过程，为生产系统的设施布置设计和重组优化等管理决策提供必要的参考。
1.3 设施布置研究现状及应用范围
1.3.1 设施布置研究现状
从18世纪产业革命是靠人的经验、技术、直觉和手工绘制工厂布置，到19世纪30年代以泰勒为代表的工程师们将机器和物料的管理提到一定层次上来，人类对设施规划与设计的认识才真正开始。五十年代以后，工业工程学科发生了重大变化，运筹学、系统工程学、计算机科学、人机工程学的发展，使得工业工程从只限于作业的研究发展成了包括设施规划、物料搬运在内的数十个分支学科体系。系统工程的概念和系统分析的方法的应用，使设施布置发生了质的飞跃。
自从有了工业生产，就有了工厂设计，也就有了设施布置。设施布置为设施规划的一部分，设施规划起源于制造业的工厂设计。二次世界大战前，早期的工业工程课程中将方法研究、物料搬运和工厂布置三方面内容合成一门课程，称为“工厂布置设计”。其中工厂布置方面的内容主要采用定性分析方法和经验设计。当然，这种方法缺乏科学性，由于不同工厂之间存在较大差异，且布局问题是典型的完全困难问题，使得工厂设计一直没有形成系统的理论和方法体系。工厂设计人员往往从各自的经验出发进行设计，主观性较大，很难得到合理的设计方案。
20世纪60年代美国Richard Muther提出的系统化布置设计（Systematic Layout Planning）。系统化设施布置规划使工厂设施布置从定性阶段发展到定量阶段，它以图表分析和图形模型为手段，把量的概念引入设计分析的全过程，通过引入数理量化关系密集概念，建立各作业单元之间物流相关关系与非物流的作业单元相互关系图，从而建立了设施布置的数学模型，使得设施布置更加科学化、系统化、合理化。由于系统化设施布置在工厂布局设计中的成功应用，使得此项技术逐渐被广为应用于各种制造系统与服务系统，工厂设计也逐渐被设施规划与设计所替代，逐渐形成一套完整的学科体系。
Richard Muther提出的系统化设施布置规划，是对工业设施传统布置经验设计方法的重要挑战，在世界范围内对设施布置有较大的影响。系统化设施布置规划是对设计项目进行布置的一套有条理的、循序渐进的、对各种布置都适用的方法。这是一种基本的程序模式，不仅适合于各种规模或种类的工厂的新建、扩建或改建中对设施或设备的布置或调整，也适合制造业中对办公室、实验室、仓库等的布置设计，同时也可用于医院、商店等服务业的布置设计。
随着计算机极其技术的飞速发展，80年代以来很多学者研究了各种设施布置的数学模型以及求解算法，在模型上由理想的、块状布置模型发展到动态的、随机的、多目标的扩展模型，在算法上由全局搜索的最优算法发展到启发式的次优算法，直至现今迅速发展起来的人工智能算法，推理更加细致合理，更加符合现代制造系统的现实要求，加上CAD技术和仿真技术飞速发展可以提供虚拟场景仿真功能，出现了各种商品化的设施布置软件包，使设施规划设计跃上了一个新的台阶。
1.3.2 设施布置应用范围
设施布置的研究及应用领域见图1.1，根据研究范围的大小不同，设施布置有单元布置、生产线布置、车间布置和制造系统布置等应用范畴，用方框表示。各应用范畴的设施布置过程有建模理论、求解算法、虚拟仿真及布置方案评价等组成，用椭圆框表示。
设施布置
单元布置
车间布置
制造系统布置
生产线布置
建模
虚拟仿真
评价
算法

图1.1 设施布置的研究与应用领域
2 工厂设施布置概述
作为工业工程的一个分支，设施规划与设计起源于早期的机械制造厂的工厂布置。随着社会的进步与技术的发展，设施规划与设计早已逾越了机械制造厂的工厂设计范畴，形成了一门不但适用于各类工厂设计，同样也适用于各种服务设施的规划与设计新的学科。概括的说，设施规划与设计是为新建、扩建或改建的生产系统或服务系统，综合考虑相关因素，进行分析、构思、规划、论证、设计，做出全面安排，使资源得到合理的配置，使系统能够有效运行，以达到预期目标为它的研究内容[1]。
工厂平面布置是指根据企业的经营目标和生产纲领，在已确认的空间场所内，按照从原材料的接受、零件和产品的制造、成品的包装、发运等全过程，力争将人员、设备和物料所需要的空间做最合适的分配和最有效的组合，以获得最大的经济效益。
2.1 工厂设施布置类型选择的影响因素
在工厂设施布置中，到底选用哪一种布置类型（工艺对象专业化布置、产品对象专业化布置、混合布置、固定布置）。除了生产组织方式战略以及产品加工特性以外，还应该考虑其他一些因素。也就是说，一个好的工厂设施布置方案，应该能够使设备、人员的效益和效率尽可能好。为此，还应该考虑一下因素：
2.1.1 所需投资
车间设施布置将在很大程度上决定所要占用的空间、所需设备以及库存水平，从而决定投资规模。如果产品的产量不大，设施布置人员可能愿意采用工艺对象专业化布置，这样可以节省空间，提高设备利用率，但可能会带来较高的库存水平，因此这其中有一个平衡关系。如果是对现有的设施布置进行改造，更要考虑所需投资于可能获得的效益相比是否合算。
2.1.2 物料搬运
在考虑各个经济活动单元之间的相对位置时，物流的合理性是一个主要考虑因素，即应该使量比较大的物流的距离尽可能短，使相互之间搬运量较大的单元尽可能靠近，以便使搬运费用尽可能小，搬运时间尽可能短。曾经有人做过统计，在一个企业中，从原材料投入直至产品产出的整个生产周期中，物料只有15﹪左右的时间是处在加工工位上，其余都处于搬运过程中或库存中，搬运成本可达总生产成本的25﹪～50﹪。由此可见，物料搬运时生产运作管理中相当重要的一个问题。而一个好的设施布置，可使搬运成本大为减少。
2.1.3 柔性
车间设施布置的柔性一方面是指对生产的变化有一定的适应性，即使变化发生后也仍然能达到令人满意的效果；令一方面是指能够容易地改变设施布置，以适应变化了的情况。因此在一开始设计布置方案时，就需要对未来进行充分预测；再令一方面是，从一开始就应该考虑到以后的可改造性。
2.1.4 其他
其他还需要着重考虑的因素有：劳动生产率，因此在进行车间设施布置时要注意不同单元操作的难易程度悬殊不宜过大；设备维修，注意不要使空间太狭小，这样会导致设备之间的相对位置不好；工作环境，如温度、噪音水平、安全性等，均受设施布置的影响；人的情绪，要考虑到是否可使工作人员相互之间能有交流，是否给予不同单元的人员相同的责任与机会，使他们感到公平等。
2.2 工厂设施布置的原则 　
车间设施布置是在生产纲领、工艺路线已确定的条件下，在规定的空间场所内，按照从原材料的接收、零件和产品的制造，到成品的包装、发运的全过程，将人员、设备、物料所需要的空间做最适当的分配和最有效的组合，以便获得最大的生产经济效益。为了达到以上目的，在进行车间设施布置时必须遵循以下原则：
（1)减少或消除不必要的作业，这是提高企业生产效率和降低消耗的最有效方法之一。只有在时间上缩短生产周期，空间上减少占地，物料上减少停留、搬运和库存，才能保证投入的资金最少、生产成本最低。
（2）以流动的观点作为设施规划的出发点，并贯穿在规划设计的始终。因为生产系统的有效运行依赖于人流、物流、信息流的合理化。
（3）运用系统的概念。用系统分析的方法求得系统的整体优化。
（4）重视人的因素，运用人机工程理论进行综合设计，并要考虑环境的条件，包括空间大小、通道配置、色彩、照明、温度、湿度、噪声等因素对人的工作效率和身心健康的影响。
（5）设施规划设计是从宏观到微观，又从微观到宏观的反复迭代、并进行设计的过程。要先进行总体方案布置设计，再进行详细布置；而详细布置设计方案又要反馈到总体布置方案中，对总体方案进行修正。
总之，设施规划与设计就是要综合考虑各种相关因素，对生产系统或服务系统进行分析、规划、设计，使系统资源得到合理的配置。
2.3 设施布置的主要形式 　
 生产车间设施布置方式受工作流程的形式限制，可以分为工艺原则布置、产品原则布置、定位布置和单元制造布置四种方式。
2.3.1 工艺原则布置
工艺原则布置是一种将相似设备或功能放在一起的方式，比如将所有的车床放在一起，将冲压机床放在另外一处。这种设施布置有明显的工艺专业化或工作专业化的特性。在某个生产运作单位中，集中同类型的设施，如设备、工具、仪器、人员等，进行相类似的生产加工或服务活动。例如，玩具厂按工艺原则布置设施，可以设置收发车间、塑模和冲压车间、金属成型车间。缝纫车间和喷漆车间。
工艺原则设施布置的优点：
（1）工艺原则布置由于设备是按类型而非按加工顺序摆放的，所以个别设备出了故障或个别工人缺席对整个生产系统影响较小；
（2）由于产品是成批加工，上下工序间依赖性不强；
（3）工艺原则设施专用性较低，维修较为容易。且设备分组式的维修人员可以提高修理这类设备的技术，所以维修费用也较低。
工艺原则设施布置的缺点：
（1）当产品加工工艺较多，必须不断地进行工艺路线选择及进度安排，物流运输效率较低，单位运输费用较高；
（2）如果采用间歇性加工，将导致半成品库存太大；
（3）工艺要求多样性将使工艺路线选择及进度安排复杂化，导致设备利用率不高。
2.3.2 产品原则布置
产品原则是指为了使大量产品或顾客顺利且迅速通过系统，而按照某种产品的加工路线或加工顺序来布置设施。这种布置在生产企业中常常被称为生产线或装配线。产品布置原则和工艺布置原则的区别就是工作流程的路线不同。在工艺原则布置中，由于工艺要求，物料在其生产周期中要多次送往统一加工车间，物流路线是高度变化的。而产品原则是按照工序顺序安排，能够避免物料的迂回，实现物料的直线运动。产品原则布置适用于生产系统涉及一种或少数几种类似的加工对象，且产品或零件的生产量很大的情况。
产品布置原则的优点：
（1）产品原则设施布置因为常常要采用专用设备，设施费用通常很高，但人力和设备可以得到充分利用；
（2）产品和顾客流动速度很快，产量较工艺原则设置高，因此产品单位费用低；
（3）专门化的劳动分工减少了培训时间和费用，同时使得监督跨度加大；
（4）由于加工对象都按照相同的加工顺序，物料运输大大简化，单位物料运输费用较低；
（5）采购、库存控制都可以实现程序化。
产品原则布置的缺点：
（1）分工过细导致工作单调，工人容易过度紧张并疲劳；
（2）生产系统对产量变化以及产品或工艺设计变化的适应性差；
（3）上下工序间依赖性很强，个别设备出现故障或工人缺席对整个生产系统的影响极大；
（4）为了保障故障设备迅速恢复生产，必须具有一定的备用件和专门维修人员。由于设备的专用性和复杂性，故障点多，出现问题时较难判定原因并及时解决，使得备用件库存量可能很大，因此这方面费用较高。
2.3.3 定位布置
与工艺原则布置和产品原则布置相比，定位布置的特点是具有相对较少的产品数量。在进行定位布置时，可将产品看做车轮的轮毂，作为布置的中心，原材料和设备按照使用次序和移动的难易程度布置在产品的四周。比如，在造船时，整个建造过程中需要使用的铆钉应放在船壳附近或船壳内；笨重的发动机部件只需要向船壳移动，所以应放在较远的位置；起重机由于经常使用，应该放在离船壳较近的地方。
2.3.4 单元制造布置
对于许多种零件，如果按照设计特征或制造特征的相似性将他们分类，可以分成不同的组，称为零件组。所谓设计特征是指产品尺寸、形状和功能；制造特征或工艺特征是指需要的价格类型及顺序。具有相似工艺特征的零件不一定具有相似的设计特征。那么在制造过程中，就可以对设备进行分组布置，每一组设备完成一组工艺相似的零件所需的工艺。这种布置方式称为单元制造布置。单元布置有点类似于产品原则布置。
3 系统化布置设计（SLP）法
SLP法是设施规划与设计的最著名的设计方法，其创建人Richard Muther将系统工程概念和系统分析法应用于工厂布置，形成了一套严格的设计程序。
3.1 SLP的四个阶段
系统布置设计是一种逻辑性强，条理清楚的布置设计方法，一共分为四个阶段，四个阶段和SLP的主要内容和先后顺序见图3.1。
第Ⅰ阶段——确定位置。在新建，扩建或改建工厂或车间时，首先应确定出新厂房坐落的地区位置。在这个阶段中，首先要明确待建工厂的产品，计划生产能力，参考同类工厂确定待建工厂的规模，从待选的新地区或现有工厂中确定出可供利用的厂址。
第Ⅱ阶段——总体区划。总体区划又叫区域划分，就是在已确定的厂址上规划处一个总体布局。此阶段中，首先应明确各生产车间，职能管理部门，辅助服务部门以及仓储部门等作业单位的工作任务与功能，确定其总体占地面积及外形尺寸。在确定了各作业单位之间的相互关系后，把基本物流模式和区域划分结合起来进行布置。
第Ⅲ阶段——详细布置。详细布置一般是指一个作业单位内部机器及设备的布置。在详细布置阶段，要根据每台设备，生产单元及公用，服务单元的相互关系，确定出各自的位置。
位置确定
总体区划
详细布置
实施
Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ
时间
阶段
1.关系
2.场地
3.调整
平面布置规划
程序
基本内容

图3.1 工厂布置的阶段结构图
第Ⅳ阶段——实施[15]。在完成详细布置设计后，经过上级批准可以进行施工设计，绘制大量的详细安装图，编制搬运，安装计划，按计划进行机器设备及辅助装置的搬运，安装施工工作。
四个阶段均按顺序进行，其中第Ⅰ和第Ⅳ阶段不属于真实的布置设计工作，而第Ⅱ和第Ⅲ阶段即总体区划和详细布置则是布置设计的主要内容。
3.2 系统化布置设计（SLP）的基本程序
自20世纪50年代以来，西方国家的很多专家对工厂布置和物流展开了系统的分析与研究，提出了很多定性和定量的工厂布置方法，其中最著名的和最具代表性的是美国工厂布置专家Richard Muther提出的系统布置设计（System Layout Planning），其基本程序如图3.2所示，按照此程序，系统布置一般经过如下步骤：
主要输入参数（P.Q.P—Q.R.S.T）
物流流程
作业关系
关系图
需要的场地和空间
可利用的场地和空间
场地、空间关系图
要修改的考虑
实际情况的限制
方案Y
方案X
方案Z
评价
选择工厂
平面布置方案
系统的工厂平面布置编制模式

图3.2 系统化布置设计程序图
（1）准备原始资料
在系统布置设计开始时，首先必须明确给出基本的要素的原始资料。这些要素主要是指产品P(Product)、产量Q(Quantity)、生产工艺路线R(Route)、辅助生产部门S(Service)、时间安排T(Time)五要素。同时也需要对作业单元的划分情况进行分析，通过分析与合并，得到最佳的作业单位划分情况。对这些资料的收集整理，是系统布置设计效果的关键。
（2）物流分析与作业单位相互关系分析
①物流关系分析
物流关系分析是对生产过程中物料搬运的强度和数量进行分析。常通过绘制物料从至表等手段，对作业单位之间的物流量进行分析。物料从至表是以一定的顺序按行排列物料移动的起始作业单位，以相同的顺序按列排列物料移动的终止作业单位而形成的方阵表格，行列相交的表格中记录着从起始作业单位到终止作业单位的各种物料搬运量的总和。
由于分析大量的物流量数据比较困难，而且也没有必要，在考察作业单位间的物流强弱时更关心它们之间的相对物流强度，因此，SLP中根据物流从至表中各作业单位间物流量的大小，将物流强度分为5个等级，分别用字母A,E,I,O,U表示。其物流强度逐渐减小，它们的含义及比例详见表3.1
表3.1 物流强度等级比例划分表
物流强度等级
符号
物流路线比例（﹪）
承担的物流量比例（﹪）
物流强度等级
符号
物流路线比例（﹪）
承担的物流量比例（﹪）
超高物流强度
A
10
40
一般物流强度
O
40
10
特高物流强度
E
20
30
可忽略搬运
U

较大物流强度
I
30
20

根据各作业单位间的物流关系及物流强度等级划分情况，得到物流相关表。在布置各作业单位时，从物流系统优化的角度讲，物流相关表中物流强度等级较高的作业单位之间的距离应尽量缩小，彼此应尽量接近，而物流强度较低的作业单位之间的距离可以适当加大。
②作业单位关联关系分析
物流分析是企业布置的重要因素，但也不能忽视非物流因素的影响，尤其是在物流对生产影响不大或没有固定物流的情况下，企业布置就不能仅依赖于物流分析，还应考虑作业单位之间关联关系的分析结果。
作业单位关联关系分析的主要对象是人在各作业单位间往返接触的密切程度、文件在各作业单位间传递的频度、各作业单位管理组织的关系、以及考虑环境因素和安全因素而导致某些作业单位不宜靠近、必须远离等关系，等等。不同的企业，不同的作业单位，它们之间的关联关系影响因素也是不一样的。一般可以从以下几个方面考虑：物流；工艺流程；作业性质类似；使用同一场所；使用同一组工作人员；使用相同的设备和公用设施；使用相同的文件档案；工作联系频繁程度、服务的紧急程度；技术、产品、监督和管理方便；噪声、震动、烟尘、易燃易爆危险品的影响等。
对上诉作业单位之间关联关系的各种影响因素进行分析，确定出各作业单位之间的关联关系密切程度等级。与物流关系分析类似，作业单位间关联关系密切程度等级分为A、E、I、O、U、X，其含义及比例详见表3.2。
表3.2 作业单位关联关系等级及比例划分
含义
符号
所占比例(％)
绝对必要(Absolutely necessary)
A
2～5
绝对必要(Absolutely necessary)
E
3～10
重要(Important)
I
5～15
一般密切程度(Ordinary closeness)
O
10～25
不重要(Unimportant)
U
45～80
负的密切程度，不希望靠近
X
视情况而定
负的密切程度，极不希望靠近
XX
视情况而定
接着采用和前面物流分析相似的方法，建立作业单位关联关系表。和物流相关表不同的是作业单位关联关系表中每个菱形上半部填写作业单位间的关联关系密切程度等级，下半部用数字表示确定关联关系密切程度等级的理由，之所以这样强调性的给出理由，是为了防止设计人员的主观片面性及随意性，要求他们在确定关联关系密切程度等级时，要经过仔细地分析和权衡。有时也可以采取开会讨论或专家咨询等方法来确定作业单位的关联关系密切程度等级。
③综合关系分析
有些企业在车间规划布置设计时，需要综合考虑各作业单位间的物流关系和非物流关系。此时，SLP方法采用比例加权的方法，将物流相关表和作业单位关联关系表综合成综合关系表。
在SLP中，一般可按下表3.3中的方法对各种关系进行量化。其中，对于极不希望靠近的XX，有时为了表示“惩罚”，可以去小于-2的值
表3.3 各种关系量化的对应关系
关系
A
E
I
O
U
X
XX
量化值
4
3
2
1
0
-1
-2,-3等
（3）绘制作业单位位置相关图
根据物流相关表与作业单位相互关系表，考虑每对作业单位之间相互关系等级的高低，决定两作业单位相互位置的远近，得出各作业单位之间的相对位置关系，有些资料也称之为拓扑关系。这时并未考虑各作业单位具体的占地面积，从而得到的仅是作业单位相对位置，称为位置相关图。
（4）作业单位占地面积计算
各作业单位所需占地面积与设备、人员、通道、及辅助装置等有关，计算出的面积应与可用面积相适应。
（5）绘制作业单位面积相关图
把各作业单位占地面积附加到作业单位位置相关图上，就形成了作业单位面积相关图。
（6）修正
作业单位面积相关图只是一个原始布置图，还需要根据其他因素进行调整与修正。此时需要考虑的修正因素包括物料搬运方式、操作方式、存储周期等，同时还要考虑实际限制条件如成本、安全和职工倾向等方面是否允许。考虑了各种修正因素与实际限制条件以后，对面积图进行调整，得出数个有价值的可行工厂布置方案。
（7）方案评价与择优
针对得到的数个方案，需要进行技术、费用及其他因素评价，通过对各方案比较评价，选出或修正设计方案，得到布置方案图。
从上面的说明可以看出，系统布置设计是一种采用严密的系统分析手段及规范的系统设计步骤的布置设计方法，具有很强的实践性[4]。
4 SLP法在宏宇工厂平面布置中的应用
4.1 宏宇工厂布置背景及总平面布置特点
某地区拟建一生产工业烧碱的化工厂，厂址确定在一个交通、供电便利的沙滩荒地上，厂区用地面积3000㎡；该化工厂设计规划为年生产烧碱5000t（折合100﹪的NaOH），要求生产工艺先进，做到综合利用，无废液、废气产生，实现无公害化生产。
依照我国现状，考虑生产工艺的先进性，化工厂拟采用电解法生产烧碱及其他副产品，具体工艺流程如图4.1所示。
由图可知，该化工厂的主要原料是食盐(NaCl)，经过化盐后用泵输入电解槽进行电解，最终产品是盐酸、液氯及工业烧碱。

盐酸
液氯
漂液
工业烧碱
整 流
化 盐
蒸 发
交流电
纯碱
氯化钡
盐水精制
蒸汽盐
泵
过滤
电 解
洗涤与输送
干燥与输送
湿氢气
湿氧气
氯气
氢气
化合
石灰吸收
点解碱液
蒸汽

图4.1 化工厂工艺流程
由于生产工艺的特殊性，决定了化工厂不同与机械制造厂，具有特殊性。对于机械制造厂，生产设备及生产线具有很大的柔性和可调整性，适应多种产品的生产；机械产品都是固态的，多采用吊运、搬运和车辆道路运输；另外，机械加工工艺流程是复杂的，各工序、工段、车间的生产可能是不均衡的，工件在生产线上可能出现停滞，依靠仓储确保生产连续进行；机械制造厂的组成比较复杂，一般依据工件类型、工艺特点、工作性质来划分生产车间。而化工厂的生产设备一般是专用的，工艺流程是固定的，生产系统不易转产，一般只适合单一产品的生产；此外，化工厂的原料、产成品及中间在制品一般都是液态或固态的。从而，化工厂在布置设计中应具有如下特点：
（1）产品单一，工艺流程固定；
（2）原材料、产成品、中间在制品多为液态、气态，往往采用罐装及管道运输，物料搬运系统造价高，且不便调整；
（3）生产设备专业化，生产自动化、连续化，各工段生产能力均衡，直接操作人员少；
（4）易燃、易爆、易腐蚀，应注意环境保护，避免环境污染。
因为化工厂的生产是连续进行的，因此物料自始至终连续不停流动着，原材料的输入、中间在制品的流转、产成品的输出形成了化工厂物流全过程，物流是否流畅是生产过程连续进行的前提。液态、气态物料运输用的管道建设投资大，灵活性差，一旦建成就难以改变，而且，运输管道越短、转变越少，物流越流畅，管道维护工作量越小。基于以上特点，化工厂布置设计中应充分考虑物流、物料搬运系统的影响，也应该充分注意工作流程连续性要求等因素的影响。
4.2 SLP法在宏宇工厂平面布置中的应用
4.2.1 化工厂作业单位划分
根据生产工艺流程及3.3章的介绍，化工厂划分为9个生产工段，同时，还应设有锅炉房、化验室、办公楼等辅助服务部门，具体如表4.1所示。由于时间原因本文只对生产工段进行分析其他辅助部门略。
表4.1 化工厂作业单位
序号
作业单位
序号
作业单位
1
盐库
9
漂洗工段
2
盐水工段
10
空压站、冷冻机房
3
电解工段
11
锅炉房
4
修槽工段
12
变电所
5
蒸发工段
13
化验室
6
氯氢处理工段
14
材备库
7
盐酸工段
15
办公室
8
液氯工段
16
综合服务楼
4.2.2 作业单位间物流关系分析
根据化工厂的设计规模及生产工艺，确定出原材料的输入量，各种主、副产成品的运出量及各工段之间的在制品的转运量，利用工艺流程图进行物流分析，根据表3.1和表4.2得出化工厂物流强度汇总表见4.3。
表4.2 作业单位间运量表
从
至

1
2
3
4
5
6
7
8
9
1

5030

2

1052

3

4082
2516
3048

4

5

1035

6

950
3243

7

8

1265
9

表4.3 化工厂物流强度汇总表
序号
作业单位配对
物流强度
物流强度等级
序号
作业单位配对
物流强度
物流强度等级
1
1-2
3.21
A
9
3-9
0.03
O
2
1-5
0.06
O
10
5-6
0.05
O
3
1-7
0
X
11
6-7
0.4
I
4
2-3
0.31
I
12
6-8
1.56
E
5
2-5
0.57
I
13
6-9
0.3
I
6
3-4
3.3
A
14
7-9
0.05
O
7
3-5
0.3
I
15
8-9
0.42
I
8
3-6
1.82
E

注：表4.3中未出现的作业单位对不存在固定的物流，因此物流强度等级为U级。

图4.2 作业单位物流相互关系图
4.2.3 作业单位间非物流关系分析

图4.3 作业单位非物流相互关系图
考虑工作流程的连续性、生产服务要求、物料搬运、管理方便、公共设施及辅助动力源、人员联系等多方面因素，确定作业单位非物流相互关系的基准相互关系（见表3.2），进一步确定各作业单位之间的相互关系密级，得到作业单位非物流相互关系图4.3。
4.2.4 作业单位间综合相互关系分析
由于化工厂主要采用管道运输，物流关系与非物流相互关系的相对重要性没有明显差异，则取加权值为1：1。根据化工厂物流相关图与非物流相关图得出化工厂综合相互关系计算表[3]。
表4.5 化工厂综合相互关系计算表
序号
作业单位
关系密切程度
综合关系
物流关系（加权值1）
非物流关系（加权值1）
等级
分值
等级
分值
分值
等级
1
1-2
A
4
A
4
8
A
2
1-3
U
0
U
0
0
U
3
1-4
U
0
U
0
0
U
4
1-5
O
1
X
-1
0
U
5
1-6
U
0
U
0
0
U
6
1-7
X
-1
O
1
0
U
7
1-8
U
0
U
0
0
U
8
1-9
U
0
U
0
0
U
9
2-3
I
2
E
3
5
E
10
2-4
U
0
U
0
0
U
11
2-5
I
2
O
1
3
I
12
2-6
U
0
U
0
0
U
13
2-7
U
0
U
0
0
U
14
2-8
U
0
U
0
0
U
15
2-9
U
0
U
0
0
U
16
3-4
A
4
E
3
7
A
17
3-5
I
2
I
2
4
E
18
3-6
E
3
E
3
6
E
19
3-7
U
0
U
0
0
U
20
3-8
U
0
U
0
0
U
21
3-9
O
1
X
-1
0
U
22
4-5
U
0
U
0
0
U
23
4-6
U
0
U
0
0
U
24
4-7
U
0
U
0
0
U
25
4-8
U
0
U
0
0
U
26
4-9
U
0
U
0
0
U
27
5-6
O
1
X
-1
0
U
28
5-7
U
0
U
0
0
U
29
5-8
U
0
U
0
0
U
30
5-9
U
0
U
0
0
U
31
6-7
I
2
E
3
5
E
32
6-8
E
3
E
3
6
E
33
6-9
I
2
O
1
3
I
34
7-8
U
0
O
1
1
O
35
7-9
O
1
I
2
3
I
36
8-9
I
2
U
0
2
I
根据表4.5划分综合关系密级如表4.6。当分值为7～8时，综合相互关系定为A级；分值为4～6时，综合相互关系定为E级；分值为2～3时，综合相互关系定为I级；分值为1时，综合相互关系定为O级；分值为0时，综合相互关系定为U级；分值为-1时，综合相互关系定位X级。
用选定的加权值（1:1）来对物流相互关系与非物流相互关系进行量化、加权求和，并重新划分等级，由此得出作业单位综合相互关系图如图4.4所示。

图4.4 作业单位综合相互关系图
4.2.5 工厂整体布置及修改确定
通过计算作业单位综合接近程度并排序，求得作业单位布置顺序为3，6，2，7，9，8，5，4，1。按照布置顺序，对各作业单位进行布置，求得作业单位位置相关图，如图4.5