基于SLP的复兴号动车组关键部件生产车间布局优化研究.pdf

第 43 卷第 4 期2023 年 8 月铁 道 机 车 车 辆RAILWAY LOCOMOTIVE&CARVol.43 No.42023Aug.基于 SLP 的复兴号动车组关键部件生产车间布局优化研究郑广辉1，刘鹏1,2，钱叶昶1，刘庸奇1，孟伟1（1 北京纵横机电科技有限公司，北京 100094；2 中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所，北京 100081）摘 要 生产车间布局是否合理，影响着产品的生产效率、物流效率及生产成本。文中以某公司复兴号动车组关键部件生产车间为研究对象，基于 SLP 理论对车间布局现状进行了调研及问题分析，并对现状布局参数进行了计算分析，得出了该车间当前各功能区及物流量的相关性；进而综合分析各功能区域的物流关系及非物流关系，得出了该车间各作业单位的综合关系相关图及作业单位位置相关图，并采用以产品原则为主要布局特征，对车间布局进行了重新优化设计；通过新布局改善效果分析，该布局有效地降低了物流强度，提高了物流效率及生产效率，同时提高了生产面积利用率、降低了生产成本，使该车间生产布局更加精益合理。关键词 复兴号动车组；车间布局优化；效率中图分类号：U266 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2023.04.10快速发展的轨道交通技术及不断提升的市场需求，对复兴号动车组主机厂及核心部件生产企业的制造能力提出了更高的要求。某公司是复兴号动车组核心部件制造企业，随着生产需求及产品种类的不断增加，复兴号关键部件生产车间的布局显现出了较多问题，制约了其制造能力的发展，迫切需要对生产车间布局进行优化设计，以提升车间的整体制造能力。目 前 在 车 间 布 局 设 计 方 面，系 统 布 置 设 计（Systematic Layout Planning，SLP）理 论 较 为 成 熟，应用较为广泛。SLP 是通过对生产过程物流因素及非物流因素梳理分析，运用作业综合关系图等手段对生产布局进行合理规划，从而生产过程更加顺畅，物流更加高效，进而提升整个生产系统经济效益1。SLP 理论已经在机械、冶金等各个领域得到应用。王昀睿等人2针对某钢结构公司生产车间布局，运用 SLP 理论进行了布局分析及改善，最终减少了物料迂回、降低搬运时间、提高生产效率、保障生产安全；周尔民等人3运用 SLP 理论对台钻制造现场进行了重新规划，最终设计出一个较为理想的方案，搬运路线显著缩短，生产过程物流配送更加顺畅。文中通过对某公司复兴号动车组关键部件生产车间的调研分析，将布局设计理论与加工制造过程相结合，基于 SLP 理论，对生产车间重新进行合理规划设计，力求为企业带来良好效益。1 车间布局现状分析 该车间主要完成复兴号关键部件 W 及 K 2 大基本系列产品（包含十几种类型和几十种型号）的组装和试验工作，同时也承担 W/K/G 类产品中关键零件的测试工作。W/K 类产品生产工艺流程，主要包括组装、综合实验（高温老化、成品性能、绝缘耐压、抗高压）、出厂检验、包装等工艺环节，其中综合实验的作业时间都较长（1 h），组装工艺为可重入工艺。由此可见，为了提高实验设施利用效率，一般采用批次实验的方式。因此没法在全工艺流程中实施连续流动的生产模式。当前 W/K 类产品的关键零部件都存放到距离较远（20 km）的周转库，供应商文章编号：1008-7842（2023）04-0059-06引用格式：郑广辉,刘 鹏,钱叶昶,等.基于 SLP 的复兴号动车组关键部件生产车间布局优化研究J.铁道机车车辆,2023,43(4):59-64.基金项目：北京纵横机电科技有限公司项目（1850ZH3007）第一作者：郑广辉（1991-）男，工程师（修回日期：2021-11-14）通信作者：刘鹏（1978-）男，正高级工程师铁 道 机 车 车 辆第 43 卷 交付的物料首先需要从周转库转运到该车间进行测试，测试完毕后再储存到周转库，之后再根据组装计划配送到车间进行组装；W/K/G 类产品关键物料测试工艺流程相对比较简单，将原材料库中的物料转运到相应的测试区域完成测试后，再转运 到 原 材 料 仓 库，最 后 统 一 转 运 到 周 转 库 进 行储存。车间布局现状如图 1 所示，当前车间布局有以下问题：（1）该布局模式会增加物料的搬运距离，产生了较多的非增值作业时间，也会增加生产循环时间，间接地降低了生产效率。（2）整个车间的布局模式不清晰，多种特性布局模式共存，布局较为混乱，没有明确或具有某个主要特征的布局模式。（3）车间预留了较大比例的物料周转区和库存区，生产面积利用率较低。（4）车间中针对 W/K/G 系列产品中关键物料的测试工艺与 W/K 这 2 类产品的组装工艺关联性不大，且各测试区域布局较为分散，与 W/K 这 2 类产品的物流交叉较大。（5）整体布局中存在部分特殊工艺约束，如 15作业单位是高压作业区域，必须部署在车间角落的 位 置，7 作 业 单 位 是 高 温 老 化 区 域，不 能 轻 易移动。2 基于 SLP 车间布局参数计算分析 根据 SLP 的计算方法，首先对该车间的各个区域进行功能梳理并编号，如图 1 所示；其次，根据产品的工艺路线（能够体现出各功能区域之间的关系）、产量、物流距离等计算出各个作业单位之间的物流强度以及单个产品的物流强度，详细见表 1表 3。根据上述表的基本数据和计算后的数据，绘制了各作业区域之间的位置相关图（如图 2 所示）及车间物流相关图（如图 3 所示）。按照物流强度，将物流分级为 A/E/I/O/U 物流，从图中可知：（1）作业区域 0、1、2 和 13 之间物流强度非常大，物流强度等级为 A 级。其中，周转库到车间的物流量最大，主要是由于周转库到车间物料周转区域和原材料库的距离较远，为了减少运输成本，需要在车间增加关键物料检测和组装的物料周转图 1车间布局现状表 1W/K/G 类产品关键物料测试物流强度计算产品名称W6 类产品物料K 类产品物料W1/W2/W3其他 W 类产品K3总计数量8503781 0202 890218/物流强度34 103 44315 162 45640 875 969115 815 2478 744 495214 701 61260第 4 期基于 SLP 的复兴号动车组关键部件生产车间布局优化研究区域。（2）9 包装区-1 车间电梯物料出口，2 原材料库-5板卡测试区，7高温老化区-10绝缘耐压测试区，4W1/W2/W3 组装区-13班 组 物 料 周 转 区，9包 装 区-23成 品 待 检区，6 W 类产品组装区-23 成品待检区等作业区域之间的物流强度较大，等级为 E 级。（3）I 级强度的作业区域一共有 15 个，虽然有一些工艺关联比较大的物流区域，但是因为产量和物流距离的影响也会导致物流量较小。例如，3K1/K2 组装区-8 常温老化区。（4）O 级强度的作业区域一共有 16 个，部分是因为一些产品的特殊工艺之间影响的作业单位之间的物流关系，如 W1/W2/W3 的组装到板卡焊接区，W1 到绕线区，W1 到高压测试区等。3 基于 SLP 车间布局优化设计 3.1整体布局原则设计生产模式对布局具有重要的影响，根据精益生产理论：对于工厂级来说，其布局应采用基于对象专业化布局，可以提高产品在各操作间和工作间的流动顺畅性，从而减少物流时间，提高物流效率4；对于流水线和工作中心来说，应使用产品布局和单元布局模式，可以提高物流效率。改善后的车间整体以产品原则为主要布局特征，如图 4 所示，图中不同颜色代表不同类型产品；各功能区域内部按照单元布局原则，可以采用 U型布局、直线型布局等精益化单元化布局方式。3.2确定功能区域相对位置根据现状调研及原布局 SLP 分析过程中暴露出的问题，从优化的角度出发，对原有生产区域进表 2车间各功能布局区域之间物流强度计算路线0-11-136-131-21-96-232-57-109-236-204-132-216-710-20物流强度43 588 000283 626248 242210 381175 761170 548145 305117 334101 21899 86291 99870 05756 89840 302路线2-223-1311-273-1013-274-164-234-71-2011-258-274-208-253-9物流强度27 60926 97423 01622 06720 80516 98714 85814 32813 66413 58912 97510 8218 7968 618路线6-1613-258-109-2713-169-251-261-1210-261-1414-121-1514-159-26物流强度8 5748 2556 7306 4685 0182 7992 3791 048784640587517310260表 3物流强度和物流距离计算（W 和 K 类产品）K 类W 类总计产品名称K1K2K3K4W1W2W3W4W5W6/物流强度2 927 891201 9234 425 6874 502 8946 859 09487 714 021175 428 04334 386 811603 10317 193 367431 179 283物流距离/m1921923011921732652272271032273 272图 2车间布局位置相关图图 3车间物流相关图61铁 道 机 车 车 辆第 43 卷 行了拆分和重新定义，新布局模式中的物流区域及其编号如图 5 所示。根据各个物流区域之间的相关关系绘制车间的物流因素相关图和非物流因素相关图。综合考虑物流因素和非物流因素绘制车间内物流区域综合相关图及各作业单位位置相关图，进而对车间进行重新优化布局5。（1）物流关系分析：结合产品工艺流程、物流路径、物流量等信息，分析得出各区域间的物流强度，同时参照物流路线比例和承担物流量的比例，将各物流强度从高到底划分为 5 个等级，依次为A、E、I、O、U，得出物流因素相关图，如图 6 所示。（2）非物流关系分析：车间各作业单位之间的物流强度，并不是判断车间布局合理性的唯一标准，还需要综合考虑各作业单位间的特殊要求，例如作业单位间特殊的工艺流程要求、人员沟通要求等。因此，根据车间的实际情况，依据产品搬运安全、工艺联系性、管理便捷性、特殊作业单元工作噪音影响、人员沟通、信息传递等方面，对车间各作业单元之间的非物流因素进行综合分析，进而对所有单元之间的接近程度进行评价，得出作业单位接近程度。对各作业单元接近程度划分等级，从高到低依次为 A、E、I、O、U、X，其中，X 表示 2 个作业单元尽量不能靠近。依据各作业单元接近程度等级，绘制非物流相关图，如图 7 所示。（3）综 合 关 系 分 析：在 对 车 间 进 行 布 局 规 划时，需要综合考虑物流与非物流关系。生产过程中，各作业单位间的工艺衔接、人员沟通及信息传递等固然重要，但更为重要的是各作业单位间的物流关系。因此，结合车间生产实际状况分析各作业单位间的综合关系，非物流关系与物流关系之间的比值确定为 12 较为合理，将各等级代表分值分别定为：A：4、E：3、I：2、O：1、U：0、X：-1。依据计算出的各作业单位间综合关系分值，绘制出综合关系相关图，如图 8 所示。（4）绘制作业单位位置相关图：基于各作业单位的综合物流关系，按照从高到低的顺序依次插图 4车间布局模式概念设计图 5改善后布局图62第 4 期基于 SLP 的复兴号动车组关键部件生产车间布局优化研究入，得出各作业单位位置相关图，如图 9 所示。基于各作业单位位置相关图，新的布局方案排除特殊布局影响因素，整体布局按照产品原则布局，而各功能区域内部按照单元布局原则，减少了不同产品的物流交叉现象。除此之外，相比原有布局方案，布局中将周转库迁移到该车间附近，大大缩短物料的转运距离，为车间节省了更多的物料储存空间；还有将 W/K/G 类产品关键物料测试迁移至 4 层仓库，缩短了整体检测的物流距离和物流量；布局图中增加了自动化物流所需的相关区域，同时增加了参观通道和综合办公区。经过重新规划设计的车间布局图，如图 5 所示。4 布局改善后效果分析 W/K/G 类产品关键物料测试在新布局方案中分配在同栋楼其他车间完成，取消了原布局中物料测试后运回周转库以及在装配时再配送到车间的 2 个过程，减少了关键物料的物流强度和总运输距离，新布局方案中关键物料的物流强度见表 4。根据新的布局方案，对 W/K 系列产品物流距离和物流强度的计算，见表 5 和表 6。图 7新布局非物流因素相关图图 6新布局物流因素相关图图 8新布局综合因素相关图图 9新布局位置相关图表 4W/K 类产品关键物料测试物流强度计算产品名称K 类板卡W1/W2/W3W6 板卡其他 W 类K3总计原布局15 162 45640 875 96934 103 443115 815 2478 744 495214 701 612新布局45 172104 69590 991296 63026 053563 541优化/%-99.70-99.74-99.73-99.74-99.70-99.7063铁 道 机 车 车 辆第 43 卷 针对物流距离指标，W/K 类产品的物流距离整 体 缩 减 了 29.12%，物 流 强 度 整 体 降 低 了23.46%，主要原因是重新调整了布局；W/K 类产品物料检测工艺物流距离整体缩减 99%，主要是因 为 将 周 转 库 从 较 远 地 方 迁 移 到 该 车 间 临 近 车间。物流强度的缩减比例与物流距离不一致的主要原因主要是不同类型产品的产量所造成的，在这里不做过多赘述。5 结论 文中基于 SLP 理论对某公司复兴号动车组关键 部 件 生 产 车 间 进 行 了 现 状 分 析 及 布 局 优 化 设计，优化后的布局有效的降低了产品生产过程中的物流距离及物流强度，提高了物流效率及生产效率；同时，新布局整体布局特征清晰明了，不同产品间的物流交叉大大缩减，车间的生产面积利用率显著提高。生产布局趋于精益合理，为企业提 升 车 间 的 整 体 制 造 能 力 提 供 了 有 效 合 理 的环境。参考文献1 石 鑫.基于 SLP 的生产设施规划J.机械设计与研究，2014，30（1）：68-71.2 王昀睿.基于 SLP 的某钢结构公司生产车间布局优化研究球J.现代制造工程，2019（3）：31-37.3 周尔民，王贵用，朱 进.基于 SLP 法和 Em-Plant 仿真 的 台 钻 厂 设 施 布 置 规 划 J.现 代 制 造 工 程，2016（4）：89-97.4 易树平，郭 伏.基础工业工程M.北京：机械工业出版社，2018.5 黄苏凤，周跃进，李楠楠.基于 SLP 方法的磷化工企业设施布局规划J.物流技术，2016，38（10）：69-75.Research on Optimization of Workshop Layout of Key Components of Fuxing EMU Based on SLPZHENG Guanghui1，LIU Peng1，2，QIAN Yechang1，LIU Yongqi1，MENG Wei1（1 Beijing Zongheng Electro-Mechanical Technology Co.，Ltd.，Beijing 100094，China；2 Locomotive&Car Research Institute,China Academy of Railway Sciences Corporation Limited,Beijing 100081,China）Abstract：Whether the layout of production workshop is reasonable or not affects the production efficiency,logistics efficiency and production cost of products.Taking the production workshop of key components of Fuxing EMU of Z Company as the research object,this paper investigates and analyzes the current layout of the workshop based on SLP theory,calculates and analyzes the current layout parameters,and obtains the correlation between the current functional areas and material flow of the workshop.Then,the logistics relationship and non logistics relationship of each functional area are comprehensively analyzed,and the comprehensive relationship correlation diagram and operation unit location correlation diagram of each operation unit in the workshop are obtained,and the workshop layout is re-optimized by taking the product principle as the main layout feature.Through the analysis of the improvement effect of the new layout,the layout effectively reduces the logistics intensity,improves the logistics efficiency and production efficiency,improves the utilization rate of production area and reduces the production cost,so as to make the production layout of the workshop more lean and reasonable.Key words：Fuxing EMU；workshop layout optimization；efficiency表 5新布局物流距离计算（W/K 系列产品）K 类产品W 类产品总计原布局/m1921923011921742662272281032272 587新布局/m113113195113114167167186991861 833百分比/%-41.30-41.29-35.42-41.29-34.34-37.12-26.57-18.37-4.36-18.36-29.12表 6新布局物流强度计算（W/K 系列产品）产品名称K1K2K3K4W1W2W3W4W5W6总计原布局27 8911 92465 68842 89459 09490 32077 347386 8113 104193 3671 223 887新布局16 3721 12942 42125 18138 79956 79556 795315 7382 968157 871936 788百分比/%-41.30-41.29-35.42-41.29-34.34-37.12-26.57-18.37-4.36-18.36-23.4664