复合物流模式下的机械加工车间安全布局设计*

李嘉宁 林其彪 谢汉青 阳富强 段在鹏

(1.福州大学紫金矿业学院 福州 350116； 2.福州大学至诚学院 福州 350002；3.中铝东南材料院(福建)科技有限公司 福州 350015； 4.福州大学环境与资源学院 福州 350116)

0 引言

车间生产工艺布局与生产安全有密切的关系，好的工艺布局不仅能保证高效生产，也能保证安全生产，另一方面由于工艺的革新、原材料的更迭，可能造成物流路线的不断改变，这也会给车间安全带来许多新的风险，因此企业安全布局规划研究极为重要。

许多学者对车间内的布局进行了研究，米婷露[1]求得了各个生产单元的面积，更加准确地分析了场内交通对于布局的影响；赵峰等[2]首次将顾客流量作为物流因素，对其各个区域综合分析，得出3套可行方案并采用层次分析法进行择优;LIN Q L等[3]第一次采用两个具有高频率与逻辑性区域之间的密切关系，采用模糊约束对医院内的手术室位置进行优化；BRITTES B G等[4]独特地从管理者的角度对某综合医院进行布局优化，并在优化前期使用集群分析进行补充，除了使得生产力有所提高，还可以让管理者对医生的表现更加容易进行监管。

现阶段对于车间内部的安全布局研究，多是从物流路线、作业单元面积等进行考虑，而对于车间内的危险源[5]及物流方式等方面考虑较少。因此，本文引用系统布局设置(SLP)，综合考虑车间复合物流和车间内危险源，实现车间安全布局。

1 SLP简介

系统布局设置(System Layout Planing，SLP)，是由美国科学家Richard.Muther在1961年提出。将以往经验式的定性评价，变成了通过图表、符号等进行的科学的定量性评价，条例清楚、过程明确地梳理了各个生产单位之间的物流关系与非物流影响因素。考虑场地设施布置设计，做出位置关系图，以此来得出几个方案，并根据实际进行修正，得出最佳的方案。具体步骤如图1。

图1 SLP具体实施步骤

2 车间安全布局设计

该机械加工车间主要有打标机、数控加工机床、单刀车、凸轮磨床、数控淬火机床、数控粗磨凸轮、凸轮铣、销孔机、中频淬火机、清毛刺、攻丝机、探伤机等依次运输，运输方式主要为自制的手推车。当运输量达到一定程度时采用天车进行运输。最终在机加工车间的东边的区域进行超声清洗、防锈处理、包装运输至各地，原方案如图2。

图2 车间平面图

2.1 作业单元划分

由于该车间有相同工艺，本文按照工艺顺序排序，相同工艺序号相同加以后缀进行区分。经危险源辨识，该车间主要有11种事故类型，分别为：机械伤害、车辆伤害、起重伤害、物体打击、触电、火灾、噪音、震动、高温、高处坠落、粉尘等。单元划分如表1，位置如图3。

2.2 物流关系分析

(1)复杂物流量核算。由于该车间与部分车间物流形式不同，首先该车间的物流为寻找式，即下游工艺的工人向上游寻找，且具有一定的定向性与定量性。可以分为3类：①上游一个单元供应下游两个单元；②上游两个单元供应下游两个单元；③上游两个单元供应下游一个单元。对于不同的物流种类，应有以下不同算法。

当上游一个单元供应下游两个单元，由于人员一定是优先前往较近单元进行寻找，因此距离对于物流量是成反比的，因此使用式(1)进行计算。

表1 单元划分

图3 单元划分位置图

例如：令单元1的总输出物流量为Q1，单元1与单元2.1的距离为X1，与单元2.2的距离为X2，单元1运输至单元2.1的物流量为Y1，运输至单元2.2的物流量为Y2，即可得：

(1)

当上游两个单元供应下游两个单元，由于人员一定是优先前往较近单元进行寻找，因此距离对于物流量是成反比的，但由于情况更加复杂，因此采用单纯型法[6]来得出最优的解决方案，使用式(2)进行计算：

(2)

k1、k2、l1、l2为距离系数求法如下：

令单元2.1到单元3.1与单元3.2的距离分别为L1、L2；单元2.2到单元3.1与单元3.2的距离分别为P1、P2。见式(3)：

(3)

同理：

(4)

当上游两个单元供应下游一个单元则把自身所产的全部货物运输至下一工艺即可。

(2)物流关系分析。根据施工各区域之间的关系，参考物流强度分布确定各个作业单元的物流强度等级，其中物流强度由A、E、I、O、U来表示[7]。通过以上计算方法得出物流关系图如图4。

2.3 非物流关系分析

非物流关系主要考虑以下4个方面，以此绘制非物流关系如图5。

(1)是否为相同工艺：如单元2.1与单元2.2为相同工艺相应非物流关系为A。

(2)是否为相邻工艺：如单元1与单元2.1为相邻工艺相应的非物流关系为E。

(3)是否有不良反应：如单元2.1产生的废油废料与单元5的高温可能有危险产生相应的非物流关系为U。

(4)不良反应是否严重、可控：如单元2.1产生的废油废料与单元5的高温可能有危险产生但可以控制，相应的非物流关系由U上升至O。

根据该车间专家建议，本文将物流因素与非物流因素进行1∶3的加权。对应将A、E、I、O、U，分别赋值量化依次为3、2、1、0、-1，将赋值代入前文对于各个单元之间的评级后，即可得出综合关系，如图6。

2.4 复合物流综合关系分析

(1)复合物流分析。在实际的车间物流过程中采用两种运输方式：a.手推车；b.天车。当货物量大于某一数值时，会采用天车运输。为了保证物流的安全性，在运输过程中,工人不能进入生产区域，只能在规定的运输路线上，因而引入曼哈顿距离[8]。在运输过程中只能在黑色实线上进行运输。曼哈顿距离示意如图7，车间运输道路如图8。

图5 非物流关系

图6 综合关系

以此根据现场情况考虑，每当危险源对物流过程有所影响，相应的对最终的结果进行一定的修正。

(2)危险源分析：

①中频淬火机危险源。该危险源易发生高温伤害，在物流过程中如果经过中频淬火机则可能加大人员在运输过程中的危险，因此在最终的评级中增加1分。例如：单元2.2运输至单元3.1时会经过中频淬火机(单元5)，因此最终评级加1分。

②天车。该危险源易发生起重伤害和机械伤害，在物流过程中发生危险的可能性会成倍的增加，且影响范围较大，因此在最终的评级中每经过任一单元则在最终评级中增加1分。例如：单元6运输至单元7.2时经过了单元4.2与单元2.2，因此最终评级加2分。

因此得到修正后综合关系图如图9。

图7 曼哈顿距离 图8 车间运输道路

图9 修正后综合关系图

2.5 作业单元位置相关图

由于关系错综复杂，为了使关系更加清晰明了舍弃掉评级为O的综合关系，得出如下位置相关图，见图10。综合考虑位置关系图与经济方面影响后得出以下3个优化方案，如图11、图12以及图13。

图10 位置相关图 图11 方案一

图12 方案二 图13 方案三

3 基于AHP的方案优选

将安全因素、未来发展、物流的效率、作业人员认可度等,4个因素作为准则层。将最优方案作为目标层，将3个优化方案与原方案作为方案层。应用层次分析法(AHP)对方案优选，结果如表2，可知方案一为最佳的优化方案。

表2 综合权重

4 结论

对于复合物流的考虑，由综合关系图可以看出单元2.1、单元3.2的综合物流关系最强烈；相同工艺之间的综合物流关系较为强烈；对于有废油废料产生的单元应远离单元5；对于具有震动的单元应远离单元6。

将危险源与复合物流综合考虑，由修正后物流关系图可以看出单元8的综合物流关系最强烈；单元6的综合物流关系较为强烈；在安全运输的前提下应将有废油废料产生的单元远离单元5，对于具有震动的单元应远离单元6。

对方案一、方案二、方案三和原方案进行优选，从安全因素、未来发展、物流的效率、作业人员认可度4个方面进行优选，得出方案一无论从哪个方面都优于其余3个方案，且安全因素在方案一中所占权重最大。