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论文导读：：总装造船方式是按生产线的原理与方法来建造船舶，如何对现有造船设备布置进行优化，是实现总装造船生产组织的重要基础。本文以具有普遍性的某船厂生产车间设备布置为对象，按其主力船型生产工艺为基准工艺流程，通过改进最大元素法来优化设备设施布置，降低了物料周转量和物流成本。
论文关键词：总装造船，设施布置，最大元素法，物流成本，物料周转量
0引言
我国已是世界造船大国，但离实现世界造船强国的目标还有相当的差距，如何转变造船模式，关系到我国实现造船强国的目标实现。现阶段大力推行的总装造船法就是去解决造船总装化程度低、生产管理粗放、信息化程度不高等问题，从而提高造船的现代化水平。现在许多企业造船设施设备的布置仍是按传统的造船模式布置的最大元素法，在向总装造船方式转变过程中，这使工艺流程不合理、物料周转环节过多等问题更加突出。为此，很有必要按总装造船方式要求，基于先进的造船技术、工艺和较少的费用条件下，对现有设施设备进行规划与布置，尽可能消除、或减少制造过程的瓶颈，优化造船流程，实现造船技术的全面进步和造船效益的快速提高免费论文下载。
对生产系统设施设备布置，已有不少学者与实践工作者进行研究与应用，Kai-Yin Gau[1]认为生产过程的物流成本占生产总成本的10%~20%；邱枫、李波[2]认为在制造环境中最大元素法，布局设计是指在确定的区域内安排最适宜的物理设备，通常设计规则是最小化机器之间的物料储运费用；张毕西、刘永清[3]认为根据车间跨度和面积的大小以及生产系统各环节间的衔接要求，设备布置可选择单行、双行或多行形式，主要优化方法有分支定界法、割平面法、从至表法、扩展从至表法、模拟退火算法、单亲遗传算法、模拟退火遗传算法等；都全[5]认为造船车间流程优化应基于物流量最小来进行。本文基于物流费用最低化来实现物料周转量较小化，从而达到造船设施布置优化的目的。
1 造船特点与设施布置现状
1.1 船舶产品与制造具有以下特征
（1）船舶制造属于大型工程项目型的单件小批量生产类型，建造周期长，占用资金大，成本高；
（2）是劳动、技术、资金、信息密集型并存的、综合性的大型组装工业，工种、专业繁多，生产过程复杂最大元素法，设备利用率低；
（3）高空、立体交叉作业多，拼焊装配的工件大、重，且形状不一，移动困难，劳动生产率低，工作环境差；
（4）配套企业多，配套产品复杂。
1.2 造船设施布置现状
造船设施布置取决于造船的技术、方式及其生产类型。我国造船企业的设施与设备布置，除近三年新建（按造船总装生产线方式布置）的项目外，基本与当时分段建造法相适应的单件生产的工艺专业化原则来布置的。由于这几年各船厂造船量猛增，临时扩大了许多生产场地最大元素法，使原有就不适应现代造船模式的设施布置的问题更加突出（如工艺路线布局分散零乱、零部件分段往返搬运路线重复、作业环境差等）。为此，必须对其展开深入的研究，对原有的设施布置进行改善，促进造船模式的深入、全面的转换。
2 问题提出
某大型造船厂的船体加工车间生产流程如图1所示，现阶段该车间的设备布置及物流情况如图2所示（注：有些小流程已合并）免费论文下载。该船厂为了提升核心竞争能力，现阶段着重建造一种主力船型。为此，迫切通过设施优化来提高造船效率问题。解决该问题所受到的约束条件如下：
物流成本
图1 某船厂船体加工车间生产流程图
物流成本
图2 某船厂船体车间设备布置及物料流动图
（1）设备不占用空间；
（2）生产场地基本不扩大，而是在原地进行改善；
（3）现有设备性能、工艺过程已基本符合建造方式与企业生产实际需要；
（4）最大程度地缩短物料搬运移动距离，且不增加回流线路；
（5）物流费用最小（除物料移动距离影响物流费用外，设备处在不同的地点最大元素法，工件移进或移出该设备加工的便利性是不同的，即发生的费用也不同）。
3 建模与求解
本文所提出的问题属于离散式生产系统中的设备布置优化问题，与一般设备布置不同的是，要基于物流费用最低化来实现物料周转量较小化，从而达到造船设施布置优化的目的。
3.1 建模
设物料入口在车间左端，出口在车间右端。显然物料移动工作量的变化主要取决于反向运输和横向运输，反向运输将产生两倍距离的运输工作量［4］；物流成本大小取决于物料移动工作量和工件移进或移出该设备加工的便利性，据此构造设备布置优化的目标函数：
物流成本
3.2求解
将运筹学中求解运输问题的最小元素法改为最大元素法，应用于车间设备优化布置，可以简化求解过程［5］。
求解思路为：首先分析车间工艺流程及设备间的物流费用关系最大元素法，以设备调整后的物流费用减少值为权重决定设备调整优先权。为与所有相邻设备互换位置后物流费用减少值的最大值免费论文下载。越大，越先安排与互换位置，使与相邻。同时还要考虑在相邻优化布置过程中是否引起了逆向费用增量，若引起逆向费用增量，则（为逆向物流费用增量）。本文中相邻是指同行设备前后相邻及不同行设备行间相邻。
基本算法及步骤如下：
（1）做设备调整权重表；
（2）计算每两台设备对应的填入表中对角线以下的方格，如果小于零，在对应方格填零，表示该方格对应的两个设备没有相邻的必要。计算时要注意：原先相邻的设备直接在对应方格内填零，没有直接物流关系的设备也直接在对应方格内填零。
（3）调整最大值对应设备到与相邻的新位置第行第列，若引向逆向费用增量最大元素法，转（4）；若没有引起逆向费用增量，转（5）；
（4）计算设备与设备相邻调整过程中引起的逆向费用增量，用减去得到填入表中代替，重新比较，转入（3）； （5）把调整后对应行与对应列的交叉方格划掉，表示设备与设备的相邻位置不可更改。然后再转入（1），重新计算末划掉方格的，如此反复，直至所有末划掉的方格中均为0,便得到最优解。
3.3 计算与优化
图2为某生产系统设备排布及物料流动关系图，设备布局成2行6列免费论文下载。设第1列和第2列间距为2.5米，第2列和第3列间距为5米最大元素法，第3列和第4列间距为7.5米，第4列和第5列间距为10米，第5列和第6列间距为12.5米；第1行和第2行间距为5米；入口到第1列设备间距为5米，出口到第6列设备间距为5米。由于行车轨道限制，行车只能走直角，如M1与M8之间距离为7.5米，M3与M11之间距离为22.5米。设处于奇（偶）列位置的设备之间物料单位移动费用为1 百元；奇偶列位置的设备之间物料单位移动费用为2 百元，各设备到入口、出口的物料单位移动费用为2 百元。
图3 第一次调整后车间设备排布及物料流动关系图
图2所示车间设备排布混乱，费用较大。运用最大元素法优化车间设备布置，具体步骤如下：
第一步：计算图2所有设备之间的填入表1对角线以下区域对应方格中，由表1可知最大元素法，为所有最大值，因此优先互换M2和M8，得图3。
第二步：划掉M1和M8、M7和M2所对应的方格。
表1 设备布置优化过程1（图2、图3）中的△Cxy值
（△Cxy表示Mx与My互换位置后物流费用的减少值，单位为（百元）；x和y均为设备标号）
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M1
0
0
0
0
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M2
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M3
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M4
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M5
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M6
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0
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0
0
0
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M7
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M8
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0
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0
0
M9
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0
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M10
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M11
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0
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0
0
0
0
0
M12
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0
0
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0
0
0
0
第三步：计算图3所有设备之间的填入表1对角线以上区域对应方格中，由表1可知，为所有最大值，因此优先互换M10和M11，得图4。
第四步：划掉M4和M11所对应的方格免费论文下载。
图4 第二次调整后车间设备排布及物料流动关系图
第五步：计算图4所有设备之间的填入表2对角线以下区域对应方格中，由表2可知，为所有最大值最大元素法，因此优先互换M6和M12，得图5。
第六步：划掉M5和M12所对应的方格。
图5 第三次调整后车间设备排布及物料流动关系图
表2 设备布置优化过程2（图3、图4）中的△Cxy值
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M1
0
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M2
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M3
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M4
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M5
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M6
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M7
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M8
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M9
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M11
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M12
0
0
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0
0
0
0
0
0
0
第七步：计算图5所有设备之间的填入表2对角线以上区域对应方格中，由表2可知，为所有最大值，因此优先互换M3和M19，得图6。
第八步：划掉M3和M11所对应的方格。
图6 第四次调整后车间设备排布及物料流动关系图
第九步：计算图6所有设备之间的填入表3对角线以下区域对应方格中，划掉方格不予考虑，经计算图6中所有未划掉方格中值均为零，因此，图6为设备最优布置图。
4 成本节约分析
通过上述方法的优化，对比优化前后的费用如表4所示。
表4 优化前后物流费用比较（单位：距离为米，费用为吨百元）
优化前
优化后
①10吨单位移动费用为1 百元的距离：
②10吨单位移动费用为2百元的距离：
③费用：
①10吨单位移动费用为1 百元的距离：
②10吨单位移动费用为2百元的距离：
③费用：
④15吨单位移动费用为1 百元的距离：
⑤15吨单位移动费用为2百元的距离：
⑥费用：
④15吨单位移动费用为1 百元的距离：
⑤15吨单位移动费用为2百元的距离：
⑥费用：
⑦总费用：
⑦总费用：
⑧物流费用节约：
5 结束语
本文对较传统的船体车间设备布置进行了优化，在优化过程中是基于物流费用最低化来实现物料周转量较小化，从而较好地考虑了物料移动工作量与加工的便利性；这种思想与方法也适用于主流产品或工艺流程发生变化的设备布置优化。以后需要进一步扩展到三、四排列下的设备布置优化问题，这样更具普遍性。
参考文献：
［1］Kai-Yin Gau.Facility layout with an iterativealgorithm[D]. Auburn University. 32-38.
［2］邱枫，李波。基于单亲遗传算法的多行设备布置方法及仿真[J].哈尔滨商业大学学报（自科版），2007,23（1）：124-128.
［3］张毕西，刘永清。多对象生产单元设备双行布置优化分析[J].华南理工大学学报（自科版），1999,27（5）：45-51.
［4］张毕西，赵伟，廖朝辉。多对象生产系统设备多行布置优化。系统工程与电子技术，2004,26（6）：754-756,858.
［5］都全。基于物流量最小的造船车间流程优化研究[J].江苏科技大学第四届研究生学术论坛论文集，2008,12:134-142. |
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