寧 芳, 王 斌

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院, 江蘇 徐州 221116)

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理

SLP在木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施優(yōu)化布局中的應(yīng)用

寧 芳, 王 斌

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院, 江蘇 徐州 221116)

以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)木工實(shí)驗(yàn)室為例,分析了原實(shí)驗(yàn)室布局使用中存在的問題,利用SLP(systematic layout planning)系統(tǒng)布局規(guī)劃方法,對(duì)實(shí)驗(yàn)室物流關(guān)系、非物流關(guān)系進(jìn)行分析,在綜合考慮各要素相關(guān)關(guān)系,包括占地面積、應(yīng)急處理、教學(xué)管理等因素后,得出實(shí)驗(yàn)室設(shè)施優(yōu)化布局最終方案。通過對(duì)比分析論證了SLP在實(shí)驗(yàn)室設(shè)施布局中的有效性,為實(shí)驗(yàn)室科學(xué)布局規(guī)劃提供了一種科學(xué)的研究方法。

系統(tǒng)布局規(guī)劃(SLP)； 木工實(shí)驗(yàn)室； 優(yōu)化布局

實(shí)驗(yàn)室設(shè)施布局與優(yōu)化一直是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理工作的重要研究?jī)?nèi)容,設(shè)施布局的優(yōu)劣與實(shí)驗(yàn)室的工作效率、設(shè)備利用率、設(shè)備維護(hù)成本、安全性、管理成本等都有著重要關(guān)系。SLP(systematic layout planning)系統(tǒng)設(shè)施規(guī)劃方法,根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)完成的功能,在對(duì)各單位要素之間的相互關(guān)系研究的基礎(chǔ)上,展開系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)施、人員等的系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)。以求通過改變和調(diào)整布置,達(dá)到提高整個(gè)系統(tǒng)效益的目的[1-3]。以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院木工實(shí)驗(yàn)室為研究對(duì)象,應(yīng)用SLP方法進(jìn)行設(shè)施布局優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)優(yōu)化前后方案進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)。

1 木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施布局現(xiàn)狀分析

1.1 木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施布局現(xiàn)狀

木工實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)藝術(shù)設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生實(shí)木設(shè)計(jì)作品加工的教學(xué)和實(shí)驗(yàn),整個(gè)實(shí)驗(yàn)室為一個(gè)建筑面積約227 m2的房間。實(shí)驗(yàn)室擁有目前國(guó)內(nèi)較為齊全和先進(jìn)的實(shí)木木工加工設(shè)備,包含重載推臺(tái)鋸、帶鋸、平刨、壓刨、房榫機(jī)、木工車床、榫卯器、燕尾榫卯器、精密雕刻桌系統(tǒng)、精密推鋸、微米吸塵器、砂光機(jī)等19臺(tái)設(shè)備,此外還有儲(chǔ)物柜2個(gè)、移動(dòng)式儲(chǔ)物柜1個(gè)、輔助工作臺(tái)2個(gè)、工作臺(tái)2個(gè)。

目前,因?yàn)閳?chǎng)地限制,所有設(shè)施大體按照木工生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行布置,分為堆料區(qū)、粗加工區(qū)、半精密加工區(qū)、精密加工區(qū)4大區(qū)域。但因面積和實(shí)際場(chǎng)地條件限制,加上教學(xué)組織、管理與實(shí)際工廠車間有較大區(qū)別,實(shí)際使用過程中設(shè)施布局存在較多不合理因素和安全隱患問題。

1.2 現(xiàn)有布局問題分析

運(yùn)用SLP相關(guān)原理,通過對(duì)現(xiàn)有布局實(shí)地考察和分析,繪制了木工實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有主要設(shè)施布局圖,并在圖中標(biāo)出了物流路線和人流路線,分別以粗線和細(xì)線表示(見圖1)。

圖1 現(xiàn)有布局分析

經(jīng)過分析,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施布局存在的主要問題為:

(1) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施只是單一地按照常規(guī)木工加工流程布置,沒有考慮實(shí)際教學(xué)需要和特點(diǎn),如教學(xué)需要開展操作示范、集中指導(dǎo)、分組實(shí)驗(yàn)、對(duì)比實(shí)驗(yàn)等。

(2) 有些設(shè)備功能和使用方式具有近似性或一定的配合關(guān)系,如榫卯器、燕尾榫卯器,但是相距甚遠(yuǎn),使用不便。

(3) 物流人流秩序較混亂。因?yàn)槟竟?shí)驗(yàn)不同于工廠流水線生產(chǎn),因此如果不考慮工藝銜接和過程間的反復(fù)問題,就會(huì)增加物流和人流并發(fā)量,降低工作效率,增加管理困難和安全隱患。

(4) 目前設(shè)備布局為錯(cuò)落式、見縫插針的布置方式,對(duì)設(shè)備的動(dòng)態(tài)使用空間問題考慮不全。大型設(shè)備開啟時(shí),往往會(huì)影響周邊其他設(shè)備的操作,極有可能造成危險(xiǎn)。

(5) 物品存儲(chǔ)柜集中布置在實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)角落,為封閉式集中管理,不利于實(shí)驗(yàn)工作效率,也增加了物流、人流量。

(6) 設(shè)備布置凌亂,發(fā)生危險(xiǎn)時(shí),應(yīng)急撤離不夠通暢。

2 基于SLP的木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施布局優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 物流關(guān)系分析

物流分析是對(duì)物料在各個(gè)工序之間的流動(dòng)路線、順序和數(shù)量的分析,是對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)施布局分析中首先應(yīng)該考慮的因素[4]。物流分析在很大程度上體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)加工程序,因?yàn)閷W(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程不同于工廠內(nèi)的生產(chǎn)流水線加工,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的物流通常同時(shí)伴隨著人流的發(fā)生,這就構(gòu)成了木工實(shí)驗(yàn)室內(nèi)最主要的物流和人流關(guān)系[5]。物流分析中將設(shè)備之間的物流強(qiáng)度分為5個(gè)等級(jí),分別用A、E、I、O、U表示[6-9]。經(jīng)分析,最終能夠確定有效優(yōu)先級(jí)的流動(dòng)路線和具體物流強(qiáng)度關(guān)系(見表1)。

表1 物流強(qiáng)度分析

2.2 非物流關(guān)系分析

非物流關(guān)系主要是對(duì)非物流因素進(jìn)行分析,用A、E、I、O、U、X表示相互的等級(jí)關(guān)系[10]:A絕對(duì)重要；E特別重要；I重要；O一般重要；U不重要；X不希望靠近。在進(jìn)行非物流關(guān)系相互的分析時(shí),一般需要一些基于理想狀態(tài)的特定標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行評(píng)價(jià)[11]。木工實(shí)驗(yàn)室不同于一般木工工廠車間,由于教學(xué)和管理的特點(diǎn),需要特別考慮幾個(gè)功能相近或相關(guān)的機(jī)械之間的關(guān)系,更多地從教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理角度進(jìn)行分析。此次優(yōu)化布局設(shè)計(jì)中,主要從幾個(gè)非物流關(guān)系方面進(jìn)行考慮，充分考慮目前實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)組織方式為集中示范和分組實(shí)踐相結(jié)合的特點(diǎn):

(1) 對(duì)多個(gè)功能相同和近似的設(shè)備應(yīng)進(jìn)行集群式成組布置,方便教學(xué)示范、分組實(shí)驗(yàn)、分組指導(dǎo)、對(duì)比試驗(yàn)的開展。例如2臺(tái)鋸齒有差異的臺(tái)鋸和2臺(tái)功率、鋸條有差異的帶鋸布置過于分散,應(yīng)予調(diào)整。

(2) 對(duì)功能和使用方式具有近似性或一定的配合關(guān)系的設(shè)備,如榫卯器、燕尾榫卯器等,應(yīng)依據(jù)相關(guān)聯(lián)原則進(jìn)行集中布置。

(3) 充分考慮實(shí)驗(yàn)室情境下,學(xué)生因操作不熟練和失誤經(jīng)常出現(xiàn)工藝銜接間斷和返工的問題,合理布局設(shè)施,科學(xué)分組,提高效率,增加管理科學(xué)性和安全性。

(4) 考慮設(shè)備的動(dòng)態(tài)使用空間問題,注意大型設(shè)備和周邊其他設(shè)備同時(shí)開啟時(shí)不要互相干擾。

(5) 易耗材料和輔助工具、替換部件等,改封閉式集中管理為開敞陳列式管理,提高設(shè)備使用率和實(shí)驗(yàn)室工作效率。

(6) 設(shè)備布置要考慮設(shè)備維修保養(yǎng)和替換時(shí)的合理操作空間。

(7) 應(yīng)注意保留通常的應(yīng)急疏散通道等，再結(jié)合木工實(shí)驗(yàn)室各個(gè)作業(yè)流程相互關(guān)系的密切程度,進(jìn)行等級(jí)劃分。

木工實(shí)驗(yàn)室的非物流關(guān)系分析情況見圖2。

圖2 木工實(shí)驗(yàn)室非物流相關(guān)關(guān)系圖

2.3 綜合關(guān)系分析

當(dāng)綜合考慮物流關(guān)系m和非物流關(guān)系n時(shí),要確定兩者之間的關(guān)系的相對(duì)重要性。兩者的關(guān)系重要性可以用比值m∶n來表示,兩者的比值一般不會(huì)超過1∶3或3∶1。若比值超過3∶1,則表示物流關(guān)系起絕對(duì)主導(dǎo)作用,非物流關(guān)系影響很小,其作用可以忽略。若比值小于1∶3,則說明物流關(guān)系的影響甚微,只需考慮非物流因素即可。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中物流和教學(xué)組織與管理等非物流關(guān)系的實(shí)際情況接近同等重要比重,選取比例m∶n=1∶1,用公式CRij=mMRij+nNRij計(jì)算出兩者之間的關(guān)聯(lián)度。MRij和NRij分別對(duì)應(yīng)著木工實(shí)驗(yàn)室中的物流關(guān)系和非物流關(guān)系兩者對(duì)應(yīng)的相互關(guān)系等級(jí)[12]。同時(shí)將A、E、I、O、U、X關(guān)系進(jìn)行量化分別對(duì)應(yīng)相對(duì)的數(shù)值4、3、2、1、0、-1,將物流分析表與非物流分析表結(jié)合考慮,帶入上述的綜合比值的公式CRij=mMRij+nNRij,得出基于物流關(guān)系和非物流關(guān)系分析的木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施間的綜合關(guān)系(見圖3)。

圖3 木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施綜合相關(guān)圖

2.4 設(shè)施位置相關(guān)圖

依據(jù)SLP的相關(guān)原理,綜合相關(guān)表的級(jí)別A、E、I、O、U確定了各設(shè)施相互之間的關(guān)系,這5個(gè)等級(jí)代表了不同設(shè)施間的關(guān)系緊密程度,為實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)化布局提供了一個(gè)有效的數(shù)據(jù)參考[11]。綜合考慮物流關(guān)系和非物流關(guān)系的基礎(chǔ)上,對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)施單元進(jìn)行的重新優(yōu)化布局,得到木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施位置相關(guān)圖(見圖4),并在圖中分別用粗實(shí)線、中等粗度的實(shí)線、細(xì)實(shí)線和虛線對(duì)設(shè)施單元間的關(guān)系進(jìn)行表示。

圖4 木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施位置相關(guān)圖

2.5 設(shè)施面積相關(guān)圖

木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施面積相關(guān)圖是在設(shè)施位置相關(guān)圖基礎(chǔ)上,結(jié)合考慮設(shè)置的占地面積,設(shè)施的工作最大占地面積以及實(shí)際建筑空間限制條件等諸多因素條件的基礎(chǔ)上得來。關(guān)于實(shí)驗(yàn)室的修正因素和實(shí)際限制條件還包括實(shí)驗(yàn)室的功能區(qū)劃分要求、實(shí)驗(yàn)人員情況、實(shí)際建筑條件和基礎(chǔ)設(shè)施條件等[6]。根據(jù)設(shè)施位置相關(guān)圖,測(cè)量了實(shí)際的設(shè)施占地面積數(shù)據(jù),和實(shí)際可用空間的相關(guān)數(shù)據(jù),將每個(gè)設(shè)施按照適當(dāng)面積和形狀在圖上進(jìn)行布局標(biāo)示,從而得到設(shè)施的面積相關(guān)圖(見圖5)。

圖5 木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施面積相關(guān)圖

2.6 設(shè)施優(yōu)化布局方案平面布局圖

在進(jìn)行優(yōu)化布局時(shí),常常遇到一些對(duì)理想布置有影響的因素，稱之為制約因素[12]。例如,原有設(shè)施會(huì)產(chǎn)生一些不宜搬動(dòng)的制約因素,或是重新拆裝費(fèi)用昂貴,實(shí)驗(yàn)室資金不足,實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)規(guī)范等都會(huì)影響設(shè)施的優(yōu)化布局。實(shí)際的實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化布局中常常會(huì)規(guī)避這些制約因素,因此在后期實(shí)際優(yōu)化布局過程中會(huì)將理想方案和制約因素相結(jié)合,通過修正和調(diào)整得到真正切實(shí)可行的優(yōu)化布局方案。如圖6所示的木工實(shí)驗(yàn)室平面布局圖,就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室理想的設(shè)施優(yōu)化布局方案,結(jié)合實(shí)際制約因素得到的最終可被實(shí)際使用的木工實(shí)驗(yàn)室設(shè)施優(yōu)化布局圖。

圖6 木工實(shí)驗(yàn)室最終優(yōu)化布局方案

3 方案評(píng)價(jià)

通過比較前后的布局方案可以發(fā)現(xiàn),最終優(yōu)化方案的優(yōu)點(diǎn)主要有:

(1) 優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施布局方案兼顧實(shí)驗(yàn)工藝流程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理以及安全等諸多因素的影響,使得實(shí)驗(yàn)室物流與人流分布更為合理,降低了物流強(qiáng)度,有效規(guī)避了不必要的物流與人流發(fā)生的可能性,提高了實(shí)驗(yàn)室的使用安全指數(shù)。

(2) 考慮到教學(xué)中設(shè)備零件更換的頻繁性,將工具箱和工具柜布局進(jìn)行了較大的變化,放置在居中位置,并建議學(xué)習(xí)西方管理模式，實(shí)現(xiàn)開敞式自助管理，既方便使用,提高工作效率,又可以減少實(shí)驗(yàn)室管理負(fù)擔(dān)。

(3) 功能相近的一些實(shí)驗(yàn)設(shè)施進(jìn)行了較為清晰的區(qū)域歸類,有利于教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中更好地演示對(duì)比,有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解和掌握,也有利于教學(xué)管理和實(shí)踐指導(dǎo)。

(4) 規(guī)劃后的實(shí)驗(yàn)設(shè)施的關(guān)聯(lián)性更強(qiáng),布局更為清晰,應(yīng)急通道更為通暢,有利于管理,同時(shí)減少了安全隱患。總之,優(yōu)化后的木工實(shí)驗(yàn)室布局較好地滿足了物流因素、人流因素、應(yīng)急因素、教學(xué)因素以及其他制約因素的綜合要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過SLP方法對(duì)木工實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)施布局優(yōu)化設(shè)計(jì),既考慮了與物流相關(guān)的實(shí)驗(yàn)工藝流程等因素,又從教學(xué)和管理的角度,例如示范教學(xué)、分組實(shí)驗(yàn)、對(duì)比實(shí)驗(yàn)、安全管理等,進(jìn)行非物流因素的分析,最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)化、人性化,并且更加安全,對(duì)突發(fā)事件具有更好的應(yīng)急處理能力,為實(shí)驗(yàn)室設(shè)施布局提供了一種新的科學(xué)研究方法。

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Application of SLP to optimization of facility layout for wood-working laboratory

Ning Fang, Wang Bin

(School of Arts and Design, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

Taking the Wood-working Laboratory in China University of Mining and Technology as an example, this paper analyzes the problems in the original laboratory layout. By using the SLP (systematic layout planning) method, an analysis is carried out on the relations between the laboratory logistics and non-logistics. In the comprehensive consideration of the relationship of the various elements including the area, emergency treatment, teaching management, etc., a final optimized layout plan of laboratory facilities is worked out. Through the comparative analysis, the effectiveness of SLP in the laboratory facility layout is proved so as to provide a scientific research method for the scientific layout of the laboratory.

systematic layout planning(SLP)； wood-working laboratory; optimized layout

10.16791/j.cnki.sjg.2016.12.063

2016-06-24

江蘇省教改項(xiàng)目(2011JSJG275)；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)第9批青年骨干教師培訓(xùn)項(xiàng)目(201410)；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放

(2014205)

寧芳(1981—),女,江蘇沛縣,博士,副教授,主要從事創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究.

E-mail：ningfang@cumt.edu.cn

TS118

: A

: 1002-4956(2016)12-0250-04