企业物流系统设计.ppt

第三章 企业物流系统设计,3.1 企业物流系统 3.1.1 企业物流系统的构成 根据国标（GB）：企业物流 (Internal Logistics)是企业内部的物品实体流动。 从系统论角度分析，企业物流系统是一个承受外界环境干扰作用的具有输入转换输出功能的自适应体系。该系统以供应物流为输入，经过生产物流的转换成产成品，并经销售物流到达顾客手中。,企业生产物流系统 生产物流一般指：原材料、燃料、外购件投入生产后，经过下料、发料、运送到各个加工点和存储点，以在制品的形态，从一个生产单位（仓库）流入另一个生产单位，按照规定的工艺过程进行加工、储存、借助一定的运输装置，在某个点内流转，又从某个点内流出，始终体现着物流实物形态的流转过程。 物流过程要有物流信息服务，即：物流信息要支持物流的各项业务活动。通过信息传递，把运输、储存、加工、装配、装卸、搬运等业务活动联系起来，协调一致，以提高物流整体作业效率。图3-3是生产物流中物流和信息流的示意图。,从图中可以看到，生产物流研究的核心是如何对生产过程中物料流(Material Flow)和信息流 (Information Flow) 进行科学的规划、管理和控制。,1. 影响生产物流的主要因素： （1）生产类型。不同的生产类型对于产品品种、产品结构、精度与工艺要求等均有不同。这些特性影响着生产物流的构成及相互之间的比例关系。 （2）生产规模。生产规模指单位时间的产品产量，一般以年产量计。生产规模与生产物流的物流量成正比。 （3）企业的专业化与协作水平。社会专业化和协作水平的提高，使得企业生产过程趋于简化，生产物流的流程缩短，有利于物流成本控制。,2. 企业物流与生产工艺流程的关系 在任何一个企业，物料自始至终都在不停地流动着，包括原材料、备品配件的输入、把输入转换为产出的中间在制品流转作业、以及产品的输出。如图3-4所示。,3. 企业物流系统的特点 （1）从系统的角度来看： 集合性：企业物流系统是由原材料供应、生产制造、产成品分销以及后勤服务等活动组成的一个供、产、销三位一体的集合体。 相关性：企业物流系统内各子系统（即物流系统内的各环节）之间及总系统之间存在着普遍的联系，他们相互交叉、相互依存、相互渗透、关系十分密切。 适应性：企业物流系统处在一个复杂的外部环境包围之中，深受环境制约。为使企业物流系统正常运行，必须有很强的适应能力。 整体目标性：企业物流系统的整体利益大于各子系统利益的简单相加，各子系统的活动以企业整体物流效益最优为出发点和目标。,3.1.3 企业物流系统的类型 （1）串联型，也称为直列型多阶段系统。指物料移动按生产工艺流程顺序排列，如流水生产线使用的物流系统。单一物流系统是其特例。单一物流系统是指只有一个物流点，如机器设备，仓库，商店，作为独立体只有一个物流输入和一个物流输出。当多个物流输入和输出串联在一起时就构成直列型多阶段系统。,（2）并联型，也称收敛型或合流型多阶段系统。生产物流结构表现：由许多种原材料加工或转变成一种最终产品。物料根据物料清单（Bill of Material - BOM）和加工工艺流程分别被安排在单一或多道连续的生产阶段中进行流动而制成最终产品。合流型多阶段系统适合用于装配工厂，如飞机、轮船等装配。,（3）发散型，也称分支型多阶段系统。生产物流结构表现：有一种原材料回转变成许多种不同的最终产品。最终产品的种模拟原材料的种类多，所有最终产品的基本加工过程相同。这类企业一般为资金密集型且高度专业化，如炼油厂，钢铁厂等企业。,（4）综合型，也称复合型阶段系统。从原料到成品经过许多阶段，系统中生产阶段有的呈发散状态，有的呈收敛状态，是上面两种形式的综合。其生产物流结构表现：有许多原材料加工或转变成多种最终产品。标准的零部件通过不同的工艺加工过程装配成多种成品。如制锁厂、汽车制造厂等。,3.1.4 企业物流的作业目标 1快速响应。 2最小变异。 3最低库存 4物流质量。 5整合运输与配送。 6产品生命周期不同阶段的不同物流目标。,3.2 物流系统合理化的原则和途径 所谓物流合理化，就是根据物流系统中各职能因素之间相互联系，相互制约、相互影响的关系，把物料的运输、包装、存储、装卸、加工、配送等流通活动和与之相关联的物流信息作为一个系统来构造、组织和管理，以使整个物流过程最优化。从而以较低的物流成本，实现既定的客户服务水平（包括质量、数量、时间、地点、价格等）。,物流合理化的原则： 近距离原则 优先原则。 避免迂回和倒流原则 4. 在制品库存最少原则 5. 集装单元和标准化搬运原则 6. 简化搬运作业、减少搬运环节原则 7. 重力利用原则,8. 合理提高物料活性系数 9. 合理提高搬运机械化水平 10. 人机工程原则 11. 自动化原则 12. 系统化原则 13. 柔性化原则 14. 环境要求原则,3.2.2 实现物流合理化的途径。 1. 选址阶段。选址包括厂房定位、仓库布点、企业内部布局等，选址的决策结果对物流合理化起至关重要的作用。 2. 设施设计阶段 合理配置各种生产设施。 合理配置和使用物流设施。 系统设施应具有柔性。,3. 生产管理阶段。 均衡生产。 适当库存。 合理运输。 计算机化。 职工主人化。 连续改善。,图310 销售物流模式,4. 销售阶段 (1) 商物分离。建立物流基地（如物流中心、批发中心、配送中心等），从而改善企业功能，优化物流系统，提高物流效率。见图3-10。 (2) 增加从工厂直接发货数量； (3) 减少输送次数； (4) 提高车辆满载率； (5) 实现计划输送； (6) 开展联合运输； (7) 选择适当的输送手段。,3.3 企业物流系统分析与设计 3.3.1基本概念 1.当量物流量。 物流量是指一定时间内通过两物流点间的物料数量。在一个给定的物流系统中，物料从几何形状到物化状态都有很大的差别，其可运性或搬运的难易程度相差很大，简单地用重量作为物流量计算单位是不合理的。因此，在系统分析、规划、设计过程中，必须找出一个标准来，把系统中所有的物料通过修正、折算为一个统一的量，也就是当量物流量，才能进行比较、分析和运算。 所谓当量物流量是指物流运动过程中一定时间内按规定标准修正、折算的搬运和运输量。这种修正与折算是充分考虑了物料在搬运或运输过程中实际消耗的搬运和运输能量等因素来计算的。例如，一台载重量为10吨的汽车，当它运输10吨锻件时，则10吨锻件的当量重量为10吨；而它运输2吨组合件时，则2吨组合件的当量重量为10吨。实际系统中，所提及的物流量均指当量物流量。当量物流量的计算公式为：,2. 玛格数(Magnitude) 玛格数起源于美国，是一种不十分成熟的当量物流量计算方法。它是为度量各种不同物料可运性而设计出来的一种度量单位，可以衡量物料搬运难易的特征。将两点之间流动物料的玛格数乘以单位时间内运输的件数，即可得到该两地点之间的物流量或物流强度。 需要注意的是，玛格数概念有其局限性。因为每一种物料的运输能力会部分地与搬运方法（装载容器及搬运设备）有关，而实际中，玛格数对各种不同的物理、化学状态的物料和搬运方法不能十分准确地来描述和度量，因而它是一种近似描述物流量的标准值。在一些特性相差不大的物料搬运中，玛格数是比较适用的。但若想将现实中的所有物料都用玛格数来度量，其误差较大。也就是说，物流系统越大、越复杂，玛格数的使用精度越低。,fnq (3-1) 式中：f 当量物流量，当量吨/年、当量吨/月、当量公斤/小时 q 一个搬运单元的当量重量，当量吨、当量公斤 n 单位时间内流经某一区域或路径的单元数，单元数/年(月),玛格数的理论意义是十分重要的，是一种值得借鉴，并需进一步研究和开发的技术方法。 （1）一玛格的定义 一个玛格的物料具有如下特征： 可以方便地拿在一只手中； 相当密实； 结构紧凑，具有可堆垛性； 不易受损坏； 相当清洁、坚固和稳定。 通俗地说，就是一块粗加工到略大于150立方厘米长方体（或稍大于2英寸2英寸2英寸）的干燥木块，约有两包香烟大小，叫做一个玛格。应用玛格数时，需将系统中所有物料换算成为相应的玛格数。,图3-11 玛格数的计算步骤,2） 玛格数的计算方法 首先按照物料的几何尺寸大小计算出基本值，然后用基本值再乘以各种修正系数，最终确定其玛格数。计算步骤如图3-11所示。 计算物料的体积。度量体积时，采用外部轮廓尺寸，并且不要减去内部空穴或不规则的轮廓。 查阅图3-12玛格曲线，或表3-1的“体积与玛格数的对应表”，得到玛格数基本值A。 图中曲线反映了体积大小与基本值的关系。物料体积越大，运输一单位体积就越容易，玛格曲线变化越缓。,表3-1 部分体积与玛格数基本值对应关系, 根据表3-2，确定修正参数。,表3-2 修正因素及参数值, 确定玛格数 根据式3-2计算，得到玛格数 (3-2) 式中：B密度 C形状 D损伤危险程度 E状态(化学状态、物理状态) F价值因素，如不考虑则F=0 A基本值,3.物料活性系数,4. 物流综合强度分析 物流强度和非物流强度分析的目的是为了做新方案提供依据，也可对原方案进行强度等级标定。 （1）物流强度。指两点间的物流量。把所有路线上的物流强度按大小排列，在图纸上画成直方图便得到物流强度图。再对强度图进行分级标定，从而为物流系统的重点分析和新方案的平面布置指名了重点分析对象。 强度等级从高到低可分为A（Apparently Important）、E（Especially Important）、I（Important）、O（Ordinary Important）、U（Unimportant）五级，如表3-3。 （2）非物流强度。指两点间密切关系的强度，简称密切度。 这种非物流强度用来标定非物流部门之间的关系。也可定量表示，向物流强度一样，画出适当的长度的直方图，按大小次序排队就会出了非物流强度的直方图。对该直方图也可以划分A、E、I、O、U五级，必要时还可增设X级，表示疏远级，为X级的两点位疏远关系，布置上必须远离。,表3-3 物流强度等级,（3）综合强度。将物流强度和非物流强度统一在一起，就得到了物流强度。 统一的方法是，首先要确定系统中物流部门和非物流部门各自的重要程度的比例关系。用这种比例关系来确定非物流强度的具体量值，就得到按比例关系度量的非物流强度直方图，把它与物流强度直方图相加就得到综合物流强度直方图。 例3-1 表3-4说明了综合强度的求法，表中数值是假设的。,表 3-4 某物流系统综合物流强度计算,表中物流强度和非物流强度比例为2：1。,3.3.2 物流系统运行分析的理论依据 工业工程的理论为物流系统化分析提供了有利的武器，图3-14表示了应用5W1H法在物流系统分析中所探讨的内容。以及所提供的分析问题解决问题的方法和思路。简言之，5W1H法给出了内容、方法和思路。,3.3.3 企业物流系统分析方法 企业物流系统分析是针对企业物流系统的环境、输入输出情况、物料性质、流动路线、系统状态、搬运设备与器具、库存等进行全面、系统的调查与分析，找出问题，求得最佳系统设计方案。其分析过程如图3-15所示。,图3-14 5W1H在物流系统分析中的应用,1外部衔接分析。外部衔接是指对确定了系统边界物流系统，来研究物料输入与输出系统的情况。包括物料输入输出工厂系统的方式（运输车辆、装载容器、路线入口等）、频率以及输入输出系统的条件（如时间、道路以及工厂周围环境）等的统计资料，必要时要用统计图表来表达。 2输入因素P、Q、R、S、T。这一步骤是系统内部的调研、资料与资料搜集工作。即对系统的P、Q、R、S、T等要素进行系统分析。这五个要素的具体内容见第三章。这些资料和资料的搜集通常需要列表来整理，比如对于产品的零件(物料)、路线、数量可列一个产品零件一览表，如表3-5所示。,表3-5 产品零件一览表,3当量物流量计算及物料分类。 对于搜集到的资料、资料，必须进行适当的分析与处理才能进行使用。系统中的物料往往很多，并且是千差万别的，必须根据其重要性（价值和数量）进行分类，分类前先进行物料的当量物流量计算。因为在搬运过程中，实际消耗搬运能量的不仅仅是物料的重量，而是与其相关的物理、化学等状态的当量物流量。 之后，按照物料种类及其物流量大小排序绘制出P-Q图。其中P代表物料种类，Q代表流量（当量物流量）。对每一物料Pi（i=1, 2, , n），按照其当量物流量Qi的大小进行排队，并标在直角坐标图上，即可画出由直方图表示的P-Q图（图3-16）。 根据该图对物料进行ABC分类。一般说来，A类物料占总品种数的5%10%，物流量占70%以上；B类物料占总品种数的20%左右，而物流量占20%左右；C类物料占总品种数的70%以上，其数量仅占5%10%左右。当然这些百分比不是绝对的。,4物流系统流程分析步骤如下： （1）平面图。平面布置与物流路线紧密相连，因为它决定了物流的起点、终点和所经路线。 平面图上各设施、设备、储存地、固定运输设备等要用工业工程的标准符号（国际通用的标准）来标明，并且进行阿拉伯数字编码。常用的工业工程符号主要有以下几种： 表示操作，它既可以表示操作过程也可以表示加工设备、生产部门等。 表示储存，指储存地、仓库、工位储存地等。 表示搬运或运输 表示检验，包括加工过程检验和最终检验等。,(2) 物流流程汇总表与物流流程图。 得到经过工业符号表达并编码的平面图后，根据物料分类和当量物流量，则任意一条物流路径均可用编码来表示其物流流程路线。如果将系统中所有物流流程用表的形式表达出来，则称该表为物流流程表，如表3-6所示。,系统内每一与物流作业有关的活动都用这几种符号来表达。经过上述符号标定并编码的平面图，如图3-17所示。从图中可以看出，1和26是该车间物流输入与输出的地点，其它是加工、储存和检验。,表3-6 物流流程表,如果将表中的各条物流流程绘制在一张图上，则该图就是所研究系统的物流流程图，如图3-18所示。该图的画法不受平面图的限制，任意物流的起点和终点间的物流量大小取决于两点间的权数，即通过两点间所有物流量（当量物流量）之和。,(3) 物流图。根据物流流程，用几何表达方式将各条物流的物流量大小(用物流图线宽度来表示)和经过的物流点绘制在编码平面图上，该图即称为物流图。 绘制物流图时，不同种的物料用不同的线段来表示，线段的宽度是按一定比例来表示物流量，即物流强度。从物流图上，可直接看出系统内的倒流、迂回、平面布置不合理的地方，有利于分析与设计。 合理的物流系统在物流图上表现为：简洁而有条理的，密度不断改变的物流线组，两场地通过设施和区域，在适当的地点流出系统。,(4) 相关图。又称相关分析图。它将系统中所有部门(包括物流部门与非物流部门)绘制在一张表达相互关系的图上(图3-19)，以便分析与设计时用。 图中的英文字母表示两部门间的密切关系，称之为密切度。按照密切程度分为5级，分别为A 、E、I、O、U。,5物流系统状态分析 (1) 流量矩阵（或称从至表）。当研究产品、零件或物料品种非常多时，用从至表研究物流状态就非常方便。 所谓从至表，是一个矩阵式表格，以一定顺序按行排列物料移动的起始作业单位（工序），以相同顺序排列物料移动的终止作业单位（工序），行列相交的方格中记录从起止作业单位到终止作业单位的各种物料搬运量的总和，有时也可同时注明物料种类代号。 当物料沿着作业单位排列顺序正向移动时，既没有物流倒流现象，从至表中只有上三角方阵有资料，这是一种理想状态，当存在物流倒流现象时，倒流物流量出现在从至表的下三角方阵中，此时从至表中任何两个作业之间的总物流量（物流强度）等于正向物流量与逆向（倒流）物流量之和。从至表上，越靠近对角线的方格，两工作地间距离越小。 于是，根据系统流程图G，对应得到关联矩阵F：,fij表示从i点到j点的物流量（i, j1,2,n），n为系统平面图编码的数量。当i点到j点无物流量关系时，则fij=0。,(2) 距离矩阵D 。 根据编码平面图得到距离矩阵D 。,由F、D可以计算出系统的物流量-距离乘积和S（也称系统搬运工作量），公式如下：,S的单位为当量吨米或当量吨公里。为了方便，有时“当量”二字可以省略。,(3) F-D图（即流量距离图）,(4) 搬运设备、容器统计。以表格形式记录下任意方案中，在各设施、设备之间从事物料搬运的设备、装载容器等的状况，分析其合理与否，提出改进意见。,当然，这种调整要根据生产系统的环境与条件，而不是任意调整。如果在条件与环境允许时，进行了l次调整(一般l值不会太大，在实际设计中不会有几十个方案，一般有几个或十几个方案就不算少了)，这样可得到l个系统搬运工作量值。显然，搬运工作量最小的方案即为最优物流系统方案。,3.3.4 企业物流系统分析案例 3.4.1 平面布置设计 1物流系统的单目标平面布置设计模型 对于给定的制造企业物流系统，假设： （1）物流系统中物料的流动过程是均匀的、连续的、不确定的。 （2）系统中有k种物料（k是有限正整数），且每种物料都可用同一种当量物流量表示。 则平面布置设计模型如下： （1） 设系统中k种物料的当量物流量为分别Q1，Q2，Qk，则系统总当量物流量,7多方案评价及选择。对于l个方案，是否就可以确定Sk或Chs为最优系统平面设计呢?这时还不能确定，因为往往有好几个S值或CS值与Sk或Ch相差不多。在平面设计过程中还要考虑非物流部门，工艺上水平要求，管理、人员、工作条件、环境保护等多种因素来确定最后方案，因此最优方案要通过评价来确定。这里将S值考虑为物流因素。评价方法则可采用关联矩阵、模糊综合评判或AHP等方法。,（ 2）将系统平面按物料加工过程停滞地（加工、贮存、检验等工作单元）分块并用1,2, n（n为一有限正整数）进行编码，则任一种物料，如第h种物料，在系统平面上流动过程可用所经编码地的编码描述为一流程图，记为G，G为一有向图。这样系统总位移为 ：,（3）由于系统中任一物料都可用当量物流量来表示，所以，经任意两点间的各种物料的物流量为：,式中：fij表示从i到j点的当量物流量； Qh(i,j)表示从i点到j点的第h种物料的当量物流量。,（5）若cij0为从i点到j点的单位物流流动费用，则物流系统的流动费用为：,（6）改变平面系统平面布置中各分块的几何位置，则可得到：,（7）如果M1M，或cm1cm，则新布置方案优于原方案。如果将系统平面在工艺、环境等允许条件下改变l-1次（l为有限正整数），则可得l个结果：,（4）根据已分块编码的平面系统，可测得一个距离矩阵D = dijnn，其中dij表示从i点到j点的距离。记为从i点到j点的物流矩，则系统的物流矩矩阵为w=wijnn=fij,dijnn，所以系统的流矩和为：,2物流系统的多目标平面布置设计模型。模糊评价法是物流系统设计时处理多目标问题的常用方法。其要点是：选出l个评价方案，定出n个评价因素及权重值，并请专家对l个方案打分评定，得分最高者为最优方案。 3渐推法。以上介绍的物流系统平面布置优化模型适合于解决新建车间、新建工厂平面布置优化问题，但当设施数目增多时，计算量也急剧增加，因此只适合小规模的问题求解。此时，在平面布置中采用渐推法，目的在于找到一个与最优解接近的次最优解。 目前渐推法分为两类：一类是新建法，即从零开始，按一定顺序逐步增加设施，直到所有的设施都布置好，即得到最终方案，如PLA&ET(Plant Layout Analysis and Evaluation Technique)；,例3-3 有一加工车间，要安排4台机床（编号记为A、B、C、D，场址记为1、2、3、4），使运输量（物流量距离）最小，现已知机床间的物流量V及距离D，如表3-8所示，现用新建法求机床最佳平面位置。,解：将V、D中资料分别由大到小和由小到大排序如下： V(大小) =(VBD、VAC、VCD、VBC、VAD、VAB) =(9、8、5、4、3、2),另一类是改进法，它是从一个可行方案开始，通过改变设施位置，并计算目标函数，从而获得更好方案，直至不能再改进为止，从而得到最终布置方案，如CRAFT（见第2章第7节），改进法比新建法慢，但优化程度较高。,表3-8 物流量及距离,D(小大)=(d14、d23、d24、d21、d34、d13) =(2、4、7、8、9、10) 根据大物流短距离布置原则，可直接根据上表排序： 位置 14 23 24 21 34 13 机床排布 BD AC CD CB AD BC 在理想环境下（无其它约束），调整C、A位置，则得到新的布置方案： 场址 1 2 3 4 机床 B C A D 运输量 Z=VBDd14+VACd23+VCDd24+VBCd21+VADd34+VABd13 =92+84+57+48+39+210=164 与理论最小运输量164相比，此方案达到最优。,例3-4 在上例中随意将A、B、C、D布置到场址1、2、3、4中去，可用改进法求出最优布置方案。,解：初始布置方案为： 场址 1 2 3 4 机床 A B C D 运输量： Z=VABd12+VACd13+VADd14+VBCd23+VBDd24+VCDd34 =28+810+32+44+97+59=226 在此方案基础上，机床位置两两互换，并计算其运输量，得表3-9。,3.4.2 动态分析设计 上述物流系统的平面布置设计是在一定目标下的最优或较优方案，它是根据给定的生产大纲、物流量确定的。因此不能把一次静态的布置看成是最终结果，而应使布置设计适应企业中长期发展规划的需要，具有良好的动态柔性。所以，在进行布置优化时，要从以下几方面考虑： （1）确定发展规划，做到远近结合。一般来说，可通过对市场的预测研究，提出1至3个量化方案，作为动态柔性布置的依据。 （2）确定合理算法，做到动静结合。以常规算法求出静态布置方案作为基础，考虑规划，采用合理算法（如分析、仿真、计算程序等），求出“动态理想方案”。 （3）单体设施的可扩展性与总体布置的可调整性相结合。在理想方案的基础上，经过单体设施扩展协调后提出动态柔性的推荐方案。 （4）动态分析设计应以产品预测为先导。在优化和决策的问题解决之后，如有可能，还应进行动态仿真研究分析，以此估计和推断系统的设计是否合理，然后修改系统参数、重复设计、规划步骤，直到满意为止。,3.4.3 物流系统仿真 生产物流过程实际上是物料流动加信息流动的过程。图3-21是生产物流系统的物料流图。图3-22是生产物流系统的信息流图。,图3-21 生产物流系统的物料流程图,1物流系统的数学模型 对物流系统进行仿真，其目的是通过仿真了解物料运输、储存的动态过程的各种统计性能，如运输设备的利用离是否合理，运输路线是否通畅，物料系统的流动周期是否过长等。由于物流系统是一个复杂的离散事件系统，其运行受到许多随机因素