（企业管理专业论文）一个改进的SLP方法研究与实践.pdf

摘要 设施布局问题一直吸引着学术和工业界的相关人员不断的进行探索和研究。尤其 对于制造企业来说，在现实布局问题的解决过程中，往往要在较短的时间内确定布局 的设计和改善方案。在企业物流得到改善、空间利用率得到提高的同时也会带来相关 的施工、人工和直接生产损失等费用。因此，布局改善同时也要付出昂贵的代价，如 何找到一种科学有效的方法能够快速解决布局问题至关重要。 本文研究的是如何利用改进的s l p 方法来设计工厂布局。 首先，本文对传统的s l p 方法以及国内外对布局设计的研究状况做了简要阐述。 根据解决实际问题的需要，对传统的s l p 方法进行了改进，根据产品、产量、制程、 辅助部门和时间等基本输入信息，提出了新的衡量部门接近关联关系的方法，即通过 对1 ) 产品对公司业务利润贡献、2 ) 基于预测产量的部门间物流量和运输强度分析、 3 ) 作业单位定性接近关联分析这三方面的加权，最终确定量化的部门间的综合接近 关联关系，并利用该关联关系作为确定部门间相对位置的依据。 其次，在运用s l p 方法解决该系统集成中心的实际布局问题时，本文提出了在长 方形厂房区域，且具有固定入口和出口的限制条件下，将入口和出口作为两个虚拟部 门参与接近关联分析的方法。首先确定和入口接近程度最高的部门的绝对位置，然后 扫描所有成对关系中关联程度最高的并依次选择和确定剩余部门的位置。 最后，本文将可用面积和每个部门需求面积划分成等份的栅格，结合每个部门所 占用的栅格的数量，来直接构建仞步的布局方案，便于手工操作。 车间布局的设计和改善问题是一个优化问题，在现实问题的解决中存在各种限制 条件和初始状态，本文旨在通过对s l p 的研究，找到种改进的s l p 方法，可以在较 短的时间内，在没有专业规划软件的情况下，通过启发式算法，较快地找到一种或几 种相对优化的解决方案，以达到手工解决实际问题的目的，具有一定的参考意义。 关键词：设施规划与设计，系统布置设计( s l p ) ，启发式算法，工厂布局 a b s t r a c t f a c i l i t yl a y o u tp r o b l e mr e s e a r c hi ss oa p p e a l i n gt h a ti tl e a d st ot h ec o n t i n u o u s r e s e a r c hb ya c a d e m i ca n di n d u s t r i a lp r o f e s s o r s i t su s u a l l yn e c e s s a r yt od e t e r m i n e t h el a y o u tp r o p o s a l si nas h o r ti n t e r v a l e s p e c i a l l yt ot h o s ee n t e r p r i s e sw i t hl a y o u t p r o b l e m s w h i l et h ee n t e r p r i s eg a i n sb e n e f i t sl i k ei m p r o v e dm a t e r i a lf l o wa n dm o r e e f f i c i e n ts p a c eu t i l i z a t i o n ，a tt h es a m et i m e , t h e yb e a rt h ec o s t sl i k ei m p l e m e n t a t i o n c o s t s ，l a b o rc o s t sa n dd i r e c tp r o d u c t i o nl o s tc o s t sc a u s e db ys h u td o w no rm o v i n g i t ss oi m p o r t a n tt of i n dt h es c i e n t i f i cm e t h o dt os o l v et h el a y o u tp r o b l e ms i n c et h e i m p r o v e m e n to fl a y o u ti so f t e nv e r ye x p e n s i v e a ni m p r o v e ds l pa l g o r i t h mi s d e v e l o p e dt od e s i g nt h ep l a n tl a y o u ti nt h i s a r t i c l e f i r s t l y , i t sb r i e f l yd e s c r i b e di nt h i sa r t i c l er e g a r d i n gt h es l pa n dr e s e a r c ho n f a c i l i t yl a y o u tb o t hd o m e s t i c a l l ya n dg l o b a l l y n l et r a d i t i o n a ls l pm e t h o di s i m p r o v e da n das e to fc h a r t i sd e s i g n e dt oe v a l u a t et h ea c t i v i t i e sr e l a t i o n s h i p s b e t w e e np a i r so fd e p a r t m e n t sb a s e do nt h eb a s i ci n p u to fp r o d u c t ，q u a n t i t y , r o u t e ， s e r v i c ea n dt i m e b yw e i g h t i n gt h et h r e ed i f f e r e n tf a c t o r sb e l o w , i t sf i n a l l yp o s s i b l e t oa d d r e s st h ei m p o r t a n c eo fr e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ea d j a c e n td e p a r t m e n t s n l e t h r e ef a c t o r sa r e 1 ) c o n t r i b u t i o nt ob u s i n e s sr e v e n u e so f e a c ht y p eo f p r o d u c t s 2 1 i n t e r - d e p a r t m e n tm a t e r i a lf l o wa n dh a n d l i n gp e ro n e - y e a rf o r e c a s t 3 、a c t i v i t i e sr e l a t i o n s h i pc h a r t s e c o n d l y , i nt h i sa r t i c l e ，t h ef i x e de n t r a n c ea n de x i ti nar e c t a n g l es h a p e d s h o pa r e aa r ed e a l tw i t h 嬲t w ov i s u a ld e p a r t m e n t s t h e yw g r ea n a l y z e di nt h e f r o m - t oc h a r ta n dt h ea c t i v i t i e sr e l a t i o n s h i pc h a r t b yl o c a t i n gt h ee n t r a n c ea n d c l o s e s td e p a r t m e n tt ot h ee n t r a n c e ，a l lt h eo t h e rd e p a r t m e n t sw e r el o c a t e db y s e l e c t i n gt h em o s ta d j a c e n td e p a r t m e n t sw i t hh i g h e s tc l o s i n gr e l a t i o n s h i p s f i n a l l y ，t h ew h o l er e c t a n g l es h a p e ds h o pa r e aw a sd i v i d e di n t og r i d s ，a n de a c h h d e p a r t m e n ts p a c ew a sc a l c u l a t e da st h en u m b e r so fg r i d s i t se a s i l yt ol o c a t et h e d e p a r t m e n tw i t hr e q u i r e d 鲥d sm a n u a l l y s h o pl a y o u td e s i g np r o b l e mi san p c o m p l e t eo rn p - h a r dp r o b l e m d u e t o t h ed i f f e r e n tl i m i t a t i o n sa n di n i t i a ll a y o u t i t sp r o p o s e dt of i n d 柚i m p r o v e d h e u r i s t i ca l g o r i t h mb a s e do nt h es l p , w h i c hc a na d d r e s st h el a y o u ta l t e r n a t i v e sv e r y q u i c k l yw i t h o u tu s i n gs p e c i f i cs o t h v a r e h o p e f u l l yt h ea b o v em a n u a lp r o c e s sc o u l d h e l pt os o l v el a y o u tp r o b l e m sa n d t ob eag o o dr e f e r e n c e k e yw o r d s ：f a c i l i t yp l a n n i n ga n dd e s i g n ，s y s t e m a t i cl a y o u tp l a n n i n g ( s l p ) ， h e u r i s t i ca l g o r i t h m ，p l a n tl a y o u t i l l 刖吾 一、课题来源 某通信产品系统集成中心以生产有线、无线、接入网等通讯设备为主要业务。自 生产车间建成以来，公司产品的引入、多项业务的外包，未来业务的变化，使得原有 的车间布局被打乱。同时，全球电信市场的变化使得供求关系进一步向买方市场转变， 客户对产品本身以及供货速度的要求大大提高。面对种种变化和挑战为了更好的配 置资源，提高生产系统的整体的效率，尽快地改善车间平面布局作为一种提高整体效 率的手段，已经被推到议事日程上来。 该系统集成中心是一个长方形的厂房，包括一万平方米的生产性车间( 含原材料 仓库) 和五千平方米的收料、成品存储和发货区。生产性区域与收发科区、成品仓 库互相靠近但同时又相对独立。对于生产车白j 来说，入口是收料区，出口是成品包装 区，是整个车白j 生产系统的起点和终点，而且位置固定。要在一定的时间内改善车间 布局，解决实际问题，就必须找到一个科学的方法，然后通过收集相关资料并进行相 应的分析而找到相对优化的解决方案。在学习和研究解决车间布局方法的过程中发现 很多的资料和书籍中都介绍了由r i c h a r dm u t h e r 在2 0 世纪6 0 年代提出的具有系统 性和条理性的系统稚置方法，即s l p - s y s t e m a t i cl a y o u tp l a n n i n g s l p 的系统性方 法首先通过关联性分析，找到部门阳j 的接近关联程度，再进一步经过反复试算，试图 找到相对优化的布局方案。而根据要解决的现实管理问题，如何在入口和出口固定， 具有一定形状的区间内，以什么作为依据来快速和准确地确定各个部门的相对位置和 绝对位置，就是该研究所要涉及和研究的主要内容。 二、研究目的 改善系统集成中心的平面布局作为一种手段，可以促进整个生产系统的人流、物 流、信息流更加顺畅，减少人员、物料的移动成本，提高空间利用率，改善整个生产 过程的整体效率，帮助制造中心降低制造成本，应对来自于市场、客户和竞争者的压 力，达到管理的目的。 笔者希望通过本研究，一方面依据s l p 方法的基本思路进行系统的规划，另一方 面可以对实际的车间布局问题提出一种更接近于现实情况的手工解决方法，无论对该 系统集成中心或是对其他中小型制造企业起到一定的参考意义，这就是本文的研究目 的所在。 三、研究范围 本文主要研究的是根据$ l p 的思路优化车间布局的问题，从确定布局涉及的部 门，分析产品、产量、制程、辅助部门、时问等因素，通过接近关联分析和物流分析 确定部门间的接近关联关系，根据固定的出入口和综合接近关联关系，首先确定某一 个或几个部门的绝对位置，再逐步依据关联关系，确定其他部门的绝对位置从而最终 得出可选的优化的布局方案。 四、国内外的研究现状 在系统设计方法被引入以前，人们使用经验设计法来解决设施布置问题。利用多 年来在设计、建造和运行各种行业的工厂中所累积起来的经验、教训、数据和资料， 人们在设计同类型的或相似的工业设施时将其作为参考。经验设计方法的要点在于寻 找同类或相似工厂作为样板，但必须根据目标和实际的内外部因素设计多个可供选择 的方案，利用经验数据或指标决定各部门面积，通过方案评估比较决定优选方案，最 后绘制标准的总平面布置图和详细的车间布置设计图。因此，经验设计法是布局形式 模仿现有同类工厂的命局，但也作局部或者小的改进；人员、设备、面积等均采用指 标法加以估算，即从已建成的同类工厂中统计计算出生产单位产品或其他所需要的厂 房面积、设备及人员等；然后在已确定的面积上对各部门或各种设备及设施，在参考 样板厂的情况下进行布置。采用的手段是模仿、修改加定性分析。 在s l p 这一系统化，流程化的方法被引入以来，被广泛的实践和证明，得到了学 术界和企业界的公认。基于这一方法的多种演算方式也随之发展起来。多数的设旌布 置问题大多都是基于s l p 开发的算法。传统的设施布局的目标是使生产活动中的运输 成本最小，将机器、部门和生产单元的运输状况以从至表的方式来进行量化。通常使 用物料在不同部门问的运输量、运输距离来衡量各部门相邻的重要程度。而相邻生产 单元的中心直线距离往往被作为衡量距离的点。美国的伊利诺斯州立大学对车间布局 进行了研究，将车问的设备分为几个单元，建立相关图( 它是一个根据相邻设备之间 物流的重要程度而分为几个等级的列表) ，按照理查德的s l p 方法来确定车间布局的 步骤，利用启发式算法将所建立的关系表进行优化，最终通过计算机程序自动得到一 个合理的布局，并且能够给出相应的评价体系。 计算机辅助设施布置技术( c r a f i 一c o m p u t e r i z e dr e l a t i v ea l l o c a t i o n o f f a c i l i t i e s t e c h n i q u e ) 产生于2 0 世纪7 0 年代。这种技术的基本思想是，为简化 起见，假定当物料需要跨越一个车间时，成本加倍；当物料跨越两个车间时，成本为 原来的3 倍，以此类推。从车间的这些输入和最初布置方案开始，计算机辅助设施布 置技术试图用布嚣方案的总物流成本来衡量方案的优劣，并不断改进。 车间2 间的物流成本= 物流量x 车间中心的直线距离x 单位距离运输残本 计算机辅助设施布置技术以迭代的方式不断交换两个车自j 的位置来改进布茕，直 到所得布置方案的物流成本不能再降低为止。也就是说，计算机辅助设施布置技术要 不断计算两个车刨位置交换后对总成本的影响；如果总成本降低，则交换位置，而这 个过程是通过相应的c r a f t 计算机辅助软件来进行。s p a c e c i m f 、c o r e l a p 、a l d e p 和 c o f a c 是计算机辅助设计和规划技术中的另外几种专家系统，但都未在排列备选计划 的优先次序时考虑到专门知识，他们的程序中没有人类设计者所具备的创造性。利用 c r a f t 进行设施规划，该方法的主要特点有：采用启发式算法，当移动两个部门能够 使得物流费用减少时，则交换这两个部门；不保证有最优解：起始状态( i n i t i a l l a y o u t ) 会决定最终的布局；部门数目越多，运算次数和时间越长。如对于1 0 个部 门的运算次数将达到l o 的阶乘：以划分的小格作为每个部门的面积基础，经常会导 致奇怪的布局形状。2 国内针对车间布局的研究已经展开，目静有上海交通大学，同济大学，华中理工 大学等，所做的研究工作也主要是集中在算法的研究上，从而对布局进行优化，同济 大学提出面向敏捷制造的车间布局形式，详述了新型模式的车间布局，并且阐明基于 新模式下的车闯布局需要不断变化和调整，在其整个生命周期中，不清楚生产数据的 情况下，利用模糊生产数据的方式进行车间御局，并提出基于敏捷制造的分布式却局 的思想。上海交通大学则根据精益生产的哲理应用于车间的平面布局之中。提出了生 产线车间布局的数学模型和结构模型，并根据设备的特点提出车间设备的分类方法， 提出了基于设备分类的定序算法和定位算法。 牟伟峰，三维仿真扳术打：下问布局醴计中的腑用研究f 太连交通人学硕卜论文第2 一页 2 理盘德b 蔡斯，尼古拉斯j 阿率拉诺，f 罗们特雅并布斯，生产j 运作管理英文版第8 敝，机械工业出 版杜，第3 8 0 贝 第一章文献综述 在2 0 世纪6 0 年代以前，布局设计的问题主要依靠流程图加上设计人员的经验和 知识；6 0 年代早期到6 0 年代中期，主要依靠系统化图形技巧；2 0 世纪6 0 年代中期 以后到7 0 年代晚期，开始研究最佳化解法和启发式演算法：8 0 年代中期歼始，慢慢 开始发展了很多的演算方法，如图形理论、随机模式法、交互式图形法、多目标演算 法、遗传算法、模糊理论、模拟退火法，塔布搜寻法，专家系统等等。3 s l p - s y s t e m a t i cl a y o u tp l a n n i n g 方法是由理查德缪瑟( r i c h a r dm u t h e r ) 在 1 9 6 1 年提出的最早的设施布置的方法，是基于流程导向布局的一种布置方法。s l p 自被引入以来已经被证明是一种行之有效的工具，对布局设计具有指导作用，而且至 今仍被企业和学术界所广泛应用。1 在s l p 设施布置的过程中，如何确定部门的接近关系和应用什么算法确定布黉的 方案是两个关键性问题。 首先，对于如何确定部门的接近关系，不同的作者有不同的归纳：如有的作者将 布黄方法分为从至表法( 也叫单行布置法) 、双行布置法5 ；也有作者将设施布置的方 法分为物料流向法、物料运量比较法、相对关系布置法( 本文作者注一即作业单位活 动关系图法) 和从至表法6 等。 其次，对于确定布置方案的算法，k u s i a k 与h e r a g u ( 1 9 8 7 ) 通过对以往的方法的 研究和总结，将求解布局设计问题的方法根据演算法的不同形式，划分为最优解演算 法( o r t i m a la l g o r i t h m ) 和启发式演算法( h e u r i s t i ca l g o r i t h m ) 两种7 。k o o p m a n s 和 b e c h m a n 把布局设计问题归纳为二次指派问题( q u a d r a t i ca s s i g np r o b l e m s ，q a p ) 。 然丽，二次指派问题( q a p ) 已被证明为n p - c o m p l e t e 。因此近年来大多数的研究者都 致力于研究求取次优解( s u b o p t i m a l ) 的启发式演算法。8 3 赞秤熙，姚仁宗“a s t u d y o f d e s i g n i n g t h e p r o d u c t i o nl a y o u t a y a p p z y l u g t h e f u z z y t h e o r y a n d l a y o u ts o t l w a r e s p i r a l ”国一j f 东人学硕i 。论文2 0 0 3 4c h i e n ，t e - k i n g , “a n e m p i r i c a ls t u d yo f f a c i l i t yl a y o u tu s i n gam o d i f i e ds l pp r o c e d u r e ”，j o u r n a lo f m a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g y m a n a g e m e n t ：2 0 0 4 ；1 5 6 ：a b i i n f o r m g l o b a lp 4 5 5 5 任建标，生产+ j 运竹：管理电了t 业版社，2 0 0 6 年6 _ r 】第一版，第1 1 0 - 1 1 6 贝 6 陈园毕，生产1 运仵管理，南京大学m 版社2 0 0 6 年9 门第一版，第6 “7 0 负 7 k u s i a k a n d r e w a n d h e r a g u s u n d e r e s hs ，“t h e f a c i l i t y l a y o u t p r o b l e m ”re u r o p e a n j o u r n a l o f o p e r a t i o n a l r e s e a r c h 2 9 ( 1 9 8 7 1p2 2 9 2 5 l 8 黄祥熙姚仁宗“as t u d yo f d e s i g n i n gt h ep r o d u c t i o nl a y o tb y a p p l y i n gt h ef u z z yt h e o r ya n dl a y o u ts o f t w a r e s p i r a l ”，固一l j 东科技人学，坝 论义2 0 0 3 这些启发式算法在k u s i a k 与h e r a g u ( 1 9 8 7 ) 的“t h ef a c i l i t yl a y o u tp r o b l e m ” 一文中被归纳为四种，即构建式演算法( c o n s t r u c t i o na l g o r i t h m s ) ，渐进式演算法 ( i m p r o v e m e n ta l g o r i t h m s ) ，混合式演算法( h y b r i da l g o r i t h m s ) 和图形理论演算法 ( g r a p h t h e o r e t i ca l g o r i t h m s ) 。 构建式演算法是根据设计者制定的准则，将设施一次一个安置到所规划的位置 上，直到所有设施都稚置完毕为止。 渐进式演算法是事先给定一个初始御局方案( 通常是随机产生的) ，再经过设施 间具有系统性的交换和评估，直到所定义的目标值无法再改善为止，该类演算法主要 着眼于现存布局的改善和方案的评估。但是，渐进式演算法得到的最终解是受到给定 的起始布局的影响，这是它的主要缺点。如c r a f t 等，当然，渐进式演算法必须依靠 计算机辅助才能有效的实现。 由b a z a r g a n a n dk i r c a 提出了一种同刚具有最优解和次优解特点的混合式算法。 这种算法的提出主要是为了解决渐进式演算法得到的布局受到初始状态影响的问题。 因此有些学者提出，先在某些宽放条件下，用构建式演算法求得近似最佳解作为起始 解，再以渐进式演算法改善此初始方案。 图形理论演算法将布局问题转换为图形理论或网络的问题。将网络图形中的节点 视为被布置的设施，用弧线权重来表示设施间相邻关系的强弱。通过图形理论方面的 方法，求出所需的布置方案。 各种启发式方法是目前最常用的解决布置方案的方法，是解决s l p 系统性过程中 确定作业面积相关位置图以及根据限制条件和修j 下条件确定句置方案问题的一般方 法。启发式方法的一般步骤包括：” 先根据产品和工艺设计，确定生产线所需工序或作业内容、时间及相互之间的前 后顺序；然后按某种启发式算法或规则，探索满足一定约束条件的可能的工作地安排， 得到一种方案。启发式算法的规则很多，如作业时间、最多后续作业、最大位置权数 甚至是随机规则：再计算平衡的评价指标。 若想得到多种方案，并从中择一，则可以另选一种启发规则，再找出相应方案， 然后在足够多的方案中根据平衡的评价指标进行比较。 9 黄柞熙姚t 二宗“as t u d y o f d e s i g n i n g t h ep r o d u c t i o nl a y o u t b y a p p l y i n g t h ef u z z y t h e o r ya n dl a y o u ts o f t w a r e s p i m l ”胃口埘东科技人学，坝l 。论文，2 0 0 3 1 0 刘人叫、t d ) q ，运什管删，武汉人学版礼，2 0 0 5 年6 门第一版，旃1 5 1 1 5 3 负 5 当然，为了满足新厂房布置的需要和现有厂房布局改善的需要，基于不同的管理 目标和限制条件，确定布置方案的算法也是研究的热点问题；比如解决多层厂房布局 设计问题上，s u ea b d i n n o u r h e l m 和s c o t tw h a d l e y 提出的塔布搜寻法，首先确 定一个使楼层自j 物流量最小的初始布局，然后利用塔布搜寻法进一步改善初始布局， 以使层同和层内物流量最小。“在多目标问题求解过程中，c a t h e r i n e m h a r m o n o s k y 和g r e g o r yk t o t h e r o 提出了一种混合式启发算法，既考虑定性指标同时又考虑定 量指标，通过将不同的定性和定量指标进行加权运算转换成单一目标，再根据接近关 系的重要程度由高到低依次安排不同的设旌或部门以达到构建初始布局的目的，最终 还需要通过成对交换部门的渐进式算法来进一步改善初始布局，以获得较优的布局方 案。”对于解决动态工厂布局问题，m e i rj r o s e n b l a t t 通过引入相对确定的分阶段 的环境变化因素，来达到设计目的。既考虑到当前静态因素，同时又考虑至将来相对 确定的阶段性目标。通过使物流成本( 即物流量和流动距离) 以及从不同阶段的重构 费用最小作为两个启发式规则来完成布局的设计问题”。 国内的多数运营管理的书中对s l p 方法很少做系统和详尽的叙述，仅仅是从布 局的类型、布局使用的主要工具方面进行介绍。而实际的布局问题的解决很大程度上 要依赖于某些事先设定的条件或现实存在的限制。比如多楼层还是单楼层，是新车间 的布局还是基于已有的布局做改进，有没有固定的形状和面积等等。可以借鉴的文章 中，不借助于计算机而又能较快解决布局设计问题的文章较少，也很少有涉及到固定 的入口和出口这样的限制条件，因此本文将利用s l p 的系统性思路，使用设计的工 具，找到部门间的综合接近关联关系，利用启发式算法中的构建式算法，达到手工设 计布局的目的。 ”h e l m s u ea b d i n n o u r h a d l e y ，s c o t tw ，“t a b us e a r c hb m s e dh e u r i s t i c sf o rm u l t i f l o o rf a c i l i t yl a y o u t n l _ p r o d r e s 2 0 0 0 ，v o l ，38 n o2 ，p3 6 5 - 3 8 3 ”c a t h e r i n e m h a r m o n o s k y g r c g o r y kt o t h e r o 。a m u l t i f a c t o r p l a n t l a y o u t m e t h o d o l o g y ”，n t z p r o d r e s 1 9 9 2v o l 3 0 n o8 p1 7 7 3 - 1 7 8 9 m e i rjr o s u n b l a t l “t h e d y n a m i c s o f p l a n tl a y o u t ”，m a n a g e m e n ts c i e n c e v 0 1 3 2 ，1 ，j a n u a r y1 9 8 6 p 6 第二章工厂布置过程和传统的s l p 方法 第一节布局设计的范畴 车自j 布局是属于设施规划与设计( f a c i l i t i e sp l a n n i n ga n dd e s i g n ) 的范畴，设施 规划与设计起源于早期制造业的工厂设计( p l a n td e s i g n ) 。从泰勒的科学管理开始，人 们开始注重“入”的工作测定，动作研究分析等操作法工程( m e t h o d se n g i n e e r i n g ) ： 同时也开始注意“机”和“物“的管理，如厂内物料搬运路线的优化设计，从原料到 制成品的物流活动的控制，机器设备、运输通道和场地的合理配置等。操作法工程、 物料搬运( m a t e r i a lh a n d l i n g ) 和工厂布置( p l a n tl a y o u t ) 这三项活动被统称为一“工厂设 计”。二战以后，随着工业设施的重建，工厂规模的扩大和复杂程度的提高，工厂设 计从传统的单一方面的设计发展到综合的设计。随着运筹学、统计学、人类工程学等 学科的发展，工厂设计由主要依靠经验、定性的方法逐步演变到全面、定量、系统的 规划和设计年代。由于设施规划与设计的理论和方法具有很好的普遍意义，现在工厂 设计的原则和方法也扩大到了非工业设施，如各种服务设施。因此，工厂设计一词逐 渐被设施规划、设施设计或设施规划与设计所替代。h 设施规划包括五个层次的问题，而生产车间布局则属于平面总布局( m a c r o l a y o u t ) 层面上的求解问题，是研究如何将工厂内不同的设施或部门进行安排，在产 品生产或服务中获得最大的效率。( t o m p k i n s1 9 8 2 ) ”从整体上五个层次可以依次从 战略层面到战术层面，再出战术层面到操作层面进行划分，如图l 所示： 图1 设施规划与设计的五个层次 资料来源：根据公司内部培训资料整理 “胡正华f 涛，庄长远，设施规划与设计，科学出版社，2 0 0 6 年1 1 月第一版，第卜2 页 ”h a r m o n o s k y ，c a t h e r i n em t o t h e r o ，g r e g o r yk ， “am u l t i f a c t o rp l a n tl a y o u tm e t h o d o l o g y ”i n t , p r o d r e s1 9 9 2 ，v o l 3 0 ，n o 8 ，p1 7 7 3 一t 7 8 9 7 第二节布局的类型 传统的车间白局类型可以划分为基本类型( b a s i ct y p e s ) 和混合类型( h y b r i d t y p e ) 两种。基本类型又包括工艺式布局( p r o c e s sl a y o u t 。也称为功能布局 f u n c t i o n a ll a y o u t ) ，产品式布局( p r o d u c tl a y o u t ) 和定位式布局( f i x e d p o s i t i o n l a y o u t ) ；而混合靠局又称为成组技术( g r o u pt e c h n o l o g y ) 或单元式布局( c e lt u l a r l a y o u t ) 。”如图2 所示： r 工艺式布局( p r o c e s si a y o u t ) 布局类型丁基本类型国k7 羚_ 薹主三喜主：。l a ；，y o ；。u 。t 。，。吐， 。混合布置( h y b r i dl a ”u t ) 一单元式布置( 成组式布置) ( c e li u l a ri a y o u t ) 豳2 布局的基本类型 资料来源：根据蔡斯， 生产与运作管理，英文版第8 版第3 7 8 - 3 7 9 页整理 美国下一代布局协会( n e x tg e n e r a t i o nf a c t o r yl a y o u t ) 在其下一代布局研究挑 战中提出四类新的布局策略以应对快速变化的市场和不同的产品构成，即分布式布 局、模块化布局、可重组布局和敏捷布局。” 分布式布局是将大的机群式单元分成小的子单元，并将它们分布在整个车间。在 高度动态的环境中，这是一个非常有效的方法，这样有助于从车间的不同位置进行访 问，从而可以改善物流。这种布局方式在生产需求波动较为频繁的环境中尤为实用， 容易快速组成单元，而物理上又不用重新对资源进行重新布置。 模块化布局是将布局设计成基本布局模块的网状结构。它的前提是产品在一定时 期内需求稳定。当产品需求发生变化时，可以删除一些模块，可以增加一些模块，从 而形成一个新的布局。 可重组布局是在资源搬运方便，易于布置的前提下实现的。它是一个多阶段的车 间布局问题，在每个生产阶段中，求得物流费用和重构费用最少的车间布局。 敏捷布局是将设计的目标定为周期短，在制品库存少，排队时间短，生产率高。 惦理台缚b 蔡斯尼古拉斯工阿事拉潇，f ，罗仇特雅备布斯，生产啊垂作管理英文版第8 版，机械工业出 版社，第3 7 8 3 8 2 贝 。7 b e n j a f a a r , s a l f a i j a h ssh c r a g u ，a n dsi r 锄i n e x tg e n e r a t i o nf a c t o r yl a y o u t s ：r e s e a r c hc h a l l e n g e sa n dp r o g r e s s ” d e c e m b e r2 0 0 0 ，p 3 8 通过该方法研发出任意布局。因此敏捷布局对一个企业的利润有很大的影响，所以敏 捷布局正是现代企业所追求的。但是，敏捷布局的设计必须建立在仿真的基础上。 第三节布置的一般过程 设施布置是决策问题，是指在一个给定的设施范围内对多个经济活动单元( 即占 据空间的任何实体) 进行位置安排。瞎从决策角度看待设施布置时，在决策的内容上 至少应包括：设施布罨应包含那些单元? 各单元的需求面积是多少? 各单元的形状如 何? 部门的相对和绝对位置如何? 从设施布置的原则上看，布局应该是为生产经营服 务，力求人、物、信息流动的最短距离；主张单一流向而要避免折返等现象；注意立 体空间的利用；保证生产系统和操作的安全，提供一个优良的生产环境。同时由于激 烈的市场竞争和快速的技术变革，必须同时考虑布局的弹性，使之不仅满足当前的生 产和流程需要，也要易于调整和适应市场、产品、工艺等的变化要求。 设施布置或工厂布置的工作不是一蹴而就的，而是要经过细致的分析和计划过 程。工厂布置的一般过程描述为以下六个大的步骤：憎 步骤一、明确目标：可以说没有任何两次稚局的前提条件、现有状况、和优化目 标是完全一样的。随着企业的业务变化以及市场变化，在考虑进行布局设计或布局改 善时，一定都带有某一特定阶段企业的目标和预期。因此，在着手之前，必须明确目 标，才能够选择合适的分析方式，选择必要的算法和规则最终达到优化布局的结果。 步骤二、资料收集：资料收集主要是指对基础资料的收集。包括工厂生产单位组 成及专业化形式，产品结构和产品生命周期等信息，生产系统图( 即生产系统各组成 部分之间的生产联系和物资流向简图，试说明企业产品生产过程和个生产部门之间的 联系，反映从原材料、半成品到成品的物流过程) ，和产品产量如历史产量或预测产 量等。 步骤三、计算和确定各生产单位和业务部门所需的面积 步骤四、设计初步方案：设计时将会涉及到选择什么样的布置规则，追求什么样 的目标，是以物流成本最低还是重构成本最低等。 步骤五、方案评价即在可供选择的方案中，以什么作为评估因素，用什么方法进 行评估 1 8 靳忠老，关，山民，运t i 管理，机械t 业出版杜2 0 0 9 年1 月第一版，第5 0 - 5 2 页 1 。陈心德，吴忠生产运f f 管理清毕人学i l j 版札，2 0 0 6 年9 月第一版，第1 1 0 贝 9 步骤六、方案实施：只有周密、科学和完善的实施方案才能保证设施御置过程的 最终完成效果。 第四节s l p 方法的简要介绍 一、s l p 方法的程序模式 美国的缪瑟( m u t h e r ) 和海尔斯( h a l e s ) 对设施规划与设计的理论和方法做了大 量的研究，特别是在设施规划与设计的应用方面取得了巨大的成就。他们合著的系 统化工业设施规划成为设施规划与设计的经典作品，其英文名称的缩写s p i f 成为 设施规划与设计的代名词。在该书中，缪瑟与海尔斯将设施规划与设计的五个组成部 分，即布置、搬运、建筑、公用、通信，及每一个组成部分各个阶段的工作整合在一 起，形成完整的设施规划与设计的程序模式”( 如图3 所示) 匡卜+ 囤 叵三h ；。l 囤 ：一 ，二：_ = _ = ：一- 一、 | 囡回困i i 一一j 兰 h ：两贼鳓醛：l 图3 系统布置设计程序模式 瓷料来濂：蓍海，设施规划与物流分析，机械工业出版社，2 0 0 5 年6 闩第一版，第8 7 页 2 0 莆海改施胤划j 物洫分析，机械t 业m 版礼，2 0 0 5 年6 门第一版，第8 7 负 f o 二、s l p 方法的步骤 传统的s l p 步骤根据上图3 所示，可以被划分为四个部分十一个步骤；” 第一部分是收集以下数据： 第一步：卜q r s t ( 产品、产量、工艺过程、辅助服务部门、时间) 第二步：物流( 物流距离，物流次数，物流成本等) 第三步：作业单位关联关系 第五步：需求面积 第六步：可用面积 第八步：修正条件 第九步：实际限制条件 第二部分是程序性流程，由以下工具和步骤构成： 第四步：作业单位关联图 第七步：作业单位面积关系图 第三部分：输出结果 第十步：可选方案 第四部分：评估过程 第十一步：评估 数据收集阶段的第一个内容就是系统布置需要的五个基本要素包括p q r s t 五个部分，这五项基本要素是设旌布置的其他特征或条件的基础，一切行置问题都以 此为依据，抓住这些基本要素就是解决布置问题的钥匙。” p 即产品、材料或服务，指待布置工厂所生产的商品、原材料、加工或处理过的 零件、成品和所提供的服务事项，- i n n 目、种类、型号、零件号、材料类别、产品 特征等来表示。该要素影响设施的组成及其各作业单位间的相互关系、生产设备的类 型、物料搬运的方式等方面。 q 即数量或产量，指所生产、提供或使用的商品量或服务的工作量，可用件数、 重量、体积或销售的价值表示。该要素影响设施规模、设备数量、运输量、建筑物面 积等因素。 ”c h i e n t e k i n g a ne m p i r i c a ls t u d yo f f a c i l i t y l a y o u t u s i n g a m o d i f i e ds l p p r o c e d u r e ，j o u r n a l o f m a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g ym a n a g e m e n t ：2 0 0 4 ：1 56 ：a b i i n f o r mg l o b a lr 4 5 5 挖t d i r 华， 前庄蚝远，敬施觑划与设计，科学：i i 版社2 0 0 6 年1 1 月第一版，第4 1 - 4 2 页 1 1 r 即生产路线或工艺过程顺序，指工艺过程、设备、工序和它们的先后顺序，可 用工序、设备表、工艺过程图等表示。它影响各作业单位之间的关系、物料搬运路线 等方面。 s 即辅助服务部门，指公用的、附属的及有关的作业单位或职能部门，在布置中 必须设置这些部门才能有效地工作。包括工具室、维修部门、动力室、收货区、发货 区及车间内的办公室等。 t 即时闻或时间安排，产品在何时生产出来或正在设计的布置将在什么时候付诸 实现。根据时白j 因素往往可以求出设备的数量、需要的面积、人员，以及平衡各工序。 三、s l p 方法的特点 系统布置方法通过以上十一个步骤，将物流分析与作业单位相互关系密切程度分 析褶结合，以求得合理布置，使工厂布置设计由定性阶段发展到定量阶段。 在第二部分中，根据每相邻的部门之间的关联程度的重要性可以建立一个相关 图。这个活动相关图称为a r d ( a c t i v i t yr e l a t i o n s h i pd i a g