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第二章 设施规划与设计设施规划与设计是工业工程学科的重要研究领域之一，也是物流工程的一个重要组成部分，其任务是对系统的各类设施、人员、投资进行系统的规划与设计，用以优化人流、物流和信息流，从而有效、经济、安全地实现系统的预期目标。第一节 设施规划与设计的理论概述一、设施规划与设计的定义Facility Planning and Design，FP&D1、设施设施：是指生产系统或服务系统运行所需的有形的固定资产。设施的内容：对于制造型企业，设施包括土地、建筑物、机器设备、辅助设备（如搬运和运输设备）、维修设备、实验室、仓库、动力设施、公用设施、办公室等。对于服务型企业，可能是超市的货品架、购物车等。2、设施规划与设计定义：设施规划与设计是综合考虑相关因素，对生产系统或服务系统进行分析、构思、规划、论证、设计，作出全面安排，使资源得到合理配置，使系统能够有效运行，以达到预期目标。有三层含义：（1）设施规划对一个生产系统或服务系统进行全面的规划和安排，以优化人流、物流和信息流，从而有效、经济、安全地实现系统目标。（2）设施规划的对象是整个系统。（3）规划与安排是有目标的，就是确定经济合理的投入，使系统内部资源优化配置，以支持整个系统的高效运营。【例如】制造企业如何使制造设施最有效地支援生产活动医院如何让医院设施最有效地支援病人的医疗服务设施规划与设计包含“规划”和“设计”两方面含义。这两者既有区别，又有包容的关系。它们之间的区别在于层次和范围的不同：规划是高于设计的层次，规划包含了设计；规划往往比较宏观和抽象，而设计相对微观和具体。 二、设施规划与设计的研究范围研究范围：设施选址（厂址选择）和设施设计两部分。设施设计又分为布置设计（工厂布局）、物料搬运系统设计、建筑设计、公用工程设计和信息通信设计五部分。1、设施选址定义：是指如何运用科学的方法决定设施的地理位置，使之与企业的整体经营运作系统有机结合，以便有效、经济地达到企业的经营目的。就是指确定在什么地方建立工厂或者服务设施。就是对可供选址的地区和具体位置的有关影响因素进行分析和评价，从而达到厂址最优化。2、布置设计（工厂布局）定义：就是通过对系统物流、人流、信息流进行分析，对建筑物、机器设备、运输通道和场地做出有机的组合和合理配置，达到系统内部布置最优化。建筑物是物流作业的重要场所设施，其内部的建筑空间、地理方位、面积与形状、功能区划与物流作业效率、成本密切相关。机器设备的数量、安置、排列、作业弹性和空间配置，也会对生产或服务系统的整体物流运作产生关键性的影响，如影响搬运。3、物料搬运系统设计就是对物料搬运路线、运量、搬运方法和设备、储存场地做合理安排。4、建筑设计对建筑结构进行设计，以满足功能、空间、经济等需要。5、公用工程设计对电力、照明、排水、通风等进行协调设计。6、信息网络设计对信息通信的传输系统进行全面设计。三、设施规划与设计的意义1、设施规划的必要性新建一个全新的企业；国家发展和改善产业结构和生产力布局（工业园）；企业扩大再生产，形成新的生产能力而建设新的设施；改变产业结构或新产品，进行的新建或扩建车间厂房；因城乡规划、市场变化等原因，进行设施的搬迁；因工艺落后、设备陈旧、管理不善进行现有设施的技术改造；为使物料搬运合理化，改善劳动条件、解决环境污染、降低能耗；为实现企业信息化而需要对现有设施进行改造。2、设施规划的意义（1）提高生产力美国企业界及学术界从企业管理的角度看待设施规划的地位和作用，认为设施规划是科学管理企业的开端。一般认为，在制造企业的总成本中，用于物料搬运的占20%50%，而有效的设施规划至少可以减少10%30%，因此，设施规划被认为是提高生产率最有希望的因素之一。例如，某生产自动调节阀门厂，通过改善工厂内物流，提高生产率5成。（2）降低企业运行成本一项设施的规划与设计，所需要的费用只占总投资的2%10%，往往比不可预见的费用还少，但对投产后的企业却带来很大的收益。在规划、设计、建造、安装、投产的各阶段中，如果要对企业的某一方面加以改变，所需要的费用将逐步上升。到了投资后再改进，则事倍功半，有时很困难甚至不可能。因此，设施规划与设计不但可以避免不良设施的出现，还可以大大降低运行成本。例如，某汽车发动机厂，进行物流系统规划，使搬运量减少46.7%，节约了用地；某变压器厂，通过设施重新规划，搬运费节约50以上。（3）提高企业运作效率企业运行效率的高低，除了与建成运行后企业管理水平的高低相关外，还取决于设施本身规划与设计的好坏。（4）避免不必要的改扩建由于选址不合理、没有预留发展余地、设施设计存在问题等因素，很多企业只能不断地寻找新的厂址或对现有设施进行各种改造。不必要的分厂不断出现，重复设施不断出现，使企业的运作费用大大增加。只有在规划设计阶段，充分考虑企业未来发展，才能彻底避免不必要的改建与扩建。（5）提高对客户的服务能力客户对企业服务的要求越来越高，因此，企业的设施一定要能够满足这种要求。（6）提高企业间合作能力随着经济全球化进程的不断发展，企业间合作变得越来越重要。供应链管理理论要求企业的设施与相关企业能够进行很好的“合作”。例如，现代汽车制造企业要求零部件供应商，把零部件直接送到生产线上，以最大限度地减少搬运环节，降低成本。企业为了满足这种发展需求，必须在设施规划与设计阶段做好相应的准备。第二节 设施选址（厂址选择）一、设施选址的任务和意义新建和重建设施，都必须选择适当的场址。存在于工业领域，也存在于服务性行业，比如KFC和麦当劳的新零售门店的选址堪称典范。设施选址就是确定在何处建厂或建立服务设施。它不仅关系到设施建设的投资和建设的速度，而且在很大程度上决定了所提供的产品和服务的成本，从而影响到企业的生产管理活动和经济效益。1、任务任务：在已确定的地理区域内，经过调查研究、现场勘察，选出几个条件较好的场址，然后进行分析、比较、筛选，最后得出一个最满意的场址，推荐给决策部门作最后批准和决定。两个层次：第一：选位，即选择什么地区（区域）设置设施，沿海还是内地，南方还是北方，等等。在当前全球经济一体化的大趋势之下，或许还要考虑是国内还是国外。第二：寻址。地区选定以后，具体选择在该地区的什么位置设置设施，也就是说，在已选定的地区内选定一片土地作为设施的具体位置。两种类型：一是单一设施的场址选择。根据确定的产品、规模等目标为一个独立的设施选择最佳位置。二是复合设施的场址选择。为某个企业的若干个下属工厂、仓库、销售点、服务中心等选择各自的位置，目的是使设施的数目、规模和位置达到最佳。2、意义厂房、物流中心或商铺等应该建在哪里呢？在现代制造业和服务业里，这都是一个具有战略意义的重要问题。特别是在市场和生产全球化的时代，这一问题尤为重要。设施选址恰当与否，对生产力布局、城镇建设、企业投资、建设速度及建成后的生产经营状况都有重大意义。如果先天不足，会造成很大损失。因为场址一旦确定，设施建设完工，一般无法轻易改动。【案例】国内因选址规划决策失误而造成重大损失的案例屡见不鲜。海南：2004年4月至7月，海南省人大常委会就城市规划问题对一些城市调研时发现，仅10万人的万宁镇建了一座3040万人用的水厂，致使每月亏损10万元。文昌市在搬迁行政中心时以权代法，盲目决策，目前该市的经济发展和城市建设并未如预期的那样向新行政中心发展，每年光接送干部职工上下班的交通费用就得花费300万元。湖北：1994年武汉市政府出台文件，鼓励武泰闸兴建蔬菜批发市场。因缺乏统一规划，迅速发展的14个武泰闸市场零星分布，与107国道武汉段和武昌火车站几乎连成一片。这一规划失误付出的代价是：3亿元政府资金、7年交通堵塞。2004年6月，武泰闸市场整体搬迁。深圳：历经数年建设，总投资逾31.9亿元人民币、占地面积达28万平方米的深圳会议展览中心，因政策没有延续性、规划不科学、决策具有太大的随意性，建设期间中出现三次选址，两次变更，造成直接损失近5000万元。（1）设施选址是企业成功的首要基础。它不仅关系到建立设施的投资和建设速度，还影响着企业在将来提供产品或者服务的成本，从而影响企业的经济效益。尤其是服务设施选址，还影响到将来面临的需求量的大小，直接关系到营业额的多少。除了少数严重依赖特定资源的企业之外，大部分企业都面临着选址这样一个决策问题。随着经济的全球化，设施选址可以考虑的范围已经扩展到全球。特别是现代企业与企业的竞争已经发展成供应链与供应链之间的竞争，所以企业在选址的时候不能仅仅考虑自己的问题，而是要考虑整个供应链系统，把位于不同地区的合作伙伴也纳入选址需要考虑的范畴。显然，企业的竞争力直接受到其地理位置和环境的影响。例如对于制造业，选址不同，导致运输成本、劳动力成本等都不同；而对于服务业企业来说，选址更是直接影响到需求量。（2）选址是一项极为重大的决策，而且是永久性的投资。一旦设施建成，如果发现选址不理想，想要出售、搬迁或者改建都十分困难。因此，选址错误就注定了企业失败的命运。二、设施选址的考虑因素1、成本因素（1）运输成本企业的经营活动离不开交通运输，原材料进厂、产品出厂、职工上下班，都需要便利的交通。接近原材料产地：原材料笨重而价格低廉的企业；原料易变质的企业；原料笨重，产品由原料中的一小部分提炼而成；原料运输不方便。接近消费市场：产品运输不便；产品易变化和易变质；大多数的服务业。（2）原料供应（3）动力、能源的供应和成本出于供应时间和采购成本方面的考虑，那些耗能大的企业必须认真考虑此项，例如火电站希望靠近煤炭基地，钢铁厂希望靠近铁矿山。（4）水的供应（5）人力资源的供应条件和费用劳动力是最重要的生产资源，有数量上和质量方面的要求。工资成本是场址选择时最重要的评价标准之一。不同地区的劳动力资源的丰富程度、工资水平以及受教育程度都是不一样的，是否容易获得企业需要的合格劳动力，是选址时需要考虑的重要问题。（6）建筑成本2、非成本因素（1）社区情况（2）气候和地理环境（3）环境保护（4）当地政府政策如产业政策、环保政策、土地政策等。选址还需要考虑：政治因素包括政局是否稳定，法制是否健全等。政局稳定是发展经济的前提条件，在动荡不安的国家建厂，风险很大。不同的国家和地区有不同的法律、法规和政策，这也是当今跨国公司在全球选址时考虑的重要因素。社会因素包括周边居民的生活习惯、文化教育水平、生活水平以及周边的社会环境等。企业的产品要适合当地的需要，符合当地的习惯。文化教育水平高，不仅可以提供符合企业要求的人才，而且这种良好的氛围有助于吸引其他地区的人才。选址地区的位置，能否方便利用城市原有的公共设施，为职工提供良好的生活环境 也是非常重要的。如上所述，企业在选址时，要考虑的因素很多，而且这些影响因素有些是互相矛盾的，例如可能不能既靠近原材料产地，又靠近目标市场。因此必须综合建立新设施的具体要求和当地的实际情况，在这些因素中分清主次，根据主要矛盾，选择重要的因素，对候选方案进行评价，做出决策。制造业设施选址：（1）劳动力条件劳动力条件是员工工资水平、培训要求、工作态度、员工劳动生产率和工会组织的系统集成。这对于劳动密集型企业尤为重要，诸如纺织业、家具制造业和消费电器业。（2）与市场的距离必须选择适当的新建设施位置，以便能够最有效地满足市场需求。（3）当地生活环境人才是企业最重要的资源，而设施所在地的生活环境对企业是否能吸引人才具有重要作用。良好的学校、娱乐设施和吸引人的生活方式对选址决策有着显著的影响。（4）与供应商和资源的距离对于企业，把原材料物流成本作为重点考虑的影响因素是非常重要。这就要求所选择的生产设施的地点位置必须尽量靠近供应商。比如，钢铁企业靠近采矿厂，食品加工企业靠近牧场会更经济。另一方面，生产设施靠近供应商还有利于降低原材料库存。（5）距离企业所属部门的远近及与其关联程度 企业各个部门都是相互合作和相互支持的。在许多企业，某一个部门为其他部门提供生产装配部件或依赖于其他部门的支持和服务。这种相互依赖的关系需要经常性的协调和沟通，只有当其相距较近时，才能方便快捷地进行经常性的协调和沟通，利于提高经济效率。服务业设施选址：服务性企业由于其多样化及与制造业相比成本较低廉，因此，新建服务设施相对更普遍。作为管理决策者来说也将更多地面对此类问题。例如，在新开发的社区中，服务设施的发展与社区人口的增长几乎是同步的，如商店、餐饮店、社会服务和娱乐设施等会随着社区的发展和人口的增长而响应地增多。制造业选址着重成本最小化，服务业选址着重收入最大化。对服务性企业来说进行设施选址决策时所应将注意力重点放在对经营规模和销售收入的确定上。（1）当地的消费能力；（2）服务生产能力与选址区域潜在顾客数量统计之间的相适应程度；（3）竞争对手的数量及其竞争能力的大小；（4）所提供的服务具有的竞争优势；（5）与竞争对手相比，所选位置的特点，如停车位、交通、安全性以及周围的环境氛围的优越性；（6）与相邻近商业状况相比的服务设施质量、水平档次；（7）企业的经营策略；（8）服务生产的物流成本；（9）服务设施的所在地点位置对用户服务的便利程度等。三、设施选址的步骤一般分为四个阶段：准备阶段、地区选择阶段、地点选择阶段和编写报告阶段。1、准备阶段进行调查研究，获取相关信息，为设计选址做好准备。主要工作是对选址目标提出要求，并提出选址所需要的技术经济指标。2、地区选择阶段（选位）主要解决在什么区域布局设施的问题。如把设施布局在沿海还是内地？南方还是北方？经济发达地区还是欠发达地区？是城市、农村、城郊？3、地点选择阶段（定址）在选定的区域内选定一个位置作为设施的具体位置。4、编制报告阶段对多个所选方案进行比较。第三节 设施选址的评价方法一、成本因素评价法1、盈亏平衡法盈亏分析法：是单一设施选址的一种基本方法，亦称量本利分析法，通过对各备选场址的产量成本利润分析，确定在特定产量规模下，成本最低的设施选址方案的方法。总成本=固定成本+可变成本产量=CF+CVQ这种方法基于以下假设：（1）可供选择的各个方案均能满足厂址选择的基本要求；（2）产量在一定范围时，固定成本不变；（3）各方案的投资额不同，投产以后原材料、燃料和动力等变动成本不同。基本步骤：（1）确定每个地址的固定成本和可变成本；（2）绘出每个地址的总成本曲线，纵轴表示成本，横轴表示产量；（3）确定在某一预定的产量水平下，成本最低的场址。【例2-1】成本函数X：60+44Q；Y：130+27Q；Z：250+15QX与Y的交点A：60+44Q=130+27Q；Q=4.12Y与Z的交点B：130+27Q=250+15Q；Q=102、重心法当产品成本中运输费用所占比重较大，企业的原材料由多个供应地提供或其产品运往多个销售点，可以考虑重心法选择运输总费用最低的场址。一般适用于工厂、车站、仓库或零售/服务设施选址。重心法是一种布置单个设施的方法，这种方法考虑现有设施之间的距离和运输的货物量。运输总费用=各作业单位之间货物运输量X运输距离X运输费率之和重心法的思想：在确定的坐标中，各个原材料供应点坐标位置与其相应供应量、运输费率之积的总和，等于所求场所位置坐标与各供应点供应量、运输费率之积的总和。表示所求设施的位置，表示现有设施（各供应点）的位置，i=1，2，n。wi 第i个供应点的运输总量Ci 待选址设施到第i个供应点的运输费率C0待选场址的运输费率运输费率是指在两地间运输某种具体产品时的每单位运输里程或每单位运输重量的运价。根据重心法有：，重心坐标为：，若各供应点的运输费率相等，则有：，【例如】见教材例2-2场址的选择涉及多方面的因素，不可能通过简单的数学计算就能确定，由重心法计算出的场址，不一定就是合理的地点。例如，计算出的位置有建筑物或有河流经过。另外，重心法确定的距离采用的是直线距离，这在多数情况下是不合理的。所以，用重心法求出的解比较粗糙，只能提供参考。3、线性规划运输法线性规划法是一种广泛使用的最优化技巧，它在考虑特定的约束条件下，从许多可用的选择中选出最佳方案。对于复合选址问题，如一家公司设有多个工厂供应多个销售点，当产量不足时，需要增建工厂，一般已知若干个备选方案，要求确定一个厂址，使已有设施的生产运输费用最小。模型：见教材【例2-3】见教材4、层次分析法（略）二、综合因素评价法1、加权因素法列出主要选址决策因素，建立选址因素的加权矩阵，将这些因素的权重乘以各因素得分，然后加总得到该选址方案的最后评分，决策者可以根据加权评分判断备选方案的优劣。步骤：见教材2、位置度量法见教材3、优缺点比较法优缺点比较法是一种最简单的设施选址的定性分析法，尤其适应于非经济因素的比较。可用以对布置方案进行初步评价，舍弃那些存在明显缺陷的布置方案。具体做法是：罗列出各个方案的优缺点进行分析比较，并按最优、次优、一般、较差、极坏五个等级对个方案的各个特点进行评分，对每个方案的各项得分加总，得分最高的方案为最优方案。这一方法基本上是就事论事，缺乏量化的比较，科学性不足，对非成本因素考虑较少，难以满足市场经济条件下的运作。但是这种传统方法中对各种选址因素的罗列分析，特别是调查研究的经验对初学者在选址中制订各种候选方案仍有借鉴之处。第四节 设施布置设计一、设施布置设计概述1、设施布置设计的含义设施布置设计：过去也被称为工厂布局，是指在一个给定的设施范围内，对多个经济活动单元进行位置安排。所谓经济活动单元，也叫作业单位，是指需要占据空间的任何实体，也包括人。“作业单位”是设施的基本区划，可大至一个建筑物或一个车间，亦可小至一个出入口或一台机器如何划分，须看规划设计工作所处的阶段或层次。例如：机器、工作台、通道、桌子、储藏室、工具架等等。所谓给定的设施范围，可以是一个工厂，一个车间，一座百货大楼，一个写字楼，或一个餐馆等。2、设施布置设计的目标设施布置目的是要将企业内的各种物质设施进行合理安排，使他们组合成一定的空间形式，从而有效地为企业的生产运作服务，以获得更好的经济效果。具体来讲，有6个主要目标：见P24（1）符合生产、服务及工艺过程的要求保证工艺流程畅通，生产时间短，生产连续。（2）最有效地利用空间在地价日益上涨的今天，为了节约成本，企业应尽可能的节省用地，使建筑设备和单位制品的占有空间小。（3）物料搬运费用最少运输路线简化，避免往返和交叉，使未来的生产经营成本尽可能低。（4）保持生产灵活性灵活、富有弹性的布置对于企业未来的发展及适应变化的能力无疑具有重要意义，但这一目标的实现往往是困难的。设施布置适应产品需求的变化、工艺和设备的更新。（5）适应组织结构的合理化和管理的方便使有密切关系或性质相近的作业单位布置在一个区域或靠近布置。（6）最良好的工作环境不仅企业设施是配置在一定的厂区之内，企业职工也在这一环境中工作和生活，他们积极性的高低直接影响着企业的经营成果。所以，工厂布置应为他们提供良好的工作环境。保证安全，满足生理、心理要求。3、设施布置设计的内容设施布置包括生产设施布置（工厂总体布置和车间内部布置）和服务设施布置（服务设施总体布置和服务设施内部布置）。生产系统设施布置：主要是指合理安排企业或某一组织内部各个生产作业单位和辅助设施的相对位置与面积、车间内部生产设备的布置。工厂总体布置：（1）解决工厂各个组成部分，包括生产车间、辅助生产车间、仓库、动力站、办公场所等作业单位相互位置；（2）解决运输线路、管线、绿化、设施美化的相互位置；（3）解决物料的流向和流程，厂内外运输连接及运输方式。车间内部布置：（1）解决各生产工段、辅助服务部门、储存设施等作业单位相互位置；（2）解决工作、设备、通道、管线间的相互位置；（3）解决物料搬运流程和运输方式。服务系统设施布置：主要包括办公室布置、零售店布置和仓库布置。办公室布置主要考虑信息和人员的流动，强调信息流的重要性和布置的灵活性。零售店布置是对店内展示商品的安排方法，要能吸引顾客，主要考虑人员和商品的流动。仓库布置要根据仓库的作业功能对作业区作出适当划分，然后分析这些作业区的物流关系，以此来确定相对位置，主要考虑的是物料的流动。4、设施布置应考虑的问题（1）应包括哪些经济活动单元这个问题取决于企业的产品、工艺设计要求、企业规模、企业的生产专业化水平与协作化水平等多种因素。反过来，经济活动单元的构成又在很大程度上影响生产率。例如，有些情况下一个厂集中有一个工具库就可以，但另一些情况下，也许每个车间或每个工段都应有一个工具库。（2）每个单元需要多大空间空间太小，可能会影响到生产率，影响到工作人员的活动，有时甚至会容易引起人身事故；空间太大，是一种浪费，同样会影响生产率，并且使工作人员之间相互隔离，产生不必要的疏远感。（3）每个单元空间的形状如何每个单元的空间大小、形状如何以及应包含哪些单元，这几个问题实际上相互关联。例如，一个加工单元，应包含几台机器，这几台机器应如何排列，因而占用多大空间，需要综合考虑。如空间已限定，只能在限定的空间内考虑是一字排开，还是三角形排列等；若根据加工工艺的需要，必须是一字排开或三角形排列，则必须在此条件下考虑需多大空间以及所需空间的形状。在办公室设计中，办公桌的排列也是类似的问题。（4）每个单元在设施范围内的位置这个问题应包括两个含义：单元的绝对位置与相对位置。有时，几个单元的绝对位置变了，但相对位置没变。相对位置的重要意义在于它关系到物料搬运路线是否合理，是否节省运费与时间，以及通讯联络是否便利。此外，如内部相对位置影响不大时，还应考虑与外部的联系，例如，将有出入口的单元设置于靠近路旁。5、设施布置的原则（1）整体综合原则设计时应将设施布置有影响的所有因素都考虑进去，以达到优化的方案。（2）移动距离最小原则（3）流动性原则设施布置应使在制品在生产过程中流动顺畅，消除无谓停滞，力求生产流程连续化。（4）空间利用原则生产区域或储存区域的空间安排，都应力求充分有效地利用空间。（5）柔性原则应考虑各种因素变化可能带来的布置变更，以便于以后的扩展和调整。（6）安全原则二、设施布置设计的方法1、摆样法最早的布局方法。适合于较简单的布局设计，对复杂的系统不很准确，而且花费时间较多。2、数学模型法存在两大困难：（1）当问题的条件过于复杂时，简化的数学模型很难得出符合实际的准确结果；（2）无法得到布局图。3、图解法4、系统布置设计SLP是当前布局设计的主流方法，综合考虑了工厂布局的主要目标，实现了布局的科学化。三、设施布置的形式1、产品原则布置（Product Layout）定义：是以产品为对象进行专业化布置，也称装配线布置或流水线布置，是一种根据产品加工制造的步骤来安排设备或工作过程的布置方式。具体而言，就是将设备、人员按产品加工或装配的工艺过程顺序固定布置，形成一定的生产线。工作地1工作地2工作地3工作地4产品原材料针对标准化高的产品或服务，按照加工的工艺过程布置设备。适宜重复性生产。一般仅涉及一种或少数几种极相似的产品或服务。考虑到每一加工对象都是按照同样的加工顺序，所以常常有可能使用固定的物料运输设备和运输路线。在制造业，这些加工路线被称为生产线或装配线。高度连续的生产线或装配线称为流水线。服务行业按照产品原则布置的情况较少顾客需求差异性大。例如：鞋、化工设备和汽车清洗剂的生产、自助餐馆、汽车清洗。优点：（1）由于布置符合工艺过程，物流畅通；（2）由于上下工序衔接，在制品存放量少；（3）物料搬运工作量少；（4）可做到作业专业化，对工人技能要求不高，易于培训；（5）生产计划简单，易于控制；（6）可使用专用设备和机械化、自动化搬运方法。（7）产量高产品产出率高；（8）成本低单位产品的可变成本低（很高的专用设备费用由许多加工对象来分摊），加工路程短，物料处理成本低（由于各加工对象采用相同的加工顺序，物料运输大大简化），存货少。缺点：（1）不具产品弹性，设备发生故障时引起整个生产线中断；（2）柔性弱，系统对产量变化及产品和设计的变化的适用性差；产品设计变化将引起布置的重大调整；（3）生产线速度取决于最慢的机器；（4）生产线有的机器负荷不满，造成相对投资较大；（5）生产线重复作业，工人易产生厌倦；分工过细使得工作重复单调，工人很少有发展机会，而且会导致情绪问题和由于连续工作而导致的过度紧张造成伤害事故；（6）维修和保养费用高。适用：适合于少品种、大批量的、高标准化的产品的生产。2、工艺原则布置（Process Layout）定义：是以工艺为对象进行专业化布置，也称机群布置或功能布置，是一种将相同或类似功能、程序的机器设备集中布置于同一区域的布置方式。被加工的零件，根据预先设定好的流程顺序，从一个地方转移到另一个地方，每项操作都由适宜的机器来完成。例如将所有的车床放在一处，将冲压机床放在另一处。例如：制造业中的机械加工车间、锻压车间、车工车间等。医院是采用工艺导向布局的典型。下料车间机加车间铸造车间热处理车间总装车间产品1产品2产品3优点：（1）机器利用率高，可减少设备数量；（2）设备和人员柔性程度高，更改产品和数量方便；（3）设备投资相对较少；（4）操作人员作业多样化，有利于提高工作兴趣和职业满足感缺点：（1）生产过程中的物流复杂无序，物流量大，运输线路长；（2）生产计划与控制较复杂，要求员工素质的提高；（3）在制品较多，库存量相对较大；（4）工件等待时间长，生产周期长。适用：适合于处理多品种、小批量、顾客化程度高的生产与服务。3、成组原则布置（Group Layout）定义：又称单元制造布置，是将不同的机器组成加工中心（工作单元）来对形状、尺寸和工艺相似的零件进行加工的布置方式。是将产品原则布置和工艺原则布置两种布局方式结合起来的布局方式。这种布置方法的主要目的是：在产品产量不足以大到使用生产线的情况下，也尽量根据产品的一定批量、工艺相似性来使产品生产有一定顺序，物流流向有一定秩序，以达到减少中间在制品库存、缩短生产周期的目的。例如：一些工厂总体上是按产品导向布局（包括加工、部装和总装三阶段）在加工阶段采用工艺导向布局，在部装和总装阶段采用产品导向布局。优点：（1）由于产品成组，设备利用率高；（2）流程通畅，运输距离较短，搬运量少；（3）有利于发挥班组合作精神；（4）有利于扩大员工的作业技能；（5）兼有产品原则布置和工艺布置的优点。缺点：（1）需要较高的生产控制水平以平衡各单元之间的生产流程；（2）若单元间流程不平衡，需中间储存，增加了物料搬运；（3）班组成员需掌握所有作业技能；（4）减少了使用专用设备的机会；（5）兼有产品原则布置和工艺原则布置的缺点。适用：多品种、中小批量的生产方式，目前广泛用于金属加工、计算机芯片制造和装配作业。4、定位原则布置（Fixed Layout）定义：是将主材料或主件置于固定场所，而将人、机器、工具和其他材料、零部件移至该处进行生产作业的布置形式。是产品由于体积或重量庞大停留在一个地方，从而需要生产设备移到要加工的产品处，而不是将产品移到设备处的布置方式。主要是工程项目和大型产品生产所采用的一种布置形式。它的加工对象位置、生产工人和设备都随加工产品所在的某一位置而转移。例如：飞机的制造、房屋的建设、造船厂、建筑工地和电影外景制片场往往都采用这种布局方式。特点：场地空间有限；不同的工作时期，物料和人员需求不一样，生产组织和管理困难较大；物料需求量是动态的。适用：产品体积或重量庞大的情况，如飞机制造厂、造船厂、建筑工地等，同一时间仅可做一个或极少数量产品。四、PQ分析P-Q分析要回答采用什么样的生产方式，从而采取什么样的基本布置形式。从图上可以看出，M区的产品数量大，品种少，适宜采用大量生产方式，则按产品原则布置；J区的产品数量少，品种多，属于单件小批生产方式，应该按工艺原则布置；在M和J之间的部分，则适于采用上述两种相结合的成组原则布置。P-Q分析的结果不仅是确定生产方式和布置形式的基础，也是划分作业单位的基础。五、设施布置的基本原始资料在SLP方法中，把P、Q、R、S、T作为基本要素（原始资料），作为布置设计工作的基本出发点，并称之为解决布置问题的钥匙。设施布置的基本要素：（1）P（Product）产品是指待布置工厂将生产的商品、原材料或加工的零件和成品等。（2）Q（Quantity）数量是指所生产的产品数量或提供服务的工作量。（3）R（Route）生产路线包括工艺路线、生产流程、各工件的加工路线以及形成的物流路线。（4）S（Supporting Service）辅助服务部门把除生产车间以外的所有作业单位统称为辅助服务部门。（5）T（Time）时间安排解决布置问题的钥匙：什么S为辅助服务部门用什么来支持生产T时间时间安排产品何时生产？P产品材料生产什么？Q数量产量每项产品要制造多少？R生产路线工艺过程怎样进行生产？只有在上述各要素充分调查研究并取得全面、准确的各项原始数据的基础上，通过绘制各种表格、数学和图形模型，有条理地细致分析和计算，才能最终求得设施布置的最佳方案。上述P，Q两个基本要素是一切其他特征或条件的基础。第五节 系统化布置设计（SLP）工厂布置的方法和技术，一直是工业工程领域不断探索的问题。自工业革命以来研究出了许多手工设计、数字分析和图解技术，60年代以来，又发展了计算机辅助工厂布置，在众多的布置方法中，以缪瑟提出的系统化布置设计SLP最为著名，应用十分普遍。该方法提出了作业单位相互关系的等级表示法，使设施布置由定性发展到定量。这种方法不仅适用于工厂和生产系统设计，还可以用于医院、学校，百货商店、办公楼等设施设计。一、系统化布置设计程序模式Systematic Layout Planning系统布置设计阶段图：见PPT四个阶段均按顺序交叉进行，其中第一阶段和第四阶段不属于布置设计工作，第二和第三阶段是布置设计的主要工作。设计程序模式：见教材SLP法的步骤：（1）准备原始资料在系统布置设计开始时，首先必须明确给出基本要素P、Q、R、S、T这些原始资料，同时也要对作业单位的划分进行分析。（2）物流分析和作业单位相互关系分析当物料流动是工艺过程的主要部分时，物流分析是布置设计中最主要的方面。按照物料移动的顺序，可以得到一个流程图，来表明生产部门之间的物流关系。对某些辅助服务部门来说，各作业单位之间的相互关系（非物流联系）对布置设计是最主要的。介于上述两者之间的情况，则需要综合考虑物流和非物流相互关系。把物流关系和作业单位相互关系合并起来，可以构成一个“物流和作业单位相关图”。（3）绘制作业单位位置相关图根据物流相关表与作业单位的相互关系表，考虑每对作业单位间相互关系等级的高低，决定两作业单位相对位置的远近，得出各作业单位之间的相对位置关系。这时并未考虑各作业单位具体的占地面积，得到的仅是作业单位相对位置，称为位置相关图。（4）作业单位占地面积计算计算出的面积应于可用面积相适应。（5）绘制作业单位面积相关图（6）修正作业单位面积相关图只是一个原始布置图，还需要根据其他因素进行调整修正，进而形成若干可供选择的方案。需要考虑的修正因素包括物料搬运方式、操作方式、储存周期等，还需考虑实际限制条件（如成本、安全、职工倾向等方面）是否允许。（7）方案评价与择优对备选方案进行比较和评价，选出一个方案。系统化布置设计通过以上7个步骤，将物流分析和作业单位相互关系分析相结合，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。二、物流分析（R分析）作业单位的相互关系可以分为物流关系和非物流关系。物流分析（物料流程分析）是确定物料在生产过程中每个必要的工序之间移动的最有效顺序及其移动的强度和数量。主要是工艺流程分析，是工厂布局的前提。当物料流动是工艺过程的主要部分时，物流分析是布置设计中最主要的方面。也是物料搬运分析的开始，它对应布置设计问题“钥匙”的第三个字母R（路线）。工艺流程是指零件在生产过程中在整个工厂中的移动路径。物流分析要遵循的两个最小和两个避免的原则：两个最小原则：经过距离最小和物流成本最小。两个避免原则：避免迂回和避免十字交叉。描述作业单位间的物流关系可通过物流强度等级的划分来实现。作业单位对（或称为物流路线）的物流强度等级应按物流路线比例或承担的物流量比例来确定。物流强度等级符号物流路线比例（%）承担物流量比例（%）超高物流强度A（4）1040特高物流强度E（3）2030较大物流强度I（2）3020一般物流强度O（1）4010可忽略搬运U（0）1、工艺流程图定义：用来描述产品生产过程中各工序之间的关系，也可以用来描述全厂各部门之间的工艺流程。其重要作用是在分析工艺过程的基础上，通过产品加工、组装、检验等各加工阶段及加工路线的分析，可以计算出每个工艺过程的各工序（作业单位）间的物流强度，从而为作业单位位置的确定找到基础数据。在大批量生产中，产品品种很少，用标准符号绘制的工艺流程图直观地反映出工厂生产的详细情况，此时，进行物流分析只需在工艺流程图上注明各道工序之间的物流量，就可以清楚地表现出工厂生产过程中的物料搬运情况。2、多种产品工艺过程图在多品种且批量较大的情况下，如产品品种为10种左右，将各产品的生产工艺流程汇总在一张表上，就形成了多种产品工艺过程图。在这张表上各产品工艺路线并列绘出，可以反映出各个产品的物流途径。3、从至表当产品品种很多，产量小，且物料数量很大时，可以用从至表来表示各作业单位之间的物料移动方向和物流量。从至表法是一种常用的车间设备布置方法。从至表是记录车间内各设备间物料运输情况的工具，是一种矩阵式图表，用来表示建筑物之间、部门之间或机器之间的物流量。表中行表示物料移动的源，称为从；列表示物料移动的目的地，称为至；行列交叉点表示由源到目的地的物流量。一般来说，从至表根据其所含数据元素的意义不同，分为三类：距离从至表：表中元素表示从出发设备至到达设备的距离。运输成本从至表：表中元素表示从出发设备至到达设备的运输成本运输次数从至表：表中元素表示从出发设备至到达设备的运输次数当达到最优化时，这三种表所代表的优化方案分别可以实现运输距离最小化、运输成本最小化和运输次数最小化。当物料沿着作业单位排列顺序正向移动时，即从一至表中只有上三角有数据，这是一种理想状态。当存在物料倒流现象时，倒流物流量出现在从一至表的下三角，此时，两个作业单位之间的总物流量等于正向物流量与倒流（逆向）物流量之和。三、作业单位非物流关系分析在工厂设施布置中，各作业单位之间除了物流联系外，还有人际、工作事务、行政事务等的活动，存在人和工作的联系。这些联系都可以表示为各种单位之间的关系，也称为非物流关系。因此，在分析作业单位相互关系时，除了物流关系外，还要考虑非物流关系，这一般不能用定量的方法得到，还需要一些定性的方法。非物流因素为主的情况：（1）某些工厂，需要运输的物料很少，物流相对来说不重要。（2）辅助设施与生产部门之间常常没有物流关系，但必须考虑它们之间的密切关系。（3）在纯服务性设施中，例如办公室、维修间内，常常没有真正的固定的物流，常用信息流或人流当作“物流”。（4）在某些情况下，工艺过程也不是布置设计的唯一依据。例如重大零部件的搬运、属于产生污染的工序或有危害的作业。在分析作业单位相互关系时，要区别情况分别对待。（见教材）作业相关图法（相互关系布置法）是由穆塞提出，它注重考虑各生产单位生产作业的相互关联，根据工厂各组成部分之间的关系的密切程度加以布置，得出较优方案。作业相关图：用菱形框格表示相应两个作业单位之间的关系，用字母表示密切程度的等级，用数字表示确定密切程度等级的理由。首先将关系密切程度划分为A、E、I、O、U、X六个等级，然后根据这种资料，将待布置的部门一一确定出相互关系，根据相互关系的重要程度，按重要等级高的部门相邻布置的原则，安排出最合理的布置方案。在非物流关系表中，还要加上评级的理由：作业性质相似使用相同的设备、场所工作联系频繁程度监督和管理方便噪声、振动、烟尘、易燃易爆危险品的影响服务的频繁和紧急程度等。非物流关系评级主要由上述理由确定：A级一般只用于部门间有密切的工艺联系或使用相同的设备或场所，如钢材库和下料区、最后检查和包装、清理和油漆等。大量的人员流动也可定为A。如果对A有些把握不准，就可定为E，如两个作业单位间人员流动量大但并不是每时如此，再如方便和安全要求、搬运物料要求和服务频繁和紧急等。U是最多的，当两个作业单位间不需要相关或无干扰时采用。X同A一样重要，但方向相反，是不需要密切靠近的。例如油漆间就不能和焊接间相邻。一般噪音、烟尘、发热、致冷和气味都是列X的理由。因为这种评级是定性的，必须遵循以下的方法和步骤：由设施布置人员初步决定各作业单位间的关系，并经集体讨论，充分阐明理由并作出分析。访问相关图中所列作业单位的主管或上级，和充分的调查研究。决定密切程度的标准，并逐项把这些标准列在相关图的理由表中。对每一对作业单位确定密切程度等级和理由。应允许任何人对相关图提意见，允许多次评审、讨论和修改。 作业单位相互关系等级字母密切程度量化值比例线条数A绝对重要42-54E特别重要33-103I重要25-152O一般110-251U不重要045-80无X不希望-1一条折线四、作业单位综合相互关系分析在大多数工厂中，各作业单位之间既有物流联系，也有非物流联系，因此，在布置设计时，要将作业单位间物流的相互关系与非物流的相互关系进行合并，求出合成的相互关系，即综合相互关系，然后由各作业单位间综合相互关系出发，实现各作业单位的合理布置。主要步骤：（1）确定物流（m）和非物流（n）关系的相对重要性。加权取值。一般相对重要性比值不应超过1:3-3:1。如比值大于3:1，意味着物流关系占主要地位，设施布置只考虑物流关系即可；如比值小于1:3，说明物流的影响很小，设施布置只要考虑非物流关系即可。（2）量化物流强度等级和非物流关系的密切程度等级。（3）计算量化后的作业单位综合相互关系值。加权求和：CRij mMRijnNRij（4）综合相互关系等级划分。综合计算得出的是量值，须经过等级划分，才能建立与物流相互关系表相似的综合相互关系表。基于综合相互关系图，进行位置相互关系分析：在SLP中，设施布置并不直接去考虑各作业单位的占地面积和几何形状，而是从作业单位间综合相互关系密切程度出发，安排各作业单位之间的相对位置，关系密切等级高的作业单位之间距离近，等级低的距离远。引入综合接近程度的概念某一作业单位综合接近程度等于该作业单位与其他所有作业单位间量化后的关系密切等级之和。综合接近程度值的高低反映了该作业单位在布置图中是应该处于中心位置还是处于边缘位置。五、面积相互关系图解在作业单位的相互关系确定以后，需要按它们的面积进行位置安排。在实际的设施布置设计过程中，常因受到现有厂房或可利用土地面积与形状的限制等，不得不把需要的面积与可利用的面积结合起来考虑。1、面积的确定（1）计算法按照设备和作业所需的面积，加上辅助设施、材料存储、维修、通道以及人员等所需面积得到该单位的总面积。（2）标准面积法采用某种工业标准求得所需的面积。（3）概略布置法应用