生产运营管理第五章生产运营系统选址与设施

1、第五章 生产运营系统选址与设施布置,生产运营系统选址决策,5.1,生产运营系统的选址方法,5.2,生产运营系统设施布置原则,5.3,思考与练习题,生产运营系统设施布置优化方法,5.4,6/26/2020,广东工业大学管理学院,2,5.1生产运营系统选址决策,5.1.1、生产运营系统选址决策的重要性 5.1.2、生产运营系统选址决策的影响因素 （1）自然资源条件 （2）社会环境条件 （3）政治环境条件,6/26/2020,广东工业大学管理学院,3,5.1生产运营系统选址决策 5.1.1生产运营系统选址决策的重要性,运营系统选址指企业（组织）按照一定的战略目标、运营系统的特点和要求,确定运营系统建

2、设的地点（方位）。 运营系统选址关系到系统建设投资和运行成本，选址决策很大程度上决定了运营系统的运行效率和成本，最终影响到企业的竞争力。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,4,5.1生产运营系统选址决策 5.1.1生产运营系统选址决策的重要性,1.自然资源 （1）土地资源条件：包括土地大小、形状、单位价格、水文和地质条件等。 （2）物料供应条件 （3）能源与水资源供应条件：是影响生产运营系统正常运营和效益的关键因素。 （4）气候条件：包括温度、湿度、雨量、风向等，对生产运营过程的工艺条件、运营效率等有重要的影响。,原材料易损坏，运输成本占原材料比例较大,选址需靠近原材料供应地,土地资源

3、较好（较差）,土地价格高（低）,运营成本低（高）,6/26/2020,广东工业大学管理学院,5,5.1生产运营系统选址决策 5.1.2.生产运营系统选址决策的影响因素,2.社会环境条件 （1）人力资源条件：包括管理人员、技术人员、劳动力等。其中，劳动力成本对企业运营成本影响较大。 （2）物料供应条件：选址考虑的要素包括消费习惯、环保意识、价值观念、风俗习惯、宗教信仰等。此外，治安条件也是企业正常运行的必要条件。 （3）产成品销售市场条件：对于产成品具有易腐蚀性、单位产品价值较低以及零售业和服务业企业，选址应考虑靠近销售市场。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,6,5.1生产运营系统选址

4、决策 5.1.2.生产运营系统选址决策的影响因素,3.政治环境条件 随着经济全球化的发展，不少跨国公司在国外寻求更有优势的地方投资建厂。,政局是否稳定,企业的 经济效益,法律法规是否健全,税负是否公平,相关政策是否有利,一般来说，不同类型的企业生产运营系统，选址决策的影响因素也会有不同。,5.2.1. 加权评分法 5.2.2. 重心法,6/26/2020,广东工业大学管理学院,7,5.2.生产运营系统的选址方法,6/26/2020,广东工业大学管理学院,8,5.2.生产运营系统的选址方法 5.2.1.加权评分法,选址涉及多方面因素，加权评分法是按照每种影响因素对选址决策的影响程度将其综合起来评

5、价各个备选地点，通过比较综合得分来选出较优的备选地点。 选址策划和组织过程的具体步骤,1.收集和整理运营系统选址的相关资料、数据,2.组织评价专家人员进行方案评价,3.确定选址决策的 影响因素,4.对运营系统选址各因素的影响程度赋予权重,5.对各因素进行相应的评价打分,6.评价分进行加权处理，得到各方案总评价分,7.评价总分最高的方案作为运营系统建设地址,6/26/2020,广东工业大学管理学院,9,5.2.生产运营系统的选址方法 5.2.1.加权评分法,例5-1：某公司为扩大生产规模，拟建设一个新厂，现有3个候选位置方案：A、B和C地，现用加权评分法来确定最优厂址位置。 解： 通过实地调研和

6、分析，3个候选地的购买或租赁的费用相当，选址主要影响因素包括：原材料供应、劳动力条件、燃料可获性、运输设施、税收政策和环境法规。 通过对各影响因素对设施选址的影响程度分析，上述因素权重分别为：0.2，0.2，0.2，0.2，0.1，0.1（见表5-1）。 请专家分别给3个选址地点的6个主要因素评分（见表5-1）。 根据计算结果可见候选地址B的综合得分最高，所以B是较优 方案。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,10,5.2.生产运营系统的选址方法 5.2.1.加权评分法,表51 各备选地点的评分情况,6/26/2020,广东工业大学管理学院,11,由于加权评分法涉及到许多定性因素，因而

7、需要组织相关的专家组来完成评价过程。 加权评分法的有效性取决于：评价专家的选择和组织；对专家评价过程的合理有效地组织。 一般可采用专家会议法或德尔菲法。当专家中有若干位强势专家时，采用德尔菲法较适宜；如果要求较短时间要完成评价，并且专家之间资历和声望差距不大时，可考虑采用专家会议法。,5.2.生产运营系统的选址方法 5.2.1.加权评分法,6/26/2020,广东工业大学管理学院,12,重心法的基本原理是确定系统的最佳位置，使系统运行过程的物流运输工作量达到最小化。重心法可以找到使运输工作总量最小化的运营系统最优位置。 重心法步骤： 按比例缩小建立平面坐标系； 标出各需求点相应的坐标值； 求出

8、相应的X0和Y0，公式如下： X0，Y0就是物流中心布置的地点。,5.2.生产运营系统的选址方法 5.2.2.重心法,例5-2：某公司在中国的A、B、C、D和E设有分店，各分店的坐标位置分别为：（5，16）、（12，18）、（10，10）、（14，8）和（10，4），各分店的商品月平均销量见表52。该公司拟在中国建一个配送中心为上述分店送货，选在何处物流成本最低？,6/26/2020,广东工业大学管理学院,13,5.2.生产运营系统的选址方法 5.2.2.重心法,6/26/2020,广东工业大学管理学院,14,5.2.生产运营系统的选址方法 5.2.2.重心法,解：首先根据A、B、C、D、E实

9、际位置按比例建立直角坐标系，并确定各分店的坐标位置，见图51。,用公式（5.1）和（5.2）可以得到重心的坐标为：（9.19, 12.59）,该重心 坐标位置即是物流中心最优地点。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,15,5.3.1 产品专业化原则布置 5.3.2 工艺原则布置 5.3.3 产品固定式原则布置 5.3.4 成组原则配置,5.3.生产运营系统设施布置原则,6/26/2020,广东工业大学管理学院,16,产品专业化原则布置(Production layout)又称对象专业化布置，就是把某种或某类产品加工过程所需要的设备和人员组成一个生产单位，并按产品工艺顺序来布置相应设备的

10、形式。加工对象可以封闭在一个生产单位内完成其工艺过程(如图52)。,5.3.生产运营系统设施布置原则 5.3.1.产品专业化原则布置,这种布置适用于品种较少、产量较大、生产条件较稳定的情况。,产品原则布置的优点是： （1）工序之间距离较短，利于节省搬运费用。 （2）部门之间的联系较简单，便于计划管理。 （3）利于提高生产平行性，缩短加工周期，减少在制品占用。 产品原则布置的缺点： （1）适应性较差。由于设备按某种/类产品加工工艺及顺序配置和布置，因而当产品、工艺变化时，这种布置将难于适应。 （2）完成同工种的设备和人员分布在不同部门，不利于工人的相互学习和技术水平的提高，也不利于提高设备和人员

11、的使用率。 （3）各岗位工人作业对象固定，工作内容单调容易导致工人厌倦，进而会影响到工作效率。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,17,5.3.生产运营系统设施布置原则 5.3.1.产品专业化原则布置,6/26/2020,广东工业大学管理学院,18,5.3.生产运营系统设施布置原则 5.3.1.产品专业化原则布置,U型布置 按产品原则布置条件下，为了提升员工的工作效率，可实行多设备看管，即一个工人同时照看多台设备。为了便于工人执行多设备看管，设备布置可以采用U型布置形式（见图5-3）。U型布置呈块状型，利于缩短工人的走动距离，利于工人之间的交流和协同工作。,工艺原则布置（process

12、 layout）又称工艺专业化布置，就是将完成相同或相似工作的设备和人员布置在一起组成一个生产单位。见图5-4。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,19,5.3.生产运营系统设施布置原则 5.3.2.工艺原则布置,工艺原则布置的优点： （1）对品种变化的适应性较强。工艺专业化组成的单位，工艺方法一定，但加工对象可变，因而可以适应品种的变化。 （2）利于工人技术交流和激励。相同工种工人集中在一起，利于相互交流、比较、考核，提高技术水平，也便于对工人的激励。 （3）利于工作负荷均匀分配。可以保证同工种工人的工作负荷基本一致，便于管理层的管理。 （4）生产系统稳定性较高。工艺原则布置等效于并

13、联生产系统的效果，同类设备中的个别设备故障或工人缺勤对整个生产系统的影响较小，上下工序之间的相互制约和依赖远没有产品原则布置那么强。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,20,5.3.生产运营系统设施布置原则 5.3.2.工艺原则布置,工艺原则布置的缺点： （1）在制品占用量大、加工周期长。工艺原则布置下产品在工序之间流转的距离较大，工序之间一般需按批流转，距离越大则流转批量越大，加工周期越长，因而在制品占用较大。 （2）产品流转路线复杂、路线长。由于每一种产品都要经过多道工序、多个工段的加工，而工段之间存在较大距离，因而完成产品工艺流程加工的物流路线就较长，而多种产品的工艺流程不相同，

14、各种产品的工艺流程相互交织就形成了复杂的往返、交叉的物流路线。 （3）部门之间联系和制约多，导致管理工作复杂。由于产品工艺过程需要经过多个部门，产品在部门直接的流转过程需要办理繁琐的手续，包括质量、数量的检查和验收，以区分部门的责任，增加了相应的人力和时间消耗。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,21,5.3.生产运营系统设施布置原则 5.3.2.工艺原则布置,产品固定位置布置（fixed position layout）是指加工对象位置固定，工人和设备按工艺流程顺序转移位置、完成产品加工内容。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,22,5.3.生产运营系统设施布置原则 5.3.

15、3.产品固定式原则布置,成组原则布置(Group Layout)又称单元制造布置，是将完成某类相似对象工艺流程所需的设备组成生产单位的布置方式。 成组原则布置首先按照一定的相似性标准将加工对象进行分类归组，然后确定零件组的典型工艺流程，进而把完成相应典型工艺流程所需的设备组成一个生产单元，如图56所示。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,23,5.3.生产运营系统设施布置原则 5.3.4.成组原则布置,5.4.1. 多品种生产线设施单行布置优化 5.4.2. 均等面积设施多行布置优化方法 5.4.3. 非等面积设施多行布置优化方法 5.4.4. 相互关系布置法 5.4.5. 计算机辅助

16、设施布置技术,6/26/2020,广东工业大学管理学院,24,5.4.生产运营系统设施布置优化方法,5.4.1.多品种生产线设施单行布置优化 由于工段内各产品的工艺流程不同，因而工段内的物流路线交叉、往返多，这时设备的优化布置就是要找到物流运输工作量最小化的布置方案。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,25,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.1.多品种生产线设施单行布置优化,1. 不考虑物料出入口距离的设备单行布置从至表优化法,6/26/2020,广东工业大学管理学院,26,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.1.多品种生产线设施单行布置优化,6/26/2020,

17、广东工业大学管理学院,27,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.1.多品种生产线设施单行布置优化,注：表5-4中有数字的单元格表示从行对应设备运往列对应设备的运输量，最后一行数字表示从其他设备运入列对应设备的物料流入量；最右边一列数字表示从对应行设备运出至其它设备的物料流出量。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,28,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.1.多品种生产线设施单行布置优化,忽略工段出入口运输距离的条件下，物流运输工作总量可有下式计算：,对角线左下方的数字表示从右至左的反向物流，对角线右上方的数字表示从左至右的正向物流。,优化布置的目标函数就是：,例5-

18、3中，若按自然顺序布置设备，则根据式（5-3），总的物流运输工作量可计算如下：,6/26/2020,广东工业大学管理学院,29,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.1.多品种生产线设施单行布置优化,WI=1(2+1+4+1+2+1)+2(8+2+1+1+1)+3(2+6+2+1)+4(1+1+1)+ 5(1+1)+6(4+1+5+2)+73+8(2+1)=209,从至表法优化布置就是通过调整设备位置使从至表中较大的数字尽量往对角线上靠近。如单元格 (1,2) 和 (1,3)中的数字对应毛坯库至铣床和车床的物流量分别为2和8，其局部运输工作量为：21+82=18 ；若把其位置对调，则其

19、运输工作量为：22+81=12 ，物流运输工作量减少了5个单位。 根据上述原则，对表5-4中的设备位置进行调整，得到新的设备单行布置方案如表5-5：,6/26/2020,广东工业大学管理学院,30,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.1.多品种生产线设施单行布置优化,优化后的物流运输工作量： 优化后物流运输工作减少量： 可见设备位置调整后，工段物流运输工作量得到了优化。,2.考虑生产线出入口距离的设备单行布置从至表优化法 在考虑工段物料出入口运输距离的情况下，从至表法优化设备布置的上述原则将有所不同。 例5-4 某工段上加工的某产品，单位为100件，工艺流程为：A C D E G ,

20、比较如下几种布置方案的物流运输工作量： （1）有物流关系的设备存在非相邻布置方案，如图5-8所示。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,31,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.1.多品种生产线设施单行布置优化,W=100（2+1+1+2）=600,（2）有物流关系的设备相邻布置的方案，如图5-9所示。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,32,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.1.多品种生产线设施单行布置优化,（3）设施布置存在反向物流的情况，如图5-10所示。,5.4.2.均等面积设施多行布置优化方法 例5-5 某工段共有12台设备，布置成三行，如图5-1

21、1。设相邻设备(A-B，A-E, B-F等)之间的距离为1；对角位置(A-F，E-B, F-C等)的距离为2，以此类推。设备之间的物流量统计结果如表5-6所示。试对设备多行布置方案进行优化。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,33,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.2.均等面积设施多行布置优化方法,6/26/2020,广东工业大学管理学院,34,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.2.均等面积设施多行布置优化方法,由图5-11和设定的单位距离标准，得到工段内各设备之间的距离矩阵表，见表5-7。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,35,5.4.生产运营系统设

22、施布置优化方法 5.4.2.均等面积设施多行布置优化方法,总的物流运输费用计算公式如下：,6/26/2020,广东工业大学管理学院,36,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.2.均等面积设施多行布置优化方法,6/26/2020,广东工业大学管理学院,37,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.2.均等面积设施多行布置优化方法,总费用计算公式为：,6/26/2020,广东工业大学管理学院,38,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.2.均等面积设施多行布置优化方法,把物流费用矩阵表元素累加得到：,6/26/2020,广东工业大学管理学院,39,5.4.生产运营系统设施布

23、置优化方法 5.4.2.均等面积设施多行布置优化方法,为了找到较优的布置方案，可借助智能优化方法，通过计算机进行方案寻优。即随机调换图5-11中的任意两台设备的位置，然后计算相应方案的物流运输工作量，通过足够次数的调换和计算结果比较，找到较优的布置方案。图5-12是通过模拟退火算法进行寻优得到的方案结果：,经过优化后的设备物流量如表5-8所示。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,40,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.2.均等面积设施多行布置优化方法,得到优化布置方案的物流总费用：,总的物流运输费用减少额为：,5.4.3.非等面积设施多行布置优化方法 非等面积是指各设施所占

24、面积不相等的情况。设施面积不相等下的可能布置方案数(解空间)巨大。为此，可借助“空格填充先法”把该类问题的可行解空间缩减为有限的“旅行售货员”问题来求解。 例 5-6 某电动工具厂生产手电钻、冲击钻、角磨机等20种不同品种和规格的产品。其生产车间由9个工段组成，各工段所需面积分别为：零部件仓01(100)、绕线工段02(80)、滴漆工段03(60)、电机装配工段04(80)、上壳体装配工段05(60)、总装工段06(100)、耐高压检验工段07(60)、包装工段08(60)、产成品库09(200)，车间面积为：800平方米(2040)。统计了一个月的物流量数据如表5-9所示。,6/26/202

25、0,广东工业大学管理学院,41,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.3.非等面积设施多行布置优化方法,6/26/2020,广东工业大学管理学院,42,表5-9 某车间工段之间的物流从至表 （单位： ）,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.3.非等面积设施多行布置优化方法,首先把800平方米车间等分成800个单位面积为1米的单元，用相应算法产生“空格填充线”，该曲线从某处入口开始，连续不断地穿过所有单元格，最后从某个单元格出来。该曲线的形成原则是尽量保证各工段面积形状为块状。见图5-13：,6/26/2020,广东工业大学管理学院,43,5.4.生产运营系统设施布置优化方法

26、5.4.3.非等面积设施多行布置优化方法,6/26/2020,按初始的工段排列顺序，连续不断地依次为各工段分配单元格，直至所有工段分配完，形成第一个布置方案。调换不同工段的布置顺序将形成不同的布置方案，不同方案工段之间的距离可按工段中心距离进行计算，每形成一个方案则计算一次相应的物流运输工作量，直至找到的较优的布置方案为止，优化过程可借助计算机和智能优化算法来完成。图5-14是用智能优化算法模拟退火法得到的较优布置方案：,广东工业大学管理学院,44,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.3.非等面积设施多行布置优化方法,根据各部门对面积形状的具体要求，在不破坏优化结果的条件下，对原布置

27、方案各工段面积进行调整，得到如图5-15所示方案：,6/26/2020,广东工业大学管理学院,45,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.3.非等面积设施多行布置优化方法,5.4.4.相互关系布置法 相互关系布置法就是根据各部门/设施之间的相互关系密切程度，把相互关系较密切的部门/设施尽量安排靠近布置的方法。具体步骤如下： 步骤1：绘制设施的相关图。 将设施/部门之间关系密切程度划分为A、E、I、O、U、X六个等级，分别表示绝对重要、特别重要、重要、一般、不重要和不予考虑。分析和确定关系密切程度的要素并赋分。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,46,5.4.生产运营系统设施布置

28、优化方法 5.4.4.相互关系布置法,表5-10 关系程度的原因、级别符号和赋分,6/26/2020,广东工业大学管理学院,47,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.4.相互关系布置法,绘制设施的相互关系图，如图5-16所示。,步骤2：计算各设施的关系积分。 根据设施相关图和每种关系的具体分数确定每一设施与其他设施的关系总积分。 步骤3：根据关系积分进行布置。 先布置关系积分最高的设施/部门，其余设施/部门按与已布置部门的关系紧密程度的高低依次布置。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,48,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.4.相互关系布置法,例5-7： 某厂有5

29、个部门，各部门的面积分别为：A1=1000 m2, A2=2000 m2 , A3=2000 m2, A4=1000 m2 , A5=1000 m2 ，部门之间关系密切程度以及关系分数如表5-11，应用相互关系布置法确定各部门的位置。 （1）分析和确定部门之间的关系，计算各部门的关系总积分，如表5-12所示。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,49,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.4.相互关系布置法,表5-12 部门之间关系级别及关系分,（2）找出关系积分最高的部门，把该部门布置在中央；以按面积比例缩小的方块代表1000 m2；上例关系分最高为部门A3；,6/26/202

30、0,广东工业大学管理学院,50,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.4.相互关系布置法,A3,A3,图5-17 先布置相互关系总分最高的部门A3,（3）找出与已布置部门关系级别最高的部门，作为下一个布置部门, 上例为部门A4；当关系级别最高部门有多个时，则选关系分最高的部门；,A4,A3,A3,图5-18 接着布置与部门3关系级别最高的部门A4,（4）当某部门布置方案有多个时，则比较各方案的布置得分，选择布置得分最高的方案；如图5-19。,6/26/2020,广东工业大学管理学院,51,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.4.相互关系布置法,图5-19 部门A1的布置方案中

31、选取结果,计算各方案布置得分：按部门相邻布置则计其关系分，不相邻布置则零分计。方案1为：4；方案2为：5； 方案4为：5；方案3为：5+4=9；结果可见应选方案3。,（5）重复上述3)、4)步，直至所有部门布置完，下一个布置对象为部门2；,6/26/2020,广东工业大学管理学院,52,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.4.相互关系布置法,可能的布置方案如图5-20 ,计算和比较各方案布置得分：方案1为：2+3=5；方案2为：3+3=6；方案3为：2+3=5；方案4为：3；所以取布置得分最高的方案2。,（6）剩下最后一个部门5布置方案如图5-21。,6/26/2020,广东工业大学

32、管理学院,53,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.4.相互关系布置法,图5-21部门A5的位置方案,6/26/2020,广东工业大学管理学院,54,5.4.生产运营系统设施布置优化方法 5.4.4.相互关系布置法,最后，根据总体布置面积形状和各部门面积大小和形状要求，同时考虑通道设置，调整各部门面积形状，最后形成图5-22所示布置方案。,图5-22 相互关系布置法确定的各部门最终布置方案,5.4.5.计算机辅助设施布置技术 在多品种生产条件下，设施单行或多行布置的优化问题，假设设备数为M，则其可能的布置方案数为(M)！个。当设备数M较小的情况下，采用从至表法进行人工调整和优化布置方案是可行的。然而，当M较大时，