设施布局导论

现代设施规划与物流分析机械工业出版社戢守峰主编普通高等教育“十二五”规划教材本课程简介1.概况学时：48学分：3先修课程：运筹学、工业工程基础2.课程性质、目的与任务本课程是工业工程专业一门重要的专业核心课程，也是工业工程学科公认的重要研究领域之一。通过本课程的学习，使学生掌握现代企业设施规划的基本概念、基本原理和基本方法和技术，学会运用所学原理和方法分析企业和改进企业的内部物流和操作状况。通过该课程的学习，使学生了解物流系统的基本概念，掌握从事工业工程工作所必需的厂址选择技术，SLP和SHA工作方法和技术；了解物流系统规划设计的相关规范；对物流系统的设计模型有一定的认识。福建江夏学院工程学院23.课程主要内容

第一章和第二章设施规划和物流系统分析的基本概念；了解设施规划的布置方法及物流分析的方法。

第四章设施选址决策：了解厂址选择的基本过程，熟练掌握厂址选择的数学规划方法。第六章生产设施的布置与设计（SLP）：理解设施规划与设计的目标、原则与阶段结构。熟练掌握系统化布置设计的方法。第八章物料搬运系统设计（SHA）：理解物料搬运的20条原则，熟练掌握SHA的基本方法。第十章物流系统规划设计规范及案例：了解相关的设计规范。方案评价与选择掌握物流图、物流－距离图的绘制方法。了解方案评价的各项指标，会运用比较法和进行方案评价。福建江夏学院工程学院3参考文献[1]程国全等著，物流设施规划与设计，中国物资出版社，2003[2]马汉武，设施规划与物流系统设计，高等教育出版社，2005[3]王家善，设施规划与物流分析，机械工业出版社，1995[4]制造设施设计和物料搬运（第2版）（英文影印版），FredE.Meyers，清华大学出版社，2002福建江夏学院工程学院4第1章导论《设施规划与物料搬运》课程之：1.4设施规划与物流分析的发展1.3设施布置中的关键问题1.2物流分析1.1设施规划的概念与意义本章知识点第一章导论福建江夏学院工程学院61.1设施规划的概念与意义1.1.1设施规划的含义与目标1.1.2设施规划的意义与作用1.1.3设施规划的工作范围与工作组织本节知识点自助餐厅的布置

案例分析：福建江夏学院工程学院71.1设施规划的概念与意义1.设施《美国生产与库存控制学会（APICS）》2002年定义：“设施是物理工厂、配送中心、服务中心和其它的设备。”总而言之，对于一个工业设施或制造业的工厂来说，设施就是指所占用的土地、各种建筑物、各种生产和辅助设备、各类公用设施等。1.1.1设施规划的含义及目标福建江夏学院工程学院8

“设施”是指一个企业所拥有的有形资产，可分为下列四个部分来说明：

(1)实体建筑：建筑物的规划设计和现行的设施需求及未来的弹性发展，具有密切的关联性。设计良好的建筑物不仅其内部设施得以发挥正常的作业功能，更是一个企业对外印象的体现。同时，在良好的建筑物内部工作的人员，其士气也可以经常保持在较佳的状态。1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院9(2)机器设备：机器设备的数量、安置、排列、作业弹性和空间布置等安排，将对企业的整体运作产生关键性的影响力。(3)物品物料：对于制造业或服务业而言，物品物料也是设施的一部分；其进出控制与设施布局产生密切关联。(4)工作人员：完整的设施规划也将工作人员纳入设施的内容中，因其具有弹性度最大和活动面最广的特征，同时亦是上述三种设施的使用者和管理者。1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院102.规划

“规划”是指如何将一个系统中的资产做到最有效的分配、安排，使系统达到最佳的绩效表现。

规划对于组织的产出绩效进行最后步骤的评估；亦即针对不同的系统资源及使用方式，归结出关联属性最密切的因素，而使整体表现能达到成本最低、质量最好、空间效率运用最佳和人员士气最稳定等多重目标。1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院113.设施规划是为新建、改建或者扩建的制造系统或服务系统，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。1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院12

传统设施规划的问题仍以生产系统为主要课题。而生产系统则以制造工厂的规划问题最为复杂，也最具代表性。因此，制造设施的规划包含下列含义：

(1)对于各种设施设备与人员的数量需求寻得一最佳组合，以达到最恰当的生产结构。

(2)调整各活动位置与空间，以便人员、物料、机器等获得最有效经济的关系位置与操作方法。

(3)通过各项设施的妥善安排与规划，既减少对环境的负面影响，又对长期的环境与组织发展有更积极的影响和效益。1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院134.设施规划（设计）的目标（1）产品单位成本最低仍然是制造或服务系统具有高竞争力的主要指标，在设施规划设计的每一阶段都需高度注意1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院14设施规划（设计）的目标（1）产品单位成本最低。（2）优化质量使顾客满意。4、设施规划（设计）的目标质量成本也是竞争的关键，需要将质量和成本进行平衡福建江夏学院工程学院15设施规划（设计）的目标（1）产品单位成本最低。（2）优化质量使顾客满意。（3）有效利用人力、设备、空间和能源。

4、设施规划（设计）的目标这是一条有效降低成本的途径，设施布置中有关服务设施的位置如休息室、衣帽间、餐厅、工具室等均会影响雇员的工作效率，良好的工作地布置能充分利用空间，也易于节约能源。福建江夏学院工程学院16设施规划（设计）的目标（1）产品单位成本最低。（2）优化质量使顾客满意。（3）有效利用人力、设备、空间和能源。

舒适一词指在正确的高度、坐立相互交替，当操作工人休息时我们要提供舒适的环境，使他们能很快回复疲劳重返工作地，提高工作效率。（4）为员工提供方便、安全、舒适的环境。饮水处、停车场、职工入厂处、厕所、小卖部等的方便性。工业设施中的每项决策和物料搬运系统设计必须考虑安全因素。工业安全统计表明，80%的工伤发生在搬运物料时的发运和收货站，必须在每项搬运工作中为减少工伤而努力。4、设施规划（设计）的目标福建江夏学院工程学院17设施规划（设计）的目标（1）产品单位成本最低。（2）优化质量使顾客满意。（3）有效利用人力、设备、空间和能源。（4）为员工提供方便、安全、舒适的环境。季节性的产品或服务，如圣诞节、春节（5）保证生产开工日期。4、设施规划（设计）的目标福建江夏学院工程学院18设施规划（设计）的目标（1）产品单位成本最低。（2）优化质量使顾客满意。（3）有效利用人力、设备、空间和能源。（4）为员工提供方便、安全、舒适的环境。（5）保证生产开工日期。零库存、准时制生产等（6）其余目标4、设施规划（设计）的目标福建江夏学院工程学院19在我国，每年都要投入大量资金用于固定资产投资。据统计，我国在十一五期间固定资产投资平均每年是8000亿元，十二五期间固定资产投资年均增长20%左右。在美国，1955年～1975年，每年有8%的GNP消耗在新的工业设施上，其中约40%（即GNP的3.2%）用在制造业上。随着生产技术和管理技术的迅速发展，竞争日益激烈，还有相当比例的原有设施被改进而进行再规划。估计每年要花费2500亿美元用于规划、再规划的设施上。1.1.2设施规划的意义与作用1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院20美国的企业界及学术界还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，企业管理的各种设想都要体现在设施规划与设计中，对企业投产后的利润及效率产生巨大的影响。据统计，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的最有希望的方面之一。1.1.2设施规划的意义与作用1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院21实践表明，一个建设项目，资源利用是否合理，工厂布置是否得当，工艺设备是否先进适用，能否取得好的投资效果，能否实现企业的科学管理，能否发挥企业的经济和社会效益，规划设计起着决定性的作用。国际上设施规划设计是工业工程师必须具备的基本知识和技能。1.1.2设施规划的意义与作用1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院22一项设施的规划设计，所需要的费用只占总投资的2%-10%，往往比不可预见费用还少，但对投产后的企业却带来重要效益。在规划、设计、建造、安装、投产的各个阶段中，如果要加以改变，所需的费用逐步上升。到了投产以后再改进，则事倍功半，有时很困难甚至不可能。1.1.2设施规划的意义与作用1.1设施规划的概念与意义福建江夏学院工程学院23

场(厂)址选择设施设计设施规划与设计布置设计(SLP)物料搬运系统设计(SHA)建筑设计公用工程设计信息系统设计图1-1

设施规划的范围系统内各组成部分相互之间的位置关系又直接决定了系统的运营效率，对系统的各组成部分进行位置布置是设施规划与设计中的中心内容。布置设计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、运输通道和场地作出有机的组合与合理配置，达到系统内部布置最优化。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、储存场地等作出合理安排。场址选择就是对可供选择的地区和具体位置的有关影响因素进行分析和评价，达到场址最优化。1.1.3设施规划的工作范围与工作组织福建江夏学院工程学院241.2物流分析1.2.1物流分析的基本方法1.2.2物流分析的原则和设施布置的基本方法福建江夏学院工程学院251.2.1物流分析的基本方法1．原始数据汇总及物流图2．物流量、物流路线和当量物流量福建江夏学院工程学院261.2.2物流分析原则和设施布置的方法1.2.2.1物流分析的原则和作用

物流分析是设施布置的关键也是前提。物流分析讲究两个“最小”和两个“避免”两个原则：经过距离最小、物流成本最小；避免迂回、避免十字交叉。福建江夏学院工程学院271.2.2.2设施布置的基本方法设施布置的三种基本方法：1、作业相关图法（P10）2、从至表法（见P11）3、物料运量图法1.2.2物流分析原则和设施布置的方法福建江夏学院工程学院281.3.1设施布置的难点1.3.2设施的传统布置类型1.3.3设施布置的传统设计方法1.3.4生产与管理模式对设施布置的影响1.3设施布置中的关键问题福建江夏学院工程学院291.3.1设施布置的目的与原则1.3.1.1设施布置(FacilityLayout)的目的使物料搬运成本最小化空间的有效利用劳动力的有效利用用消除瓶颈环节便于信息沟通1.3设施布置中的关键问题福建江夏学院工程学院301.3.1.2设施布置(FacilityLayout)的原则原则原则内容理由原则1：统一把工序五要素，即“人”“机”“物”“法”“信息”有机统一起来，并充分保持平衡。一旦五要素没有统一协调好，作业容易产生割裂，会延长停滞时间，增加搬运的次数。因此应在充分考虑五要素的平衡基础上，进行布置。原则3：物流顺畅使工序没有堵塞，物流顺畅。使物流不出现倒流和交叉，象水一样从高处向低处那样顺畅。原则4：利用立体空间有效地利用立体空间在材料、零件等仓库堆积一定是狭窄放置。因此把仓库设计成网架式存储架，以充分利用三度空间。原则5：安全满意布置要做到工作人员即能安全又能轻松作业。材料的移动、旋转等会出现不安全状况，抬升、卸货会加剧作业疲劳。原则6：灵活机动能适应变化，随机应变，采取灵活措施。面对各工序的变化、增加等，尽可能随机应变，充满柔性。难点：如何同时满足系统的这些要求？即如何求得系统的全局最优解？福建江夏学院工程学院311.3设施布置中的关键问题1.3.2设施的传统布置类型1.3.2.1工厂总平面图（1）按工艺布置。（2）按产品布置。（3）按固定工位布置。（4）按成组生产原则布置。1.3.2.2车间或工场的机器设备布置一个优良的总平面布置图，不仅使工厂易于管理，职工工作方便舒适，同时能使物流费用减少10％-30％，从而大大降低成本。福建江夏学院工程学院32（1）工艺原则布置DrillingDDDDGrindingGGGGGGMillingMMMMMMAssemblyAAAALathingReceivingandshippingLLLLLLLL福建江夏学院工程学院33（2）产品原则布置TaktTime:27SecsTaktTime:27

SecsBearingAss’yMotorAss’ySolderMakeBoxPackTestFinalAss’yWindBobbinWeldContactAss’yRivetBracketAss’yRotorAss’yLatheBobbinAss’yTerminalAss’yStatorAss’y福建江夏学院工程学院34（3）单元布置Cell3LMGGCell1Cell2AssemblyareaAALMDLLMShippingDReceivingG福建江夏学院工程学院351.3.3工业设施布置的传统设计方法

所谓工业设施布置的经验设计法，即指利用百年来在设计、建造和运行各种行业的工厂中所积累起来的经验、教训、数据和资料，在设计同类型的或相似的工业设施时作为参考。（1）寻找同类或相似工厂作为样板。（2）根据目标设计数个方案。（3）利用经验数据或指标决定各部门面积。（4）通过方案评比决定优选方案。（5）绘制标准的总平面布置图和详细的车间布置设计图。福建江夏学院工程学院361.3.4生产与管理模式对设施布置的影响基于定制化基于成本基于质量劳动专业化（斯密，巴贝奇），零部件标准化（惠特尼）早期的概念1776-1880

甘特图（甘特），工作和时间研究（吉尔布雷），过程分析（泰勒），排队论（爱尔郎）科学管理时期1880-1910移动生产线（福特/索伦森），统计抽样（休哈特），经济批量订货（哈里斯），线性规划，计划评审技术（PERT）/关键路径分析（杜邦公司），MRP大量生产时期1910-1980JIT，CAD，EDI，TQM，鲍德里奇奖，授权，看板生产精细生产时期1980-1995制造单元(CM)，快速响应制造(QRM)、敏捷制造(AM)快速反应生产时期1995-2010图1-2运作管理的变迁福建江夏学院工程学院371.4设施规划与物流分析的发展历程1.4.1发展的三个阶段1.4.2设施布置问题的类型1.4.3设施布置问题的模型与算法概述设施布置的成功实例

案例分析：福建江夏学院工程学院38（1）工厂布置设计（2）设施规划设计（3）计算机辅助设施设计二战前，方法研究、物料搬运、工厂布置三方面内容合成一门课程，称为“工厂布置设计”。其工厂布置方面的内容主要采用定性分析和经验设计，缺乏科学性，但经过大量实践经验设计的工厂在短时间内还是比较符合实际情况。二战后，方法逐渐由定性向定量转变，工作领域重点也由制造业扩大到其他工业和服务业，设计对象向非工业设施扩大，课程名称改为“设施规划设计”。20世纪60年代，出现了由RichardMuther倡导的系统化设施布置规划方法（SLP），采用理性化的推理方法和系统化的规划设计方法，使设施规划设计向前迈进一大步。但推理较粗略，运用较繁琐。随着计算机技术的飞速发展，80年代研究了众多设施布置的模型及算法，推理更加细致合理，加上CAD技术使绘图工作可自动完成，出现了各种实施布置软件包，使设施规划设计跃上一个新的台阶。ComputerAidedFacilityDesign,简称CAFD1.4设施规划与物流分析的发展历程1.4.1发展的三个阶段福建江夏学院工程学院391.4设施规划与物流分析的发展历程20世纪初——（主要凭经验和感觉）分工理论引发“工厂设计”(三项内容？）

——操作法研究、工厂布置和物料搬运20世纪30年代——“设施规划”取代“工厂设计”——广泛采用运筹学、统计学和概率论20世纪60年代——1961年Muther

提出系统布置设计SLP（80年代引进国内）1.4.1发展的三个阶段福建江夏学院工程学院4020世纪70年代——计算机辅助工厂布置CAL、成组技术——CRAFT（位置配置法）、CORELAP（相互关系法）、PLANET（分析评价法）20世纪80年代——计算机仿真——研究柔性问题、专家系统、多目标优化20世纪90年代——结合先进制造技术——CIMS、JIT现在——设施布置与物流系统的自动化、柔性化、信息化、网络化、绿色化、智能化1.4设施规划与物流分析的发展历程福建江夏学院工程学院41设施规划与物流分析的总趋势一方面继续发展Muther的系统布置设计SLP；另一方面，构建更完整的布置模型，结合人工智能技术，提出更好的算法，开发通用的计算机辅助工厂布置软件。福建江夏学院工程学院42设施规划与物流分析的原则最短距离原则重力的原则时间节约原则单元装载原则作业集中原则工作简化原则连续流动原则立体空间原则机械化与自动化原则事先计划原则系统原则效益原则效率原则柔性原则安全原则方便原则效率与效益系统化舒适与满足实现所有设施间人、机、料和环境间的最佳配合目的目标一级原则二级原则福建江夏学院工程学院43

设施设计人员面临的设施布置问题，不仅是新建制造或服务系统，还有现有系统的扩建、联合、修改的问题。根据统计资料，即使是建成的制造工厂，每2-3年就需要改变设施布置一次。最近十年内布置变化的频率增加，部分原因是产品变化快，因为顾客要求经常改变产品的式样和功能。

1.4.2设施布置问题的类型福建江夏学院工程学院441.4.2设施布置问题的类型下面是一些需要更改设施布置的例子：

(1)一家制造厂要实施准时制(JIT)管理，要求建立机床单元并确定单元在车间中的位置，此外还要决定机床在单元中的位置。

(2)一家炊具制造厂过去两年中生产翻番，再也没有多余面积可以扩大，一位工业工程师建议将少用的陈旧设备淘汰，购入高效设备重新布置车间。

(3)一家保险公司租得一幢多层办公楼，准备将其总部迁入，要将其内部空间划分为工作区、办公室、会议室等。

(4)根据新的协议，一家外国汽车厂与我国合资建立一条汽车装配线，需要设计、购建和安装。

(5)一家大的零售商废弃一条商品生产线，拟建一条生产新品的生产线，这就需要重新设计下属各百货公司的新品展览陈列区。福建江夏学院工程学院45设施布置问题通常可分为：（1）服务系统布置问题；（2）制造系统布置问题；（3）仓库布置问题；（4）非传统布置问题。

1.4.2设施布置问题的类型福建江夏学院工程学院46图1-3牙医诊所的布置1.4.2设施布置问题的类型福建江夏学院工程学院47

需要通过提出以下一些问题来判断布置的根据是否正确：

(1)现有的公司或系统其空间是否过大？

(2)现有的空间是否过于昂贵?(3)建筑物是否在合适的位置？

(4)一个新的布置如何影响组织和服务?(5)办公室的工作过于集中还是分散？

(6)办公室的结构能支持工作规划吗?(7)布置和公司的形象合调吗?

1.4.2设施布置问题的类型福建江夏学院工程学院48作为一个服务设施的布置必须达到以下的目标：

(1)在建筑物或楼层内不必要的人员流动降低到最低限度;

(2)设施内应提供必要的私人联系的场所;

(3)为建筑物内的人员提供安全与保密;

(4)和建筑法规相适应。1.4.2设施布置问题的类型福建江夏学院工程学院49

模型可分为物理的、模拟的和数学的。例如，用图可以表示人口随时间增长的情况，这是一个模拟模型。再如，某城市某一租车公司要新建一服务设施(实现换机油、常规保养和检查以及小修理工作)，公司的租车点位于3城市和2个飞机场附近，问此服务设施设于何处可使总运作成本最低?每一现有租车点将根据该点拥有租车数影响服务设施的位置，租车公司要决定该服务设施的最优位置，使所有租车者去该服务点的总行程距离为最小。此问题称为单一设施的位置布置问题。1.4.3设施布置问题的模型与算法概述1.4.3.1设施布置问题的模型福建江夏学院工程学院50

数学模型建立后就要研究解题的技术与过程，这就是算法。假如某种算法至少可以产生一个优化解，这就称为优化算法或可称为启发式算法。很多问题可以快速找到一个优化解，但不能肯定此解是最优的。现有三种建模工具：（1）数学规划；（2）排队论；（3）仿真模型。1.4.3设施布置问题的模型与算法概述1.4.3.2设施布置问题模型的算法福建江夏学院工程学院51（1）数学规划数学规划方法是在不违背一组规定的约束条件下，优化一个可量化的目标函数。典型的目标函数通常是最低成本或最高利润，而约束条件规定了一个问题可行解的区域。所以通常数学规划问题就成为在约束区内为达到优化目标函数而选择一个可行解。一个数学规划模型中包含了决策变量及参数，通过搜索决定一个决策变量值，在给定参数条件下此决策变量值优化了目标函数。

1.4.3设施布置问题的模型与算法概述福建