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1、个人资料整理仅限学习使用第 2 章设施规划与布置设计学习目标知识点设施规划与设计的基本理论场址选择方法系统布置设计方法。难点系统布置设计方法的实际应用。要求熟练掌握的内容：场址选择方法中的成本因素和综合因素法系统布置设计的方法。了解理解的内容：设施规划与设计的基本理论。【开篇案例】某电瓶叉车总装厂总平面布置设计过程中，机械制造人员首先制定出加工制造工艺，叉车总的生产工艺过程可以分为零部件加工阶段总装阶段试车阶段成品储存阶段。同时确定由总厂负责完成重点零部件的加工及总装工作，主要包括变速器的加工与组装、抬升液压缸的加工、随车工具的制作、车体的加工及叉车总装工作。其他如转向器、驱动桥、液压回路及平
2、衡重由协作厂负责制造，并需存放在总厂的标准件及半成品库中。为此，总厂设置了包括原材料库、机加工车间、总装车间等14 个作业单位 部门）。依照工艺过程，各个部门分别负责不同阶段的工作，由于在本章节主要讲述设施布置设计，故对本案例主要完成电瓶叉车总装厂的总体布置设计，在已经确定的空间场所内如何安排14 个作业单位是本案例要完成的。在后续的章节中随着知识点的叙述将对本案例的相应部分进行分析解决。思考 ：应用什么方法，在已确定的空间场所内安排14 个作业单元，使布置更优？2.1 设施规划与设计的基本理论设施规划与设计从“工厂设计”发展而来，重点探讨各类工业设施、服务设施的规划与设计概念、理论及方法，是
3、工业工程学科的一个重要研究领域。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、数学分析和图解技术。20 世纪 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，物流处于重要地位，把寻求最佳物流作为解决布置问题的主要目标。由于各种工厂之间存在很大的差别，工厂设计一直没有形成系统的理论及知识体系，从事工厂设计的技术人员往往从经验出发，用简单的生产流程的观点实现工厂布置，使得设计结果难以满足生产要求，更难取得最佳的设计方案。随着研究的深入及系统工程、运筹学、计算机技术的发展应用，工厂布置的程序和方法，以1961 年 Richard缪瑟 最为著
4、名，这是一种条理性很强，将物流分析与作业单位相互关系密切程度分析相结合、求得合理布置的技术。使工厂布置设计由定性阶段发展到定量阶段，自SLP 法诞生以来，设施规划设计人员不但把它应用于各种机械制造厂的设计中，而且不断发展应用到一些服务领域，如办公室的布置规划，连锁餐厅的布置规划，银行、超级市场等服务领域。2.1.1 设施规划与设计定义一个生产系统或者服务系统的建成，都要形成有形的固定资产，这种有形的固定资产称为设施。对于一精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用个工业设施或工厂，设施包括占用的土地
5、、建筑物和构筑物、加工用的机器设备、固定的或移动的辅助设备，此外，还包括维修设施、动力设施、公用设施、办公服务设施等。对于一个服务设施，设施包括土地、建筑物、设备、公用设施、办公设施等。设施是一个投入产出生产服务系统的载体。为了达到生产服务系统的设计目标，实现尽可能大的经济效益与社会效益，载体必须具有合理的结构与运营机制。设施规划与设计学科直接的功能就是对一个生产系统或服务系统进行全面的、系统的规划和安排。设施规划与设计的对象是整个系统，不是其中的个别环节如某项工艺技术）。由于一个设施的有效运行不仅取决于有形的固定资产，同时还与技术、物料、市场、环境、人员、资金、法律、政策等因素密切相关；不仅
6、要满足企业的要求，也要适应市场、社会和国民经济发展的需要。因此，设施规划与设计不仅涉及到有关领域的专业技术如土建），还涉及经济管理学科、社会政策法规等，是一门多学科相互交叉的边缘学科。从工程工程建设程序上讲，设施规划与设计贯穿从投资意向到工程竣工的全过程，这就形成了广义设施规划与设计。从相对窄的范围讲，设施规划与设计是为新建、改建或扩建的生产系统或服务系统，综合考虑相关因素，进行分析、构思、规划、论证、设计，全面合理配置资源，使系统能够有效运行，达到预期目标的一门学科。狭义设施规划与设计学科重点内容就是为生产或服务系统合理配置资源。随着工业工程的应用领域的进一步扩大，工厂设计的原则和方法逐步扩
7、大到了非工业设施，如机场、医院、超级市场等各类社会服务设施。因此，“工厂设计”一词逐渐被“设施规划”或“设施规划与设计”所代替。设施规划与设计以企业生产系统的空间静态结构布局）为研究对象，从企业动态结构物流状况分析出发，探讨企业平面布置设计目标、设计原则，着重研究设计方法与设计程序步骤），使企业人力、财力、物力和物流、人流、信息流得到最合理、最经济、最有效的配置和安排，从根本上提高企业的生产效率，达到以最少的投入获得最大效益的目的。2.1.2 设施规划与设计的研究范围从工业工程角度考察，设施规划由场址选择和设施设计两部分组成。设施设计又分为布置设计、物料搬运系统设计、建筑设计、公用工程设计及信
8、息通信设计五个相互关联的部分，如图2-1 所示。图 2-1 设施规划与设计组成l）场 厂）址选择。任何一个生产或服务系统不能脱离环境而单独存在。外界环境对生产或服务系统输入原材料、劳动力、能源、科技和社会因素；同时，生产或服务系统又对外界环境输出其产品、服务、废弃物等。因此生产系统或服务系统不断受外界环境影响而改变其活动；同时，生产或服务系统的活动结果又不断改变其周围环境。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。场址选择是一个通用的概念，适用于各种类型设施的规划与设计，对于工矿企业又常用厂址选择代替，有时对“场址”与“厂址”的细微差异不加区分。2）布
9、置设计。布置设计就是对系统物流、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。3）物料搬运系统设计。根据资料统计，产品制造费用的20一50是用于物料搬运的。因此，现代管理理论都非常注重物料搬运系统。物料搬运系统设计就是确定物料搬运方法，即确定搬运路线、搬运设备和搬运单元。在物料搬运系统设计中，物料搬运系统分析SHASystematic Handling Analysis ）是一种重要的设计分析方法，其分析方法、分析程序与系统布置设计SLP）非常相似。4）建筑设计。设施规划与设计中，需根据建筑物和构筑物的功能和空间的需要，满足安全、经
10、济、适用、美观的要求，进行建筑和结构设计。建筑设计需要土木建筑各项专业知识。5）公用工程设计。生产或服务系统中的附属系统包括热力、煤气、电力、照明、给排水、采暖通风及精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用空调等系统，通过对这类公用设施进行系统、协调的设计，可为整个系统的高效运营提供可靠的保障。6）信息系统设计。对于工矿企业来说，各生产环节生产状况的信息反馈直接影响生产调度、管理，反映出企业管理的现代化水平。随着计算机技术的应用，信息网络系统的复杂程度也大幅提高，信息网络系统设计也就成为了设施设计
11、中的一个组成部分。2.1.3 设施规划与设计的目标一个设施是一个有机的整体，由相互关联的子系统组成，因此必须以设施系统自身的目标作为整个规划设计活动的中心。设施规划总的目标是使人力、财力、物力和人流、物流、信息流得到最合理、最经济、最有效的配置和安排，即要确保规划的企业能以最小的投入获取最大的效益。不论是新设施的规划还是旧设施的再规划，典型的目标是：1）简化加工过程；2）有效地利用设备、空间、能源和人力资源；3）最大限度地减少物料搬运；4）缩短生产周期；5）力求投资最低；6）为职工提供方便、舒适、安全和职业卫生的条件。上述目标之间往往存在相互冲突，必须要用恰当的指标对每一个方案进行综合评价，达
12、到总体目标的最优化。2.1.4 设施规划与设计的原则为了达到上述目标，现代设施规划与设计应遵循如下原则：1）减少或消除不必要的作业，这是提高企业生产率和降低消耗的最有效方法之一。只有在时间上缩短生产周期，空间上减少占地，物料上减少停留、搬运和库存，才能保证投入的资金最少，生产成本最低；2）以流动的观点作为设施规划的出发点，并贯穿在规划设计的始终。因为生产系统的有效运行依赖于人流、物流、信息流的合理化；3）运用系统的概念、系统分析的方法求得系统的整体优化；4）重视人的因素，运用人机工程理论，进行综合设计，并要考虑环境的条件。包括空间大小、通道配置、色彩、照明、温度、湿度、噪声等因素对人的工作效率
13、和身心健康的影响；5）设施规划设计是从宏观到微观，又从微观到宏观的反复叠代，并行设计的过程。要先进行总体方案布置设计，再进行详细布置；而详细布置设计方案又要反馈到总体布置方案中，对总体方案进行修正。总之，设施规划与设计就是要综合考虑各种相关因素，对生产系统或服务系统进行分析、规划、设计，使系统资源得到合理的配置。2.1.5 设施规划与设计的阶段结构设施规划与设计工作贯穿工程工程发展周期中的前期可行性研究与设计阶段，因此，设施规划与设计必然也存在与时间有关的阶段结构。正如R.缪瑟 R.Muther ）所指出的设施规划与设计“有一个与时间有关的阶段结构”，并且各阶段是依次进行的；阶段与阶段之间应互
14、相搭接；每个阶段应有详细进度；阶段中自然形成若干个审核点。图2-2 体现了这种阶段结构。这种结构形成了从整体到局部、从全局到细节、从设想到实际的设计次序。即前一阶段工作在较高层次上进行，而后一阶段工作以前阶段的工作成果为依据，在较低层次上进行；各阶段之间相互影响，交叉并行进行。因此，设施规划与设计必须按照“顺序交叉”方式进行工作。表2-1 列出了设施规划与设计阶段结构的成果和工作。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用图 2-2 设施规划与设计的阶段结构表 2-1 设施规划与设计阶段结构成果和工
15、作阶段0 I II III IV V 名称预规划确定方案总体规划详细规划规划实施规划后成果确定目标分析并确定位置及其外部条件总体规划详细规划设施实施计划竣工试运转主要工作内容制定设施要求预测、估算生产能力及需求量确 定 设 施 要求、生产能力及需求量按 规 划 要求 总 体 规划 及 总 布置图按规划要求作详细规划及详细布置图制 定 进度 表 或网络图工 程 管 理 施 工 、 安装、试车及总结）财务工作财务平衡财务再论证财务总概算比较财务详细概算筹集投资投资2.2 生产和服务场址选择场址选择包括地区选择和地点选择，通常称为选点和定址。20 世纪末世界经济全球化的浪潮，以生产全球化、资本全球化
16、和市场全球化为特征，跨国公司跨越国界的经济活动使设施的选址也超越了国界，可以在全球范围内选址。地区选择是对可能选择的国家或国内地区的选择，然后选择该地区内的合适具体地点。场址选择不是由设施规划人员单独完成的。它通过地区规划、地质勘探、气象、环保等部门及设施规划人员的共同合作，最后由决策部门作出决定。2.2.1 场址选择的意义生产或服务系统作为一个系统不能脱离环境而独立存在。外界环境对系统输入原材料、劳动力、能源、资金、科技和社会团素；同时，系统对外界环境输出其产品、服务、废弃物等。因此，生产系统不断受外界环境的影响而改变其活动；同时，生产系统的活动结果也不断改变其外界环境。场址选择为生产或服务
17、系统确定了所接触的外界环境，影响着生产系统的各种输入和输出。合理的厂址选择有利于充分利用人力、物力和自然资源；有利于促进建厂地区的经济发展；有利于保护环境和生态平衡。因此，厂址选择的合理与否，直接影响工厂的基建投资、产品成本、发展前景、企业经济效益和国民经济效果。总之，厂址选择对社会生产力布局、城镇建设、企业投资、建设速度及建成后的生产经营都会产生深远的重大影响。设施场址选得好，不但可以缩短建设工期，降低造价，同时还会对当地的政治、经济、文化、环保等领域产生深远的影响。场址选择不好，就会给企业留下终生隐患。比如有的企业由于选址时对地质情况了解不够，而把工厂建在滑坡之上，以致建成后每年要花费大量
18、资金进行滑坡处理；有的则导致原材料、燃料运输费用高昂；电力供应不足而不能连续生产等种种不良后果，最终导致企业经济效益低下，将会给企业带来致命的缺陷，给社会留下沉重的负担。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用2.2.2 影响场址选择的主要因素1. 地区选址考虑因素地区选择主要考虑宏观因素，由于制造业和服务业的设施考虑不一样，因此要充分考虑不同设施的不同性质和特点。一般而言，地区选择主要考虑以下因素：1）市场情况。不论是制造业还是服务业，设施的地理位置一定要与客户接近，越近越好。要考虑该地区的市场
19、条件，对企业的产品和服务的需求情况、消费水平及与同类企业的竞争能力。要分析在相当长的时期内，企业是否有稳定的市场需求及未来市场的变化情况。2）社会环境。要考虑当地的法律规定、金融、税收政策等情况是否有利于投资。如当前国内很多地区大力开展招商引资活动，对金融税收等都有优惠的政策。在国外建厂时更应注意当地的政治环境是否稳定，是否邻近自由贸易区等。3）资源条件。要充分考虑该地区是否可使企业得到足够的资源。如原材料、水电、燃料、动力等。例如：发电厂、化工厂等需要大量的水；制药厂、电子厂需要高度纯净水；电解铝厂需要大量的电，最好接近电厂选址。除物料资源要求外，还应充分考虑人力，不同产品和生产方法对工人素
20、质和技巧有不同的要求。劳动密集型企业对工人数量要求多而技术要求不高；但对技术密集型企业对工人技术等级有较高要求。4）基础设施。交通道路、邮电通信、动力、燃料管线等基础设施对建立工厂投资影响很大。还有土地征用、拆迁、平整等费用。对我国来说尽量选用不适合耕作的土地作为场址，而不去占用农业生产用地。5）配套供应。通常，制造业中的产品尤其是大型机电产品需要数量众多的零部件厂与之配套供应，因此，地区内是否有本企业所需要的各种配套件供应商，对及时供应各种零部件，支持精益生产，降低总成本都有重要意义。2地点选择要求在完成了地区选址后，就要在选定的地区内确定具体的建厂地点。地点选择应考虑的主要微观因素有：1）
21、地形地貌条件。场址要有适宜建厂的地形和必要的场地面积，要充分合理地利用地形。地形力求平坦略有坡度，可以减少士石方工程，又便于地面排水。2）地质条件。选择场址时，应对场址及其周围区域的地质情况进行调查和勘探，分析获得资料，查明场址区域的不良地质条件，对拟选场址的区域稳定性和工程地质条件作出评价。使地质条件满足建筑设计要求，如避开强烈地震区、滑坡地区和泥石流地区。3）运输联接条件。场址应便于原材料、燃料、产品、废料的运输。铁路运输时考虑靠近铁路和车站，水路运输时考虑靠近码头等。4）风向。场址应位于住宅区下风向，以免厂内排出废气烟尘及噪声影响住宅区居民。同时场址又不宜建在现有或拟建工厂的下风向，以免
22、受其吹来烟尘影响。窝风的盆地会使烟尘不易消散，从而影响本厂卫生。5）供排水条件。供水水源要满足工厂既定规模用水量的要求。并满足水温、水质要求。在选择场址时，要考虑工业废水和场地雨水的排除方案。6）特殊要求。具有特殊要求的设施，应根据其特性选择合适的地点。如机场应选择在平坦开阔，周围没有高层建筑和山丘的地方。船舶制造必须在沿海和沿江的地方。以上列出的是场址选择时需要考虑的一些重要因素，设施规划人员应根据设施的具体特点，具体问题具体分析，因地制宜，不能生搬硬套。3. 影响设施选址的经济因素和非经济因素影响设施选址的因索很多，有些因素可以进行定量分析，并用货币的形式加以反映，称为经济因素，亦称为成本
23、因素。有些因素只能是定性的非经济因素，亦称为非成本因素，非成本因素与成本无直接关系，但能间接影响产品的成本和企业的未来发展。这些因素分类见表2-2，可作为场址选择的评价指标。表 2-2 设施选址的成本因素和非成本因素成本因素非成本因素1）原料供应及成本1）地区政府政策2）动力、能源的供应及成本2）政治环境3）水资源及其供应3）环境保护要求4）劳动力成本4）气候和地理环境5）产品运输成本5）文化习俗6）零配件运输成本6）城市规划和社区情况7）建筑和土地成本7）发展机会8）税率、利率和保险8）同一地区竞争对手9）资本市场和流动资金9）地区的教育服务10）各类服务及维修成本10）供应合作环境2.2.
24、3 场址选择方法精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用在我国场址选择长期以来一直采用定性的经验分析方法，这些方法很大程度上依赖于设计者个人的经验与直觉，使得在决策时，有些重要因素被忽视，给企业带来难以弥补的损失。目前国内外形成了基于成本因素和综合因素评价的两类方法。1成本因素法 在 N 点 B、C 两方案生产成本相同，该点产量为QN，则 (2-2 结论：以生产成本最低为标准，当产量Q 低于 2.31万件时选A 场址为佳，产量Q 介与 2.31到 9.23 万件之间时选B 方案成本最低，当Q 大于
25、 9.23139 万件时，选择C 场址。，n 个配送中心、仓库或原材料供应点 Wj，现欲确定工厂位置，使从工厂到各处的运输费用为最小。W4W3W2W1P0图2-3 重心法选址坐标图YX0P0到各处总费用为 2-3）2-4）式中为工厂P0到 Wj 的每单位物流量单位距离所需的运输费用分别对求偏导，令偏导数为零。 2-5）由此可求和的解为2-6）公式 2-6）中含有，而是的函数，此处要用迭代法求解，计算步骤如下： 给出初始位置，代入公式 2-3），计算； 初始位置代入公式 2-4），计算；代入公式 2-6），计算改进位置； 改进位置代入公式 2-3），计算；比 较和， 若， 重 复 步 骤 ， 反
26、 复 迭 代 ， 直 到， 求 出 最 优 解。由上述求解过程可知，该问题适合用计算机编程求解。通过研究发现对于用式2-7）作为最佳场址坐标与用计算机迭代求解结果相差不大。 1800 B (70， 70 1400 C (15， 18 1500 D (68， 32 700 解：根据公式2-7）有说明：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确定场址。重心法优点是按运输费用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用最小原则选址，对候选位置没有限制，具有较大的灵活性。缺点也是灵活性大，而实际计
27、算出的场址不一定是合理的地点，如计算出的位置已有建筑物或有河流经过。此外，重心法采用直线距离，这在大多数情况下是不合理的。为此，实际距离不是直线距离的可在运输费率中加以修正。故重心法求出的解比较粗糙，实际意义在于为选址人员提供一定的参考。3）线性规划法运输问题对于多个工厂供应多个需求点的问题，通常线性规划方法求解更为方便，此问题转化为运筹学问题中的经典问题运输问题。其目的也是使生产运输费用最小。一般模型为2-8）式中 m工厂数量；n销售点数量；产品单位运输费用；从工厂i 运到销售点j 的数量；销售点j 需求量；工厂 i 供应量；对于运输问题可以用单纯形法进行求解，因为运输问题具有结构上的特殊性
28、，应用表上作业法进行求解。步骤是先用最小费用法、西北角法或最大差额法确定初始方案；然后用闭回路法和对偶位势法进行最优性检验；若非最优，最后用闭回路法进行调整直到最优为止。具体方法见运筹学相关书籍。4）启发式方法服务系统经常面临在一个地区建多少服务点的问题，该问题比较复杂，可以通过启发式方法求解，通过例题加以说明。例 2-3 某公司拟在某市建立两家连锁超市，该市共有四个区，记为甲、乙、丙、丁。假定各区人口均匀分布，各区可能光临各个超市的人数相对权重及距离见表2-5 所示，问题是两家超市设立在哪两个区使得各区居民到超市购物最方便即总距离成本最低。表 2-5 四个区人口、距离和相对权重甲乙丙丁人口
29、/千人人口相对权重甲0 11 8 12 10 1.1 乙11 0 10 7 8 1.4 丙8 10 0 9 20 0.7 丁12 7 9 0 12 1.0 解：按以下步骤进行 由表 2-5 构造权重人口距离表2-6，例如从甲区到乙区为11 10 1.1=121； 表 2-6 中按列相加，挑选出最低成本所在列为超市第一候选地址，本列中为丙，见表2-7；表 2-6 权重人口距离表甲乙丙丁甲0 121 88 132 乙123.2 0 112 78.4 丙112 140 0 126 至从至从精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 25
30、页个人资料整理仅限学习使用丁114 84 108 0 表 2-7 按列相加选择甲乙丙丁甲0 121 88 132 乙123.2 0 112 78.4 丙112 140 0 126 丁114 84 108 0 349.2 345 308 336.4 表 2-8 按列相加选择甲乙丁甲0 88 88 乙112 0 78.4 丙0 0 0 丁108 84 0 220 172 166.4 表 2-9 按列相加选择甲乙甲0 88 乙78.4 0 丙0 0 丁0 0 78.4 88 对每一行比较除零以外至已确定地址的成本，若成本高于已确定地址成本则修改为已确定地址成本，若成本低于已确定地址成本则保留，删除已
31、确定地址，见表2-8，表 2-9；重复步，可选出最后一个超市地址。选择超市的顺序为丙、丁、甲、乙。2. 综合因素法设施选址受到诸多因素的影响，比如经济因素和非经济因素。经济因素可以用货币的量来表示，而非经济因素要通过一定的方法进行量化，称为综合因素评价法。常用有加权因素法和因次分析法。1）加权因素法对非经济因素进行量化一般采用加权因素法，按下列步骤进行： 列出场址选择考虑的各种因素； 确定因素权重； 对各因素就每个备选场址进行评级，共分为五级；用五个元音字母A、E、I、O、U 表示。各个级别分别对应不同的分数。A=4、 E=3、I=2、O=1、 U=0； 计算各因素权重与备选场址对各因素评级分
32、数乘积之和，分数最高者为最佳场址方案。例 2-4 某一设施选址有K、L、M 三个备选方案，选定的影响因素有五个，权重及评定等级见表2-10，确定场址方案。表 2-10 加权因素法选择场址举例。至从至从至从精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用序号因素权重K L M 位置8 A/32 A/32 I/16 面积6 A/24 A/24 U/0 地形3 E/9 A/12 I/6 地质条件10 A/40 E/30 I/20 运输条件5 E/15 I/10 I/10 合计120 108 52 从表中可以看出
33、来应该选择得分最高的K 作为场址，应用此方法的关键是因素的确定和权重的确定。2）因次分析法因次分析法是将经济因素成本因素）和非经济因素非成本因素）按照相对重要度统一起来。设经济因素和非经济因素相对重要程度之比为m:n，且有 m+n=1。 确定经济因素重要性因子，其大小受各项成本影响，其计算式表示为2-9）式中第 i 选址方案总成本；备选场址方案数目；此处取成本的倒数进行比较，是为了和非经济因素相统一。因为非经济因素越重要其指标越大。而经济因素成本越高，经济性越差。所以取倒数进行比较，计算结果大者经济性好。 确定非经济因素重要性因子第一，确定各个非经济因素相对权重；第二，确定单一非经济因素对于不
34、同候选场址的重要性。即就单一因素将被选场址两两比较，令较好的比重值为1，较差的比重值为0。将各方案的比重除以所有方案所得比重之和，得到单一因素相对于不同场址的重要性因子，用公式表示为 式中非经济因素相对权重 将经济因素的重要性因子和非经济因素的重要性因子按重要程度叠加，得到该场址的重要性指标，计算公式为 为例，它的好坏直接影响整个系统的物流、信息流、生产能力、生产率、生产成本以及生产安全。优劣不同的工厂布置，在施工费用上可能相差无几，但对生产运营的影响会有很大不同。正由于优良的平面布置可以使物料搬运费用减少 10 30，因此在美国，工厂平面布置被认为是提高生产率的决定因素之一。建设一个全新的工
35、厂或其他设施，设计人员可以按照自己的构思，运用有效方法，为工厂每个组成单元和设备找到合适的位置。但更多的设计工作是对原有设施的再布置，其原因是为了改变产品设计，改进工艺方法，扩大生产能力，增加新产品，降低成本，改进管理。由于受原有场地面积和形状的限制，或者受建筑物墙、柱、门、窗、基础、管线的限制，其难度要大于新设施的布置。设施布置设计是通过对系统物流、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与合理配置，达到系统内部布置最优化。2.3.1 设施布置设计概述1. 设施布置设计的含义和内容设施布置与设计是指根据企业的经营目标和生产纲领，在已确定的空间场所内，从原材料的
36、接收、零件和产品的制造、成品的包装、发运等全过程，力争将人员、设备和物料所需要的空间做最适当的分配和最有效的组合，以获得最大的经济效益。设施布置包括工厂总体布置和车间布置。工厂总体布置设计应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、办公室、露天作业场地等各种作业单位和运输线路、管线、绿化及美化设施的相互位置，同时应解决物料的流向和流程、厂内外运输的连接及运输方式。车间布置设计应解决各生产工段、辅助服务部门、储存设施等作业单位及工作地、设备、通道、管线之间的相互位置，同时应解决物料搬运的流程及运输方式。2设施布置设计的原则在根据当地规划要求和工厂生产需要确定适当的厂址位置的
37、前提下，应按下列原则进行工厂布置。1）符合工艺过程的要求尽量使生产对象流动顺畅，避免工序间的往返交错，使设备投资最小周期最短。，使建筑物内部设备的占有空间和单位制品的占有空间最小。3）物料搬运费用最少要便于物料的输入和产品、废料等物料运输路线短捷，尽量避免运输的往返和交叉。4）保持生产和安排的柔性使之适应产品需求的变化、工艺和设备的更新及扩大生产能力的需要。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并就近布置，甚至合并在同一个建筑物内。1）工艺原则布置Process Layout）又称机群布置或功能布置，见图2-4。是一种将相似设备或功能相近设备集中布置
38、的布置形式，比如按车床组、磨床组等分区。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完成。这种布置形式通常适用于单件生产及多品种小批量生产模式。医院是采用工艺原则布置的典型例子。工艺原则布置的优缺点如表2-12 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用图 2-4 工艺原则布置图表 2-12 工艺原则布置的优缺点优点缺点机器利用率高，可减少设备数量由于流程较长，搬运路线不确定，运费高设备和人员柔性程度高，更改产品和数量方便生产计划与控制较复杂，要
39、求员工素质的提高操作人员作业多样化，有利于提高工作兴趣和职业满足感库存量相对较大2）产品原则布置Product Layout ）也称装配线布置、流水线布置或对象原则布置，见图2-5。是一种根据产品制造的步骤安排设备或工作过程的方式。产品流程是一条从原料投入到成品完工为止的连续线。固定制造某种部件或某种产品的封闭车间，其设备、人员按加工或装配的工艺过程顺序布置，形成一定的生产线。适用于少品种、大批量生产方式，这是大量生产中典型的设备布置方式。产品原则布置的优缺点如表2-13 所示。图 2-5 产品原则布置示意图表 2-13 产品原则布置的优缺点优点缺点由于布置符合工艺过程，物流畅通设备发生故障时
40、引起整个生产线中断由于上下工序衔接，存放量少产品设计变化将引起布置的重大调整物料搬运工作量少生产线速度取决于最慢的机器可做到作业专业化，对工人技能要求不高，易于培训生产线有的机器负荷不满，造成相对投资较大生产计划简单，易于控制生产线重复作业，工人易产生厌倦可使用专用设备和机械化、自动化搬运方法维修和保养费用高3）固定工位布置Fixed Layout ）适用于大型设备如飞机、轮船）的制造过程，产品固定在一个固定位置上，所需设备、人员、物料均围绕产品布置，这种布置方式在一般场合很少应用，飞机制造厂、造船厂、建筑工地等是这种布置方式的实例。4）成组技术布置Group Layout ）在产品品种较多、
41、每种产品的产量又是中等程度的情况下，将工件按其外形与加工工艺的相似性进行编码分组，同组零件用相似的工艺过程进行加工，同时将设备成组布置，即把使用频率高的机器群按工艺过程顺序布置，组成成组制造单元，整个生产系统由数个成组制造单元构成。这种成组原则布置方式适用于多品种、中小批量生产。成组技术布置见图2-6，其优缺点如表2-15 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用图 2-6 成组技术布置示意图表 2-14 成组技术布置的优缺点优点缺点由于产品成组，设备利用率高需要较高的生产控制水平以平衡各
42、单元之间的生产流程流程通畅，运输距离较短，搬运量少若单元间流程不平衡，需中间储存，增加了物料搬运有利于发挥班组合作精神，有利于扩大员工的作业技能班组成员需掌握所有作业技能4设施布置的基本流动模式对于生产、储运部门来说，物料一般沿通道流动，而设备一般也是沿通道两侧布置的，通道的形式决定了物料、人员的流动模式。选择车间内部流动模式的一个重要因素是车间入口和出口的位置。常常由于外部运输条件或原有布置的限制，需要按照给定的出、入口位置来规划流动模式。此外，流动模式还受生产工艺流程、生产线长度、场地、建筑物外形、物料搬运方式与设备、储存要求等方面的影响。基本流动模式有如图 2-7 所示的五种。（a) 直
43、线形（e）S形(c)U形(b) L形图 2-7 基本流动模式(d)环形1）直线形直线形是最简单的一种流动模式，入口与出口位置相对，建筑物只有一跨，外形为长方形，设备沿通道两侧布置。2） L 形适用于现有设施或建筑物不允许直线流动的情况，设备布置与直线形相似，入口与出口分别处于建筑物两相邻侧面。3） U 形适用于入口与出口在建筑物同一侧面的情况，生产线长度基本上相当于建筑物长度的两倍，一般建筑物为两跨，外形近似于正方形。4）环形适用于要求物料返回到起点的情况。5） S形 在固定面积上，可以安排较长的生产线。实际流动模式常常是由五种基本流动模式组合而成的。新建工厂时可以根据生产流程要求及各作业单位
44、之间物流关系选择流动模式，进而确定建筑物的外形及其尺寸。5设施布置设计方法设施布置是设施规划与设计的核心，必须首先进行。布局设计方法可分为：1）摆样法。它是最早的布局方法，利用二维平面比例模拟方法，按一定比例制成的样片在同一比例的平面图上表示设施系统的组成、设施、机器或活动，通过相关分析，调整样片位置可得较好的布置方案。这种方法适用于较简单的布局设计。2）数学模型法。运用运筹学、系统工程中的模型优化技术如线性规划、随机规划、多目标规划、运输问题、排队论等）研究最优布局方案，为工业工程师提供数学模型，以提高系统布置的精确性和效率。但精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结
45、- - - - - - -第 14 页，共 25 页个人资料整理仅限学习使用是用数学模型解决布局问题存在两大困难。首先，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要求的准确结果；其次，布局设计最终希望得到布局图，但用数学模型得不到。利用数学模型和一些系统布局软件结合起来是解决布局问题的一种好方法。3）图解法。它产生于20 世纪 50 年代，有螺线规划法、简化布置规划法及运输行程图等。其优点在于将摆样法与数学模型结合起来，但在实践上，现在较少使用它们。4）系统布置设计SLP 1系统布置设计(SLP 要素及阶段在 SLP 方法中， Richard缪瑟将研究工厂布置问题的依据和切入点归纳
46、为五个基本要素，抓住这些就是解决布置问题的“钥匙”。五个基本要素是：P 产品 (材料 ； Q 数量 (产量 ； R 生产路线 (工艺过程顺序；S辅助部门 (包括服务部门；T 时间 (时间安排 。1）基本要素 产品 P 是指待布置工厂将生产的商品、原材料或者加工的零件和成品等。这些资料由生产纲领(工厂的和车间的和产品设计提供，包括工程、种类、型号、零件号、材料、产品特征等。产品这一要素影响着设施的组成及其各作业单位间相互关系、生产设备的类型、物料搬运的方式等方面。 指所生产、供应或使用的商品量或服务的工作量。其资料由生产纲领和产品设计提供，用件数、重量、体积或销售的价值表示。数量这一要素影响着设
47、施规模、设备数量、运输量、建筑物面积等因素。 这一要素是工艺过程设计的成果，可用工艺路线卡、工艺过程图、设备表等表示。它影响着各作业单位之间的关系、物料搬运路线、仓库及堆放地的位置等方面。 在实施系统布置工作以前，必须就生产系统的组成情况有一个总体的规划，可以大体上分为生产车间、职能管理部门、辅助生产部门、生活服务部门及仓储部门等。可以把除生产车间以外的所有作业单位统称为辅助服务部门S，包括工具、维修、动力、收货、发运、铁路专用路线、办公室、食堂、厕所等，由有关专业设计人员提供。这些部门是生产的支持系统，在某种意义上加强了生产能力。有时，辅助服务部门的总面积大于生产部门所占的面积，布置设计时必
48、须给予足够重视。 指在什么时候、用多长时间生产出产品，包括各工序的操作时间、更换批量的次数。在工艺过程设计中，根据时间因素可以求出设备的数量、需要的面积和人员，平衡各工序的生产能力。P、Q 两个基本要素是一切其他特征或条件的基础。只有在对上述各要素进行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，才能最终求得工程布置的最佳方案。2）阶段结构整个系统布置设计采取四个阶段进行，称为“布置设计四阶段”，如图2-8 所示。系统布置设计是一种逻辑性强、条理清楚的布置设计方法，分为确定位置、总体区划、详细布置及施工安装四个阶段，在总体区划和详
49、细布置两个阶段采用相同的设计程序。阶段 I确定位置不论是工厂的总体布置，还是车间的布置，都必须先确定所要布置的相应位置。阶段 II总体区划总体区划又叫区域划分，就是在已确定的厂址上规划出一个总体布局。在阶段II，应首先明确各生产车间、职能管理部门、辅助服务部门及仓储部门等作业单位的工作任务与功能，确定其总体占地面积及外形尺寸。在确定了各作业单位之间的相互关系后，把基本物流模式和区域划分结合起来进行布置。阶段详细布置详细布置一般是指一个作业单位内部机器及设备的布置。在详细布置阶段，要根精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 25
50、 页个人资料整理仅限学习使用据每台设备、生产单元及公用、服务单元的相互关系确定出各自的位置。阶段IV施工安装在完成详细布置设计以后，经上级批准后，可以进行施工设计，需绘制大量的详细施工安装图和编制拆迁、施工安装计划，必须按计划进行土建施工、机器、设备及辅助装置的搬迁、安装施工工作。在系统布置设计四个阶段中，阶段I 与阶段IV 应由其他专业技术人员负责，系统布置设计人员应积极参与。阶段II 和阶段由系统布置设计人员来完成，因此，常说工厂布置包括工厂总平面布置总体区划）及车间布置或车间平面布置 模式 (程序 系统布置设计(SLP程序如图2-9 所示原始资料： P、Q、R、S、T及作业单位可利用面积