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1、第二章 设施规划与设计基本思想设施规划与物流分析电子教案2.1 设施规划与设计的发展过程n n2020世纪初世纪初（主要凭经验和感觉）（主要凭经验和感觉）分分工理论引发工理论引发“工厂设计工厂设计”(”(三项内容？三项内容？）操作法研究、工厂布置和物料搬运操作法研究、工厂布置和物料搬运n n2020世纪世纪3030年代年代“设施规划设施规划”取代取代“工厂设计工厂设计”广泛采用运筹学、统计广泛采用运筹学、统计学和概率论学和概率论n n2020世纪世纪6060年代年代19611961年年 Muther Muther 提出提出系统布置设计系统布置设计SLPSLP（8080年代引进国内）年代引进国内
2、）2.1 设施规划与设计的发展过程n n20202020世纪世纪世纪世纪70707070年代年代年代年代计算机辅助工厂布置计算机辅助工厂布置计算机辅助工厂布置计算机辅助工厂布置CALCALCALCAL、成组、成组、成组、成组技术技术技术技术CRAFTCRAFTCRAFTCRAFT（位置配置法）、（位置配置法）、（位置配置法）、（位置配置法）、CORELAPCORELAPCORELAPCORELAP（相互（相互（相互（相互关系法）、关系法）、关系法）、关系法）、PLANETPLANETPLANETPLANET（分析评价法）（分析评价法）（分析评价法）（分析评价法）n n20202020世纪世纪世
3、纪世纪80808080年代年代年代年代计算机仿真计算机仿真计算机仿真计算机仿真研究柔性问题、研究柔性问题、研究柔性问题、研究柔性问题、专家系统、多目标优化专家系统、多目标优化专家系统、多目标优化专家系统、多目标优化n n20202020世纪世纪世纪世纪90909090年代年代年代年代结合先进制造技术结合先进制造技术结合先进制造技术结合先进制造技术CIMSCIMSCIMSCIMS、JITJITJITJITn n现在现在现在现在设施布置与物流系统的自动化、柔性化、设施布置与物流系统的自动化、柔性化、设施布置与物流系统的自动化、柔性化、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
4、化信息化、网络化、绿色化、智能化信息化、网络化、绿色化、智能化信息化、网络化、绿色化、智能化设施规划的总趋势设施规划的总趋势n n一方面继续发展一方面继续发展MutherMuther的系统布置设计的系统布置设计SLPSLP；n n另一方面，构建更完整的布置模型，结合另一方面，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。用的计算机辅助工厂布置软件。n n 设施位置选择 n n 结构系统设计设施规划n n 设施内部设计 平面布局设计n n n n 物料搬运系统设计设施规划的范围设施规划的范围物流设施规划的范围n n物
5、流设施：构成物流系统的相关有形资产，如物流中心的厂房、硬件设备、物品物料及相关的工作人员。n n物流设施规划：在物流设施指派任务的指导下，将物流设施所涉及的范围对象，即物流中心本身、工作人员机械设备和物料管理作业，结合无形资产（如信息作业系统），来作出最有效的分配并达到最佳的效果。物流设施规划的范围n n第一阶段：物流设施策略规划。着重于单一企业与其上下游之间的供应链管理。n n第二阶段：物流设施系统分析。若果企业的物流需求项目无法或不宜全部外包，而必须自行提供服务满足需求时，即进入本分析阶段，着重于建立单一企业内部的物流系统。n n第三阶段：物流中心设施设计。着重于其物流系统中单一物流中心内
6、部设施规划。2.3 设施规划的重要性n n设施规划的意义设施规划的意义 首先，在我国，每年都要投入大量资金用于首先，在我国，每年都要投入大量资金用于固定资产投资，在美国，固定资产投资，在美国，19551955年以来，每年年以来，每年有有8%8%的国民生产总值消耗在新的设施上。的国民生产总值消耗在新的设施上。第二，据统计，在制造企业的总成本中，用第二，据统计，在制造企业的总成本中，用于物料搬运的于物料搬运的20%50%20%50%，而有效的设施规，而有效的设施规划至少可以减少划至少可以减少10%30%10%30%，因此，设施规，因此，设施规划是提高生产率的最主要手段。划是提高生产率的最主要手段。
7、第三，一项设施的规划设计，所需要的费用第三，一项设施的规划设计，所需要的费用只占总投资的只占总投资的2%10%2%10%，往往比不可预见，往往比不可预见的费用还少，但对投产后的企业带来巨大的的费用还少，但对投产后的企业带来巨大的效益。效益。2.4 设施布置2.4.1 设施布置问题n n类型：服务系统布置问题、制造系统布置问题、仓库布置问题、非传统布置问题n n模型：物流、模拟、数学n n算法：数学规划方法、排队和排队网络方法、仿真方法具体目标具体目标l l最最最最好好好好的的的的工工工工艺艺艺艺流流流流程程程程保保保保证证证证工工工工艺艺艺艺流流流流程程程程畅畅畅畅通通通通，生生生生产产产产时
8、时时时间短，生产连续。间短，生产连续。间短，生产连续。间短，生产连续。l l最最最最少少少少的的的的物物物物料料料料搬搬搬搬运运运运费费费费用用用用运运运运输输输输路路路路线线线线简简简简化化化化，避避避避免免免免往往往往返和交叉。返和交叉。返和交叉。返和交叉。l l最最最最有有有有效效效效地地地地利利利利用用用用空空空空间间间间使使使使建建建建筑筑筑筑设设设设备备备备和和和和单单单单位位位位制制制制品品品品的的的的占有空间小。占有空间小。占有空间小。占有空间小。l l最最最最好好好好的的的的柔柔柔柔性性性性设设设设施施施施布布布布置置置置适适适适应应应应产产产产品品品品需需需需求求求求的的的
9、的变变变变化化化化、工艺和设备的更新。工艺和设备的更新。工艺和设备的更新。工艺和设备的更新。l l最最最最舒舒舒舒适适适适的的的的作作作作业业业业环环环环境境境境保保保保证证证证安安安安全全全全，满满满满足足足足生生生生理理理理、心心心心理要求。理要求。理要求。理要求。l l最最最最便便便便捷捷捷捷的的的的管管管管理理理理使使使使有有有有密密密密切切切切关关关关系系系系或或或或性性性性质质质质相相相相近近近近的的的的作作作作业单位布置在一个区域或靠近布置。业单位布置在一个区域或靠近布置。业单位布置在一个区域或靠近布置。业单位布置在一个区域或靠近布置。l设施布置设计的内容是什么？设施布置设计的内
10、容是什么？l设施布置中出现目标矛盾怎么办？设施布置中出现目标矛盾怎么办？l如如何何选选取取设设施施布布置置型型式式来来适适应应市市场场变化？变化？l如如何何避避免免工工序序交交错错流流动动、制制成成品品混混杂？杂？Question2.4.2 设施布置的内容 l一、工厂总体布置设计一、工厂总体布置设计 l二、车间布置设计二、车间布置设计二、车间布置设计二、车间布置设计l解解决决各各生生产产工工段段、辅辅助助服服务务部部门门、储储存设施等作业单位相互位置；存设施等作业单位相互位置；l解解决决工工作作、设设备备、通通道道、管管线线间间的的相相互位置；互位置；l解决物料搬运流程和运输方式。解决物料搬运
11、流程和运输方式。注意：l l“作作业业单单位位”（Activity)是是设设施施的的基基本本区区划划，可可大大至至一一个个建建筑筑物物或或一一个个车车间间，亦亦可可小小至至一一个个出出入入口口或或一一台台机机器器如如何何划划分分，须须看看规规划设计工作所处的阶段或层次。划设计工作所处的阶段或层次。2020作业单位的层次设施部门部门部门部门工作中心工作中心工作中心工作地工作地工作地块状布置图详细布置图工作地布置目标矛盾来源目标矛盾来源l l例如：例如：l l对对性性质质相相近近的的作作业业单单位位布布置置在在一一个个区区域域可可满满足足管管理理的的方方便便性性和和组组织织结结构构的的合合理理化化
12、，却可能导致物流量的增大；却可能导致物流量的增大；l l满满足足尽尽量量减减少少运运输输和和交交叉叉的的目目标标，却却可可能能违反柔性目标违反柔性目标 如何回答？如何回答？设施布置中出现目标矛盾的设施布置中出现目标矛盾的根源和方法根源和方法l l根根源源：生生产产系系统统的的目目标标本本身身经经常常难难以以捉捉摸（明确战略思路）；摸（明确战略思路）；l l方法：方法：不不不不存存存存在在在在能能能能解解解解决决决决一一一一切切切切问问问问题题题题的的的的方方方方法法法法（系系系系统统统统最最最最优优优优不不不不如系统合理）；如系统合理）；如系统合理）；如系统合理）；科科科科学学学学与与与与艺艺
13、艺艺术术术术结结结结合合合合（谁谁谁谁说说说说得得得得清清清清家家家家庭庭庭庭布布布布置置置置更更更更科科科科学学学学还是更艺术）；还是更艺术）；还是更艺术）；还是更艺术）；理性与感性结合（建立学习型组织）理性与感性结合（建立学习型组织）理性与感性结合（建立学习型组织）理性与感性结合（建立学习型组织）l l空空空空间间间间利利利利用用用用布布布布置置置置总总总总是是是是约约约约束束束束在在在在建建建建筑筑筑筑物物物物内内内内的的的的实实实实际际际际范围内。范围内。范围内。范围内。l l生生生生产产产产能能能能力力力力当当当当公公公公司司司司目目目目标标标标、用用用用户户户户需需需需求求求求、加
14、加加加工工工工过过过过程程程程和和和和空空空空间间间间有有有有效效效效利利利利用用用用率率率率确确确确定定定定后后后后，便便便便可可可可估估估估算算算算所所所所需需需需的的的的生生生生产产产产能能能能力力力力和和和和重重重重新新新新布布布布置置置置后后后后所所所所获获获获得得得得的的的的生生生生产产产产能能能能力力力力（如如如如果果果果分分分分别别别别是是是是机机机机械械械械车车车车间间间间，大大大大学学学学，酒酒酒酒店店店店，应应应应如如如如何何何何适适适适当当当当选择生产能力的测定单位？）。选择生产能力的测定单位？）。选择生产能力的测定单位？）。选择生产能力的测定单位？）。l l例例例例如
15、如如如：应应应应适适适适当当当当选选选选择择择择生生生生产产产产能能能能力力力力的的的的测测测测定定定定单单单单位位位位，如如如如机机机机械械械械车车车车间间间间可可可可用用用用机机机机器器器器小小小小时时时时，大大大大学学学学可可可可容容容容纳纳纳纳学学学学生生生生数数数数/年年年年，酒店可用房间床位数。酒店可用房间床位数。酒店可用房间床位数。酒店可用房间床位数。l l最理想的布置应能适应环境的变化最理想的布置应能适应环境的变化最理想的布置应能适应环境的变化最理想的布置应能适应环境的变化如何选取设施布置型式来适应市场变化如何选取设施布置型式来适应市场变化产品的变化产品的变化大规模定大规模定制
16、模式制模式大规模生大规模生产模式产模式持续改持续改善模式善模式创新模式创新模式动态的动态的静态的静态的静态的静态的动态的动态的连接连接开发开发模块化模块化更新更新过程的变化过程的变化图一：生产模式的演变图一：生产模式的演变订货生产订货生产生生产产类类型型按产品产量分按产品产量分按产品产量分按产品产量分少品种大批量生产少品种大批量生产多品种小批量生产多品种小批量生产中品种批量生产中品种批量生产定制生产定制生产按生产组织分按生产组织分存货生产存货生产图二：不同的生产类型图二：不同的生产类型一、产品原则布置以机器设备、人员及物料按产品的加工或装配的工以机器设备、人员及物料按产品的加工或装配的工艺过程
17、顺序布置，形成一定的生产线。艺过程顺序布置，形成一定的生产线。2929二、工艺原则布置车床组LLLL钻床组ZZZZ铣床组MMMM磨床组GGGG其他滚齿机焊接焊接根据工艺特点，把同种类型的一群设备和人员集中布置在一个地方。根据工艺特点，把同种类型的一群设备和人员集中布置在一个地方。各类机床间也有一定的顺序安排，通常按照大多数零件的加工路线各类机床间也有一定的顺序安排，通常按照大多数零件的加工路线来排列。来排列。3232工艺原则布置优缺点：工艺原则布置优缺点：n n优点：优点：优点：优点：n n1 1、机器利用率高，可、机器利用率高，可、机器利用率高，可、机器利用率高，可减少设备数量减少设备数量减
18、少设备数量减少设备数量n n2 2、设备和人员柔性程、设备和人员柔性程、设备和人员柔性程、设备和人员柔性程度高，更改产品和数度高，更改产品和数度高，更改产品和数度高，更改产品和数量方便量方便量方便量方便n n3 3、操作人员作业多样、操作人员作业多样、操作人员作业多样、操作人员作业多样化，有利于提高工作化，有利于提高工作化，有利于提高工作化，有利于提高工作兴趣和职业满足感兴趣和职业满足感兴趣和职业满足感兴趣和职业满足感 缺点：缺点：缺点：缺点：n n1 1、由于流程较长，、由于流程较长，、由于流程较长，、由于流程较长，搬运路线不确定，运搬运路线不确定，运搬运路线不确定，运搬运路线不确定，运费高
19、费高费高费高n n2 2、生产计划与控制、生产计划与控制、生产计划与控制、生产计划与控制较复杂，要求员工素较复杂，要求员工素较复杂，要求员工素较复杂，要求员工素质的提高质的提高质的提高质的提高n n3 3、库存量相对较大、库存量相对较大、库存量相对较大、库存量相对较大三、成组原则布置 把完成一组相似零件的所有或极大部分加工工序把完成一组相似零件的所有或极大部分加工工序把完成一组相似零件的所有或极大部分加工工序把完成一组相似零件的所有或极大部分加工工序的多种机床组成机器群，以此为一个单元，再在的多种机床组成机器群，以此为一个单元，再在的多种机床组成机器群，以此为一个单元，再在的多种机床组成机器群
20、，以此为一个单元，再在其周围配置其他必要设备一种布置形式。其周围配置其他必要设备一种布置形式。其周围配置其他必要设备一种布置形式。其周围配置其他必要设备一种布置形式。NCLLMMLDDNCLLLDD加工单元1G加工单元3AAA加工单元2成组原则布置优缺点：成组原则布置优缺点：n n优点：优点：优点：优点：n n1 1、由于产品成组，设备利、由于产品成组，设备利、由于产品成组，设备利、由于产品成组，设备利用率高用率高用率高用率高n n2 2、流程通畅，运输距离较、流程通畅，运输距离较、流程通畅，运输距离较、流程通畅，运输距离较短，搬运量少短，搬运量少短，搬运量少短，搬运量少n n3 3、有利于发
21、挥班组合作精、有利于发挥班组合作精、有利于发挥班组合作精、有利于发挥班组合作精神神神神n n4 4、有利于扩大员工的作业、有利于扩大员工的作业、有利于扩大员工的作业、有利于扩大员工的作业技能技能技能技能n n5 5、兼有产品原则布置和工、兼有产品原则布置和工、兼有产品原则布置和工、兼有产品原则布置和工艺布置的优点艺布置的优点艺布置的优点艺布置的优点 缺点：缺点：缺点：缺点：n n1 1、需要较高的生产控制水平、需要较高的生产控制水平、需要较高的生产控制水平、需要较高的生产控制水平以平衡各单元之间的生产流程以平衡各单元之间的生产流程以平衡各单元之间的生产流程以平衡各单元之间的生产流程n n2 2
22、、若单元间流程不平衡，需、若单元间流程不平衡，需、若单元间流程不平衡，需、若单元间流程不平衡，需中间储存，增加了物料搬运中间储存，增加了物料搬运中间储存，增加了物料搬运中间储存，增加了物料搬运n n3 3、班组成员需掌握所有作业、班组成员需掌握所有作业、班组成员需掌握所有作业、班组成员需掌握所有作业技能技能技能技能n n4 4、减少了使用专用设备的机、减少了使用专用设备的机、减少了使用专用设备的机、减少了使用专用设备的机会会会会n n5 5、兼有产品原则布置和工艺、兼有产品原则布置和工艺、兼有产品原则布置和工艺、兼有产品原则布置和工艺原则布置的缺点原则布置的缺点原则布置的缺点原则布置的缺点36
23、36四、固定式工位原则布置n n固定式布置(Fixed-Position Layout)也称项目布置，它主要是工程项目和大型产品生产所采用的一种布置形式。n n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。之所以要固定，是因为加工对象大而重，不易移动。n n如工程建设、飞机厂、造船厂、重型机器厂等。3737四、固定工位原则布置n n优点：优点：优点：优点：n n1 1、物料移动少、物料移动少、物料移动少、物料移动少 n n2 2、当采用班组方式时、当采用班组方式时、当采用班组方式时、当采用班组方式时可以提高作业连续性可以提高作业连续性可以提高作业连续性可以提高作业连续性 n
24、 n3 3、可提高质量，因为、可提高质量，因为、可提高质量，因为、可提高质量，因为班组可完成全部作业发班组可完成全部作业发班组可完成全部作业发班组可完成全部作业发挥班组合作精神挥班组合作精神挥班组合作精神挥班组合作精神n n4 4、高度柔性，可适应、高度柔性，可适应、高度柔性，可适应、高度柔性，可适应产品和产量的变化产品和产量的变化产品和产量的变化产品和产量的变化 缺点：缺点：缺点：缺点：n n1 1、人员和设备的移动增加、人员和设备的移动增加、人员和设备的移动增加、人员和设备的移动增加 n n2 2、设备需要重复配备、设备需要重复配备、设备需要重复配备、设备需要重复配备n n3 3、班组成员
25、需要较高的技能、班组成员需要较高的技能、班组成员需要较高的技能、班组成员需要较高的技能n n4 4、会增加面积和工序间存储、会增加面积和工序间存储、会增加面积和工序间存储、会增加面积和工序间存储 n n5 5、兼有生产计划需要加强控、兼有生产计划需要加强控、兼有生产计划需要加强控、兼有生产计划需要加强控制和协调制和协调制和协调制和协调如何避免工序交错流动、制成品混杂如何避免工序交错流动、制成品混杂？一、考虑要素：一、考虑要素：一、考虑要素：一、考虑要素：最重要的是要考虑出、入口的位置最重要的是要考虑出、入口的位置最重要的是要考虑出、入口的位置最重要的是要考虑出、入口的位置由于外部运输条件或原有
26、布置的限制，由于外部运输条件或原有布置的限制，由于外部运输条件或原有布置的限制，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需要按照给定的出入口位置来规划流需要按照给定的出入口位置来规划流需要按照给定的出入口位置来规划流动模式。动模式。动模式。动模式。此外还应考虑场址、建筑物的轮廓尺寸、此外还应考虑场址、建筑物的轮廓尺寸、此外还应考虑场址、建筑物的轮廓尺寸、此外还应考虑场址、建筑物的轮廓尺寸、生产流程的特点和生产线长度、通道生产流程的特点和生产线长度、通道生产流程的特点和生产线长度、通道生产流程的特点和生产线长度、通道的设置等。的设置等。的设置等。的设置等。2.4.5 基
27、本流动模式n n直线型直线型生产过程短生产过程短且简单且简单n nL 型型绕开一定的绕开一定的建筑物或设施建筑物或设施n nU 型型出入口在同出入口在同一相对位置一相对位置n n环环 型型出入口在同出入口在同一点一点n nS 型型较大面积内较大面积内安排较长的生产线安排较长的生产线实例1：如果一种产品的生产流程是储存 铣 车 压 涂装 装配 入库，那么它的直线形、S形流动模式分别为：储存铣仓库装配涂装压车A）直线流动储存压涂装铣装配车仓库B）S型流动服务设施布置n n服务不同于生产的主要特点是不生产有形产品，但服务有可能提供有形的产品，或者涉及到物品。n n总的来说，服务系统主要涉及的是人员、
28、信息和商品的流动，服务设施的布置主要有三种，即办公室布置、零售店布置和仓库布置。n n一般地，办公室布置主要考虑信息和人员的流动，零售店布置则考虑人员和商品的流动；仓库布置则是物料的流动。n n本章我们介绍前两种服务设施的布置，仓库布置将在第7章再详细讨论。4343办公室布置n n办公室布置与工厂布置最大的区别是办公室布置与工厂布置最大的区别是信息信息的重要性，的重要性，办公室布置强调信息流和纸面文件处理流程，并考虑办公室布置强调信息流和纸面文件处理流程，并考虑到人员的需要。到人员的需要。n n办公室布置的另一个特点是灵活性。组织的人员变动办公室布置的另一个特点是灵活性。组织的人员变动和机构变
29、化都会带来办公室布置的变化，幸好办公室和机构变化都会带来办公室布置的变化，幸好办公室再布置比工厂要容易得多。再布置比工厂要容易得多。n n若采用单独的办公室，按美国标准，每人要求约若采用单独的办公室，按美国标准，每人要求约9 9平方米，平方米，重要职位可增加重要职位可增加2424倍。倍。n n如果采用模块化布置，可以节省不少面积，而且通过有效如果采用模块化布置，可以节省不少面积，而且通过有效利用高度空间，可在办公室面积不扩大的情况下，提高空利用高度空间，可在办公室面积不扩大的情况下，提高空间利用率。间利用率。n n但一个单位办公室布置究竟采用模块化布置还是单独办公但一个单位办公室布置究竟采用模
30、块化布置还是单独办公室布置，还要根据具体情况来定。室布置，还要根据具体情况来定。n n可能会是两种情况的混合，如一些重要的职位采用单独办可能会是两种情况的混合，如一些重要的职位采用单独办公室式布置，有些部门则采用模块化布置。公室式布置，有些部门则采用模块化布置。4444零售店布置n n零售店布置零售店布置(layout for retailers)(layout for retailers)是指店内展示是指店内展示商品的安排方法，它不仅仅是各商品的摆放位置，商品的安排方法，它不仅仅是各商品的摆放位置，还要考虑展示能吸引顾客，包含很多艺术的因素。还要考虑展示能吸引顾客，包含很多艺术的因素。n n
31、限于本书范围，这里主要介绍零售店布置的一些限于本书范围，这里主要介绍零售店布置的一些主要方法和原则，不涉及到艺术的因素。主要方法和原则，不涉及到艺术的因素。n n零售店主要有三种布置形式，即：零售店主要有三种布置形式，即：网格式网格式(Grid layout)(Grid layout)自由式自由式(Freestyle layout)(Freestyle layout)精品店式精品店式(Boutique layout)(Boutique layout)。4545n n网格式以矩阵网格方式安排柜台，通道都是平行的。n n大多数超市和相当数量的折扣店都采用网格型布置，因为它适合自选购物方式，容易控制
32、客流量。n n网格式布置能有效利用销售空间，创造整洁的环境，并能简化购物活动。4646网格式布置4747n n自由式与网格式有很大的不同，它采用不同形状和大小的柜台（货架）展示。n n自由式的主要优点是有一个轻松、友好的购物气氛，能够鼓励顾客更长时间的逗留和购买，并增加顾客冲动性购买的机会。n n但是自由式布置的空间利用率不高，而且规划不好还可能会产生安全问题。4848n n精品店式布置将商店划分为一系列相对独立的购物区，每一区域都有自己的主题，就像在一个大店里布置一系列专买店一样。n n精品店式能为顾客提供一个独特的购物环境，有些小的百货商店就采用这种布置，可以展现独特的形象。4949自由式
33、布置 精品店式布置 5050n n零售店布置总的目标是单位面积的获利能力最大化。n n明白了商店的空间价值后就会正确地布置商品，放在高价值区的商品应当产生足够的销售量，以匹配其位置。5151超市的布置示意图，普通的商品按网格式布置，食品中间区超市的布置示意图，普通的商品按网格式布置，食品中间区域采用自由式布置，而奶类、面包、蔬菜和水果则采用精品域采用自由式布置，而奶类、面包、蔬菜和水果则采用精品店专区布置。店专区布置。作业：作业：n n1、简述设施、规划、设施规划、物流设施规划四个名词的异同点。n n2、你认为制造业系统和服务业系统在设施规划方面有何异同？n n3、你认为一个制造企业在什么时机需要用设施规划的技术？n n4、在例题中由于受面积限制，且运输通道要求生产线出入口在同一个方向，如何设置流动模式；作业：n n5、根据出入口位置设计两套流动模式。