1、 第第7章章 设施规划、设计与物料搬运设施规划、设计与物料搬运 本次课基本要求：本次课基本要求：1 了解设施规划与物流的基本概念、研究的意了解设施规划与物流的基本概念、研究的意义等；义等；2 2 掌握掌握SPIFSPIF的主要内容和相互关系；的主要内容和相互关系；3 3 掌握工厂布局设计的原则、设施规划的布局掌握工厂布局设计的原则、设施规划的布局方法、掌握工厂布局工作过程。方法、掌握工厂布局工作过程。7.1 7.1 概述概述1.1.基本概念基本概念（1 1）物料：）物料：原材料、各种制品和辅助物资的总称原材料、各种制品和辅助物资的总称。（2 2）设施：）设施：指物理工厂、配送中心、服务中心及指
2、物理工厂、配送中心、服务中心及其相关装备其相关装备。（3 3）设施规划）设施规划:设计或确定怎样具体地把一个工设计或确定怎样具体地把一个工厂建造出来，使之运行或生产厂建造出来，使之运行或生产 。工业设施规划人员的工作是工业设施规划人员的工作是为一个企业有为一个企业有效实现其产品的设计、制造与分发，提出所必效实现其产品的设计、制造与分发，提出所必须的工厂面积、建筑物、机器和设备须的工厂面积、建筑物、机器和设备。设施规划与设计是设施规划与设计是为新建、扩建或改建为新建、扩建或改建的生产系统或服务系统，综合考虑相关因素，的生产系统或服务系统，综合考虑相关因素，对分析、构想、规划、论证、设计作出全面对
3、分析、构想、规划、论证、设计作出全面的安排，在对生产或服务设施作出科学布局的安排，在对生产或服务设施作出科学布局的基础上，使资源得到合理配置，系统能够的基础上，使资源得到合理配置，系统能够有效运行，达到预期的各种目标有效运行，达到预期的各种目标。（4 4）物流：）物流：又称又称“物料流动物料流动”或或“技术生产技术生产”，是物料的运动与变换过程是物料的运动与变换过程。（5 5）物流的含义：）物流的含义：物流是包含物质材料的废弃物流是包含物质材料的废弃与还原，连续供给需要的主体，克服时间与与还原，连续供给需要的主体，克服时间与空间距离的活动。具体有：运输、保管、包空间距离的活动。具体有：运输、保
4、管、包装、装卸搬运、流通加工等物资经济活动和装、装卸搬运、流通加工等物资经济活动和有关信息有关信息。（6 6）物流分类：）物流分类：工厂外部：工厂外部：社会上的物资、商品供应与调社会上的物资、商品供应与调配，国际上称为物资分配或配，国际上称为物资分配或物流学或后勤工程物流学或后勤工程，属于宏观物流，也称社会物流属于宏观物流，也称社会物流。工厂内部：工厂内部：原材料、在制品、成品的流动原材料、在制品、成品的流动过程。称为微观物流，也称企业或工厂物流过程。称为微观物流，也称企业或工厂物流。（7 7）物料搬运：）物料搬运：物流系统中的重要环节，它由物流系统中的重要环节，它由物料搬运和物料装卸两部分组
5、成物料搬运和物料装卸两部分组成。（8 8）设施布局：）设施布局：设施规划中的一个核心问题设施规划中的一个核心问题。设施布局是否优秀在很大程度上受到设施布局是否优秀在很大程度上受到企业企业物流是否合理物流是否合理的左右。的左右。2.项目建议书和可行性研究项目建议书和可行性研究 项目建议书需经过可行性研究，即对项目项目建议书需经过可行性研究，即对项目进行全面的技术经济论证，避免投资决策失误。进行全面的技术经济论证，避免投资决策失误。可行性研究报告需具备以下十项内容：可行性研究报告需具备以下十项内容：总论。总论。需求预测和生产规模。需求预测和生产规模。资源和公用设施。资源和公用设施。厂址方案。厂址方
6、案。设计方案。设计方案。环境保护。环境保护。企业组织、人员定额。企业组织、人员定额。建设进度。建设进度。投资金额及其筹措。投资金额及其筹措。社会及经济效益。社会及经济效益。3.3.规划与设计的完整规划模式规划与设计的完整规划模式 系统化工业设施系统规划系统化工业设施系统规划SPIFSPIF(Systematic Planning of Industrial(Systematic Planning of Industrial Facilities)Facilities)将设施规划分为五个子规划：将设施规划分为五个子规划：工厂布局规划；工厂布局规划；物料搬运规划；物料搬运规划；通信规划；通信规划；
7、公用设施规划；公用设施规划；建筑规划。建筑规划。完成规划的五个阶段：完成规划的五个阶段：调查、分析、综合、修正及评价调查、分析、综合、修正及评价。7.2 7.2工厂布局设计的原则、方法和过程工厂布局设计的原则、方法和过程 1.1.工厂布局设计的原则工厂布局设计的原则系统性。系统性。系统搬运量最小。系统搬运量最小。尽量减少物流的迂回流动与倒流。尽量减少物流的迂回流动与倒流。尽量利用高度、空间和重力运输。尽量利用高度、空间和重力运输。物流、价值流与信息流应作为一个整体设计。物流、价值流与信息流应作为一个整体设计。布局设计中应考虑人员、物料、设备的安全性和布局设计中应考虑人员、物料、设备的安全性和信
8、息流的准确性。信息流的准确性。规划与设计时应为今后发展和布局的变更留有余规划与设计时应为今后发展和布局的变更留有余地。地。2.2.设施规划的布局方法设施规划的布局方法（1 1）摆样法）摆样法-利用二维平面比例模拟法。利用二维平面比例模拟法。适用于比较简单的布局设计，对复杂系适用于比较简单的布局设计，对复杂系统不能十分准确，而且花费时间较多统不能十分准确，而且花费时间较多。（2 2）数学模型法。）数学模型法。利用运筹学、系统工程中的模型优化技术利用运筹学、系统工程中的模型优化技术研究最优布局方案，为工业工程师提供数学模研究最优布局方案，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。该方
9、法型，以提高系统布置的精确性和效率。该方法存在的问题存在的问题：问题的条件过于复杂时，简化的数学模型很难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。得出符合实际要求的准确结果。布局设计最终希望得到布局图，但用数学模型布局设计最终希望得到布局图，但用数学模型得不到。得不到。举例：举例：设系统中已有设系统中已有m个设施，准备加入个设施，准备加入n个新个新设施，且定义：设施，且定义：Xj(j=1,2n)：为第：为第j 个新设施位置；个新设施位置；Pi(i=1,2m)：为第：为第i 个已有设施位置；个已有设施位置；Vjk：为第：为第j 个和第个和第k 个新设施间单位距离流动费用
10、与一个新设施间单位距离流动费用与一定时间内定时间内j、k 设施间往返次数的乘积；设施间往返次数的乘积；Wji：第：第j个新设施也第个新设施也第i 个已存设施间单位距离流动费个已存设施间单位距离流动费用与一定时间内用与一定时间内j、i 设施间往返次数的乘积；设施间往返次数的乘积；d(Xj,Pi)：新设施：新设施j 与已存设施与已存设施i之间的距离；之间的距离；d(Xj,Xk)：新设施：新设施j、k 之间之间的距离。的距离。则有线性规划问题目标函数：则有线性规划问题目标函数：),(),()(111ijnjmijinkjkjikPXdWXXdVxfMin（3）图解法。）图解法。图解法产生于图解法产生
11、于20世纪世纪50年代，有螺旋规划年代，有螺旋规划法、简化布置规划法及运输行程图法等法、简化布置规划法及运输行程图法等。优点：优点：将摆样法与数学模型法结合起来，但现将摆样法与数学模型法结合起来，但现在在实际中应用较少在在实际中应用较少。（4）系统布置设计法（）系统布置设计法（SLP法）法）Muther除提出了除提出了SPIF法，还对于工厂布法，还对于工厂布局等五个子系统提出了一套统一化系统化的局等五个子系统提出了一套统一化系统化的规划设计方法，即系统布局的规划设计方法，即系统布局的SLP法。这是当法。这是当前工厂布局设计的主流方法前工厂布局设计的主流方法。3.基本原始资料基本原始资料 工厂布
12、局是设施规划与设计的核心。工工厂布局是设施规划与设计的核心。工厂布局需要的资料有：厂布局需要的资料有：产品和产量（产品和产量（Product and Quantity）：影响设施）：影响设施的组成及其相互关系、选用设备的类型、物料搬的组成及其相互关系、选用设备的类型、物料搬运的方式等。运的方式等。工艺过程（工艺过程（Route）：对生产单位的物流系统组）：对生产单位的物流系统组成、物料搬运路线、仓库位置等有重要影响。成、物料搬运路线、仓库位置等有重要影响。辅助服务部门（辅助服务部门（Service）：指支持生产运行的各）：指支持生产运行的各服务部门，如工具领取和维修部门、动力部门、服务部门，如
13、工具领取和维修部门、动力部门、各公共设施管理部门等。各公共设施管理部门等。时间安排（时间安排（Time）：生产周期、投产的批量与批）：生产周期、投产的批量与批次、各种操作时间定额标准等。次、各种操作时间定额标准等。4.工厂布局的工厂布局的SLP(System Layout Planning)和工作过程和工作过程（1）工厂布局的工作步聚）工厂布局的工作步聚（2）工厂布局的）工厂布局的SLP(System Layout Planning)Muther将工厂布局设计分为四个阶段将工厂布局设计分为四个阶段：确定位置：包括工厂总体位置和厂内各组成确定位置：包括工厂总体位置和厂内各组成部分的位置。部分的位
14、置。工厂总体布局和规划：将物流和布局结合起工厂总体布局和规划：将物流和布局结合起来，决定工厂下层各个部门相互关系及相对来，决定工厂下层各个部门相互关系及相对 位置，画出初步区划图。位置，画出初步区划图。详细布置详细布置施工及安装施工及安装7.3 设备布置的主要类型和作业单位关系图设备布置的主要类型和作业单位关系图1.设备布置类型设备布置类型 离散制造业工厂布局设计过程是：离散制造业工厂布局设计过程是：宏观工厂宏观工厂布局布局车间和各部门详细布置车间和各部门详细布置设备布置设备布置落落实宏观工厂布局实宏观工厂布局。设备布置类型与生产组织形式密切相关。设备布置类型与生产组织形式密切相关。离散制造业
15、机械制造厂的四种基本设备布离散制造业机械制造厂的四种基本设备布置类型：置类型：（1）按产品原则布置（）按产品原则布置（Product Layout）一般用于专门制造某种产品的封闭式车间。一般用于专门制造某种产品的封闭式车间。优点优点：布局符合工艺过程物流顺畅，生产计：布局符合工艺过程物流顺畅，生产计划和管理简单方便。划和管理简单方便。缺点缺点：当产品变化引起设备布局重新变更，：当产品变化引起设备布局重新变更，生产节奏取决于最慢的设备，部分设备负荷生产节奏取决于最慢的设备，部分设备负荷较低。较低。（2）按工艺原则布置（）按工艺原则布置（Process Layout）将同类工艺设备和人员集中布置在
16、一起，又称机将同类工艺设备和人员集中布置在一起，又称机群式布置。适合于多品种小批量生产方式。群式布置。适合于多品种小批量生产方式。优点：优点：采用通用设备后，设备利用率高、可减少设备采用通用设备后，设备利用率高、可减少设备数量；产品品种与数量变化后不影响原设备布置。数量；产品品种与数量变化后不影响原设备布置。缺点：缺点：物料搬运路线长且不确定，生产计划和管理复物料搬运路线长且不确定，生产计划和管理复杂，生产周期长。杂，生产周期长。（3 3）固定工位式布置）固定工位式布置（Fixed Product LayoutFixed Product Layout）适用于飞机、船舶等大型不易移动的产品，适用
17、于飞机、船舶等大型不易移动的产品，适合于单件、小批生产方式。一切生产设备、适合于单件、小批生产方式。一切生产设备、人员、材料等都围绕产品装配的固定工位。人员、材料等都围绕产品装配的固定工位。优点优点：物料流动最小，生产柔性最好。：物料流动最小，生产柔性最好。缺点缺点：需要较高的工人技能并增加生产面积。：需要较高的工人技能并增加生产面积。（4 4）制造单元式布置（）制造单元式布置（Manuf Cell LayoutManuf Cell Layout）流行于流行于2020世纪世纪8080年代以后。年代以后。减少了物料减少了物料流动的距离，对需要完成的生产任务提供了流动的距离，对需要完成的生产任务提
18、供了很大的灵活性，方便生产计划的安排。单元很大的灵活性，方便生产计划的安排。单元间互不干扰，方便单元的管理。间互不干扰，方便单元的管理。为适应多品种小批量生产，发展了成组技为适应多品种小批量生产，发展了成组技术（术（GTGT），产生了成组单元布置形式（），产生了成组单元布置形式（Group Group Cell LayoutCell Layout）。产品按相似性分成不同的工）。产品按相似性分成不同的工艺族，然后制订适合每一族的工艺过程，同一艺族，然后制订适合每一族的工艺过程，同一族的产品要求在相似的设备上加工并有共同的族的产品要求在相似的设备上加工并有共同的相似的加工顺序。相似的加工顺序。1 1、设施规划包含哪些内容？、设施规划包含哪些内容？2 2、什么是物流？分哪几类？、什么是物流？分哪几类？3 3、工厂布局设计的原则？工厂设施布局各、工厂布局设计的原则？工厂设施布局各种常用方法的优缺点？种常用方法的优缺点？第第12讲讲 课后思考题课后思考题
