【学习目标】
了解设施规划的内容、程序，工厂布置的形式；熟悉PQ分析与布局形式，当量物流计算、物料分类方法；掌握应用综合相互关系法进行设施布置的思想及步骤。通过学习案例：平面布置跨越定性阶段——某石墨电极厂总平面布置，进一步熟悉系统布置设计（SLP）的使用方法。
【关键术语】
设施规划、工厂布置、物流分析、SLP。
【引导案例】
某自行车制造公司管材车间是该企业自行车生产过程中的第一个管材加工车间。由于该车间的现有设施布置是建厂初期规划设计的，随着生产量的不断提高，加工设备逐步增加，原有布置已经不能满足新的产量要求，车间内物料倒流、无效装卸次数增加、在制品数量和停留时间增加等物流混乱现象日趋严重。虽然设备加工能力增加了，但生产能力并没有得到相应的提高，相反却增加了产品质量控制的难度。
为适应市场对产品需求量的增加，该企业在管材加工车间生产面积不变的情况下，应用SLP对该车间设施布置进行重新设计，改善了生产物流，达到了通过提高生产效率来提高生产能力的目的。
第一节设施规划概述
设施（Facilities）是指工厂、配送中心、服务中心及其相关装备。因此设施的规划和设计是设计生产系统和服务系统的一项重要内容。我国习惯于用“工厂设计”这一名词，工厂就是工业设施，但只是设施规划的一部分。随着工业工程学科的发展，不仅工业各部门，而且各种服务业也都包含在研究开发对象的范围内，也就是将工厂规划、设计的各种原则和方法扩大到非工业设施，包括各种服务设施，如医院、机场、连锁超级市场等。
一、设施规划与设计的内容
1.场址选择
任何一个生产或服务系统都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。因此，生产或服务系统所在的地区和具体的位置对系统的运营是非常重要的。
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，适用于各种类型的设施的规划与设计，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.工厂布局设计
生产系统是由建筑物、机器设备、运输通道等组成的。服务系统也是由许多部门组成的，如饭店往往由餐厅、厨房、仓库等多个部门组成。各种系统内部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。工厂布局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、运输通道和场地做出有机的组合与合理配置，达到系统内部布置最优化。
工厂布局设计是设施规划与设计的一个最为重要且最为成熟的研究领域，其主要研究范围包括：工厂平面布置、物料搬运、仓储、能源管理及办公室布置等。在制造业中，工厂布局设计主要是确定工厂的生产部门、辅助服务部门和管理部门的位置，合理和有效的工厂布置对提高企业的生产效益、降低成本起着重要的作用。
3.物料搬运系统设计
根据资料统计分析，产品制造费用的20％～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对物料搬运路线、运量、搬运方法和设备、储存场地等做出合理安排。在物料搬运系统设计中，物料搬运系统分析（SHA）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.信息网络设计
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中的一个组成部分。
二、设施规划设计的原则
现代设施规划设计应遵循如下原则
1.减少或消除不必要的作业
这是提高企业劳动生产率和降低消耗的有效方法之一。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
因为生产或服务系统的有效运行依赖于人流、物流、信息流的合理化，因此必须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。
3.追求系统的整体优化
运用系统的概念、系统分析的方法求得整个系统的整体优化，而不仅是物流系统的优化。
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和身心健康的影响。
5.反复迭代及并行设计
设施规划设计是从宏观到微观，又从微观到宏观的反复迭代、并行设计的过程。要先进行总体规划布置方案，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。
三、设施规划与设计的阶段与程序
设施规划与设计工作贯穿工程项目发展周期中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。
这种结构形成了从全局到局部、从整体到细节、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一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，并行交叉进行。因此，设施规划与设计必须按照“顺序交叉”方式进行工作。
四、设施规划（布局设计）设计方法
工厂布局（Plant Layout）是设施规划与设计的核心，必须首先进行。布局设计也是物流系统设计分析的重要一环，它既受到生产物流系统其他设计环节的影响，也对生产物流系统的其他设计环节产生影响。布局设计方法可分为：
1.摆样法
这是最早的布局方法。它利用二维平面比例模拟方法，将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，通过相关关系的分析，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，对复杂的系统该法就不十分准确，而且花费时间较多。
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CAD相结合的系统布局软件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，但在实践中应用较少。
4.系统布置设计（SLP）法
Muther除了提出SPIF外，还对于工厂布局等五个子系统提出了一套统系统化的规划设计方法，即系统布局的SLP法。这是当前工厂布局设计的主流方法。
第二节系统布置设计模式
一、工厂布置概述
在机械工业迅速发展的今天，新技术不断涌现，市场瞬息万变，新的工艺、加工方法和新的设备不断出现，而且随着技术的发展，人的因素对生产的影响也正在引起重视，这就必然要求原有企业尽可能快地适应新的变化和新的要求，以满足产品经常变化的趋势，降低生产成本，提高生产率，达到增加经济效益的目的。
传统的观点认为，降低生产成本主要着眼点在于产品的设计和加工工艺方面的改进。但是，如前所述，产品制造费用的20％～50％是用作物料搬运的，而物料搬运直接与工厂布局及设备布置情况有关，有效的设施布置大约能减少搬运费用的30％。工厂设施布置的优劣不仅直接影响着整个生产系统的运转通畅性，而且也成了决定产品成本高低的关键因素之一。
最具代表性的工厂布置方法是缪瑟提出的系统布置设计（Systematic Layout Planning，SLP），该方法提出了作业单位相互关系密级表示法，使布置设计由定性阶段发展到定量阶段。
1.工厂设施布置设计的基本要素
系统布置设计的要素就是系统布置分析时所必须掌握的原始数据资料，由于不同的物流设施的功能存在差异，规划的目标与采用的分析方法不相同，因此其系统布置设计的要素有所区别。
2.系统布置设计（流程）模式
（1）准备原始资料。
在系统布置设计开始时，首先必须明确给出原始资料——基本要素，同时也需要对作业单位的划分情况进行分析，通过分解与合并，得到最佳的作业单位划分状况。所有这些均作为系统布置设计的原始资料。
（2）物流分析与作业单位相互关系分析。
对于物流中心、配送中心，物流分析是布置设计中最重要的方面。另外对于某些以生产流程为主的工厂，物料移动是工艺过程的主要内容时（如一般的机械制造厂），物流分析也是布置设计中最重要的方面；对某些辅助服务部门或某些物流量小的工厂来说，各作业单位之间的相互关系（非物流联系）对布置设计就显得更重要了；介于上述两者之间的情况，则需要综合考虑作业单位之间物流与非物流相互关系。
作业单位间的物流分析的结果，可以用物流强度等级及物流相关表来表示；作业单位非物流的相互关系可以用量化的关系等级及相互关系来表示。在需要综合考虑作业单位间物流与非物流的相互关系时，可以采用简单加权的方法将物流相关表及作业单位间相互关系表综合成综合相互关系表。
（3）绘制作业单位位置相关图。
根据物流相关表与作业单位相互关系表，考虑每对作业单位间相互关系等级的高或低，决定两作业单位相对位置的远或近，得出各作业单位之间的相对位置关系，有些资料上也称之为拓扑关系。这时并未考虑各作业单位具体的占地面积，因而得到的仅是作业单位相对位置，称为位置相关图。
（4）作业单位占地面积计算。
各作业单位所需占地面积与设备、人员、通道及辅助装置等有关，计算出的面积应与可用面积相适应。
（5）绘制作业单位面积相关图。
把各作业单位占地面积附加到作业单位位置相关图上，就形成了作业单位面积相关图。
（6）修正。
作业单位面积相关图只是一个原始布置图，还需要根据其他因素进行调整与修正。此时需要考虑的修正因素包括物料搬运方式、操作方式、储存周期等，同时还需要考虑实际限制条件如成本、安全性问题及职工意愿等方面。
考虑了各种修正因素与实际限制条件以后，对面积图进行调整，得出数个有价值的可行设施布置方案。
（7）方案评价与择优。
针对前面得到的数个方案，需要进行技术、费用及其他因素评价，通过对各方案比较评价，选出或修正设计方案，得到布置方案图。
依照上述说明可以看出，SLP是一种采用严密的系统分析手段及规范的系统设计步骤的布置设计方法，具有很强的实践性。在总体规划阶段的设施总体区位布置和详细规划设计阶段的各作业区域的设备布置均可采用系统布置设计SLP程序。
二、工厂布置的形式
1.物料流程形式
设施布置目标是使总成本最小，当物流成本最小是主要目标时，流程分析在布置中就是很重要的问题。流程形式可以分为水平和垂直两种。如果所有的设备、设施都在同一个车间里时，就按水平方式考虑，当生产作业是在多个楼层周转时，就按垂直方式考虑。
2.布置类型
（1）固定式布置。固定式布置（fixed position layout）是指加工对象位置固定，生产工人和设备都随加工产品所在的某一位置而转移，例如内燃机车的装配、造船装配等，这种布置形式适用于大型产品的装配过程。
（2）按产品布置。按产品布置（product layout）就是按对象专业化原则布置有关机器和设施。最常见的如流水生产线或产品装配线。
