系统布置设计

引言

一个良好的设施布置设计可以使物料搬运的成本最低，使人员走动的距离最短，从而使办事效率最高。通常物料搬运和运输的成本约占制造业总成本的20％～50％，同时许多工伤事故来源于物料搬运。而物流中心的设施布置设计，关系到物流中心的建设能够减少不必要的投资，减少物料搬运，减少运营成本，能够提高生产效率，能够有效地利用空间、设备、人员和能源，为职工提供方便、舒适、安全的生产条件，使其较好地发挥经济效益和社会效益。若设施布置设计不当，将会对日后的经营运作产生极其不利的影响。

最初的设施布置设计主要是凭经验和感觉，但到了50年代，布置设计从传统的只涉及较小系统发展到大而复杂的系统设计，凭经验已难以胜任。于是，在综合各学科发展的基础上，布置设计中运用起系统工程的概念和系统分析的方法，1961年，由美国的缪瑟提出了极具代表性的系统布置设计(Systematic Layout Planning)理论，简称SLP法。缪瑟的系统布置设计(SLP)是一种条理性很强、物流分析与作业单位关系密切程度分析相结合，求得合理布置的技术，因此在布置设计领域获得极其广泛的运用。

但是随着科学技术的进步和市场经济的发展，企业生产模式发生了转变，即从大批量少品种向多品种小批量或大规模定制生产转换，以适应卖方市场向买方市场的转变，从1998年开始到今后一段时间，制造业、服务业之间竞争的焦点将不仅仅是价格的竞争，而是适应市场需求、客户快速反应、准时供货等方面的竞争。现代企业的特征使得将SLP方法直接应用于现代企业的设施布置中存在许多不足，本文将针对现代企业设施布置设计实践中存在的问题，将传统SLP法加以改进，致力探讨并提出一种适合现代企业的设施布置设计方法。

传统的系统布置设计――SLP法

在SLP方法中，将研究工程布置问题的依据和切入点，归纳为P――产品、Q――产量、R――工艺过程、S――辅助部门、T――时间5个基本要素。采用SLP法进行企业总平面布置的首要工作是对各作业单位之间的相互关系做出分析，包括物流和非物流的相互关系，经过综合得到作业单位相互关系表，然后，根据相互关系表中作业单位之间相互关系的密切程度，决定各作业单位之间距离的远近，安排各作业单位的位置，绘制作业单位位置相关图，将各作业单位实际占地面积与作业单位位置相关图结合起来，形成作业单位面积相关图；通过作业单位面积相关图的修正和调整，得到数个可行的布置方案；然后采用加权因素对各方案进行评价择优，并对每个因素进行量化，以得分最多的布置方案作为最佳布置方案。其步骤如图1所示。

直接应用SLP法的不足

在现代企业设施布置中，直接应用SLP法进行设施布置设计存在以下及方面的问题：

(1)不适合现代企业的生产特点。传统的SLP方法是基于计划推动式生产的方法，而现代企业的生产是基于市场订单需求，属于拉动式生产。

(2)缺少物流战略规划。战略规划比任何其他因素对现代企业设施布置设计的影响都要大，布置设计各项问题的分析都要基于企业经营战略、以实现战略规划为目标。传统的设施布置方法缺少战略规划，影响现代企业的持续发展。

(3)缺少动态柔性。SLP方法基本上是静态的，缺乏动态柔性。而现代企业的生产经营是以市场为导向的，随机性、时效性等特点很明显，要求其布置设计和生产系统具有适当的弹性、柔性，能紧随市场变化及时地、适度地进行调整。

(4)SLP方法缺少动线分析过程。所谓动线，就是货物和人员的移动路线。在整个企业范围内货物和人员的流动不能发生阻断、迂回、绕行和相互干扰等现象，要求动线具有完整性、合理性和流畅性。在总体规划方案初步确定后，就要及时地进行动线分析，以便做出相应的调整。

(5)由于历史的局限性，SLP方法没有充分考虑利用计算机技术。传统的方法主要是手工布置，受主观经验、自身知识及能力等多种因素的影响，虽然在布置过程中考虑了系统优化，但往往得不到较优解，有时得到的可能仅仅是非劣解，想要获得优秀的、令人满意的方案是比较困难的：而且手工布置程序繁琐，导致设计者最终提供给决策者的方案较少，可供决策者选择的余地太小，不利于科学决策。

改进SLP法――动线型SLP法

根据上述分析的在现代企业设施布置中运用传统SLP法存在的问题，本文将结合现代企业自身的生产运作特点，在参考国内外研究的新成果和新技术的基础上，提出一种适合现代企业的设施布置设计的改进SLP法。由于这个方法加入了动线分析，故我们称之为动线型SLP法，其程序模式示意图详见图2，大致分为8个阶段。

(1)资料搜集与分析阶段

资料的搜集与分析是现代企业设施布置设计的重要前提。在此阶段，搜集并分析影响布置设计的基础数据和背景资料，主要包括：E―Entry，指加工、服务的对象或接收的订单，I―Item，指加工产品或处理货物的种类；Q―Quantity，指加工产品或处理货物的数量；R―Route，指产品的工艺流程或货物处理的作业流程i S―Service，指辅助部门和物流服务水平；T―Time，指生产加工的时间安排或物流服务的时间；C－Cost，指现代企业的建造预算。EIQ分析属于基于拉动的分析方法，与传统SLP中基于推动的PQ分析有着本质的区别。

上述资料可以根据对历史资料或商务合同的统计、同类现代企业的参考类比、专家经验咨询、市场调查分析、甚至是实验测算的办法获得，尽可能准确。

(2)确定设施布置类型

对于生产企业来说，企业生产的产品品种的多少以及每种产品产量的高低，决定了企业的生产类型，直接影响着企业的总体布局及生产设施的布置形式。在新建、改建、扩建企业时，首先要确定企业未来的产品及其生产纲领，必须对企业的未来产品与产量关系――生产类型进行深入分析，进一步优化设计制造系统和确定最优的工艺过程。这是企业布置设计的前提。

根据单位时间内产品的生产量，可以把企业的生产类型分为单件生产、成批生产和大量生产3种生产类型。按产品在制造过程中的位置是否变化分为产品固定式和产品移动式两大类。固定布置指加工或服务对象位置固定，而加工或服务设备围绕着该固定位置移动的一种布置方式。这种方式主要用机、轮船等难以移动的加工对象的布置。产品移动式布置又可分为产品布置、工艺布置及成组布置3种形式。每一种设施布置形式各有特点，分别适应不同的生产类型。产品布置也称为流水线布置或对象布置，

这种布置形式就是按产品的加工工艺过程顺序配置设备，这时生产效率非常高，但生产适应性差，适用于少品种大量生产。工艺布置也称为机群式布置，即把同种类型的设备和人员集中布置在一个地方，这样便于调整设备和人员，容易适应产品的变化，生产系统的柔性大大增加。但是，当工件需要经过多种设备进行加工时，工件就不得不往返于各工序之间，增加了产品搬运次数与搬运距离，常常带来物料交叉搬运与逆向流动的问题，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。成组布置又称混合布置，在产品品种较多，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合成成组制造单元，整个生产系统由数个成组制造单元构成。这种布置方式既有流水线的生产效率又有机群式布置的柔性，可以提高设备开工率、减少物流量及加工时间，成组布置适用于多品种、中小批量的生产类型。

综上所述，产品品种的多少、产量的高低直接决定了设施布置的形式，图3直观反映了产品种类――产量与设施布置形式的关系，图中每柱代表一类产品的产量。只有对产品种类――产量关系深入分析，才能产生恰当的设施布置形式。

以上均是针对生产企业来说的，那么对于物流中心，同样可以根据处理货物的种类――数量关系确定恰当的设施布置形式。

(3)作业单位及作业活动分析

在对前述基础数据和背景资料分析的基础上，进而对现代企业主要的业务活动、作业的关联性及其大体作业流程进行分析，划分作业区域和作业单位。在此过程需注意作业区域之间可能存在的信息交换关系、组织协调关系、考虑操作安全和环境需要而保持的距离关系。

在大多数企业中，各作业单位之间既有物流联系也有非物流的联系，两作业单位之间的相互关系应包括物流关系与非物流关系，因此要将作业单位问的相互关系与非物流的相互关系进行合并，求出合成的相互关系――综合相互关系，然后由各作业单位间综合相互关系出发，实现各作业单位的合理布置。

(4)初步方案形成阶段

在这一阶段所采用的方法，和传统的SLP方法基本上是一致的。只是由上一步的部门综合关系图生成线型图，再将面积的约束及各种实际限制条件加入，采用试错法生成空间关系图，即生成初步布置方案X、Y、Z．．．．．．

(5)方案评估和选择阶段

对上一步形成的数个方案，应用系统工程学，技术经济学，或者计算机仿真的方法，从社会、经济、技术等方面因素，对各方案进行的综合评价和方案评估，从中选择一到两个可选方案进行详细设计。

(6)详细布置设计阶段

对各作业区内部所使用的各种设施、设备器具，作业场所、车间通道等进行详细布置和安排。在此阶段建议重复使用综合关系法，因为从考虑问题、布置思路和处理方法等角度来看，各作业区内部的详细布置设计和各作业单位布置设计的方法几乎完全一样，只是工作的深度、设计的范围和细致程度不同，详细设计阶段考虑的问题更细致些，布置的内容更具体些。

(7)动线分析

在此之前均是空间的合理布置设计，故在对一到两个可选方案进行详细布置设计后，有必要对现代企业的物流动线和人行动线进行分析，即物料搬运系统分析，并对最优方案进行调整、反馈修正，使其物流动线和人行动线具有最大的合理性和流畅性，并使搬运方法和搬运手段合理化，以提高现代企业的运转效率。在这里可以运用系统搬运分析方法SHA(Systenatic Handling Analysis)进行动线分析。一般来说，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，需要按照给定的入、出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、贮存要求等方面的影响。物流动线的主要型式有直线式、U型、S型、O型、L型等。实际流动模式常常是由5种基本流动模式组合而成的。新建企业时可以根据生产流程要求及各作业单位之间物流关系选择流动模式，进而确定建筑物的外形及尺寸。

(8)确定最佳布置方案

根据以上的动线分析，确定最佳布置方案进行实施，在实施过程中再对布置方案进行调整和进一步完善。

比较

由动线型SLP法的程序模式我们可以看出，动线型SLP法与传统SLP法相比存在以下3点不同：

第一，设计基于的基础数据和背景资料不同。传统SLP法的设计基于P――产品、Q――产量、R――工艺过程、S――辅助部门、T一一时间5个基本要素。动线型SLP法主要依赖于E――接收的订单，I――种类、Q――数量、R一一流程、S――辅助部门和物流服务水平、T――时间安排、C――建造预算等要素。现代企业已从原来的推动式生产转为拉动式生产，故需要根据未来可能的订单或已接收的订单进行布置设计，与传统SLP中基于生产计划的布置设计有着本质的区别。

第二，在程序上有所改变。针对现代企业的特点，在传统SLP法的程序模式上，加入了设施布置类型的确定、详细布置设计及动线分析阶段。在动线型SLP法中，我们首先强调设施布置类型的确定。确定了布置类型，才能确定作业单位及作业单位间的相互关系。其次，评出可选布置方案后，我们建议重复使用综合关系法，对各作业区内部进行详细布置设计。然后进行动线分析，将空间的布置设计和物料搬运系统相协调，因为设施布置设计只有通过完善的搬运系统才能显示出其合理性。

第三，在动线型SLP中，我们更强调设施布置设计的柔性。柔性是指系统适应环境变化或输入条件变化的能力。对于现代企业的设施布置设计来说，其柔性体现在能够根据业务的繁忙程度，及时对现代企业的设施布置进行调整。

一般来说，现代企业布置设计的柔性、弹性，可以从布置设计、建筑技术、机械制造等多方面考虑，采取多种措施来实现，如：①考虑到将来可能发生的变化，布置设计要适当留有余地，暂时没用的地方予以绿化；②把未来有较大扩充可能性的作业区，布置在现代企业可以扩展的纵深方向；③多利用大跨度车间厂房，一则可以提高空间利用率，二则便于作业区就在此厂房内局部调整④利用组合式厂房、可拆卸墙体，必要时拆迁重新组装搭建，利于快速变动和调整；⑤机器设备布置时多采用成组技术、可重构技术；⑥注意各种机械设备、建筑设施等的标准化、模块化；⑦机器设备的安装固定多采用弹性固定、可移动性支撑构件等等。

小结

本文对传统的系统布置设计SLP方法进行了分析，指出将其直接应用于现代企业设施布置设计中存在的不足，进而结合现代企业自身的业务运作特点，在借鉴传统SLP方法的基础上，提出了一种适合现代企业的设施布置设计方法――动线型SLP法，并给出了其程序模式。由于现代企业设施布置设计是一个非常复杂的系统工程，文章提出的方法还有待于在今后的实践中不断完善。

特别要指出的是，在设施布置设计中要注意充分利用计算机技术。计算机辅助的设施布置设计，可以快速获得现代企业的设施布置方案；且由于计算机辅助设施布置中引入了寻优过程，因此一般可以得到较优的方案；另外计算机辅助设施布置容易得到多个方案以供决策者选择。总之，激烈的市场竞争要求现代企业设施布局信息的计算机化，以利于建立现代企业设施布局调整的快速响应，计算机仿真技术也可以有效地对布置设计方案进行分析和评估。

(作者联系：wangshengliu@163．com)