第3讲生产、服务设施选址与布置优化

生产与运作管理Production&OperationManagement第3讲生产/服务设施选址与布置优化4.1选址决策4.2设备/设施布置决策4.3选址与布置决策的定量分析4.4装配线平衡4.5非制造业的设施布置4.1选址决策选址的问题是在系统的基础上加以优化的。现代的企业运作，不仅要关注本企业的业务流程，而且要考虑整个供应链系统，选址的含义早已扩展到整个供应链上的合作伙伴那里。供应商制造商仓储和配送中心客户：物流：需求信息流图4-1:供应链结构示意图一个企业的竞争力将直接受到其地理位置和环境的影响。对于制造业企业，地理布局决定着某些直接成本的高低。对于服务业企业，选址问题直接影响着供需关系（如客流量）。选址的问题还影响着员工的情绪、相互之间的关系以及公共关系等。选址决策的基本概念设施选址（FacilityLocation），就是为实现企业战略目标、综合平衡各种因素，确定在何处建厂或建立服务设施的过程。设施选址不仅关系到设施建设的投资和建设的速度，而且在很大程度上决定了所提供的产品和服务的成本，从而影响到企业的生产管理活动和经济效益。选址决策与物流系统一个企业的选址决策，与供应商、消费者及其他相关因素有密切关系。理想情况下，一个企业作出的选址决策应使企业的利润最大化，至少应使物流处于控制之中。从物流系统出发，就是要综合考虑所有的因素，使得物流链上的每一个节点都能达到最优。影响选址的因素经济因素运输条件与费用运输工具：航空、铁路、水路、管道运输、陆路企业选址要考虑是接近原材料产地还是消费市场劳动力可获性与费用能源可获性与费用厂址条件和费用其他因素政治因素政治局面、法制的健全、税负的公平社会因素居民的生活习惯、文化教育水平、宗教信仰和生活水平自然因素气候条件和水资源状况服务设施选址的特殊性服务设施是指具有独立服务功能的机构，如商场、餐厅、机场、火车站、公园等服务设施的选址决策有其特殊性除了考虑上述因素外，还有考虑所选地区人口情况、所选地区的消费者购买力、所选地区的客流量、设施质量（包括可达性、可视性、扩展性、停车位等）、已有同类服务设施情况等因素。选址的一般步骤选择某一个地区可以选择在城市设厂、农村设厂和城郊设厂。在同一地区选择若干适当的地点比较不同地点，作出决定4.2设备/设施布置决策生产和服务设备/设施布置就是指合理安排企业或某一组织内部各个生产作业单位和辅助设施的相对位置与面积、车间内部生产设备的布置。生产和服务设施布置要在确定了企业内部生产单位组成和生产单位内部采用的专业化形式之后才能进行。影响企业生产单位构成的因素产品的结构与工艺特点企业的专业化与协作化水平企业的生产规模生产单位的专业化原则和形式生产单位专业化形式，影响企业内部的生产分工和协作关系，决定着物料流向、物流路线和运输量，他是企业与车间平面布置中必须考虑的重要问题。工艺专业化原则（processfocused）对象专业化原则（productfocused）纯粹按工艺专业化形式或对象专业化形式布置的较少，常常是同时采用两种专业化形式进行车间或企业的布置影响生产和服务设施布置决策的因素厂房的布置满足生产过程的要求，以避免互相交叉和迂回运输，缩短生产周期，节省生产费用生产联系和协作联系密切的单位应相互靠近布置充分利用现有运输条件按照生产性质、防火和环保要求，合理划分厂区在考虑防火和卫生条件下，总平面布置应力求占地面积最小工厂布置应考虑有扩建的余地几种典型的布置形式物料流程形式流程形式可以分为水平的和垂直的所有的设备、设施都在同一个车间里时，按水平方式考虑生产运作是在同一个楼层周转时，按垂直方式考虑布置类型固定式布置（FixedPositionLayout）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。零部件工位器具图4-6:固定位置布置示意图按产品布置（ProductLayout）按对象专业化原则布置有关机器和设备，常见的如流水生产线或产品装配线。加工设备加工设备流水线图4-7:按产品（对象）布置的示意图按工艺过程布置（ProcessLayout）又称工艺专业化布置。即按照工艺专业化原则将同类机器集中在一起，完成相同工艺加工任务。LLLDDDDGG接收和转运LDG车床组镗床组磨床组磨床钻床车床图4-8:按工艺过程布置示意图按成组制造单元布置（LayoutsBasedonGroupTechnology）LDDGGLPGLL原材料成品库单元1单元2单元3GDL车床钻床磨床图4-9:成组生产单元布置示意图按C形制造单元布置机器2机器1机器3机器4机器5机器6入口出口图4-10:C形制造单元布置示意图U形制造单元及生产线布置（U-lineCell）76543217654321入口出口入口出口机器工人的行走路线图4-11:U形制造单元及生产线布置4.3选址与布置决策的定量分析量本利分析法量本利分析法可以用来评价不同的选址方案。任何选址方案都有一定的固定成本和变动成本，图4-15表示两种不同的选址方案的成本和收入随产量变化的情况。收入TC2（厂址2总成本）TC1（厂址1总成本）FC1（厂址1固定成本）FC2（厂址2固定成本）成本销售量P1P2V0V1V20图4-15两个选址方案比较评分法表4-2为评分法的举例。有3个候选厂址：A、B和C，它们的经济因素相当。现按7个难以量化的因素对它们进行进一步比较。这7个因素对选址的重要性不同，这种不同从表4-2中第2列“最高分数”可以看出。通过专家估计每个方案的分数，得出第3、4、5列中的数字。比较这些数字可以看出，厂址C的每项分数都没有超过厂址B的分数，厂址B与厂址A都有优于对方的因素。因此，可以不考虑厂址C。厂址B的总分数为900，厂址A的总分数为840，可以优先选择厂址B。选址因素最高分数候选厂址ABC未来燃料可获性水源供应的充足程度劳动力供应情况生活条件运输的灵活性及前景环境污染法规税收稳定性共计30010025015020050501100200802201201603030840250902001201604040900220802001001403030800表4-2评分法举例评分法也可以采用其他形式，如表4-3所示的加权法。用加权法，每一个选址因素最多为100点，其重要程度由权重表示。这样专家评分时会感觉方便些。选址因素权重备选厂址ABC交通条件土地状况停车场地可获性公众态度扩展潜力0.250.100.200.250.2070807090901007060808080100609080表4-3加权法作业相关图作业相关图法由穆德提出，它是根据企业各个部门之间的活动关系密切程度布置其相互位置。首先将密切程度划分为A、E、I、O、U、X六个等级，然后列出导致不同程度关系的原因。使用这两种资料，将待布置的部门一一确定出相互关系，根据相互关系重要程度，按重要等级高的部门相邻布置的原则，安排出最合理的布置方案。作业相关图代号密切程度A绝对重要E特别重要I重要O一般U不重要X不予考虑代号关系密切原因1使用共同的原始记录2共用人员3共用场地4人员接触频繁5文件交换频繁6工作流程连续7做类似的工作8共用设备9其他表4－4：关系密切程度分类表表4－5：关系密切原因例4-1一个快餐店欲布置其生产与服务设施。该快餐店共分成6个部门，计划布置在一个2×3的区域内。已知这6个部门间的祖业关系密切程度，如图4-16所示，请根据4-16作出合理布置。部门6部门5部门4部门3部门2部门1AAAAAAXOXEOUXIU这里的符号表示两者的关系绝对重要图4－16：作业相关图示例解：第一步，列出关系密切程度分类表（只考虑A和X）AX1-21-41-33-62-63-43-54-65-6第二步，根据列表编制主联系簇，如图4-17所示。原则是，从关系“A”出现最多的部门开始，如本例的部门6出现3次，首先确定部门6，然后将与部门6的关系密切程度为A的一一联系在一起。2456546231图4－17：联系簇图4－18：联系簇第三步，考虑其他“A”关系部门，如能加在主联系簇上就尽量加上去，否则画出了分离的子联系簇。本例中，所有的部门都能加到主联系簇上去，如图4-18所示。第四步，画出“X”关系联系图。如图4-19所示。第五步，根据联系簇图和可供使用的区域，用实验法安置所有部门（如图4-20所示）3416126354图4-19：X关系联系簇图4-20：最后结果从……至……表法从……至……表是一种常用的生产和服务设施布置方法。其基本步骤如下：选择典型零件，制定典型零件的工艺路线，确定所用机床设备制定设备布置的初始方案，统计出设备之间的移动距离确定出零件在设备之间的移动次数和单位运量成本用实验法确定最满意的布置方案。线性规划方法优化的目标是使总的物料搬运成本最低。这是一个四重分配问题，一般来说，该问题用人工求解是极为困难的。不过，现在市场上有许多软件公司开发出来的优化软件包，例如LINGO，就可以非常方便地解决这些问题。重心法重心法是一种解决单一设施的选址问题的简单方法。它根据物流系统中不同的设施之间的路程与运输量的大小，选择一个使到各个需求点与供应点之间路程与运量乘积最小的地点。该方法常用于中间仓库或分销中心的选址上，也常用于在现有设施中间增加一个新设施的布置问题。重心法的基本数据模型如下：重心法的基本步骤：建立反映地理位置的坐标系（最好用地图）确定各供应点（或需求点）与待确定的配送中心（或中心仓库）之间的运输量计算待确定位置的坐标，选择总运量最小的地点配送中心或中心仓库的选址，一般可以采用这种方法。应用范例：重心法解决选址问题某公司由于业务的发展的需要，计划在某地建立一个配送中心，以解决货物的供应问题。现有四个销售点，其每月的销售量以及它们的地理坐标如表4-3所示。现根据这个表的数据确定一个最佳的配送中心位置。表4-3各销售点的销售量与地理位置按照重心法，配送中心的最佳位置：销售点地理位置每月销售量甲10，50100乙20，80120丙50，100150丁100，502002.54200150120100200100150501202010010iiiWxWx7.66200150120100200501501001008010050iiiWyWy计算机辅助选址决策与设施布置随着计算机在企业管理中的应用，越来越多的管理人员处理生产与服务设施布置时，通过计算机解决一些比较复杂的问题。下面介绍一个常见的计算机辅助布置的软件：CRAFT（ComputerizedRelativeAllocationofFacilitiesTechnique）。CRAFT是美国人开发出来的一种常用的计算机辅助生产和服务设施布置的工具，它的基本内容如下：（1）合理布置实现的目标是运输总成本最小。（2）允许对生产中的材料和部件使用不同的物料搬运方式和工具，其成本同搬运距离成比例。（3）已知各块状中心的面积及其初试布置方案，并在布置图上标明各个块状中心的坐标。（4）若某些块状中心要求特殊位置，则可以作为约束条件，预先说明。（5）使用计算方法进行运算，使整个系统综合搬运费用最小。4.4装配线平衡装配线时间平衡的概念所谓装配线平衡，又称工序同期化，是对于某装配流水线，在给定流水线的节拍后，求出装配线所需工序的工作地数量和用工人数最少的方案。装配线问题还可以表述为：对于特定的产品，给定工作地数量，求出使流水线节拍最小的配置方案。这两种表达方式都是要使各工作地的单件作业时间尽可能接近节拍或节拍的整数倍。装配线节拍的计算所谓装配线节拍，是指装配线上连续出产两件相同制品的时间间隔。它的计算公式是：0*eFFrNN计划期有效工作时间计划期内计划产量r为流水线的平均节拍（分/件）；Fe计划期有效工作时间（分）；N为计划期预计出产的合格产品产量（件）；F0为计划期知道工作时间（分