第二章设施规划与设计
第一节设施规划与设计的理论概述
定义：是指如何运用科学的方法决定设施的地理位置，使之与企业的整体经营运作系统有机结合，以便有效、经济地达到企业的经营目的。就是指确定在什么地方建立工厂或者服务设施。
就是对可供选址的地区和具体位置的有关影响因素进行分析和评价，从而达到厂址最优化。
2、布置设计（工厂布局）
定义：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和合理配置，达到系统内部布置最优化。
建筑物是物流作业的重要场所设施，其内部的建筑空间、地理方位、面积与形状、功能区划与物流作业效率、成本密切相关。
机器设备的数量、安置、排列、作业弹性和空间配置，也会对生产或服务
系统的整体物流运作产生关键性的影响，如影响搬运。
3、物料搬运系统设计
对信息通信的传输系统进行全面设计。
三、设施规划与设计的意义
1、设施规划的必要性
新建一个全新的企业；
国家发展和改善产业结构和生产力布局（工业园）；
企业扩大再生产，形成新的生产能力而建设新的设施；
改变产业结构或新产品，进行的新建或扩建车间厂房；
因城乡规划、市场变化等原因，进行设施的搬迁；
因工艺落后、设备陈旧、管理不善进行现有设施的技术改造；
为使物料搬运合理化，改善劳动条件、解决环境污染、降低能耗；
为实现企业信息化而需要对现有设施进行改造。
2、设施规划的意义
（1）提高生产力
美国企业界及学术界从企业管理的角度看待设施规划的地位和作用，认为设施规划是科学管理企业的开端。
一般认为，在制造企业的总成本中，用于物料搬运的占20%～50%，而有效的设施规划至少可以减少10%～30%，因此，设施规划被认为是提高生产率
最有希望的因素之一。
例如，某生产自动调节阀门厂，通过改善工厂内物流，提高生产率 5 成。
（2）降低企业运行成本
一项设施的规划与设计，所需要的费用只占总投资的2%～10%，往往比不可预见的费用还少，但对投产后的企业却带来很大的收益。
在规划、设计、建造、安装、投产的各阶段中，如果要对企业的某一方面
加以改变，所需要的费用将逐步上升。到了投资后再改进，则事倍功半，有时
很困难甚至不可能。因此，设施规划与设计不但可以避免不良设施的出现，还可以大大降低运行成本。
例如，某汽车发动机厂，进行物流系统规划，使搬运量减少46.7%，节约
了用地；某变压器厂，通过设施重新规划，搬运费节约50％以上。
（3）提高企业运作效率
企业运行效率的高低，除了与建成运行后企业管理水平的高低相关外，还取决于设施本身规划与设计的好坏。
（4）避免不必要的改扩建
由于选址不合理、没有预留发展余地、设施设计存在问题等因素，很多企业只能不断地寻找新的厂址或对现有设施进行各种改造。
不必要的分厂不断出现，重复设施不断出现，使企业的运作费用大大增加。只有在规划设计阶段，充分考虑企业未来发展，才能彻底避免不必要的改建与扩建。
（5）提高对客户的服务能力
客户对企业服务的要求越来越高，因此，企业的设施一定要能够满足这种要求。
（6）提高企业间合作能力
随着经济全球化进程的不断发展，企业间合作变得越来越重要。供应链管理理论要求企业的设施与相关企业能够进行很好的“合作”。
例如，现代汽车制造企业要求零部件供应商，把零部件直接送到生产线上，以最大限度地减少搬运环节，降低成本。企业为了满足这种发展需求，必须在设施规划与设计阶段做好相应的准备。
新建和重建设施，都必须选择适当的场址。存在于工业领域，也存在于服务性行业，比如KFC 和麦当劳的新零售门店的选址堪称典范。
设施选址就是确定在何处建厂或建立服务设施。它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。
二是复合设施的场址选择。为某个企业的若干个下属工厂、仓库、销售点、服务中心等选择各自的位置，目的是使设施的数目、规模和位置达到最佳。
2、意义
厂房、物流中心或商铺等应该建在哪里呢？在现代制造业和服务业里，这都是一个具有战略意义的重要问题。特别是在市场和生产全球化的时代，这一问题尤为重要。
成后的生产经营状况都有重大意义。如果先天不足，会造成很大损失。因为场址一旦确定，设施建设完工，一般无法轻易改动。
【案例】国内因选址规划决策失误而造成重大损失的案例屡见不鲜。
海南：2004 年4 月至7 月，海南省人大常委会就城市规划问题对一些城
市调研时发现，仅10 万人的万宁镇建了一座30～40万人用的水厂，致使每月亏损10万元。
文昌市在搬迁行政中心时以权代法，盲目决策，目前该市的经济发展和城市建设并未如预期的那样向新行政中心发展，每年光接送干部职工上下班的交通费用就得花费300 万元。
湖北：1994 年武汉市政府出台文件，鼓励武泰闸兴建蔬菜批发市场。因
缺乏统一规划，迅速发展的14 个武泰闸市场零星分布，与107 国道武汉段和武昌火车站几乎连成一片。这一规划失误付出的代价是： 3 亿元政府资金、7 年交通堵塞。2004 年6 月，武泰闸市场整体搬迁。
深圳：历经数年建设，总投资逾31.9亿元人民币、占地面积达28 万平方米的深圳会议展览中心，因政策没有延续性、规划不科学、决策具有太大的随意性，建设期间中出现三次选址，两次变更，造成直接损失近5000 万元。
（1）设施选址是企业成功的首要基础。
它不仅关系到建立设施的投资和建设速度，还影响着企业在将来提供产品或者服务的成本，从而影响企业的经济效益。尤其是服务设施选址，还影响到将来面临的需求量的大小，直接关系到营业额的多少。
除了少数严重依赖特定资源的企业之外，大部分企业都面临着选址这样一个决策问题。随着经济的全球化，设施选址可以考虑的范围已经扩展到全球。
特别是现代企业与企业的竞争已经发展成供应链与供应链之间的竞争，所以企业在选址的时候不能仅仅考虑自己的问题，而是要考虑整个供应链系统，
把位于不同地区的合作伙伴也纳入选址需要考虑的范畴。
显然，企业的竞争力直接受到其地理位置和环境的影响。例如对于制造业，选址不同，导致运输成本、劳动力成本等都不同；而对于服务业企业来说，选
址更是直接影响到需求量。
（2）选址是一项极为重大的决策，而且是永久性的投资。一旦设施建成，如果发现选址不理想，想要出售、搬迁或者改建都十分困难。因此，选址错误就注定了企业失败的命运。
二、设施选址的考虑因素
1、成本因素
（1）运输成本
企业的经营活动离不开交通运输，原材料进厂、产品出厂、职工上下班，
都需要便利的交通。
接近原材料产地：原材料笨重而价格低廉的企业；原料易变质的企业；原料笨重，产品由原料中的一小部分提炼而成；原料运输不方便。
接近消费市场：产品运输不便；产品易变化和易变质；大多数的服务业。
（2）原料供应
（3）动力、能源的供应和成本
出于供应时间和采购成本方面的考虑，那些耗能大的企业必须认真考虑此项，例如火电站希望靠近煤炭基地，钢铁厂希望靠近铁矿山。
（4）水的供应
（5）人力资源的供应条件和费用
劳动力是最重要的生产资源，有数量上和质量方面的要求。工资成本是场址选择时最重要的评价标准之一。
不同地区的劳动力资源的丰富程度、工资水平以及受教育程度都是不一样的，是否容易获得企业需要的合格劳动力，是选址时需要考虑的重要问题。
（6）建筑成本
2、非成本因素
（1）社区情况
（2）气候和地理环境
（3）环境保护
（4）当地政府政策
政治因素包括政局是否稳定，法制是否健全等。政局稳定是发展经济的前提条件，在动荡不安的国家建厂，风险很大。不同的国家和地区有不同的法律、法规和政策，这也是当今跨国公司在全球选址时考虑的重要因素。
社会因素包括周边居民的生活习惯、文化教育水平、生活水平以及周边的社会环境等。企业的产品要适合当地的需要，符合当地的习惯。
文化教育水平高，不仅可以提供符合企业要求的人才，而且这种良好的氛围有助于吸引其他地区的人才。选址地区的位置，能否方便利用城市原有的公共设施，为职工提供良好的生活环境也是非常重要的。
如上所述，企业在选址时，要考虑的因素很多，而且这些影响因素有些是互相矛盾的，例如可能不能既靠近原材料产地，又靠近目标市场。因此必须综合建立新设施的具体要求和当地的实际情况，在这些因素中分清主次，根据主要矛盾，选择重要的因素，对候选方案进行评价，做出决策。
制造业设施选址：
劳动力条件是员工工资水平、培训要求、工作态度、员工劳动生产率和工会组织的系统集成。这对于劳动密集型企业尤为重要，诸如纺织业、家具制造业和消费电器业。
对于企业，把原材料物流成本作为重点考虑的影响因素是非常重要。这就要求所选择的生产设施的地点位置必须尽量靠近供应商。
企业各个部门都是相互合作和相互支持的。在许多企业，某一个部门为
其他部门提供生产装配部件或依赖于其他部门的支持和服务。
这种相互依赖的关系需要经常性的协调和沟通，只有当其相距较近时，才能方便快捷地进行经常性的协调和沟通，利于提高经济效率。
服务业设施选址：
一般分为四个阶段：准备阶段、地区选择阶段、地点选择阶段和编写报告阶段。
1、准备阶段
进行调查研究，获取相关信息，为设计选址做好准备。主要工作是对选址目标提出要求，并提出选址所需要的技术经济指标。
2、地区选择阶段（选位）
主要解决在什么区域布局设施的问题。
如把设施布局在沿海还是内地？南方还是北方？经济发达地区还是欠发
达地区？是城市、农村、城郊？
3、地点选择阶段（定址）
在选定的区域内选定一个位置作为设施的具体位置。
4、编制报告阶段
对多个所选方案进行比较。
盈亏分析法：是单一设施选址的一种基本方法，亦称量本利分析法，通过对各备选场址的产量—成本—利润分析，确定在特定产量规模下，成本最低的设施选址方案的方法。
总成本=固定成本+可变成本χ产量=C F+C V Q
这种方法基于以下假设：
当产品成本中运输费用所占比重较大，企业的原材料由多个供应地提供或其产品运往多个销售点，可以考虑重心法选择运输总费用最低的场址。一般适用于工厂、车站、仓库或零售/服务设施选址。
重心法是一种布置单个设施的方法，这种方法考虑现有设施之间的距离和运输的货物量。
应量、运输费率之积的总和，等于所求场所位置坐标与各供应点供应量、运输费率之积的总和。
P（x ，y ）表示所求设施的位置，P（x ，y ）表示现有设施（各供应点）的
w i ——第i 个供应点的运输总量
C i ——待选址设施到第i 个供应点的运输费率
场址的选择涉及多方面的因素，不可能通过简单的数学计算就能确定，由重心法计算出的场址，不一定就是合理的地点。例如，计算出的位置有建筑物或有河流经过。另外，重心法确定的距离采用的是直线距离，这在多数情况下是不合理的。所以，用重心法求出的解比较粗糙，只能提供参考。
3、线性规划——运输法
对于复合选址问题，如一家公司设有多个工厂供应多个销售点，当产量不足时，需要增建工厂，一般已知若干个备选方案，要求确定一个厂址，使已有
设施的生产运输费用最小。
所谓经济活动单元，也叫作业单位，是指需要占据空间的任何实体，也包括人。“作业单位”是设施的基本区划，可大至一个建筑物或一个车间，亦可
小至一个出入口或一台机器——如何划分，须看规划设计工作所处的阶段或层次。例如：机器、工作台、通道、桌子、储藏室、工具架等等。
所谓给定的设施范围，可以是一个工厂，一个车间，一座百货大楼，一个
写字楼，或一个餐馆等。
设施布置目的是要将企业内的各种物质设施进行合理安排，使他们组合成一定的空间形式，从而有效地为企业的生产运作服务，以获得更好的经济效果。
具体来讲，有 6 个主要目标：见P24
在地价日益上涨的今天，为了节约成本，企业应尽可能的节省用地，使建筑设备和单位制品的占有空间小。
灵活、富有弹性的布置对于企业未来的发展及适应变化的能力无疑具有重
要意义，但这一目标的实现往往是困难的。设施布置适应产品需求的变化、工艺和设备的更新。
这个问题取决于企业的产品、工艺设计要求、企业规模、企业的生产专业化水平与协作化水平等多种因素。反过来，经济活动单元的构成又在很大程度上影响生产率。
例如，有些情况下一个厂集中有一个工具库就可以，但另一些情况下，也许每个车间或每个工段都应有一个工具库。
（2）每个单元需要多大空间
空间太小，可能会影响到生产率，影响到工作人员的活动，有时甚至会容易引起人身事故；
空间太大，是一种浪费，同样会影响生产率，并且使工作人员之间相互隔离，产生不必要的疏远感。
（3）每个单元空间的形状如何
每个单元的空间大小、形状如何以及应包含哪些单元，这几个问题实际上相互关联。
例如，一个加工单元，应包含几台机器，这几台机器应如何排列，因而占
用多大空间，需要综合考虑。如空间已限定，只能在限定的空间内考虑是一字排开，还是三角形排列等；若根据加工工艺的需要，必须是一字排开或三角形排列，则必须在此条件下考虑需多大空间以及所需空间的形状。
在办公室设计中，办公桌的排列也是类似的问题。
（4）每个单元在设施范围内的位置
这个问题应包括两个含义：单元的绝对位置与相对位置。
有时，几个单元的绝对位置变了，但相对位置没变。相对位置的重要意义在于它关系到物料搬运路线是否合理，是否节省运费与时间，以及通讯联络是否便利。
此外，如内部相对位置影响不大时，还应考虑与外部的联系，例如，将有出入口的单元设置于靠近路旁。
5、设施布置的原则
（1）整体综合原则
设计时应将设施布置有影响的所有因素都考虑进去，以达到优化的方案。
（2）移动距离最小原则
（3）流动性原则
设施布置应使在制品在生产过程中流动顺畅，消除无谓停滞，力求生产流程连续化。
（4）空间利用原则
生产区域或储存区域的空间安排，都应力求充分有效地利用空间。
（5）柔性原则
应考虑各种因素变化可能带来的布置变更，以便于以后的扩展和调整。
（6）安全原则
二、设施布置设计的方法
1、摆样法
最早的布局方法。适合于较简单的布局设计，对复杂的系统不很准确，而且花费时间较多。
2、数学模型法
存在两大困难：
（1）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的准
确结果；
（2）无法得到布局图。
3、图解法
4、系统布置设计SLP
是当前布局设计的主流方法，综合考虑了工厂布局的主要目标，实现了布局的科学化。
三、设施布置的形式
1、产品原则布置（Product Layout）
定义：是以产品为对象进行专业化布置，也称装配线布置或流水线布置，
是一种根据产品加工制造的步骤来安排设备或工作过程的布置方式。
具体而言，就是将设备、人员按产品加工或装配的工艺过程顺序固定布置，
定义：是以工艺为对象进行专业化布置，也称机群布置或功能布置，是一种将相同或类似功能、程序的机器设备集中布置于同一区域的布置方式。
被加工的零件，根据预先设定好的流程顺序，从一个地方转移到另一个地方，每项操作都由适宜的机器来完成。例如将所有的车床放在一处，将冲压机床放在另一处。
（1）生产过程中的物流复杂无序，物流量大，运输线路长；
（2）生产计划与控制较复杂，要求员工素质的提高；
（3）在制品较多，库存量相对较大；
（4）工件等待时间长，生产周期长。
适用：适合于处理多品种、小批量、顾客化程度高的生产与服务。
3、成组原则布置（Group Layout）
定义：又称单元制造布置，是将不同的机器组成加工中心（工作单元）来
对形状、尺寸和工艺相似的零件进行加工的布置方式。是将产品原则布置和工艺原则布置两种布局方式结合起来的布局方式。
这种布置方法的主要目的是：在产品产量不足以大到使用生产线的情况
下，也尽量根据产品的一定批量、工艺相似性来使产品生产有一定顺序，物流流向有一定秩序，以达到减少中间在制品库存、缩短生产周期的目的。
例如：一些工厂总体上是按产品导向布局（包括加工、部装和总装三阶段）在加工阶段采用工艺导向布局，在部装和总装阶段采用产品导向布局。
优点：
（1）由于产品成组，设备利用率高；
（2）流程通畅，运输距离较短，搬运量少；
（3）有利于发挥班组合作精神；
（4）有利于扩大员工的作业技能；
（5）兼有产品原则布置和工艺布置的优点。
缺点：
（1）需要较高的生产控制水平以平衡各单元之间的生产流程；
（2）若单元间流程不平衡，需中间储存，增加了物料搬运；
（3）班组成员需掌握所有作业技能；
（4）减少了使用专用设备的机会；
（5）兼有产品原则布置和工艺原则布置的缺点。
适用：多品种、中小批量的生产方式，目前广泛用于金属加工、计算机芯
片制造和装配作业。