物流工程课程第五章设施布置设计5.7 第五章 设施布置设计
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车床组
L
L
L
L
铣床组
M
M
M
M
钻床组
Z
Z
Z
Z
磨床组
G
G
G
G
工艺原则示意图
其他
滚齿机 焊接 焊接
22
图 钻削加工工段
23
图 车削加工工段
24
25
工艺原则布置的优缺点
工艺原则布置方式具有较高的柔性，无论是对产品品种、数 量的变化，还是对于加工设备的故障响应，由于批量加工及 闲置设备的存在，个别设备的故障或人员的缺勤不会对生产 系统造成大的影响；
将零件分类。一系列相似工艺要求的零件组成零 件族。针对一个零件族的设备要求所形成的一系 列机器，称作机器组。这些机器组即制造单元。
29
成组原则布置可以认为是产品原则布置的缩 影，是将工艺原则布置系统转化为接近产品 原则布置系统。
相比于工艺布置，由于经过分组，其加工时 间较短、物流效率较高、在制品较低、准备 时间较短，同时又具有工艺原则原则布置的 柔性特点，因而是一种具有发展潜力的布置 方式。
车间布置设计应解决各生产工段（工作站）、辅助 服务部门、储存设施等作业单位及工作地、设备、 通道、管线之间相互位置，同时，应解决物料搬运 的流程及运输方式。
6
最早的设施规划与设计是工厂设计经验的总结，难 以满足生产经营的要求。
随着工厂和服务设施布置设计的发展和研究的深入， 加上系统工程、运筹学、计算机技术的发展应用， 出现一些先进的设计方法。
第5章 设施布置设计 Facility Layout Design
1
5.1 设施布置概述
设施布置与设计是决定企业长期运营效率重要的决策。 设施布置设计对生产系统极为重要，据测算，物料搬运和布
置有关的成本占工厂生产总运营成本20~50% 。采用有效的 布置方法，可以使这些成本降低30%，甚至更多。 生产系统设施布置要解决的主要问题是： 根据企业的经营目标和生产纲领，在已确定的空间场所
用何种设备，是传送带、起重机、自动仓库还是自动 小车来发送和存储物料。并考虑物料在不同工作单元 间移动的成本。 容量和空间要求。只有先确定了人员、机器和设备的 要求后，才能进行布置，为每一作业单位分配合理的 空间，并考虑通道、洗手间、餐厅、楼梯等附属设施 的要求。 环境和美学。布置决策也要求确定窗户、分隔高度、 室内植物等环境因素，以降低噪音、改善空气流通和 提供隐密性等。 信息流。通信交流对公司都是很重要的，布置必须方 便交流，在办公室布置中尤其重要。
而部门由工作中心(Work Center)组成，若是工厂这 些工作中心可以是工段或班组，如车床工段；也可 以是柔性制造单元(FMS)。
通常部门级的布置指的是块状布置图(Block Layout)，工作中心级的布置是详细布置图 (Detailed Layout)。
4
工作中心由工作站(Workstation)组成。工作站 也称工作地，是最小作业单位，它一般由 一台机器和/或一个作业人员组成。
26
工艺原则布置在服务业中也很常见，此时 称为过程原则布置。
例如综合医院的布置一般是将功能相似的 检查设备，如牙齿的X射线检查仪、内脏的 X射线检查仪等及相应的医护人员组成放射 科，或将服务功能相似的医生，如外科医 生、精神科医生等分别组成外科、精神科。
此外，汽车修理间、航空公司和公共图书 馆都属于这一类。
将功能相同或相似的一组设施排布在一起。 如在机械加工车间中，数台车床被排列在一起组成车床组，
钻床排列在一起组成钻床组，铣床组成铣床组、磨床组成 磨床组……，因此，工艺原则布置在机加工车间中还被称 作机群式布置。 加工工艺需要这些设备的工件按工艺路线成批进入这些班 组。不同的产品需要不同的工艺路线。 为了适应多种加工对象及工艺路线，需要采用可变运输路 线的物料搬运设备，如叉车、手推车等。 适合多品种小批量生产
27
5.2.4 成组单元布置
上述三种基本布置形式是理想的模型，实际布置 设计常有几种形式的组合。
例如一些机械工厂从大面上看是工艺原则布置， 但不排除部分车间采用产品原则布置。医院总的 来说也是工艺（过程）原则布置，但手术室等则 为固定式布置。
工艺原则布置和产品原则布置代表了小批量生产 到连续大规模生产的两个极端。
以汽车装配线为例，对于一条装配线而言，其车 型基本不变或变化不大，整个装配顺序固定不变， 这样，通过作业分工将汽车装配分解为若干标准 化的装配作业，各个工作站配备有专用的装配设 备来完成固定的装配作业，不同工作站间的运输 采用专用的、路径固定的运送设备。
在服务系统中，服务对象的个性千差万别，流水 线布置的应用相对较少。但可以分解为一系列标 准作业的服务也可以采用这种布置方式，如自助 餐厅服务线及汽车的自动清洗服务等。
固定式布置是人类最早的生产布置形式，用于农业 种植、房屋建造、道路建设和采掘开矿等方面。
随着技术的进步和工业化生产，便有了产品原则布 置和工艺原则布置。
15
5.2.2产品原则布置
产品原则布置(Product Layout)，又称流水线布 置（Assembly Line Layout）或对象原则布置。
9
设施布置设计要考虑的基本原则： 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。 移动距离最小原则。产品搬运距离的大小，不仅反映搬
运费用的高低，也反映物料流动的通畅程度，因此，应 以搬运距离最小原则选择最佳方案。 流动性原则。良好的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。 空间利用原则。无论是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。 柔性原则。在进行厂房设施规划布置前，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。 安全原则。应考虑使作业人员有安全感，方便、舒适。
8
5.1.2设施布置的原则
设施布置的好坏直接影响整个系统的物流、信息 流、生产经营能力、工艺过程、灵活性、效率、 成本和安全等方面，并反映一个组织的工作质量、 顾客印象和企业形象等内涵。
设施布置工作不但在新设施设计时要做，在原有 设施重新设计改造时也需要。
企业经营总会面临内部条件和外部市场的各种变 化，从而会出现当初布置设计时考虑不到的问题， 都可能会要求重新布置生产或服务系统。
块
设施
状
部门
部门
部门
布 置详
部门 图 细
布
置
工作中心 工作中心 工作中心
图
工作地 工作地 工作地
工作地布置
3
“作业单位” Activity 是指布置图中各个不同的 工作区或存在物，是设施的基本区划。
作业单位的最高层次是要设计的设施(Facility)， 它包括一系列部门(Departments)，部门可以是车间 或其他机构。
12
13
14
固定式布置问题还没有很好解决，问题有三：
场地空间有限； 不同的工作时期，物料和人员需求不一样，这给生产组
织和管理带来较大困难； 物料需求量是动态的（生产标准化程度低）。
因此一般不采用固定式布置，即使采用，也尽量将 大的加工对象先期分割，零部件标准化，尽可能分 散在其他位置和车间批量生产，以降低生产组织管 理难度。如工程建设的预制件生产和大型机器设备 的部件生产。
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
工作地布置是整个布置的基础，工作站面积大 小和形状对上面几个层次的布置影响很大， 一般通过人机工程、工作测量和机器本身 的尺寸和输入输出要求来确定工作地的面 积和其他要求。
5
5.1.1设施布置的内容
设施布置最早起源于工厂设计。一个工厂的设施布 置包括工厂总体布置和车间布置。
工厂总体布置设计应解决工厂各个组成部分，包括 生产车间、辅助生产车间、仓库、动力站、办公室、 露天作业场地等各种作业单位和运输线路、管线、 绿化和美化设施的相互位置，同时应解决物料的流 向和流程、厂内外运输的联接及运输方式。30来自LDD
NCL
L
L
D
D
加工单元1 G
加工单元2 加工单元3
成组原则示意图
31
成组原则布置优缺点比较
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
当生产产品品种少批量大时，应当按照产品的加 工工艺过程顺序来配置设备，形成流水生产线或 装配线布置 。
Ford首创流水线生产，受屠夫启发。
16
图 汽车装配生产线
17
图4 汽车焊接生产线
18
产品原则布置的基础是标准化及作业分工。整个 产品被分解成一系列标准化的作业，由专门的人 力及加工设备来完成。
固定式布置 (Fixed-Position Layout) 也称项目 布置，它主要是工程项目和大型产品生产所采用 的一种布置形式。
它的加工对象位置，生产工人和设备都随加工产 品所在的某一位置而转移。之所以要固定，是因 为加工对象大而重，不易移动。
如工程建设、飞机厂、造船厂、重型机器厂等。
制造商在工艺原则布置的基础之上，向产品原则 布置靠拢。
这样，系统既灵活又有效，单位生产成本低。单 元制造、成组技术和柔性制造单元就代表了这种 方向。
28
5.2.4 成组单元布置
由于顾客需求的多样化，多品种、少批量生产模 式已成为当前生产的主流。
成组单元布置正是适应这种需要而发展起来的。 成组技术就是识别和利用产品零部件的相似性，
内，按照从原材料的接收、零件和产品的制造，到成品 的包装、发运的全过程，将人员、设备、物料所需要的 空间做最适当的分配和最有效的组合，以便获得最大的 生产经济效益。 不仅有形的生产和服务设施会碰到布置和重新布置的问题， 即使是非物质生产的服务系统，如商店、宾馆、餐馆也同样 面临此问题。
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作业单位的层次
19
产品原则布置的优缺点
优点： 产品产出率高，单位产品成本低，专用设备投资也因产量大而摊薄； 每一产品都按自己的工艺流程布置设备，因此加工件经过的路程最直
接、最短，无用的停滞时间也最少； 由于操作人员只做一种产品的一个工序，效率高且所需培训少； 生产管理和采购、库存控制等工作也因变化少而相对简单； 可使用专用设备和机械化、自动化搬运方法； 人力与设备得到了充分利用。 缺点： 主要在于但它要求较多的设备，一次性投资比较高，维修和保养费用
设备维修费用较低，设备备用件数量较低； 操作人员作业多样化，有利于提高工作兴趣和职业满足感； 但是，这种布置方式存在机器利用率较低、在制品的数量较
高的缺点。 同时，由于采用通用搬运设备，其运输效率低下，单位运输
费用较高，单位产品的成本较高，整个生产时间必然较长， 且整个车间的物流比较混乱； 另外，这种生产模式对操作人员的技术水平要求较高，组织 和管理工作也较困难。
高； 对产品种类及产量变化、设备故障等情况的响应较差； 线上工作重复单调乏味，缺乏提升机会，可能会导致工人的心理问题
或职业伤害； 为了避免停产，设备备用件的库存可能比较大。
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5.2.3工艺原则布置
工艺原则布置（Process Layout），又称功能布置 （Functional Layout）。
理查德·缪瑟 (Richard Muther)的系统布置设计 （System Layout Planning, SLP）方法，使工厂 布置设计由定性阶段发展到定量阶段，广泛应用于 各种生产系统与服务系统。
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5.1.1设施布置的内容
设施布置决策要考虑的内容主要有以下几个方面： 物流和物料搬运设备。确定物流的重要性和形式，采
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5.2 基本布置形式
可按设施类别分为生产设施和服务设施两大类，再 来细分布置形式。
生产设施的三种基本的布置形式：
固定式布置 产品原则布置 工艺原则布置 混合布置：成组原则
服务设施的三种基本的布置形式：
零售店布置 办公室布置 仓库布置
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5.2.1固定式布置
车床组
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铣床组
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钻床组
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磨床组
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工艺原则示意图
其他
滚齿机 焊接 焊接
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图 钻削加工工段
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图 车削加工工段
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工艺原则布置的优缺点
工艺原则布置方式具有较高的柔性，无论是对产品品种、数 量的变化，还是对于加工设备的故障响应，由于批量加工及 闲置设备的存在，个别设备的故障或人员的缺勤不会对生产 系统造成大的影响；
将零件分类。一系列相似工艺要求的零件组成零 件族。针对一个零件族的设备要求所形成的一系 列机器，称作机器组。这些机器组即制造单元。
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成组原则布置可以认为是产品原则布置的缩 影，是将工艺原则布置系统转化为接近产品 原则布置系统。
相比于工艺布置，由于经过分组，其加工时 间较短、物流效率较高、在制品较低、准备 时间较短，同时又具有工艺原则原则布置的 柔性特点，因而是一种具有发展潜力的布置 方式。
车间布置设计应解决各生产工段（工作站）、辅助 服务部门、储存设施等作业单位及工作地、设备、 通道、管线之间相互位置，同时，应解决物料搬运 的流程及运输方式。
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最早的设施规划与设计是工厂设计经验的总结，难 以满足生产经营的要求。
随着工厂和服务设施布置设计的发展和研究的深入， 加上系统工程、运筹学、计算机技术的发展应用， 出现一些先进的设计方法。
第5章 设施布置设计 Facility Layout Design
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5.1 设施布置概述
设施布置与设计是决定企业长期运营效率重要的决策。 设施布置设计对生产系统极为重要，据测算，物料搬运和布
置有关的成本占工厂生产总运营成本20~50% 。采用有效的 布置方法，可以使这些成本降低30%，甚至更多。 生产系统设施布置要解决的主要问题是： 根据企业的经营目标和生产纲领，在已确定的空间场所
用何种设备，是传送带、起重机、自动仓库还是自动 小车来发送和存储物料。并考虑物料在不同工作单元 间移动的成本。 容量和空间要求。只有先确定了人员、机器和设备的 要求后，才能进行布置，为每一作业单位分配合理的 空间，并考虑通道、洗手间、餐厅、楼梯等附属设施 的要求。 环境和美学。布置决策也要求确定窗户、分隔高度、 室内植物等环境因素，以降低噪音、改善空气流通和 提供隐密性等。 信息流。通信交流对公司都是很重要的，布置必须方 便交流，在办公室布置中尤其重要。
而部门由工作中心(Work Center)组成，若是工厂这 些工作中心可以是工段或班组，如车床工段；也可 以是柔性制造单元(FMS)。
通常部门级的布置指的是块状布置图(Block Layout)，工作中心级的布置是详细布置图 (Detailed Layout)。
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工作中心由工作站(Workstation)组成。工作站 也称工作地，是最小作业单位，它一般由 一台机器和/或一个作业人员组成。
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工艺原则布置在服务业中也很常见，此时 称为过程原则布置。
例如综合医院的布置一般是将功能相似的 检查设备，如牙齿的X射线检查仪、内脏的 X射线检查仪等及相应的医护人员组成放射 科，或将服务功能相似的医生，如外科医 生、精神科医生等分别组成外科、精神科。
此外，汽车修理间、航空公司和公共图书 馆都属于这一类。
将功能相同或相似的一组设施排布在一起。 如在机械加工车间中，数台车床被排列在一起组成车床组，
钻床排列在一起组成钻床组，铣床组成铣床组、磨床组成 磨床组……，因此，工艺原则布置在机加工车间中还被称 作机群式布置。 加工工艺需要这些设备的工件按工艺路线成批进入这些班 组。不同的产品需要不同的工艺路线。 为了适应多种加工对象及工艺路线，需要采用可变运输路 线的物料搬运设备，如叉车、手推车等。 适合多品种小批量生产
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5.2.4 成组单元布置
上述三种基本布置形式是理想的模型，实际布置 设计常有几种形式的组合。
例如一些机械工厂从大面上看是工艺原则布置， 但不排除部分车间采用产品原则布置。医院总的 来说也是工艺（过程）原则布置，但手术室等则 为固定式布置。
工艺原则布置和产品原则布置代表了小批量生产 到连续大规模生产的两个极端。
以汽车装配线为例，对于一条装配线而言，其车 型基本不变或变化不大，整个装配顺序固定不变， 这样，通过作业分工将汽车装配分解为若干标准 化的装配作业，各个工作站配备有专用的装配设 备来完成固定的装配作业，不同工作站间的运输 采用专用的、路径固定的运送设备。
在服务系统中，服务对象的个性千差万别，流水 线布置的应用相对较少。但可以分解为一系列标 准作业的服务也可以采用这种布置方式，如自助 餐厅服务线及汽车的自动清洗服务等。
固定式布置是人类最早的生产布置形式，用于农业 种植、房屋建造、道路建设和采掘开矿等方面。
随着技术的进步和工业化生产，便有了产品原则布 置和工艺原则布置。
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5.2.2产品原则布置
产品原则布置(Product Layout)，又称流水线布 置（Assembly Line Layout）或对象原则布置。
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设施布置设计要考虑的基本原则： 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。 移动距离最小原则。产品搬运距离的大小，不仅反映搬
运费用的高低，也反映物料流动的通畅程度，因此，应 以搬运距离最小原则选择最佳方案。 流动性原则。良好的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。 空间利用原则。无论是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。 柔性原则。在进行厂房设施规划布置前，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。 安全原则。应考虑使作业人员有安全感，方便、舒适。
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5.1.2设施布置的原则
设施布置的好坏直接影响整个系统的物流、信息 流、生产经营能力、工艺过程、灵活性、效率、 成本和安全等方面，并反映一个组织的工作质量、 顾客印象和企业形象等内涵。
设施布置工作不但在新设施设计时要做，在原有 设施重新设计改造时也需要。
企业经营总会面临内部条件和外部市场的各种变 化，从而会出现当初布置设计时考虑不到的问题， 都可能会要求重新布置生产或服务系统。
块
设施
状
部门
部门
部门
布 置详
部门 图 细
布
置
工作中心 工作中心 工作中心
图
工作地 工作地 工作地
工作地布置
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“作业单位” Activity 是指布置图中各个不同的 工作区或存在物，是设施的基本区划。
作业单位的最高层次是要设计的设施(Facility)， 它包括一系列部门(Departments)，部门可以是车间 或其他机构。
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固定式布置问题还没有很好解决，问题有三：
场地空间有限； 不同的工作时期，物料和人员需求不一样，这给生产组
织和管理带来较大困难； 物料需求量是动态的（生产标准化程度低）。
因此一般不采用固定式布置，即使采用，也尽量将 大的加工对象先期分割，零部件标准化，尽可能分 散在其他位置和车间批量生产，以降低生产组织管 理难度。如工程建设的预制件生产和大型机器设备 的部件生产。
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
工作地布置是整个布置的基础，工作站面积大 小和形状对上面几个层次的布置影响很大， 一般通过人机工程、工作测量和机器本身 的尺寸和输入输出要求来确定工作地的面 积和其他要求。
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5.1.1设施布置的内容
设施布置最早起源于工厂设计。一个工厂的设施布 置包括工厂总体布置和车间布置。
工厂总体布置设计应解决工厂各个组成部分，包括 生产车间、辅助生产车间、仓库、动力站、办公室、 露天作业场地等各种作业单位和运输线路、管线、 绿化和美化设施的相互位置，同时应解决物料的流 向和流程、厂内外运输的联接及运输方式。30来自LDD
NCL
L
L
D
D
加工单元1 G
加工单元2 加工单元3
成组原则示意图
31
成组原则布置优缺点比较
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
当生产产品品种少批量大时，应当按照产品的加 工工艺过程顺序来配置设备，形成流水生产线或 装配线布置 。
Ford首创流水线生产，受屠夫启发。
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图 汽车装配生产线
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图4 汽车焊接生产线
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产品原则布置的基础是标准化及作业分工。整个 产品被分解成一系列标准化的作业，由专门的人 力及加工设备来完成。
固定式布置 (Fixed-Position Layout) 也称项目 布置，它主要是工程项目和大型产品生产所采用 的一种布置形式。
它的加工对象位置，生产工人和设备都随加工产 品所在的某一位置而转移。之所以要固定，是因 为加工对象大而重，不易移动。
如工程建设、飞机厂、造船厂、重型机器厂等。
制造商在工艺原则布置的基础之上，向产品原则 布置靠拢。
这样，系统既灵活又有效，单位生产成本低。单 元制造、成组技术和柔性制造单元就代表了这种 方向。
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5.2.4 成组单元布置
由于顾客需求的多样化，多品种、少批量生产模 式已成为当前生产的主流。
成组单元布置正是适应这种需要而发展起来的。 成组技术就是识别和利用产品零部件的相似性，
内，按照从原材料的接收、零件和产品的制造，到成品 的包装、发运的全过程，将人员、设备、物料所需要的 空间做最适当的分配和最有效的组合，以便获得最大的 生产经济效益。 不仅有形的生产和服务设施会碰到布置和重新布置的问题， 即使是非物质生产的服务系统，如商店、宾馆、餐馆也同样 面临此问题。
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作业单位的层次
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产品原则布置的优缺点
优点： 产品产出率高，单位产品成本低，专用设备投资也因产量大而摊薄； 每一产品都按自己的工艺流程布置设备，因此加工件经过的路程最直
接、最短，无用的停滞时间也最少； 由于操作人员只做一种产品的一个工序，效率高且所需培训少； 生产管理和采购、库存控制等工作也因变化少而相对简单； 可使用专用设备和机械化、自动化搬运方法； 人力与设备得到了充分利用。 缺点： 主要在于但它要求较多的设备，一次性投资比较高，维修和保养费用
设备维修费用较低，设备备用件数量较低； 操作人员作业多样化，有利于提高工作兴趣和职业满足感； 但是，这种布置方式存在机器利用率较低、在制品的数量较
高的缺点。 同时，由于采用通用搬运设备，其运输效率低下，单位运输
费用较高，单位产品的成本较高，整个生产时间必然较长， 且整个车间的物流比较混乱； 另外，这种生产模式对操作人员的技术水平要求较高，组织 和管理工作也较困难。
高； 对产品种类及产量变化、设备故障等情况的响应较差； 线上工作重复单调乏味，缺乏提升机会，可能会导致工人的心理问题
或职业伤害； 为了避免停产，设备备用件的库存可能比较大。
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5.2.3工艺原则布置
工艺原则布置（Process Layout），又称功能布置 （Functional Layout）。
理查德·缪瑟 (Richard Muther)的系统布置设计 （System Layout Planning, SLP）方法，使工厂 布置设计由定性阶段发展到定量阶段，广泛应用于 各种生产系统与服务系统。
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5.1.1设施布置的内容
设施布置决策要考虑的内容主要有以下几个方面： 物流和物料搬运设备。确定物流的重要性和形式，采
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5.2 基本布置形式
可按设施类别分为生产设施和服务设施两大类，再 来细分布置形式。
生产设施的三种基本的布置形式：
固定式布置 产品原则布置 工艺原则布置 混合布置：成组原则
服务设施的三种基本的布置形式：
零售店布置 办公室布置 仓库布置
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5.2.1固定式布置