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1、系统化设施布置方法SLP SLPSLP1一、经典的SLP方法由于影响工厂总平面设计的因素很多，设计目标不十分明确，长期以来，设计人员凭经验和主观判断进行总平面布置。近年来才逐步形成了一些先进的设计方法，其中具有代表性的是理查德缪瑟提出的SLP(Systematic Layout Planning，系统布置设计)法。该方法提出了作业单位相互关系的等级表示法，使设施布置由定性阶段发展到定量阶段。2一、经典的SLP方法采用SLP法进行总平面布置的步骤对各作业单位之间的相互关系作出分析，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
2、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，得分最多的布置方案就是最佳布置方案。3一、经典的SLP方法 在SLP方法中，Muther将研究工程布置问题的依据和切人点，归纳为5个基本要素，抓住这些就是解决布置问题的“钥匙”。5个基本要素是： (1)P产品(材料)。 (2)Q数量(产量)。 (3)R生产路线(工艺过程顺序)。 (4)S辅助部门(包括服务部门)。 (5)T时间(时间安排)。4一
3、、经典的SLP方法整个设计被划分为4个阶段(1)确定位置。(2)总体区划。(3)详细布置。(4)实施。5输入数据(P,Q,R,S,T)和各作业点2、作业关系1、物流分析3、相互关系图选定最优布置10、评价6、空间关系图5、可以利用的空间4、需要的空间9、布置方案X,Y,Z8、各种实际限制条件7、各种修改意见SLP模式程序示意图6决定设施布置需要的详细数据q设施之间相互流动的物流频率q设施的形状和大小尺寸。q有效的楼层面积和空间。q假如设施位置要受限制和受限制的条件。q假如一对设施之间要求相互靠近。 有些数据并非基本数据，只要知道了设施之间相互流动的物流频率以及设施的形状和大小尺寸，就可以做初步
4、布置。如果物流频率数据不准确，设施布置设计人员至少可以对物流强度或运输量作出主观估计。7流动模式设计制造设施的开始就要决定通过系统的原材料、零部件、在制品的总体流动模式。 所谓总体流动模式就是指产品从原材料转换到半成品（制造阶段）再到成品（装配阶段）的从始至终的流动模式。 英文字母中每个字母均可作为流动模式的形状，适用于离散制造种零部件的加工，也适用于连续制造。8企业物流常用的几种形式直线型L型U型O型S型9分枝式脊柱式部件装配总装10流动数据定性流动数据量化流动数据运输行程频率(Frequency of Trips) 物料搬运系统在一定时间内（一班或每小时）所作运输的行程数。 设施间行程频率
5、数，通常用行程从至频率矩阵和设施间行程频率矩阵表示。设施1 设施2 设施3 设施4 设施5 设施6 设施1设施2设施3设施4设施5设施6 11距离的计算几何法：测量设施中心直线距离。平方法过道距离：设施间延过道行走的距离邻接jikabcddij=10i,j邻接i,j不邻接 jidij12数据的提取与产生步骤：u获得基本数据和提取相关数据；u产生要求格式的数据；u分配原始数据并获反馈、产生文件。13获得基本数据和提取相关数据设施布置设计所必需的各项数据每一个零件的名称、编号和代码每一机器设备的名称、编号和代码每一个零件的工艺过程每一个零件的生产量机器设备尺寸和占有空间在每一对设施间搬运单位物料载
6、荷的成本有关位置限制和邻接的信息其它一些信息14产生要求格式的数据 为便于计算机处理数据，要将数据写成矩阵格式。 首先建立一个零件工艺路线矩阵，表明加工此零件所需要的机器以及工艺过程，矩阵的每一行代表一种零件，每一列代表一台设备。矩阵的总行数表示零件总数，列数表示设备总数。 为了生成数据，应对某一型号的设备制定惟一代码。当某种零件在同一型号的不同设备上加工时，此时可将这种零件视为两种不同的产品分设成两行，但设计人员必须知道该种零件在不同设备上加工的比率。15线形图单位间的关系关系代码重要程度线型和颜色A绝对重要 （红）E特别重要 （黄） （橙） I重要 （绿）O一般 （蓝）U不重要 无X禁止
7、（褐）16例1 设有3种零件A、B、C，其工艺路径及日产量如表所示(15为5个部门)。17生成从至表18其次，按照图52所示的物流量划分标准，将部门间的物流量转化为关系代码。生成部门关系如图53所示。0AEIO80604020U100图52 物流量等级划分1912345AUOIIIOUUU图5-3 部门关系图从至表分级20125432115342图5-5 空间关系图22二、关系表技术关系表(Relationship Diagramming) (1)转化物流与作业单位相互关系成为关系表。(2)选择A级关系最多的部门作为第一部门优先进入布置。(3)选择与第一部门具有A级关系的部门作为第二部门进入布
8、置。(4)按照与第一二部门为AA、AE、AI、AO的排列顺序选择第三部门。(5)依次选择直至结束。(6)根据面积进行实际面积的布置。23部门12345A21E4，52，52，4IO331，2UX关系表关系表242526作业相互关系图及分析27281. 根据物流量布置作业单位 此法之目的是使各作业单位在平面上布置后，相邻两作业单位间物流量最大。29第一阶段：按物流量从大到小定等级。A30第二阶段，具体布置各作业单位。TU31第三阶段：再将各单位实际面积反映到示意图中去。322. 用路程法布置平面图路程法是在量距积为最小的原则下进行布置。量距积=移动物流量移动距离第一步：有一张初步平面图。33第二
9、步：确定各移动距离的路程。34第三步：将移动量与移动距离相乘，从而求得路程图。第四步：调整，将路程图中数值最大的几个作业单位的中心间的直线距离减少到最小程度。353. 用作业单位关系图法布置平面 通常分为两个阶段，第一阶段为确定各作业单位的相对位置；第二阶段再根据各作业单位的应有面积画出真实的平面图。第一阶段1.用尺寸相同的方块为样板，每块样板代表一个作业单位。样板中央写出单位名称、代码，样板四角根据作业关系写上各种关系代码。362. 首先选出“A”关系最多的样板，若不止一块，则再找下一级“E”关系进行比较，或进一步再找下一级“I”关系进行比较。即在“A”关系相同的样板中选出“E”关系数量最多
10、者，同时亦是“X”关系最少者。3. 选出的第二块样板不仅与第一块有“A”关系，同时也与其他样板的“A”关系数量最多。如果发生平局，则比较下一级。 如此继续将所有样板依次摆放到位。37第二阶段1.根据表33先选择一个单位面积。将各单位面积除以此单位面积，得出近似整数商，该值即为各作业面积为单位面积的整数倍。2.按原平面布置图将各单位所需单位面积植入，得布置图。3.以上布置图只是一种方案，若将布置的约束条件考虑在内，还需筹划若干方案，再经评价后，才能选出最佳方案。38计算机化布置方法 本节将介绍几类采用计算机辅助求解的布置方法，如CRAFT、CORELAP、ALDEP及MULTIPLE等。 总的讲
11、，这些方法可以分为两大类：构建型及改进型。 前者是由物流、非物流信息出发，从无到有，生成一个布置图，如CORELAP、 ALDEP；后者则是对已有布置的改进，寻找一种更好的布置图，如CRAFT、 MULTIPLE 。除了这种分类方法，还可以按照这些布置的信息基础来分，有的基于物流从至表，如CRAIFP、MULTIPLE，有的基于关系因，如ALDEP 、 CRAIFP ；按照应用范围是单层还是多层设施，还可以分为，单层布置方法，如CRAFT、 CORELAP ；多层布置方法，如ALDEP 、 MULTIPLE。392.1 CRAFTCRAFT (Computerized Relative All
12、ocation of Facilities Technique )是Buffa等人于1964年提出的。这是一种改进型的算法，需要用户提供初始布置方案。在CRAFT中，选择具有公共边或相等面积的部门进行交换，其他无公共边或面积不相等的部门不能交换。这样做的目的是为了使相交换部门的位置互换不致引起其他部门位置的变化。这种交换通常是以两两交换的方式进行的，也可以采用部门交换的交换方式，交换的最大次数小于n(n-1)/2，n是部门的数目。402.1 CRAFTCRAFT的评估标准是物料搬运费用(物流量距离单位距离成本)。每一轮交换中，选择搬运成本节省最多的布置作为交换结果。重复这种交换，直到交换位置不
13、能引起移动成本的进一步降低为止。距离的计算采用部门中心间的折线距离。单位距离成本设为1。10m18m单位距离=3.3m41例1 设有3种零件A、B、C，其工艺路径及日产量如表所示(15为5个部门)。42431-2互换44452.2 CORELAP CORELAP (Computerized Relationship Layout Planning)，是Lee R.C.和Moore J.m.于1967年提出的一种构建型算法。这种算法的出发点是部门之间的关系图(RelationChart)，布置的目标是实现部门之间最大的密切度。 CORELAP的选择方法，即布置顺序矢量的产生方法，是根据各部门所有
14、关系的总和来确定的。首先将关系图中的每一个关系代码，按照表511所示的对应关系数值化，再对每个部门所有关系值求和，即得到关系总和TCR(Toal Closeness Rating)。选择TCR最大的部门作为最先进入布置的部门。若最大的TCR值有多个部门，即出现“结”，则选择面积最大的部门解“结”；若依然解不开，则随机选取。第二个部门选择与第一个部门具有最高级别关系(A级)的部门，依次选择E级、I级，如果在同一关系级别中出现多个部门(“结”)，选择这些部门中TCR最大的部门先布置(解“结”)。在布置中，部门的形状尽可能设计成正方形。46 生成了布置矢量后，开始向布置图中放置。放置原则是保证进入布
15、置图的部门与前面进入的相邻部门的关系值的和NCR(Neighbor Closeness Rating)最大。47 对布置图的评估方法为：任意两部门间的关系值该两部门间的最短直线距离的总和。4849（1）求TCR50（2）根据各部门与其他部门关系总和及相互关系，确定布置顺序。（3）根据各部门面积确定最终布置。51(4)评估布置方案525.2.3 ALDEP ALDEP(Automated Layout Procedure)，其布置基础是关系图。 在ALDEP中，第一个布置部门的选择方法是随机选取的方法。随后选择方法是根据与第一个部门的关系进行排队，直到排到设定的最低关系密切度TCR(Thresh
16、old Closeness Rating)。 所谓TCR，这里就是指一个关系代码，比如说TCR=E，则只选择与先布置部门具有A、E关系的部门进入布置排列。对于与先布置部门均为A或E的布置部门，则随机选择进入布置。53 ALDEP的放置方法是将选定布置顺序的各部门，按照其单位面积数，以设定的宽度，从布置图的左上角向下，蛇行婉蜒，直至布置完所有的部门，如图5-12所示。其中设定的宽度即“扫描”宽度(Sweep Width)。54 由于创始布置部门是随机选择的，评估在ALDEP中非常重要。 ALDEP的评估思想是寻求相邻部门的关系总和最大的布置为最后布置方案。为此，首先需要将关系代码按照表5-14所
17、示的对应关系数值化、然后计算所有相邻部门的关系值，并求和。55 设TCRI，“扫描”宽度为1。随机选取第一个部门，比如说部门3。寻求与部门3具有A关系的，没有；E关系的，没有；I关系的，没有；结束寻找。再随机选择第二个部门，比如说选到4，则寻求与部门4具有A关系的，没有；E关系的，没有；I关系的，有部门2、部门5，随机选取，若选到2，则在末分配部门中，寻求与己布置部门具有A关系的部门，这里选到部门1。最后获得布置顺序矢量为34215。56设整个布置区为33个单位长度则生成34215布置图的过程如图514所示。57 对该布置图进行评估，如表5-15所示。多次循环进行，选择总分值最大的一个方案。5
18、85.2.4 MuItiPLE MultiPLE(Multi-floor Plant Layout Evaluation)是类似于Craft的一种改善型软件，输入数据为从至表，目标函数为基于距离的目标函数，距离计算采用中心点直线距离。部门间的交换采用2部门交换。在每次迭代中选择布置成本下降最大的方案，可以看出，这是一种速最下降法。 MultiPLE与Craft的区别在于MultiPLE的交换可以不局限于两相邻部门间。这一点的实现主要是通过空间填充曲线SFC来实现的。所谓空间填充曲线(SFC，Space Filling Curve)，是指填充一定空间的一条折线。59如图5-15所示的Hilber
19、t曲线。对于图中的64个单元，该曲线对每个单元只访问一次，恰能游历整个64个单元。这样，在布置顺序矢量一定后，各部门就根据自己的面积，沿着SFC进行放置，直至生成整个布置。60 例2 图515中，6个部门的面积分别为16、8、4、16、8、12个单位面积，布置矢量(布置顺序)为l 23456，则根据SFC的布置如图516所示。614.综合交互关系布置法由于作业单位之间不仅存在物流关系，同时也还存在非物流关系。因此、综合关系交互布置法是将这两种关系进行综合后，在进行布置的方法。步骤： 1.通过物流分析，在物流合理化的基础上求得各作业单位间的物流量及其相互关系。 2.确定各作业单位间非物流关系相互
20、影响因素及等级，作出作业单位相互关系表。 3.确定物流和非物流相互关系的相对重要性。 通常这一相对重要性比值m：n，不应超过1：33：l。如比值大于3：1，意味着物流关系占主要地位，设施布置只要考虑物流就可以；当比值小于1：3时，说明物流的影响很小，设施布置只要考虑非物流相互关系即可。现实情况下按照物流和非物流相互关系的相对重要性，将比值m：n取为3：1，2：l，1：l，1：2，l：3此比值称为加权值。624.量化物流强度等级和非物流的密切程度等级。 通常这些量化的数值取为 A=4，E=3，I=2，O=l，U=0，X=-15.计算量化后的作业单位相互关系。 设任意两个作业单位分别为Ai和Aj其
21、物流强度相互关系等级为MRij，非物流的相互关系密切程度等级为NRij，则作业单位Ai和Aj之间的综合相互关系密切程度CRij为 CRijmMRijnNRij （3-4）6.综合相互关系等级划分。 CRij是一个量化值，必须划分成一定的等级才能建立起符号化的作业单位综合相互关系表。综合相互关系的等级划分也同样为A、E、I、O、U、X，各级间CRij值逐步递减，同时，各作业单位的配对数也要符合常规的比例。7.根据经验和实际约束情况调整布置图。63 将物流和非物流关系综合时，应注意X关系的处理，任何一级物流强度与X级非物流密切级综合时，不应超过O级。对于某些绝对不能靠在一起的作业单位间的相互关系，
22、可定为XX级，如为了防火和安全原因等。64例：叉车总装厂作业单位之间物流相互关系和非物流相互关系图如图3-17和图3-18，由两图可见两者并不一致，为了确定各作业单位之间相互关系的密切程度，需将两图合并和统一。6566 1）选用加权值。此加权值的大小说明了设施布置时考虑问题的重点，经过具体和周密的调查研究，对叉车总装厂布置来说，物流和非物流因素的影响大体相当。因此取加权值 m：n=1：1 2）综合相互关系计算，根据各作业单位配对之间物流和非物流关系等级的高低进行量化并加权求和，求出综合相互关系，见表3-6。 当作业单位总量为N时，总的作业单位配对数P可用下式计算，即 P=N(N-1) /2 （
23、35） 对该例题，N14，则P91，因此表3-6中共有91个作业单位配对，即91个相互关系。 3）划分综合相互关系密切程度等级。在表 3-6中，综合关系分数取值范围为-18，按表3-7统计出各段作业单位配对的比例，参考表3-5划分综合关系密切程度等级。6768应该看到，综合相互关系应该是合理的，如表3-6中标明“U”为作业单位6与10之间物流关系为E级，但是非物流关系则为X级；经过计算后其结果则为1级，1级意思为重要的密切关系，显然是不合理的，经过人工调整后改为U级。 4）建立作业单位综合关系表将表3-6种的综合相互关系总分，转化为关系密切程度等级，再画成作业单位综合相互关系图如图3-19 所示。有了这个相互关系图，按照前面介绍的方法就很容易画出平面布置图。6970
