車間設施布局方案評價指標體系構建

雷佳明LEI Jia-ming；劉文濤LIU Wen-tao

（北京信息科技大學，北京 100192）

0 引言

“十四五”規劃中指出：深入實施制造強國戰略需要實施制造業降本減負行動，以降低企業生產經營成本[1]。在企業生產過程中，物料的運輸成本約占生產運作總成本的20%～50%，占產品生產總成本的15%～70%[2]，而良好的車間設施布局有助于降低設施之間的物流運輸總距離和運輸時間，可使這項成本至少減少10%～30%[3]。設施布局常見的問題包括設施之間不兼容性、物流搬運空間窄小、環境舒適整潔性差等。

目前對于車間設施布局的研究大多數是基于各種優化算法：如遺傳算法、模擬退火算法等，以最小運輸總距離或最小運輸成本為目標，通過計算機求解出最優的設施布局方案。還有部分研究是基于SLP（System Layout Planning）方法，通過分析各工序之間的物流強度，來幫助確定作業單位的布局位置。這些通過建立數學模型或分析各工序之間的物流強度等方法，得出最小運輸距離或最小運輸成本的設施布局方案，卻很少考慮其他重要因素，如改變現有設施布局的便利性、設施之間的物理化學安全性、布局后環境的整潔性等要素。這種以運輸成本最小為目標的優化思路，僅考慮經濟性因素，從而忽略潛在重要且難以納入模型的非經濟性因素，所以存在一定的不適用性和風險性。

往期學者對于設施布局評價指標的研究主要有：何赟采用加權因素比較法，在制造企業設施布局方案的評價與選擇中，以物流成本、空間利用率、可擴展性、工作環境及員工滿意度、監管難度、安全性作為主要評選因素[4]。E M Y Elbishari 等針對達利亞工業的制造車間設施布局的研究，從部門間滿意度、員工的總行程、產品的總行程、員工的總行程時間、產品的總行程時間這五方面對布局備選方案進行評價[5]。陳大鵬等在非物流因素對企業設施布局的影響研究中，認為外部區域條件、風向、自然地形和建、構筑物間距等都是設施布局的影響因素[6]。塔建等在過街設施布局方案評價的研究中，選取合理性、便捷性、協調性、舒適性和安全性五個維度和25 項具體指標，提出一種多目標綜合評價方法[7]。馮潔等針對軌道交通車站銜接設施布局方案的評價，將綜合成本（包含時間成本、運營成本、建設成本）作為評價目標[8]。鮑陳希在旅客運輸換乘設施布局方案的評選中，從換乘效率、舒適性、經濟及環境三個方面選取10 個指標構建評價體系[9]。

綜上所述，目前對設施布局方案評價指標的研究，主要集中在經濟性、部門和員工滿意度、安全性、便捷性、協調性、環境、舒適性等方面。因此，本文在往期學者對設施布局評價指標研究的基礎上，針對車間設施布置的特點和前沿研究，構建出車間設施布局方案評價指標體系，再由專家采用層次分析法確定各指標權重，利用該指標體系評估實施設施布局方案的可行性，以降低由設施布局不合理帶來的生產運作風險。

1 車間設施布局方案評價指標體系構建

對于評價指標體系構建的原則，彭張林等人提出：為建立一個規范化的綜合評價指標體系，需遵從目的性、完備性、可操作性、獨立性、顯著性與動態性的設計原則[10]。因此，文章在這些原則下，根據上述學者對設施布局評價指標的研究，并結合最新車間設施布局的前沿動態，最終選取經濟性、便利性、安全性和舒適性四個維度和11 個具體指標，構建車間設施布局方案評價指標體系。

1.1 經濟性因素分析

第一：物料運輸總費用。從精益生產的角度，需要減少搬運的浪費。因為物料的運輸過程不能給產品帶來增值，而且其過程還需要投入一定的時間、人力和物力，從而增加生產過程的成本，所以降低物料的運輸費用是車間布局優化的重要目標之一。

第二：設施重構總成本。如果車間設施需要布局重構，其中包括設施移動和設施拆裝，則必然會產生移動、搬遷、安裝等重構成本。若重構成本過大，便會極大程度上影響管理者對是否進行車間設施重構的抉擇，從而影響生產線的優化或更新迭代，因此也需要納入考慮因素。

第三：車間面積利用率。針對車間設施布局的問題，一方面需要考慮到設施間的布置需要遵循整齊緊湊性原則，另一方面也要保證設施在運輸、安裝、運行的過程中預留了一定的動態空間，所以將車間面積利用率最大作為考慮因素之一[11]。

第四：設施布局的柔性。保持生產和安排的動態柔性，使布局適應產品需求的變化、工藝和設備的更新及擴大生產能力的需要[12]。

1.2 便利性因素分析

第一：移動設施的便利度。由于某些設施的質量、體積、精密度等因素，想要直接移動設施顯得不易，就需要用拆裝重組的方式進行移動，這便涉及到上述的設施移動、拆裝等重組費用。除此之外，拆裝設備還需要耗費時間、人力，過甚會嚴重影響車間正常的生產進度。

第二：通行道路的流暢度。車間里設施的布局位置需要與現狀結合，以便最大程度上保證通行道路的流暢度。例如：設備間的距離過近或設備的位置放置不合理等，會影響物流搬運的效率，進而在一定程度上影響生產效率。

第三：生產要素的協調性。車間的設施布局須將各工序的人、機、料、法、環五要素有機結合起來并保持充分的協調和平衡。例如：發運和收貨部門若是處于工廠的中心位置肯定不合理，因為這會導致收發貨品極為不便。

1.3 安全性因素分析

第一：設施間的物化反應安全程度。設施之間可能會由于其特有的物理化學屬性相互作用而存在風險，這些風險若不提前規避，可能會給車間帶來不可逆的損失。例如：若清洗車間和烘干車間相鄰，將會影響烘干效果、增加烘干成本；若儲物間和清洗車間相鄰，將會增加貨物受潮的風險等。

第二：設施間隔安全程度。設施間需要留出合適的間隔，這樣做除了便于員工操作、物流搬運和設施維修之外，也能預防各類突發事故。因為設施間隔太小導致人的可活動空間也小，容易造成意外事故。

1.4 舒適性因素分析

第一：車間環境整潔明朗度。設施擺放整潔明朗，有利于營造一個良好有序的工作環境，能夠無形中提升員工的效率。如果車間環境臟亂差、吵鬧或照明不好，員工容易產生厭煩、易怒、易疲勞等不良情緒，進而影響生產效率。

第二：工作微環境舒適度。工作微環境是指工作地的小氣候條件，它包括溫度、濕度、色彩、氣流、熱輻射等，它能直接影響員工的生理機能、作業能力和機器的運作轉態。因此，改變設施布局帶來的微環境影響也需要考慮。

綜上所述，車間設施布局方案評價指標體系如圖1 所示，其中物料運輸總費用和設施重構總成本為負向指標，其余均為正向指標。對于可定量分析的指標，可以采用計算公式進行評估。對于需定性分析的指標，因為其容易受評分人主觀影響，可以采用李國平等提出的柔性指標評估方法，采用評估尺度的統一、對評估對象的全面了解、評估的獨立性和評估結果的修正等措施，減少情感因素的影響，增強公平合理性[13]。

圖1 車間設施布局方案評價指標體系圖

2 基于層次分析法的權重計算

本研究邀請了某制造企業的生產總監、副總監和車間主任等十位專家，通過郵件、電話、訪談等形式，對指標體系中所有指標進行打分，構建指標間的判斷矩陣，并計算出各指標的權重。

2.1 一、二級指標權重確認

利用SPSSAU 軟件計算得出一級指標AHP 層次分析的結果，其中經濟性、便利性、安全性和舒適性的權重分別為50.864%、11.381%、26.821%、10.935%，其CI 值為0.009<0.1，CR 值為0.010<0.1，即通過一致性檢驗。

再經過計算得出經濟性的二級指標權重分別是：（47.208%，11.917%，15.708%，25.167%）；便利性的二級指標權重分別是：（16.984%，38.730%，44.286%）；安全性的二級指標權重分別是：（50%，50%）；舒適性的二級指標權重分別是：（25%，75%），且均通過一致性檢驗。

2.2 各指標的總體加權

如表1 所示為各指標的總體加權，在評價一級指標時，經濟性（排名第一）和安全性（排名第二）占據主要比重（77.685%），剩余兩項指標占比較均勻；在評價二級指標時，物流運輸總費用、設施間的物化反應安全程度、設施布局的柔性、設施間隔安全程度的總權重排名占前4。雖然其他二級指標的總權重較低，但仍然不容忽視，這些指標可以從更廣泛的角度反映影響車間布局方案選擇的因素，使得對布局方案的評估更為準確。

表1 各指標總體權重表

3 總結

第一，文章參考學者對設施布局評價指標的研究，結合最新車間設施布局的前沿動態，選取經濟性、便利性、安全性和舒適性四個維度和11 個具體指標，建立車間設施布局方案評價指標體系，給管理者在選擇車間設施布局方案時提供幫助。

第二，在評估車間設施布局方案時，以最小物料運輸費用為目標的評選思路，僅考慮經濟性因素，忽略潛在重要且難以納入模型的非經濟性因素，存在一定的不適用性和風險性。物料運輸總費用的考慮權重理應最大，但不能以此作為唯一標準去衡量設施布局方案的優劣。尤其是通過計算機優化算法得出的設施布局方案，還需要綜合考慮存在的實際安全隱患、便利性、舒適性和其他一些經濟因素。

第三，由于以往對車間設施布局評價指標的研究較少，因此本文構建的評價指標體系還需在實踐中不斷完善，主要表現在以下方面：一是專家對指標體系的打分具有一定的主觀性；二是管理者對體系內柔性指標的評價也具有一定的主觀性。