关于SLP方法在物流设施布局中的应用研究报告.docx
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关于SLP方法在物流设施布局中的应用研究报告
1绪论
1.1研究背景
由于现代物流在我国的发展起步较晚，大部分制造企业在进行生产工艺设计及物流设施布局规划时没有考虑物流的因素，只是重点围绕生产进行相应的规划和设计，导致企业各工序间的衔接性不符合现代物流要求，厂内各种作业相互交叉、迁回运输、无效搬倒等不合理的现象较为严重。
现阶段，自营物流在我国制造企业中还占有相当的比例，这些企业的物流装备整体水平低下，主要靠人力来完成各种物流作业，较为先进的企业也不能完全实现机械化和自动化，仍需大量人工配合。
即我国企业物流设施布局规划不合理的情况普遍存在，且对我国物流系统规划与运作产生了严重的负面影响。
1.2研究意义
从理论方面看，本设计的研究意义在于，通过探讨工业工程领域中的SLP技术和思想在物流设施布局中应用的可行性，将工业工程技术和物流结合在一起，找出物流企业中合理、高效、经济的物流流程，并规划合理的物流设施布局，为物流系统规划与运作提供理论依据和可选择的解决技术。
从现实意义的角度来看，本设计的实际应用价值在于以下几方面：
（1）通过对物流设施的合理布局，在满足物流服务要求的基础上减少对物流基础设施的投入，充分利用已有的基础设施，避免重复建设。
（2）我国目前的物流水平比较低，效率较低，损失严重。
通过运用相应的技术和思想对现有的物流设施布局和运作进行改进，提高运作效率，降低运作成本和货物损失。
2物流设施布局基本理论
2.1物流设施的概述
为满足物流需要而建立起来的机构、系统、组织、建筑等，统称物流设施。
物流设施主要包括港口、码头、货场、航空港、仓库、自动化立体仓库、物流基地、物流中心、配送中心等。
2.2物流设施的作用
物流是指物质资料从供应者到需要者的物理性（实物性）流动，是创造时间和空间价值的经济活动。
在整个创造经济价值的活动中物流设施起到了举足轻重的作用。
（1）提高物流效率
物流通过不断输送各种物质产品，使生产者不断获得原材料、燃料以保证生产过程的进行。
物流能够如此有效的提供给生产者物资就是由于物流设施提高了物流效率。
以运载设施来说，在运输过程中，装卸机械在货物的搬运转移中节省了人力和时间，大大提高了劳动效率。
计算机和通讯设备快捷和准确为物流提供信息服务，也大大提高了物流效率。
（2）降低物流成本
仓库拥有保管物资，调节物资供需、运输和配送，以及节约物资的功能。
这些功能减少了物资的浪费，对物资的分检、加工等功能及时发现问题，减少检查的重复。
如此一来大大降低物流的成本。
交通运输的建设和发展，大大节约了时间成本。
计算机及通讯设备的发展则节约了空间成本。
上述的仓储、运载设施、计算机及通讯是构成物流设施的三大块。
总的来说也就是物流设施降低物流成本。
（3）改善物流条件
在早期没有汽车、火车这些交通工具时，生产条件低下，能够交换的物资本身也不多。
因此没有工具可凭借时的货物流通就十分有限。
现在，发达的交通设施使得物资可以到处运送。
在高信息时代，计算机可以让你方便简洁的获得所需，而不用再千山万水的行走。
物流设施的完善，无疑是物流业发展的重要物质条件。
特别是交通枢纽、工业基地、商贸是心、物资集散和口岸地区，从长远发展来看，均需要综合配套的物流设施。
因此物流设施改善了物流条件。
（4）保证物流质量
物流设施中的运输机械保证了物资的顺利进行流动。
通信设备保证了物资及时准确到达定点处。
仓储的保护设施使物资质量得到保证。
整个物流过程顺利，货物质量保证，及时准确到达目的地，这些充分表明物流设施保证了物流质量。
2.3物流设施布局的基本原则
物流设施布局的好坏直接影响到整个系统流、信息流、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。
优劣不同的设旌布局，在施工费用上相差无几，甚至差的布局花费更少，但对生产运营的影响却有很的大同。
总的来说，设施布局设计要遵循这样一些基本原则：
（1）整体综合原则。
设计时应将对设施布局有影响的所有因素毒考虑进去，以达到优化的方案。
（2）移动距离最小原则。
产品搬运距离的大小，不仅反映搬运用的高低，也反映物料流动的顺畅程度。
因此，应按搬运距离最小原则选择最佳方案。
（3）流动性原则。
良好的设施布局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。
无论是生产区域或储存区域的空间安排，都力求充分有效地利用空间。
（5）柔性原则。
在进行设施规划布局前，应考虑各种因素变化可能带来的布局变更，以便于以后的扩展和调整。
（6）安全舒适原则。
应考虑使作业人员有安全感，并感到方便、舒适。
3物流设施布局的研究现状
物流设施布局的研究内容主要包括空间布局和平面布局两方面。
物流设施的空间布局主要是指整个物流系统网络的构建和节点的选择，而平面布局则是指物流设施内部的各个物流区域之间的总平面布置以及各物流区域的内部平面布置，是在空间布局的成果的基础上进行的。
物流设施的空间布局与平面布局通常是物流设施规划的相邻的两个阶段，也是物流设施规划最核心的内容。
目前，国内对物流设施布局的研究多是集中在物流设施的节点选址和网络布局方面，而对于物流设施平面布局的研究则相对较少。
3.1物流设施的平面布局研究
物流设施平面布局研究的主要内容包括物流企业内各物流作业单元之间的总平面布局以及各物流单元内部的物流机械设备等作业平台的布局。
无论是总平面布局还是作业平台的布局，它们的结论将直接影响着企业内物流运作的效率和作业成本。
因此，寻求最合适的平面布局方案是平面布局研究的直接目的。
与空间布局研究相似，随着数学和计算机技术的不断发展，人们越来越多的运用数学方法建模并利用计算机、软件技术求解来解决平面布局问题。
目前，国内外对物流设施的平面布局研究通常应用方法主要有以下几种:
3.1.1数学解析法
对物流设施的平面布局研究可以采用纯数学的方法，即纯解析的方法。
解析法是把物流系统抽象成一种数学表达式，通过求解数学表达式找到最优解，其中应用最多的就是运用运筹学中的一些方法通过设定目标函数和约束条件来评价和选择最佳的决策方案。
由于不同的物流设施布局的侧重点不同，因此所构造的目标函数也可能不同。
常用的运筹学方法有最短路法、最小费用流法、最大流法、系统搬运分析法、模糊综合评价法等。
（1）最短路法
最短路问题的数学模型构成一般如下:
设G=（V，E）为连通图，图中各边（vi，vj）有权lij（lij=∞表示vi，vj间无边），vs，vt为图中任意两点，求一条道路μ，使它是从vs到vt的所有路中的总权最小的路。
即:
（3.1）
最短路问题可用运筹学中图论的一些方法来求解，如Dijkstra算法、逐次逼近算法、Floyd算法等。
（2）最小费用流法
最小费用流法的数学模型构成一般如下:
已知容量的网络G=（V,E,C），每条边（vi，vj）的容量为cij，单位流量的费用dij（≥0），记G=（V，E，C，d）。
求G的一个可行流f={fij},使得W（f）=v,且总费用d（f）最小。
d（f）的公式为3.1所示。
（3.2）
最小费用流问题的常用解法有原始算法和对偶算法两种。
（3）模糊综合评价法
模糊综合评价法是综合评判方法的一种，是对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体评价。
通常采用二级模糊综合评判方法全面地对事物进行定量、定性分析。
二级模糊综合评判方法是将众多的因素按其性质分为若干类，先按一类中的各因素进行评价，然后在类之间进行综合评价，对于整个过程中的参数计算可采用层次分析法确定。
这种综合评价方法可以实现方案评选的综合性、科学性和可操作性。
解析法有比较悠久的发展历史，它通过求解数学表达式找到最优解，在实际中应用广泛，是一种比较成功的方法。
虽然解析法可以求最优解，但还是存在着一定的局限性。
首先，解析法过于拘泥于数学抽象，人们对抽象的、假想的逻辑模型很难获得系统的真实感受，不便于对实际的系统进行分析。
其次，随着现代物流系统规模的不断扩大，在运用解析法建立数学表达式时，如果单纯依据系统实际情况，往往要列出数目众多的限制条件，这将使得求最优解的过程变得非常复杂甚至根本求不出最优解。
再次，在运用解析法进行物流系统分析时，其数学模型本身若干的假设、抽象和简化，对其求解结果也会造成很大的误差。
最后，应用解析方法很难真实地处理一些涉及到的相关数据，例如道路流量和堵塞情况等即时交通情况，这样在物流过程中不能体现出运输环节的重要影响。
这必然使得分析结果的可信度受到影响。
3.1.2计算机辅助平面布置
计算机辅助设施平面布置实际上就是将数学解析法进行计算机化，通过相关的软件用计算机运算来求解。
无论是物流园区内各物流作业单元的总平面布置还是物流作业单元内部的平面布置，一般都物料搬运费用为基本目标函数，求解使基本目标函数值为最小的、在给定区域上的作业单位平面布置方案。
目前计算机辅助设施平面布置所用的软件根据算法大体可以分为两类，一类是基于最优算法，另一类是基于次优算法。
穷举算法又称枚举法，是最简单、最常见的最优算法，它适于在给定设施布置地点组的情况下进行设施布置的场合。
穷举法道理非常简单，就是列出所有布置方案，通过比较布置方案目标函数值的大小，找出其中的一个或几个最优布置方案。
但是，对于大多数布置问题来说，穷举法是不切实际的。
根据组合论知识，设施的排列方法为设施总数的阶乘，当布置问题的规模比较大时，备选方案的个数基本上为布置问题规模的阶乘数，这个数量是非常大的。
从数量如此庞大的备选方案中寻找最优方案是非常困难的，这需要计算机具备巨大的存储容量以及极高的运算速度，同时需要非常长的运算时间，因此最优算法成为难解问题。
因此，虽然从理论上来讲，穷举法是可行的，但它要消耗巨大的计算时间，在实际的应用中采用的不多。
为此研究人员开发出了一些次优算法。
主要有以下几种:
（1）构造法（ConstructionMethods）
构造算法是根据某种规则逐一对所有设施的位置做出安排，最终得出比较好的（可能是最优的）布置方案的算法。
构造算法实际上就是增加了约束条件的穷举法，它根据构造规则设定一定的约束条件使得计算机的运算量大幅降低，也使得这一类问题得求解成为了可能。
构造算法求得的解的质量往往取决于构造规则及其复杂程度。
（2）改进算法（ImprovementModels）
现实中，相对于建设新的设施，更通常的情况是在现有的设施基础上进行改进，因此平面布局的改进算法比构建算法更具有现实意义。
在改进算法中，总是从一个己知的初始布置方案出发，通过对设备间进行有规律的交换，并把得到最佳结果的那种交换保留下来形成新的布置方案，重复进行这个过程，直到不能进一步改进布置方案为止。
最常用的改进算法与程序是计算机设施相对定位法（ComputerizedRelativeAllocationofFacilitiesTechnique，CRAFT）。
计算机设施相对定位法是一个以各作业单位之间物料搬运费用逐步减少的优化原则改进布置方案的算法与程序。
它通过对现有的平面布置方案中各作业单位，两两互换位置，并计算比较交换前后的搬运费用，取搬运费用较小的布置为优化候选方案。
经过多次交换、比较、择优，得出一个改进的优化方案。
通过给定不同的初始平面布置方案，CRAFT常能得到不同的优化结果（局部最优方案），从而给规划设计人员提供很大的选择范围，通过参考各种具体条件限制，规划设计人员可以从众多的优化方案中选择出一个可行的优化方案。
构造算法和改进算法都是传统的启发式算法。
这些算法的主要缺陷是在达到满意方案前的选择过程中未充分考虑其他的方案，并且它们对初始布置敏感，导致最终布置未必好。
（3）人工智能技术（AI）
近十几年来，人工智能技术的发展为设施布置提供了功能强大的新算法。
由于设施布置是典型的NP—完全问题，而且布置问题存在含糊不清、相互矛盾和无法量化的众多影响因素，规划目标也不是唯一的，因此采用人工智能技术建立专家系统用知识模型代替数学模型，成为在有效时间内寻求满意解的可行算法。
它们应用快速并行处理，可以同时得到多个解，丰富了备选方案;并且它们允许代价更高的解出现，从而可以跳出局部最优点，解决对初始布局敏感的问题。
所以在设施布置中，特别是在寻优阶段，人工智能技术获得广泛应用。
图3.1计算机辅助平面布置算法分类图
计算机辅助布局规划虽然不一定能得到最优解，但常能得到一些局部最优的结果，从而给规划设计人员提供很大的选择范围，通过参考各种具体条件限制，规划设计人员可以从众多的次优方案中选择出一个可行的优化方案。
3.1.3计算机仿真
目前，先进的系统布置规划设计方法是采用仿真技术。
仿真是利用计算机来运行仿真模型，模拟时间系统的运行状态及其随时间变化的过程，并通过对仿真运行过程的观察和统计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特性，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。
计算机仿真主要包括系统、模型、计算机三部分，通过模型建立、仿真模型建立（二次建模）、仿真实验这三项处理活动将这三部分联系在一起。
这三部分要素和三项处理活动是所有计算机仿真的基础。
图3.2计算机仿真过程
由于仿真是基于模型的活动，因此系统仿真的第一步是针对实际系统建立模型，同时根据仿真目标加以抽象和简化，以得到计算机仿真所要求的数学描述。
第二步是仿真建模，即根据系统的特点和仿真的要求选择合适的算法，计算机程序一般选用专门的仿真语言编写，程序中还包括仿真运行参数、控制参数、输出要求等。
第三步是运行仿真模型及程序检验，先是通过反复的检验和调试程序来验证仿真算法的合理性，仿真模型经验证合理后，就可以根据仿真的目的在计算机上进行多方面的仿真实验了，并相应地获取模型的输出资料。
第四步是对仿真输出结果进行分析，通过对仿真结果进行统计分析及数据处理，以获取对系统性能的多方面评价，从而达到仿真的目的。
通过仿真技术在物流系统还未建立起来的情况下，把系统规划转换成仿真模型，通过模拟系统运行后的性能和效果，评价规划方案的优劣。
这样可以在系统建成或改造之前就能发现系统存在的问题，对不合理的设计和投资进行修正，从而避免了资金、人力和时间的浪费。
虽然仿真技术应用将设计水平提高到了一个层次，但在实际应用中仍有一定的局限性。
首先，仿真对建立的系统模型的可靠程度要求很高。
如果系统模型的建立与实际系统有一些偏差，或边界条件设置不完全，仿真结果就会有出入，因此建立可信程度高的系统模型是仿真的重要前提，而模型可信性检验也是仿真过程必不可少的环节。
其次，建立并运行仿真模型是一个复杂的人机结合过程，从而要求设计人员须具备较高的经验和分析能力。
仿真模型的各个细节都以实际数据为依据，因此既要从实际系统收集大量数据，又要对数据进行分析，还要对每次仿真过程反映的现象进行深入的综合分析，改进后再进行仿真。
这就要求仿真者不仅对实际系统有深入的了解，还要有较强的综合分析能力。
从某种意义上说，仿真技术还不能完全代替设计，目前还只能作为优化设计的有效手段。
再者，仿真模型的一次运行只是对系统一次抽样的模拟，所以系统仿真不是一种优化方法，不能求出系统的最优解。
但是通过仿真的方法，可以依据仿真模型的运行效果，修改参数，反复仿真，因此可以看成是一种间接的优化方法。
目前，仿真技术在国内物流业中的应用还不是很广泛，而在国外则应用的比较普遍。
应用的较多的仿真工具软件主要有AUTOSIMULATION公司的AUTOMOD、31公司的SIMAnimation等。
另外Extend、GPSS、Witness等也有使用。
3.2SLP综述
3.2.1SLP的产生和概述
设施平面布置在设施规划设计中占有重要地位，历来是倍受重视的领域。
以工厂布置为例，工厂平面布置的好坏直接影响整个系统的物流、信息流、生产能力、生产效率、生产成本以及生产安全。
优劣不同的工厂布置，在施工费用上可能相差无几，但对生产运营的影响会有很大不同。
优良的设施布置可以节省物料搬运费用，缩短生产周期，加快流动资金周转。
因此优良的设施布置是提高生产系统效益的重要源泉和手段，是改善生产系统整体功能、实现现代化管理和先进生产方式的前提和基础。
最初的设施平面布置设计主要是凭经验和感觉。
但到50年代，布置设计从传统的只涉及较小系统发展到大而复杂的系统设计，凭经验已难以胜任。
于是，在综合各学科发展的基础上，在平面布置设计中运用起系统工程的概念和系统分析的方法。
其中最典型的是RichardMuther在1961年提出的极具代表性的系统置（SystematicLayoutPlanning，SLP）理论。
RichardMuther的系统布置设计是一种条理性很强、物流分析与作业单位关系密切程度分析相结合、求得合理布置的技术，因此在平面布置设计领域获得极其广泛的运用，特别是在工厂设计领域。
该方法提出了作业单位相互关系的密级表示法，使工厂总平面设计由定性阶段发展到定量阶段。
国内在80年代以后引进了这一理论，应用于工厂平面布置领域，收效非常显著。
SLP的基本出发点就是用量化的作业单位相互关系密级来评定各部门之间的相关程度，因此采用系统布置设计法来进行平面布置的首要工作是对各作业单位之间的相互关系做出分析，包括定量的物流相互关系及定性的非物流相互关系。
把定性的相互关系密切程度由高至低分别用A，E，I，O，U，X字母及相应的4，3，2，1，0，-1分值表示。
将物流与非物流相互关系进行综合，得到作业单位i与其它各作业单位j，（j=1，2,…n，j≠i）的综合关系密切程度RCij，并分别求出各作业单位的总的关系密切程度一综合接近程度，公式如下3.3所示。
（3.3）
其中n为作业单位总数。
汇总所有作业单元的综合接近程度值TCRi，得到作业单元综合关系表。
然后，根据相互关系表中作业单位之间相互关系密切程度，决定各作业单位之间距离的远近。
再根据作业单元综合关系表中各作业单元的综合接近程度安排各作业单位的位置，先将TRCi最高的作业单位布置在中心位里，然后布里与该部门相互关系为A级的部门、再后是E级部门……依次布置所有部门，最终得到一张根据相互关系密切程度布置的作业单元位置相关图。
再者，将各作业单元实际占地面积与作业单元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。
最后，采用加权因素对各备选方案进行评价择优，并对每个评价因素进行量化，得分最多的布置方案就是最佳布置方案。
3.2.2SLP的研究与应用现状
虽然RichardMuther的系统布置设计技术条理清晰、考虑完善（包含定性和定量因素），但在一些特殊情况下，尤其是对大型项目和频繁的重新布置时，这种方法的工作量是非常大的。
因此自60年代以来，以J.M摩尔等为代表的一批设施规划与设计学者开始研究利用计算机的强大功能，帮助人们解决设施布置的复杂任务，为生产系统的设施新建和重新布置提供强有力的支持和帮助，并节省大量的人力和财力。
3.2.3SLP在物流设施布局中应用的可行性
SLP最初主要应用于工厂设计领域，根据RichardMuther提出的系统布置设计，把产品P、产量Q、生产路线R、辅助服务部门S以及生产时间安排T作为给定的基本要素，作为布置设计工作的基本出发点，其中产品、产量是主要因素。
企业物流设施与工厂之间存在差异，在工厂设计时，产品的设计决定了制造、装配工序和工艺，在物流上反映为物流作业的顺序和线路;而产量的大小反映了生产类型，在物流上反映为物流量的大小。
在物流企业中，不同的产品在存储、装卸等物流作用方面的要求是不同的，最终决定了物流作业线路的不同。
同时，采用不用的存储、装卸、搬运等设备和技术，决定了物流作业时间的长短;而物流企业的作业量反映了各作业单元的物流强度;物流线路、距离和物流强度对平面布置的影响直接反映在物流成本和运作效率上，物流技术对物流时间和作业流程的影响直接反映在平面布置上，是影响物流设施布局的重要因素。
在运用SLP对物流设施进行平面布置时，将决定物流企业系统布置设计的基本要素同样分为5个，需要从物流对象P、物流量Q、物流作业路线R辅助服务部门S、物流作业技术水平T这几方面出发开始考虑的。
其中物流对象P、物流量Q、物流作业路线R是影响平面布置的最重要因素。
因此以物流产品类别和物流作业量以及其他因素为基础，SLP是可以对物流设施进行布局的。
4实施SLP的阶段及流程
4.1SLP阶段结构
系统布置设计采用四个阶段进行，称为“布置设计四阶段”，如图4.1所示：
图4.1SLP阶段结构
阶段Ⅰ———确定方针:
无论是工厂的总体布置,还是车间的布置,都必须先确定所要布置的相应位置。
阶段Ⅱ———总体规划:
在布置的区域内确定一个总体布局。
要把基本物流模式和区域划分结合起来进行布置,把各个作业单位的外形及相互关系确定下来,画出一个初步区划图。
阶段Ⅲ———详细规划:
把厂区的各个作业单位或车间的各个设备进行详细布置,确定其总体位置。
阶段Ⅳ———规划实施:
编制施工计划,进行施工和安装。
总体区划和详细布置这两个阶段的工作是规划设计人员的主要任务。
这四个阶段顺序交叉,每个阶段的成果都要经过上级批准。
各阶段所需要的资料,随着阶段的进展而逐步加深。
在阶段Ⅰ前称之为预规划,主要是确定目标,进行设施要求预测、估算生产能力及需求量；阶段Ⅴ表示的是规划实施后的试运转,是对整个项目的施工、安装、试车、总结等管理工作。
4.2SLP法工作程序
系统布置设计（SLP）程序如图4.2所示：
图4.2SLP流程图
（1）准备原始资料
在系统布置设计开始时，首先必须明确给出原始资料——基本要素，同时也需要对作业单位的划分情况进行分析，通过分解与合并，得到最佳的作业单位划分状况。
所有这些均作为系统布置设计的原始资料。
（2）物流分析与作业单位相互关系分析
作业单位间的物流分析的结果，可以用物流强度等级及物流相关表来表示；作业单位非物流的相互关系可以用量化的关系密级及相互关系来表示。
在需要综合考虑作业单位间物流与非物流的相互关系时，可以采用简单加权的方法将物流相关表及作业单位间相互关系表综合成综合相互关系表。
（3）绘制作业单位位置相关图
根据物流相关表与作业单位相互关系表，考虑每对作业单位间相互关系等级的高或低，决定两作业单位相对位置的远或近，得出各作业单位之间的相对位置关系，有些资料上也称之为拓朴关系。
这时并未考虑各作业单位具体的占地面积从而得到的仅是作业单位相对位置，称为位置相关图。
（4）作业单位占地面积计算
各作业单位所需占地面积与设备、人员、通道及辅助装置等有关，计算出的面积应与可用面积相适应。
（5）绘制作业单位面积相关图
把各作业单位占地面积附加到作业单位位置相关图上，就形成了作业单位面积相关图。
（6）修正
作业单位面积相关图只是一个原始布置图，还需要根据其他因素进行调整与修正。
此时需要考虑的修正因素包括物品搬运方式、操作方式、储存周期等，同时还需要考虑实际限制条件如成本、安全和职工倾向等方面是否允许。
考虑了各种修正因素与实际限制条件以后，对面积图进行调整，得出数个有价值的可行设施布置方案。
（7）方案评价与择优
针对前面得到的数个方案，需要进行技术、费用及其他因素评价，通过对各方案比较评价，选出或修正设计方案，得到布置方案图。
5基于SLP的物流设施布局分析方法
SLP是由缪瑟（R.Muther）提出的一种工厂布置方法，该方法提出了作业相关单位相互关系密集表示法，使布置设计由定性阶段发展到定量阶段。
因其在定量设计等方面的优势受到广大工业工程师的青睐，因此已发展成为一种较具代表性的工厂布置方法。
在SLP方法中，将产品P、产量Q、生产路线R、辅助服务水平S及生产时间安排T作为布置设计工作
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