車間設(shè)施布局方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

雷佳明LEI Jia-ming；劉文濤LIU Wen-tao

（北京信息科技大學(xué)，北京 100192）

0 引言

“十四五”規(guī)劃中指出：深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略需要實(shí)施制造業(yè)降本減負(fù)行動(dòng)，以降低企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本[1]。在企業(yè)生產(chǎn)過程中，物料的運(yùn)輸成本約占生產(chǎn)運(yùn)作總成本的20%～50%，占產(chǎn)品生產(chǎn)總成本的15%～70%[2]，而良好的車間設(shè)施布局有助于降低設(shè)施之間的物流運(yùn)輸總距離和運(yùn)輸時(shí)間，可使這項(xiàng)成本至少減少10%～30%[3]。設(shè)施布局常見的問題包括設(shè)施之間不兼容性、物流搬運(yùn)空間窄小、環(huán)境舒適整潔性差等。

目前對(duì)于車間設(shè)施布局的研究大多數(shù)是基于各種優(yōu)化算法：如遺傳算法、模擬退火算法等，以最小運(yùn)輸總距離或最小運(yùn)輸成本為目標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)求解出最優(yōu)的設(shè)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(qiáng)度，來幫助確定作業(yè)單位的布局位置。這些通過建立數(shù)學(xué)模型或分析各工序之間的物流強(qiáng)度等方法，得出最小運(yùn)輸距離或最小運(yùn)輸成本的設(shè)施布局方案，卻很少考慮其他重要因素，如改變現(xiàn)有設(shè)施布局的便利性、設(shè)施之間的物理化學(xué)安全性、布局后環(huán)境的整潔性等要素。這種以運(yùn)輸成本最小為目標(biāo)的優(yōu)化思路，僅考慮經(jīng)濟(jì)性因素，從而忽略潛在重要且難以納入模型的非經(jīng)濟(jì)性因素，所以存在一定的不適用性和風(fēng)險(xiǎn)性。

往期學(xué)者對(duì)于設(shè)施布局評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究主要有：何赟采用加權(quán)因素比較法，在制造企業(yè)設(shè)施布局方案的評(píng)價(jià)與選擇中，以物流成本、空間利用率、可擴(kuò)展性、工作環(huán)境及員工滿意度、監(jiān)管難度、安全性作為主要評(píng)選因素[4]。E M Y Elbishari 等針對(duì)達(dá)利亞工業(yè)的制造車間設(shè)施布局的研究，從部門間滿意度、員工的總行程、產(chǎn)品的總行程、員工的總行程時(shí)間、產(chǎn)品的總行程時(shí)間這五方面對(duì)布局備選方案進(jìn)行評(píng)價(jià)[5]。陳大鵬等在非物流因素對(duì)企業(yè)設(shè)施布局的影響研究中，認(rèn)為外部區(qū)域條件、風(fēng)向、自然地形和建、構(gòu)筑物間距等都是設(shè)施布局的影響因素[6]。塔建等在過街設(shè)施布局方案評(píng)價(jià)的研究中，選取合理性、便捷性、協(xié)調(diào)性、舒適性和安全性五個(gè)維度和25 項(xiàng)具體指標(biāo)，提出一種多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法[7]。馮潔等針對(duì)軌道交通車站銜接設(shè)施布局方案的評(píng)價(jià)，將綜合成本（包含時(shí)間成本、運(yùn)營(yíng)成本、建設(shè)成本）作為評(píng)價(jià)目標(biāo)[8]。鮑陳希在旅客運(yùn)輸換乘設(shè)施布局方案的評(píng)選中，從換乘效率、舒適性、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境三個(gè)方面選取10 個(gè)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系[9]。

綜上所述，目前對(duì)設(shè)施布局方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究，主要集中在經(jīng)濟(jì)性、部門和員工滿意度、安全性、便捷性、協(xié)調(diào)性、環(huán)境、舒適性等方面。因此，本文在往期學(xué)者對(duì)設(shè)施布局評(píng)價(jià)指標(biāo)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)車間設(shè)施布置的特點(diǎn)和前沿研究，構(gòu)建出車間設(shè)施布局方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，再由專家采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，利用該指標(biāo)體系評(píng)估實(shí)施設(shè)施布局方案的可行性，以降低由設(shè)施布局不合理帶來的生產(chǎn)運(yùn)作風(fēng)險(xiǎn)。

1 車間設(shè)施布局方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的原則，彭張林等人提出：為建立一個(gè)規(guī)范化的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，需遵從目的性、完備性、可操作性、獨(dú)立性、顯著性與動(dòng)態(tài)性的設(shè)計(jì)原則[10]。因此，文章在這些原則下，根據(jù)上述學(xué)者對(duì)設(shè)施布局評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究，并結(jié)合最新車間設(shè)施布局的前沿動(dòng)態(tài)，最終選取經(jīng)濟(jì)性、便利性、安全性和舒適性四個(gè)維度和11 個(gè)具體指標(biāo)，構(gòu)建車間設(shè)施布局方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1.1 經(jīng)濟(jì)性因素分析

第一：物料運(yùn)輸總費(fèi)用。從精益生產(chǎn)的角度，需要減少搬運(yùn)的浪費(fèi)。因?yàn)槲锪系倪\(yùn)輸過程不能給產(chǎn)品帶來增值，而且其過程還需要投入一定的時(shí)間、人力和物力，從而增加生產(chǎn)過程的成本，所以降低物料的運(yùn)輸費(fèi)用是車間布局優(yōu)化的重要目標(biāo)之一。

第二：設(shè)施重構(gòu)總成本。如果車間設(shè)施需要布局重構(gòu)，其中包括設(shè)施移動(dòng)和設(shè)施拆裝，則必然會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)、搬遷、安裝等重構(gòu)成本。若重構(gòu)成本過大，便會(huì)極大程度上影響管理者對(duì)是否進(jìn)行車間設(shè)施重構(gòu)的抉擇，從而影響生產(chǎn)線的優(yōu)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(duì)車間設(shè)施布局的問題，一方面需要考慮到設(shè)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(shè)施在運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行的過程中預(yù)留了一定的動(dòng)態(tài)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(shè)施布局的柔性。保持生產(chǎn)和安排的動(dòng)態(tài)柔性，使布局適應(yīng)產(chǎn)品需求的變化、工藝和設(shè)備的更新及擴(kuò)大生產(chǎn)能力的需要[12]。

1.2 便利性因素分析

第一：移動(dòng)設(shè)施的便利度。由于某些設(shè)施的質(zhì)量、體積、精密度等因素，想要直接移動(dòng)設(shè)施顯得不易，就需要用拆裝重組的方式進(jìn)行移動(dòng)，這便涉及到上述的設(shè)施移動(dòng)、拆裝等重組費(fèi)用。除此之外，拆裝設(shè)備還需要耗費(fèi)時(shí)間、人力，過甚會(huì)嚴(yán)重影響車間正常的生產(chǎn)進(jìn)度。

第二：通行道路的流暢度。車間里設(shè)施的布局位置需要與現(xiàn)狀結(jié)合，以便最大程度上保證通行道路的流暢度。例如：設(shè)備間的距離過近或設(shè)備的位置放置不合理等，會(huì)影響物流搬運(yùn)的效率，進(jìn)而在一定程度上影響生產(chǎn)效率。

第三：生產(chǎn)要素的協(xié)調(diào)性。車間的設(shè)施布局須將各工序的人、機(jī)、料、法、環(huán)五要素有機(jī)結(jié)合起來并保持充分的協(xié)調(diào)和平衡。例如：發(fā)運(yùn)和收貨部門若是處于工廠的中心位置肯定不合理，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致收發(fā)貨品極為不便。

1.3 安全性因素分析

第一：設(shè)施間的物化反應(yīng)安全程度。設(shè)施之間可能會(huì)由于其特有的物理化學(xué)屬性相互作用而存在風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)若不提前規(guī)避，可能會(huì)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(huì)影響烘干效果、增加烘干成本；若儲(chǔ)物間和清洗車間相鄰，將會(huì)增加貨物受潮的風(fēng)險(xiǎn)等。

第二：設(shè)施間隔安全程度。設(shè)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(yùn)和設(shè)施維修之外，也能預(yù)防各類突發(fā)事故。因?yàn)樵O(shè)施間隔太小導(dǎo)致人的可活動(dòng)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(huán)境整潔明朗度。設(shè)施擺放整潔明朗，有利于營(yíng)造一個(gè)良好有序的工作環(huán)境，能夠無形中提升員工的效率。如果車間環(huán)境臟亂差、吵鬧或照明不好，員工容易產(chǎn)生厭煩、易怒、易疲勞等不良情緒，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率。

第二：工作微環(huán)境舒適度。工作微環(huán)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(jī)能、作業(yè)能力和機(jī)器的運(yùn)作轉(zhuǎn)態(tài)。因此，改變?cè)O(shè)施布局帶來的微環(huán)境影響也需要考慮。

綜上所述，車間設(shè)施布局方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1 所示，其中物料運(yùn)輸總費(fèi)用和設(shè)施重構(gòu)總成本為負(fù)向指標(biāo)，其余均為正向指標(biāo)。對(duì)于可定量分析的指標(biāo)，可以采用計(jì)算公式進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于需定性分析的指標(biāo)，因?yàn)槠淙菀资茉u(píng)分人主觀影響，可以采用李國(guó)平等提出的柔性指標(biāo)評(píng)估方法，采用評(píng)估尺度的統(tǒng)一、對(duì)評(píng)估對(duì)象的全面了解、評(píng)估的獨(dú)立性和評(píng)估結(jié)果的修正等措施，減少情感因素的影響，增強(qiáng)公平合理性[13]。

圖1 車間設(shè)施布局方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系圖

2 基于層次分析法的權(quán)重計(jì)算

本研究邀請(qǐng)了某制造企業(yè)的生產(chǎn)總監(jiān)、副總監(jiān)和車間主任等十位專家，通過郵件、電話、訪談等形式，對(duì)指標(biāo)體系中所有指標(biāo)進(jìn)行打分，構(gòu)建指標(biāo)間的判斷矩陣，并計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重。

2.1 一、二級(jí)指標(biāo)權(quán)重確認(rèn)

利用SPSSAU 軟件計(jì)算得出一級(jí)指標(biāo)AHP 層次分析的結(jié)果，其中經(jīng)濟(jì)性、便利性、安全性和舒適性的權(quán)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(yàn)。

再經(jīng)過計(jì)算得出經(jīng)濟(jì)性的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分別是：（47.208%，11.917%，15.708%，25.167%）；便利性的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分別是：（16.984%，38.730%，44.286%）；安全性的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分別是：（50%，50%）；舒適性的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分別是：（25%，75%），且均通過一致性檢驗(yàn)。

2.2 各指標(biāo)的總體加權(quán)

如表1 所示為各指標(biāo)的總體加權(quán)，在評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)時(shí)，經(jīng)濟(jì)性（排名第一）和安全性（排名第二）占據(jù)主要比重（77.685%），剩余兩項(xiàng)指標(biāo)占比較均勻；在評(píng)價(jià)二級(jí)指標(biāo)時(shí)，物流運(yùn)輸總費(fèi)用、設(shè)施間的物化反應(yīng)安全程度、設(shè)施布局的柔性、設(shè)施間隔安全程度的總權(quán)重排名占前4。雖然其他二級(jí)指標(biāo)的總權(quán)重較低，但仍然不容忽視，這些指標(biāo)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(duì)布局方案的評(píng)估更為準(zhǔn)確。

表1 各指標(biāo)總體權(quán)重表

3 總結(jié)

第一，文章參考學(xué)者對(duì)設(shè)施布局評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究，結(jié)合最新車間設(shè)施布局的前沿動(dòng)態(tài)，選取經(jīng)濟(jì)性、便利性、安全性和舒適性四個(gè)維度和11 個(gè)具體指標(biāo)，建立車間設(shè)施布局方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，給管理者在選擇車間設(shè)施布局方案時(shí)提供幫助。

第二，在評(píng)估車間設(shè)施布局方案時(shí)，以最小物料運(yùn)輸費(fèi)用為目標(biāo)的評(píng)選思路，僅考慮經(jīng)濟(jì)性因素，忽略潛在重要且難以納入模型的非經(jīng)濟(jì)性因素，存在一定的不適用性和風(fēng)險(xiǎn)性。物料運(yùn)輸總費(fèi)用的考慮權(quán)重理應(yīng)最大，但不能以此作為唯一標(biāo)準(zhǔn)去衡量設(shè)施布局方案的優(yōu)劣。尤其是通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化算法得出的設(shè)施布局方案，還需要綜合考慮存在的實(shí)際安全隱患、便利性、舒適性和其他一些經(jīng)濟(jì)因素。

第三，由于以往對(duì)車間設(shè)施布局評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究較少，因此本文構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系還需在實(shí)踐中不斷完善，主要表現(xiàn)在以下方面：一是專家對(duì)指標(biāo)體系的打分具有一定的主觀性；二是管理者對(duì)體系內(nèi)柔性指標(biāo)的評(píng)價(jià)也具有一定的主觀性。