雷佳明LEI Jia-ming；刘文涛LIU Wen-tao

（北京信息科技大学，北京 100192）

0 引言

“十四五”规划中指出：深入实施制造强国战略需要实施制造业降本减负行动，以降低企业生产经营成本[1]。在企业生产过程中，物料的运输成本约占生产运作总成本的20%～50%，占产品生产总成本的15%～70%[2]，而良好的车间设施布局有助于降低设施之间的物流运输总距离和运输时间，可使这项成本至少减少10%～30%[3]。设施布局常见的问题包括设施之间不兼容性、物流搬运空间窄小、环境舒适整洁性差等。

目前对于车间设施布局的研究大多数是基于各种优化算法：如遗传算法、模拟退火算法等，以最小运输总距离或最小运输成本为目标，通过计算机求解出最优的设施布局方案。还有部分研究是基于SLP（System Layout Planning）方法，通过分析各工序之间的物流强度，来帮助确定作业单位的布局位置。这些通过建立数学模型或分析各工序之间的物流强度等方法，得出最小运输距离或最小运输成本的设施布局方案，却很少考虑其他重要因素，如改变现有设施布局的便利性、设施之间的物理化学安全性、布局后环境的整洁性等要素。这种以运输成本最小为目标的优化思路，仅考虑经济性因素，从而忽略潜在重要且难以纳入模型的非经济性因素，所以存在一定的不适用性和风险性。

往期学者对于设施布局评价指标的研究主要有：何赟采用加权因素比较法，在制造企业设施布局方案的评价与选择中，以物流成本、空间利用率、可扩展性、工作环境及员工满意度、监管难度、安全性作为主要评选因素[4]。E M Y Elbishari 等针对达利亚工业的制造车间设施布局的研究，从部门间满意度、员工的总行程、产品的总行程、员工的总行程时间、产品的总行程时间这五方面对布局备选方案进行评价[5]。陈大鹏等在非物流因素对企业设施布局的影响研究中，认为外部区域条件、风向、自然地形和建、构筑物间距等都是设施布局的影响因素[6]。塔建等在过街设施布局方案评价的研究中，选取合理性、便捷性、协调性、舒适性和安全性五个维度和25 项具体指标，提出一种多目标综合评价方法[7]。冯洁等针对轨道交通车站衔接设施布局方案的评价，将综合成本（包含时间成本、运营成本、建设成本）作为评价目标[8]。鲍陈希在旅客运输换乘设施布局方案的评选中，从换乘效率、舒适性、经济及环境三个方面选取10 个指标构建评价体系[9]。

综上所述，目前对设施布局方案评价指标的研究，主要集中在经济性、部门和员工满意度、安全性、便捷性、协调性、环境、舒适性等方面。因此，本文在往期学者对设施布局评价指标研究的基础上，针对车间设施布置的特点和前沿研究，构建出车间设施布局方案评价指标体系，再由专家采用层次分析法确定各指标权重，利用该指标体系评估实施设施布局方案的可行性，以降低由设施布局不合理带来的生产运作风险。

1 车间设施布局方案评价指标体系构建

对于评价指标体系构建的原则，彭张林等人提出：为建立一个规范化的综合评价指标体系，需遵从目的性、完备性、可操作性、独立性、显著性与动态性的设计原则[10]。因此，文章在这些原则下，根据上述学者对设施布局评价指标的研究，并结合最新车间设施布局的前沿动态，最终选取经济性、便利性、安全性和舒适性四个维度和11 个具体指标，构建车间设施布局方案评价指标体系。

1.1 经济性因素分析

第一：物料运输总费用。从精益生产的角度，需要减少搬运的浪费。因为物料的运输过程不能给产品带来增值，而且其过程还需要投入一定的时间、人力和物力，从而增加生产过程的成本，所以降低物料的运输费用是车间布局优化的重要目标之一。

第二：设施重构总成本。如果车间设施需要布局重构，其中包括设施移动和设施拆装，则必然会产生移动、搬迁、安装等重构成本。若重构成本过大，便会极大程度上影响管理者对是否进行车间设施重构的抉择，从而影响生产线的优化或更新迭代，因此也需要纳入考虑因素。

第三：车间面积利用率。针对车间设施布局的问题，一方面需要考虑到设施间的布置需要遵循整齐紧凑性原则，另一方面也要保证设施在运输、安装、运行的过程中预留了一定的动态空间，所以将车间面积利用率最大作为考虑因素之一[11]。

第四：设施布局的柔性。保持生产和安排的动态柔性，使布局适应产品需求的变化、工艺和设备的更新及扩大生产能力的需要[12]。

1.2 便利性因素分析

第一：移动设施的便利度。由于某些设施的质量、体积、精密度等因素，想要直接移动设施显得不易，就需要用拆装重组的方式进行移动，这便涉及到上述的设施移动、拆装等重组费用。除此之外，拆装设备还需要耗费时间、人力，过甚会严重影响车间正常的生产进度。

第二：通行道路的流畅度。车间里设施的布局位置需要与现状结合，以便最大程度上保证通行道路的流畅度。例如：设备间的距离过近或设备的位置放置不合理等，会影响物流搬运的效率，进而在一定程度上影响生产效率。

第三：生产要素的协调性。车间的设施布局须将各工序的人、机、料、法、环五要素有机结合起来并保持充分的协调和平衡。例如：发运和收货部门若是处于工厂的中心位置肯定不合理，因为这会导致收发货品极为不便。

1.3 安全性因素分析

第一：设施间的物化反应安全程度。设施之间可能会由于其特有的物理化学属性相互作用而存在风险，这些风险若不提前规避，可能会给车间带来不可逆的损失。例如：若清洗车间和烘干车间相邻，将会影响烘干效果、增加烘干成本；若储物间和清洗车间相邻，将会增加货物受潮的风险等。

第二：设施间隔安全程度。设施间需要留出合适的间隔，这样做除了便于员工操作、物流搬运和设施维修之外，也能预防各类突发事故。因为设施间隔太小导致人的可活动空间也小，容易造成意外事故。

1.4 舒适性因素分析

第一：车间环境整洁明朗度。设施摆放整洁明朗，有利于营造一个良好有序的工作环境，能够无形中提升员工的效率。如果车间环境脏乱差、吵闹或照明不好，员工容易产生厌烦、易怒、易疲劳等不良情绪，进而影响生产效率。

第二：工作微环境舒适度。工作微环境是指工作地的小气候条件，它包括温度、湿度、色彩、气流、热辐射等，它能直接影响员工的生理机能、作业能力和机器的运作转态。因此，改变设施布局带来的微环境影响也需要考虑。

综上所述，车间设施布局方案评价指标体系如图1 所示，其中物料运输总费用和设施重构总成本为负向指标，其余均为正向指标。对于可定量分析的指标，可以采用计算公式进行评估。对于需定性分析的指标，因为其容易受评分人主观影响，可以采用李国平等提出的柔性指标评估方法，采用评估尺度的统一、对评估对象的全面了解、评估的独立性和评估结果的修正等措施，减少情感因素的影响，增强公平合理性[13]。

图1 车间设施布局方案评价指标体系图

2 基于层次分析法的权重计算

本研究邀请了某制造企业的生产总监、副总监和车间主任等十位专家，通过邮件、电话、访谈等形式，对指标体系中所有指标进行打分，构建指标间的判断矩阵，并计算出各指标的权重。

2.1 一、二级指标权重确认

利用SPSSAU 软件计算得出一级指标AHP 层次分析的结果，其中经济性、便利性、安全性和舒适性的权重分别为50.864%、11.381%、26.821%、10.935%，其CI 值为0.009<0.1，CR 值为0.010<0.1，即通过一致性检验。

再经过计算得出经济性的二级指标权重分别是：（47.208%，11.917%，15.708%，25.167%）；便利性的二级指标权重分别是：（16.984%，38.730%，44.286%）；安全性的二级指标权重分别是：（50%，50%）；舒适性的二级指标权重分别是：（25%，75%），且均通过一致性检验。

2.2 各指标的总体加权

如表1 所示为各指标的总体加权，在评价一级指标时，经济性（排名第一）和安全性（排名第二）占据主要比重（77.685%），剩余两项指标占比较均匀；在评价二级指标时，物流运输总费用、设施间的物化反应安全程度、设施布局的柔性、设施间隔安全程度的总权重排名占前4。虽然其他二级指标的总权重较低，但仍然不容忽视，这些指标可以从更广泛的角度反映影响车间布局方案选择的因素，使得对布局方案的评估更为准确。

表1 各指标总体权重表

3 总结

第一，文章参考学者对设施布局评价指标的研究，结合最新车间设施布局的前沿动态，选取经济性、便利性、安全性和舒适性四个维度和11 个具体指标，建立车间设施布局方案评价指标体系，给管理者在选择车间设施布局方案时提供帮助。

第二，在评估车间设施布局方案时，以最小物料运输费用为目标的评选思路，仅考虑经济性因素，忽略潜在重要且难以纳入模型的非经济性因素，存在一定的不适用性和风险性。物料运输总费用的考虑权重理应最大，但不能以此作为唯一标准去衡量设施布局方案的优劣。尤其是通过计算机优化算法得出的设施布局方案，还需要综合考虑存在的实际安全隐患、便利性、舒适性和其他一些经济因素。

第三，由于以往对车间设施布局评价指标的研究较少，因此本文构建的评价指标体系还需在实践中不断完善，主要表现在以下方面：一是专家对指标体系的打分具有一定的主观性；二是管理者对体系内柔性指标的评价也具有一定的主观性。