物流中心设施规划理论探讨

引言

随着全球经济的持续发展，现代物流业作为具有广阔前景和增值功能的新兴复合型产业越来越受到世界各国的重视，并在全球围获得迅速发展。目前，发达国家的物流成本占GDP的比重一般在10％左右，而我国约占20％t21，物流成本过高已经成为制约我国经济快速发展的一个重要瓶颈，因此加快发展物流产业，降低流通总成本，无疑将成为我国新的经济增长点。

本课题的背景项目是XX某钢铁物流中心的设施规划。研究的目的主要是探讨工业工程中的SLP(Systematic Layout Planning，系统布置规划)方法和思想在钢铁物流中心的规划中的应用。SLP方法在工业工程领域用于工程布置，是一种条理性很强的技术，在工厂平面布置设计领域获得极其广泛的运用。结合物流技术，研究SLP 方法在物流中心平面布置设计的可行性，目的是将SLP技术应用于物流中心设施规划，作为物流中心布局设计的理论基础。通过对物流中心的合理设计和布局规划，实现以最低的投入建设满足目前和将来一定时期需要的钢铁物流中心，并以低的运作成本和高的运作效率来运作。

1 物流中心设施规划理论研究

1.1 物流中心定义

物流中心是物流网络中的节点，更多地体现为道路运输系统的基础结构，也是不同运输方式选择决策的抉择点和协作、协调的结合部。在形成以中心城市为核心的经济圈或区域经济圈的体系中，物流中心有举足轻重的地位和作用；所以，中国大围的物流基础设施建设规划是由政府主管部门指导、组织制定的。

物流网络、物流中心及基础设施的规划与筹资、融资、建设与运行密切相关。投资主体将向多元化方向发展，民营企业也将成为主体之一，此外，还涉及外国资本投入物流基础建设的运作方式。

1.2 物流中心设施规划的目标

一个设施时一个有机的整体，由相互关联的子系统组成，因此必须以设施系统自身的目标作为整个规划设计活动的中心。设施规划总的目标是使人力、财力、物力和人流、物信息流得到最合理、最经济、最有效的配置和安排，即要确保规划的企业能以最小的投入取最大的效益。不论是新设施的规划还是旧设施的在规划，典型的目标是：

（1）有效地利用空间、设备、人员和能源；

（2）最大限度地减少物料搬运；

（3）简化作业流程；

（4）缩短生产周期；

（5）力求投资最低；

（6）为职工提供方便、舒适、安全和卫生的工作环境。

上述目标互相之间往往存在冲突，必须要用恰当的指标对每一个方案进行综合评价，达到总体目标的最大化。

1.3 物流中心设施规划的原则

为例达到上述目标，现代设施规划与设计应遵循如下原则：

（1）减少或消除不必要的作业，这是提高企业生产率和降低消耗的最有效方法之一。只有在时间上缩短生产周期，空间上减少占地，物料上减少停留、搬运和库存，才能保证投入的资金最少、生产成本最低。

（2）以流动的观点作为设施规划的出发点，并贯穿在规划设计的始终。因为生产系统的有效运行依赖于人流、物流、信息流的合理化。

（3）运用系统的概念。用系统分析的方法求得系统的整体优化。

（4）重视人的因素，运用人机工程理论进行综合设计，并要考虑环境的条件，包括空间大小、通道配置、色彩、照明、温度、湿度、噪声等因素对人的工作效率和身心健康的影响。

（5）设施规划设计师从宏观到微观，又从微观到宏观的反复迭代、并行设计的过程。要先进行总体方案布置设计，在进行详细布置；而详细布置设计方案又要反馈到总体布置方案中，对总体方案进行修正。

总之，设施规划与设计就是要综合考虑各种相关因素，对生产系统或服务系统进行分析、规划、设计，使系统资源得到合理的配置。

1.4 物流中心设施规划的容

物流中心设施规划主要包括以下5个方面的容：

（1）物流中心物流量的需求预测，准确的把握物流中心需求规模和结构，才能保证规划的质量。

（2）物流中心作业功能的规划设计，主要是规划物流中心部应具备的功能区，包括物流作业区域和周边辅助作业区域，对设施的规划设计必须既能满足物流中心的作业要求，又能提高作业效率、降低作业成本。

（3）物流中心功能区空间需求设计。根据物流中心各作业的基本需求，确定各功能区域以及通道等作业空间规划，以有限的空间资源完成最大的效益。

（4）物流中心功能区的平面布置规划设计。根据作业流程及功能区之间的相关性，结合各区域作业空间大小，综合考虑完成物流功能区平面布置规划。

（5）物流设备的选用。根据物流中心的作业要求，对物流设备进行选取，用合适的物流设备以及合理数量的物流设备来完成物流中心部的作业需求。

1.5 物流中心设施规划的流程

物流中心设施规划的流程表如表1.1所示：表1.1 物流中心设施规划流程表

2 国外物流中心设施规划的方法及研究现状

2.1 国外物流中心设施规划的方法

平面布置问题就是在一定的诸如物料搬运费用最小目标下的各分区空间位置的设计问题。一般要经过两个步骤，先是分块布置，然后是完成细节设计。分块布置确定了各分区的形状和相对位置，细节设计则要确定各分区所用的主要设备和附属设施与装置等的相对位置。细节设计常常是与具体系统相关联的，因此，目前多数研究都集中在分块布置的优化方法上。

物流设施布置方法源于工厂布局设计，伴随工厂布局设计研究地不断深入，物流设施布局也参照性地选择了一些方法，有工程图表法、流程图法，现代数理上的优化法、近似法等，如SLP法、CORELAP法、ALDEP法、CRAFT法和MultiPLE法等。

（1）摆样法。利用二维平面比例模拟方法，按一定比例制成的样片在同一比例的平面图上表示设施系统的组成、设施、机器或活动，通过相关的分析，调整样片位置可得较好的布置方案。适用于较简单的布局设计。

（2）数学模型法。运用运筹学、系统工程中的模型优化技术（如：线性规划、随即规划、多目标规划、运输问题、排队论等）研究最优布局方案，为工业工程师提供数学模型，以提高系统布置的精确性和效率。但是用数学模型解决布局问题有两大困难，一是当问题的条件过于复杂时，简化的数学模型很难得到符合实际要求的准确结果；二是布局设计最终希望得到布局图，但是用数学模型得不到。利用数学模型和CAD相结合的系统布局软件是解决问题的一种好方法。

（3）图解法。产生于20世纪50年代，有螺线规划法、简化布置规划法及运输形成图等。优点是将摆样法与数学模型结合起来，但在实践中较少应用。

（4）系统布置设计SLP法。此方法最初由RichardMuther在1961年提出，提出了作业单元相互关系的密级表示法，形成了一种以大量的图表分析为手段，以物流费用最小为目标，物流关系分析与非物流关系分析相结合，求得合理的设施布置的设计技术。

（5）自动布置设计程序（AutomatedLayout Design Program，ALDEP）法。ALDEP 基于凑合法的布置设计的算法。工作原理是按照物流系统作业单元之间的密切程度等级进行平面布置。ALDEP是一个构造程序，等于从一空白的设计纸开始，从所有作业单元中，随机挑选第一个作业单元到空白的设计图中，然后根据密切程度作业单元。先摆放密切程度高的作业单元，然后再选择密切程度稍低的作业单元摆放，直到所有作业单元都摆放完毕为止。

（6）计算机化关系布置规划（ComputerizedRelationship Layout Planning，CORELAP）法。CORELAP优化算法和ALDEP法一样，也是根据作业单元间的密切程度来选择和摆放作业单元。CORELAP用长方形的作业单元构造布置。根据对作业单元密切程度的权重赋值，从非常重要到不重要分别赋值6到l，用以计算个作业单元总密切程度等级TCR，TCR表示一个作业单元与另一个作业单元之间的彼此可接受性。CORELAP也是从一白纸开始，先将TCR最大值的作业单元A放在纸上，然后扫描各作业单元密切程度表，将与A有密切关系的作业单元再放在边上，接着再选择其它有密切关系的作业单元摆放，直到应该摆放的作业单元都摆放完毕。与ALDEP方法不同的是，CORELAP使用了摆放等级和边界长度参数，前者根据准备放上去的新作业单元和已在图上的将分享共同边界的相邻作业单元的权重等级之和来决定选择何者。

（7）定量布置程序（CRAFT）法，CRAFT和基于密切程度等级的ALDEP和CORELAP 相反，CRAFT使用物流信息或从制表上累加而得出的作业单元物流强度。CRAFT被称为定量布置程序，而前两个方法被称为定性布置程序。CRAFT是一种改进程序，接受一项初始布置设计并用顺序方式成对交换作业单元的位置，试图做出改进。几个设计方案相互比较时，CRAFT用物品搬移或运输成本作为评价标准，这个成本用移动距离的线性函数来表示。

（8）多层仓库定量布置程序（MultiPLE）法。MultiPLE是CRAFT的改进型。它可以用于多层楼房设施布置设计，也可以用于单层仓库设计。它与CRAFT一样，MultiPLE使用物流量信息、目标函数和搜索程序，用优化程序产生改进的布置方案。MultiPLE允许任何作业单元位置作双向交换，主要特征是采用空间填充曲线，用于构造布置以及用以表示作业单元布置的空问。

（9）最大可平面图布置设计（Maximalplanar Graph）法。这是一个基于图论的平面设计方法。像ALDEP和CORELAP一样，图论算法也用不同的密切程度等级的作业单元关系来产生布置方案。同时它也是一种布置设计的构造型算法，算法的目标是在令人满意的毗邻最大化的条件下生成布置。在输入作业单元关系和作业单元要求的空间后，图论方法的设计过程是：首先将最高级的作业单元关系（密切程度）放在一个位置上，其次是所有作业单元连接的图构造成树状图，即没有闭环的图，称之为最大生成树。然后将其余有较高密切程度等级的作业单元继续安放到图上，直到再也不能做出新的边为止。除非要做非平面的三维图。这意味着每条边加上去时不会切割已在图上的各边。这种图称为最大可平面图。在最大可平面图上用各顶点连在一起的方式，将各作业单元连接在一起。由于各作业单元都是具体的面积与形状的，所以进一步要将图论中的图转换为双重图，其中各作业单元已表示成为块状形式。最后，将包含各作业单元需要的空间的双重图变成最终的布置设计块状平面图。

以上各种方法中，RichardMuther提出的系统布置设计（SLP）方法，使平面布

置设计从定性阶段发展到了定量阶段。LEE等提出的CORELAP优化算法，在已知物流设施作业面积需求和设施间关系等级的基础上，使设施之间的密切度最大；ALDEP法与CORELAP法相似，只是在具体指标的选择和优先性上有所不同；BUFFA等人提出的CRAFT法是在已知物流设施问的货物流量的基础上，对已有布局进行调整，使物流结点的搬运费用最小的方法；MultiPLE法是对CRAFT法的改进，只是调整方法不同。

2.2 国外物流中心设施规划研究现状

（1）国研究现状：20世纪80年代初期，我国在工业领域引进设施规划与设计技术，并在实践中有所应用。1900年开始，我国一些高校设置了工业工程专业，正规培养设施规划与设计人才。1996年我国公布了全国性行业规JBJ9．1996《机械工厂总平面及运输设计规》作为指导性文件，总结我国国经验，对总平面布置设计有重要的参考价值。

目前，国系统掌握并能运用设施规划的学者数量相对较少。尽管如此，人们对布置问题本身及其求解理论和方法等认识的逐步深入，国学者逐渐运用现代设计方法和技术，从不同的角度对设施布置设计问题进行研究。

季江民、徐宗元等（1997）提出了不等面积设施布局的收敛算法。即“控制收敛”方法，对原有布置进行迭代改进，通过用放大设施数倍的包络块来代替原来的设施进行初始布置，通过循环优化使设施的大小逐渐缩d,N实际大小而终止。黄国萍、定方（1999）对于基于功能的空间布置设计理论和方法进行了研究提出三个求解层次：基于功能的空间布置概念设计层、基于功能的布置装配几何建模层和基于功能的数学建模的详细设计层。伟仁（2000）应用SLP方法进行石墨电极厂总平面布置设计的过程及基本要素分析、物流分析、作业单位之间非物流相互关系分析、总平面布置。冠新、正刚（2001）提出设施布置问题的非线性目标规划模型及其遗传算法，将设施布置问题建模为新的非线性目标规划模型，并采用了一种新的遗传算法进行求解。叶慕静，周根贵（2005）将遗传算法应用于系统布置设计中，以系统布置设计的理论综合相互关系与实际综合相互关系之间的误差最小为目标，求解具体的平面布置方案。

（2）国外研究现状: J．Cgana（1998）详细阐述了布局问题求解的非线形方法、遗传算法的不足以及模拟退火算法的优越性。C．Papahristodouolou（1999）提出设施布置问题的纯二元线性模型，将简单的二元线性模型应用于小型医院设施布置，布置五个功能模块。这个模型具有灵活性和实用性特点。T．Dunker（2002）提出设施布置问题的遗传基因进化算法，使用一种新方法编码各部门相对位置，提出改良的突变和交叉算子，并应用于大型设施布置。I．Castlio（2003）对设施布置嵌入链式算法进行研究，模拟大量点系统的图型模式，节点为各个设施布置点，边为布置点间的