武汉科技大学-本科毕业论文论文综述报告.doc

武汉科技大学本科毕业论文文献综述报告本科毕业论文文献综述题目 ：基于仿真的汽车总装排序分析与改进学 院:机械自动化学院专 业:工业工程学 号:学生姓名:指导教师:日 期:前言随着计算机仿真技术和汽车制造技术的不断发展，仿真技术在汽车制造企业中的应用也越来越广泛。计算机仿真技术作为一种实验分析方法，能够把组成装配线的生产资源、产品工艺数据等信息动态地结合起来，将生产线活动过程“复现， 可以对生产系统各个组成单元进行形象而详尽的描述，代替以往数学方法单纯的抽象描述，能够反映出生产线的活动过程和特征，为生产线的运行管理提供理想的手段。针对目前混流装配线的研究热点和难点问题排产问题，本文采用面向对象的离散事件仿真软件Flexsim，建立了一条包含8个装配工位的汽车装配线仿真模型，实现了汽车总装作业过程的模拟。首先以装配线工位堵塞和闲置时间最小化为目标，实现了三种车型各分配方案的仿真实验。接着针对各车型分配方案的平衡性和操作时间的不确定性引起的装配线不稳定性分别引入了平滑度系数及稳定性半径。结合仿真分析、平滑度及稳定性分析结果，采用AHP法决策出各车型最佳的分配方案。最后以装配线工位堵塞与闲置时间最小化为目标对各可行的排序方案进行仿真研究，实现了多品种混流投产排序的优化选择，为解决混流装配线的研究难题排产问题提供了新思路和新方法。关键词：混流装配线；仿真建模；投产排序；Flexsim 主题1 汽车装配线国内外研究现状对于汽车总装线作业排序优化问题，国内外已有较多的研究，下面分别阐述装配生产线作业研究、装配生产线系统仿真、混合装配投产序列问题的国内外研究现状。1.1 装配生产线作业平衡研究文献1以汽车混装作业为研究对象，论述了多产品混合装配时的投产序列调度和精准调控机理，认为只有投产序列和工位任务分配协同调度，才能使企业生产高效和调度作业精准并论述了该协同调度措施的层次实现策略。文献2以多品种可变流水线为研究对象，分析了影响流水线柔性生产线平衡的主要因素，以时间为依据，改进作业指导书，提高人员素质，保证流水线平衡，提高生产率。文献3从神龙汽车有限公司总装生产的现场实际出发，研究汽车总装柔性化生产方式，通过对总装生产系统的重新柔性化设计，使在一条生产线上可同时混线生产多车型多品种的汽车。文献4以东风汽车公司总装配厂为研究对象，通过对总装配线的构成、工艺布置、设备、工装的全面分析，找出影响汽车生产能力的主要因素，充分考虑新产品的结构变化和市场需求的趋势，利用工厂现有设施，采用最经济、合理、见效快的技术改造方案，实现生产纲领的目标。文献5从管理的角度出发，讨论了提高制造装配企业竞争力的生产系统计划优化理论，指出主生产计划、生产排序、提前控制期是制造装配企业在激烈的市场竞争中必须首先解决的关键制造管理问题，是获得个性化竞争的必然要求。可以看出，国内在混合装配线研究上，很少考虑到装配生产线的鲁棒性，也就是在装配线不确定因素影响下，装配线能否保持稳定的作业，这是保证生产连续性和效率提高的关键。1.2 装配生产线系统仿真先进制造技术的应用和发展，为计算机仿真的应用提供新的舞台，提出更高的要求。在从产品的设计到制造以至测试维护的整个生命周期中，计算机仿真技术贯穿始终。就仿真技术应用的对象来看，可将制造业中应用的仿真分为四类：面向产品的仿真；面向制造工艺和装备的仿真；面向生产管理的仿真；面向企业其它环节的仿真678。文献9通过对某汽车装配车间生产线进行调研和数据收集，得到该车间的简化模型，并针对该生产线的特点，分析装配车间的生产特点和仿真原则，得出按工位建模的思想，按照车间工位的特点，进行独立工位的ESHLEPN建模、非独立工位的ESHLEPN建模和整个装配车间的生产物流ESHLEPN建模，并指出了ESHLEPN模型的缺点和解决方法。文献10首先建立了装配线负荷平衡的数学模型，分析了各种启发式求解算法并在数字化软件eM-Power的平台上建立了轿车总装车间的底盘工段与分析工段工位的方针对象模型，最后进行了生产评估并验证了所建模型的有效性。文献11121314采用Flexsim仿真软件平台，对生产物流系统进行了仿真研究，取得了较好的成果。文献1516使用物流仿真软件ProModel对某汽车总装线的设施布局、生产状况和物流方式进行全面建模，并通过仿真分析，得出现有总装线上的详细生产状况，以提高生产线效率。仿真技术在国外生产线规划领域有很多成功的应用。Perot System Team利用Deneb Robotics开发的QUEST及IGRIP设计与实施一条生产线，在所有设备订货之前，对生产线的运动学、动力学、加工能力等各方面进行了分析与比较，使生产线的实施周期从传统的24个月缩短到9.5个月。国内，在生产系统仿真规划方面, 清华大学，上海交通大学计算机集成制造研究所都进行了相关研究17。尽管仿真技术几十年来有了较大的发展，但仍存在不少问题，主要表现在建模极为复杂和计算机运算时间较长、不能实现最优化等，因此还不能很好地满足应用要求。为了解决上述问题，目前仿真技术研究的主要内容及发展方向可概括为以下几个方面:（1）仿真技术的应用范围空前的扩大了。在仿真的对象及目的方面，已由研究制造对象的动力学特性，运动学特性，研究产品的加工、装配过程，扩大到研究制造系统的设计和运行，并进一步扩大到后勤供应、库存管理、产品开发过程的组织、产品测试等，涉及到制造企业的各个方面；（2）通过发展模块化、结构化以及图形建模技术，研究通过建模专家系统来改善建模环境，研究和发展一体化的仿真环境。仿真涉及诸多功能软件，如建模软件、实验设计软件、仿真执行软件、结果分析软件等，为了提高仿真效率，必须将它们集成起来；（3）研究和发展动画仿真技术，研究和发展仿真数据库，开发面向仿真的数据库管理系统；（4）网络技术结合所带来的仿真的分布性，仿真的分布性由制造的分布性决定的，敏捷制造、虚拟企业等概念本身就有基于网络实现异地协作的含义18。从当前的技术现状和应用情况来看，国内的计算机建模仿真水平与应用水平在总体上与国外都有一定的差距，并且将Flexsim仿真软件应用到汽车总装配线虚拟现实仿真还很少，借助于Flexsim仿真软件来对总装作业平衡、混流总装作业排序进行仿真实验就更少。1.3 混合装配投产排序为使装配生产线高效地运行，需要重点解决排序问题。其研究内容涉及在满足特定的约束条件下，如何将多个品种的待装配产品按照合理的排产顺序投放到装配线上，实现混合装配并达到要求的目标，它属于组合优化的范畴。在国外针对混合装配生产线投产排序问题的研究主要有:1963年由美国的Arcus A其博士论文中首次提出混合装配生产线投产排序问题。随后ARRahimiVahed等也分别从模型和算法方面对混合装配生产线的排序问题进行了研究。其中，大部分研究工作是针对JIT生产系统的，且主要是对以下两个目标进行优化：装配线各工作站上的负荷平衡最优和待组装的主要零部和原材料的消耗速率最优。1993年，Steiner和Yeomans建立了一个产品层生产波动量的最小化模型。1996年，Cheng对多个已有产品层的解法进行了改进，将不同的产品品种赋予不同的权重。l 997年，Kubiak等给出了可以获得混合装配生产线排序模型最优解的动态规划方法。2005年，SAfshin Mansouril提出了一种多目标遗传算法，可以解决混合装配生产线上生产率与品种切换时装配生产线调整次数同时优化的问题，并进一步证明了该类问题属于NP难题，IPLP解法或完全枚举法在计算理论上的不可行性19。在国内对混合装配线投产排序问题研究也有很多，文献20针对车间作业排序系统中的模型库管理问题，采用面向对象的建模技术，结合模型库管理的一般要求和生产排序算法的具体特点，提出了一种可重用的车间作业排序系统模型库设计方案。文献2122运用遗传算法对作业排序问题进行研究；文献23采用模拟退火优化算法，对车型上线序列进行优化；文献24建立了一种基于JIT的一种混流生产模型；文献2526介绍了两种独立的调度方法，投产序列规划和工位任务规划，系统论述了开始柔性混装线中，对于给定节拍协同调度投产序列和工位的意义。目前，国内外有很多学者专家对混合装配线平衡问题和排序问题都作了不同程度的研究，但是研究大部分都建立基于面向对象的数学模型以及目标函数模型，这种模型建立起来极为复杂。很少通过仿真来分析作业平衡，也很少有根据生产实际情况分确定状态和不确定因素情况研究装配线排序问题。2 系统仿真及Flexsim仿真软件2.1 系统仿真技术概述系统是某些要素按照一定的规律结合起来，互相作用、互相依存的有机整体。系统模型是系统的一种描述，是反应系统内部要素的关系，为研究目的而开发的对真实系统进行模仿的一种形式。仿真(simulation)是一种实验方法，它是运筹学和系统工程中一种重要的优化方法，基本思想是试图重现某一系统或活动的作业情况，而不必实地去建造并运转一个系统，那样会造成巨大的花费，这种方法不是去求解模型，而是在各种不同的作业条件的组合下，去运行这一模型，由模拟运行所得的结果，对所提出的方案的优缺点进行评价。仿真技术的主要的优势在于与大多数技术相比，它更简单，运作起来不昂贵且更灵活。另外，仿真技术的发展及应用依赖于计算机软硬件的飞速发展。今天，随着计算机科学与技术的巨大发展，仿真技术的研究也不断完善，应用不断扩大。系统、模型、计算机的关系为：系统模型计算机系统建模仿真仿真实验2.2 Flexsim仿真软件介绍FIEXSIM(flexible simulation)是一种面向对象的离散事件仿真软件。可以用来对离散系统进行建模，系统根据特定事件发生的结果在离散时间点改变状态。在FLEXSIM软件中可以建立一个抽象的模型，进行仿真，并对输出结果进行分析。它的特点是，在仿真过程中可以看到生产加工整个过程，如暂存区的货物堆积情况、操作员的忙闲和各实体间的相互联系等，而且能够输出完整的运作绩效报告。在FLEXSIM的逼真图形动面显示和广泛的运作绩效报告支持下，可以在短时间内识别问题并对可选方案做出评估。在系统建立之前，使用FLEXSIM来建立系统的模型，或在系统真正实施前试验其运作策略，可以使决策者在更短的时间内，以更低的成本，更高的效率对实际系统进行优化。以前需要花费几个月甚至几年时间来进行查错试验以对系统进行改进，使用FLEXSIM可以在几天甚至几小时内取得效果。仿真模型的整个生命周期包括：为现实系统创建模型，运行模型想定，分析模拟结果，根据结果改进现实系统。根据这种观点，运行下一个仿真程序时，新的模型间期又开始了，而有关如何建模的知识则能够继承下来。Flexsim的特点是能够创建对象，并重复使用和共享。这是Flexsim拓展生命周期和增加仿真程序与模型用途的一个特点，另一个特点是Flexsim有实时监控动态系统的能力。3 Flexsim仿真建模与仿真研究 基于FLEXSIM对生产线进行仿真优化的一般步骤为： 描述问题收集资料，建立物理模型不符合要求建立仿真模型 运行仿真模型，分析输出结果模型优化分析总结仿真结果(1)描述问题，确定仿真目标。根据系统基本资料和对系统的了解情况对问题进行描述，提出模糊或不确定的问题，明确仿真目标的过程。(2)收集资料，建立流水线生产物理模型。收集生产结构和系统工作流程信息。确定系统布局图表。即描述对系统仿真目的有意义的实体及相互关系等。(3)建立仿真模型。根据收集到的资料，确定系统物理模型中每个实体的参数以及相互间的关系，并把相关参数输入到所建好的模型中，实现概念模型向计算机模型的转化。(4)运行仿真模型，分析输出结果。由于一般仿真过程随机性比较强，通过多次仿真运行，分析输出结果，找出生产线瓶颈问题，并对生产线平衡状况进行分析研究。(5)模型优化处理。根据实验要求和仿真目的首先对每条生产线提出优化方案，运行优化模型，分析结果。再对整个生产系统整体进行优化处理，最终确定最有效的优化方案。(6)总结仿真结果。对模型仿真进行总结说明。总结随着自动化水平不断提高，总装排序越来越复杂，生产管理者对作业排序的每一决策，都需谨慎考虑，措施不当，往往需付出高昂的代价。而正是由于作业系统的复杂性、快节奏和柔性，要想预测每一种决策给系统带来的后果，已是人的大脑无法胜任的了，仿真技术正是弥补了这一不足，成为现代生产系统的有用工具，成为生产管理人员的得力助手。因此，研究仿真技术在总装线作业排序中的应用将有很大的发展前景和意义。国内外学者对通过优化不同品种车辆的作业排序，减少整个车间装配员工的闲置与超载时间虽有论述，但还没有适合神龙汽车用于总装实际的具体优化方法。因此，本课题的研究成果将会在神龙汽车公司有非常大应用价值，对国内实现多品种混流生产的汽车行业以及其他制造行业也有一定的参考意义。参考文献1 唐秋华,席忠民,陈平和,严运兵.高效精准混装作业调度策略研究J中国机械工程,2007,18(9):1108-1111.2 林筠,李随成.多品种可变流水线平衡及改善J工业工程,2000,3（2）:46-49.3 马文书.汽车总装柔性化生产线的设计D湖北:华中科技大学，2005. 4 戴军，林茵茵.汽车总装配线改造工艺分析J中国汽车工程学会2003学术年会，2003M118：363-372.5 应明幼.基于ERP的生产系统计划优化研究D上海:上海交通大学,2002.许晨.6 Lixin Tang, Jiyin Liu, 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