（机械电子工程专业论文）模具制造系统布局方式的仿真评价.pdf

摘要 摘要 模具是工业生产的基础工艺设备，被称为“工业之母”。很多工业产品零件和 绝大部分橡胶、塑料制品均由模具成形。模具制造系统的生产模式为多品种、中小 批量和订货式生产。 伴随着我国工业化的蓬勃发展，作为其基石的模具制造业也面临着越来越多的 挑战。产品结构日益复杂、需求日益多样化、订单更新日益加速，这些变化不但对 复杂制造系统的计划、生产和调度提出了更高的要求，同时，也使得面对不同的产 品结构时采用何种布局方式成为一个难题。 为此，本文对某模具企业的设施规划现状和需求进行了调研，提出了机群式、 半机群式和单元式三种具有代表性的布局方案。在此基础上，综合了传统的评价指 标及当前提出的系统复杂度评价指标熵，构建了适用于模具制造系统布局的评 价指标体系。鉴于现实实验不易操作和实现，采用e m p l a n t 软件构建了仿真实验平 台，对各方案进行了评价分析。期待给出相对较优的模具制造系统布局方案。本文 主要研究内容如下： 首先，模具制造系统生产模型提取。从现实模具制造系统中，提取产品结构， 订单分布，工艺路线，工时分布和资源数目等数据模型； 其次，构建布局模型。依据工艺路线或关键件建立机群式布局模型；按照产品 结构，对设备进行单元划分，建立单元式布局模型；综合机群式和单元式布局的特 点，建立半机群式布局模型； 接着，建立评价指标体系。建立包含在制品数量，平均物流路径，产品生命周 期，完成率，设备利用率和熵在内的综合评价指标体系； 最后，运用基于e m p l a n 仿真软件建立各布局方案的仿真甲台，导入调研所得数 据，运行仿真，统计评价体系中各指标数据。通过对比，分析各布局方案的优劣。 对输出结果计算分析可知，单元式布局在熵，制品数量、物流路径和生产周期 指标下具有较为明显的优势；机群式布局的设备利用率较高，但是物流路径指标下 的劣势较为突出，并目较单元式有更大的管理复杂度。半机群式布局的各项指标值 均介于以上两种布局之间。综合模具制造业所关注的核心问题以及评价结果，可发 i 现半机群式布局方式更适合于模具制造业。 关键字：布局；仿真评价；模具制造：e m p l a n t a b s t r a c t a b s t r a c t m o l di st h eb a s i cp r o c e s se q u i p m e n tf o r i n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ，k n o w na s t h e p a r e n to fi n d u s t r y ”m a n yi n d u s t r i a lp r o d u c t s ，m o s to fr u b b e ra n dp l a s t i cp r o d u c t sa r e f o r m e db ym o l d i n g t h ep r o d u c t i o nm o d eo fm o l dm a n u f a c t u r i n gs y s t e mi sm u l t i - v a r i e t y ， m i d d l e s m a l lb a t c ha n do r d e r i n g w i t ht h ev i g o r o u sd e v e l o p m e n to fc h i n a si n d u s t r i a l i z a t i o n ，a st h ec o r n e r s t o n eo f i n d u s t r y ，m o l dm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yi sf a c i n gm o r ea n dm o r ec h a l l e n g e s t h ec o m p l e x o f p r o d u c ts t r u c t u r ea n dd i v e r s i t yo fd e m a n d si si n c r e a s i n gw h i l et h es p e e do fr e n e w i n g i sa c c e l e r a t i n g ，a n dh i g h e rr e q u i r e m e n t sa r en o to n l yp u tf o r w a r dt op l a n n i n g ，p r o d u c t i o n a n ds c h e d u l i n g ，b u ta l s ot ot h el a y o u tp r o b l e m t h e r e f o r e ，t h r o u g ht h er e s e a r c ho fd e m a n d a n ds t a t u so ft h ef a c i l i t i e sp l a n n i n g ，t h i s p a p e rp r o p o s e dt h r e er e p r e s e n t a t i v el a y o u tp r o g r a m s ：c l u s t e r t y p el a y o u t ，s e m i c l u s t e r l a y o u ta n dc e l l - t y p el a y o u t t h e n ，c o m b i n gt h et r a d i t i o n a le v a l u a t i o na n dt h er e c e n t o n ee n t r o p yw h i c hc a na s s e s st h ec o m p l e x i t yo fs y s t e m ，i tc o n s t r u c t e dt h ec o m p r e h e n s i v e i n d e xs y s t e mw h i c hw a ss u i tf o rt h el a y o u to fm o l dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m g i v e nt h er e a l e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n sw e r en o t e a s y t o a c h i e v e ，i tc o n s t r u c t e d t h es i m u l a t i o n e x p e r i m e n t a lp l a t f o r mb ye m - p l a n t ，t h e ne v a l u a t e da n da n a l y z e dt h ep r o sa n dc o n so f d i f f e r e n tl a y o u t s r e l a t i v e l yb e t t e rp r o g r a mw a se x p e c t e dt os h o w m a i nc o n t e n to ft h i s a r t i c l ew a sa sf o l l o w s ： f i r s t l y ，e x t r a c t i o no fp r o d u c t i o nm o d e lf o rm o l dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m e x t r a c td a t e m o d e lo fo r d e rd i s t r i b u t i o n ，p r o c e s s ，w o r k i n gh o u rd i s t r i b u t i o na n df a c i l i t yn u m b e rf r o m t h ea c t u a lm o l dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s e c o n d l y ，c o n s t r u c tt h el a y o u tm o d e l d e s i g nt h ec l u s t e r - t y p el a y o u ta c c o r d i n gt o t h ep r o c e s so rk e yp a r t ；d i v i d et h ef a c i l i t i e si n t oc e l l sb yt h es t r u c t u r eo fp r o d u c t s ，a n d b u i l dt h ec e l l t y p el a y o u tm o d e l ；c o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fc l u s t e r - t y p el a y o u t a n d c e l l t y p el a y o u t ，c o n s t r u c tt h es e m i c l u s t e rl a y o u tm o d e l t h i r d l y ，e s t a b l i s ht h ee v a l u a t i o ni n d e x e ss y s t e m b u i l dac o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n i n d e x e ss y s t e m ，i n c l u d i n gt h en u m b e ro fw i p ，t h ea v e r a g el o g i s t i c sr o u t e ，l i f ec y c l eo f i i l 广东工业大学硕士学位论丈 p r o d u c t ，c o m p l e t i o na n de q u i p m e n tu t i l i z a t i o nr a t ea n dt h ee n t r o p y f i n a l l y ，b u i l dt h es i m u l a t i o np l a t f o r mo fc o r r e s p o n d i n gl a y o u ts c h e m eb ye m p l a n t ， t h e ni n p u tt h ed e m a n dd a t aa n dr u nt h es i m u l a t i o nm o d e l ，a n dt h es t a t i s t i c a ld a t ao f d if f e r e n ti n d e x e sc a nb es h o w n w i t hc o m p a r i s o no ft h er e s u l t s ，d i f f e r e n ta d v a n t a g e so f t h r e el a y o u t sw e r ep r o p o s e d ，r e s p e c t i v e l y f r o mt h ec a l c u l a t i o na n da n a l y s i so ft h eo u t p u tr e s u l t s ，t h ec e l l t y p el a y o u ts c h e m e h a do b v i o u sa d v a n t a g e si nt h ei n d e x e so fe n t r o p y ，w i p ，l o g i s t i c sp a t ha n dl i f ec y c l e ； c l u s t e r - t y p e l a y o u tp o s s e s s e dh i g h e re q u i p m e n t u t i l i z a t i o n r a t e ，h o w e v e ri t s d i s a d v a n t a g e sw e r em o r ep r o m i n e n ti nt h el o g i s t i c sr o u t ea n de n t r o p yi n d i c a t o r s t h e p e r f o r m a n c eo fs e m i - c l u s t e rl a y o u tw a sb e t w e e nt h e s et w ol a y o u t si nt h ee v a l u a t i o n i n d e x s y s t e m s oi n t e g r a t e d e v a l u a t i o nr e s u l t sa n dt h ec o r ec o n c e r n so fm o l d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，i tc a nb ef o u n dt h es e m i c l u s t e rl a y o u tw a sm o r es u i t a b l ef o rt h e m a n u f a c t u r i n go ft h em o l d k e y w o r d s ：l a y o u t ；e v a l u a t i o nb ys i m u l a t i o n ；m o l dm a n u f a c t u r i n g ；e m p l a n t i v 广东工业大学硕士学位论吏 co n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) v c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c ho r i g i n 1 1 2b a c k g r o u n do fr e s e a r c h 1 1 2 1d v e l o p m e n ta n dc h a r a c t o r so fm o u l dm a n u f a c t u r i n gi n d u r s t r y 1 1 2 2t h em e a n i n go ff a c i l i t yl a y o u ti nt h ea c t u a lp r o d u c t i o n 2 1 2 3t h ea p p l i c a t i o n so fs i m u l a t i o nt e c h n o l o g y 3 1 3t h er e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d 4 1 3 1i n t r o d u c t i o no fd e s i g nf o rf a c i l i t yl a y o u t 4 1 3 2o v e r v i e wo f t h ee v a l u a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n t 6 1 4g e n e r a lo v e r v i e wo f p a p e r 7 1 4 1i n t r o d u c t i o no fr e s e a r c ho b j e c t i v e s 7 1 4 2r e s e a r c ht a r g e t 8 1 4 3r e s e a r c ha n di d e a s 8 1 4 4c h a p t e r sa r r a n g e m e n t 10 c h a p t e r 2l a y o u tm o d e lo fm o l dm a n u f a c t u r i n g s y s t e m 12 2 1i n t r o d u c t i o n 1 2 2 2m o d e le x t r a c t i o n 1 2 2 2 1o r d e rd i s t r i b u t i o nm o d e l 1 2 2 2 2p r o c e s sm o d e l 1 6 2 2 3w o r k i n gh o u r sd i s t r i b u t i o nm o d e l 1 7 2 2 4b a l a n c eo ft h en u m b e ro ff a c i l i t i e s 18 2 3c e l l u l a rm a n u f a c t u r i n g l a y o u tm o d e l 2 0 2 3 1c h a r a c t e r so f c m 2 0 v i i i c o n t e n t s 2 3 2m o d e lc o n s t r u c t i o no fc m 2 2 2 4c l u s t e rm a n u f a c t u r i n gl a y o u tm o d e l 2 3 2 4 1c h a r a c t o r so fc l u s t e rm a n u f a c t u r i n g 2 3 2 4 2m o d e lc o n s t r u c t i o no fc l u s t e rm a n u f a c t u r i n g 2 4 2 5s e m i c l u s t e rm a n u f a c t r u i n gl a y o u tm o d e l 2 4 2 5 1c h a r a c t o r so fs e m i c l u s t e rm a n u f a c t r u i n g 2 4 2 5 2m o d e lc o n s t r u c t i o no fs e m i - c l u s t e rm a n u f a c t r u i n g 2 5 2 6s u m m a r y 2 6 c h a p t e r 3b u i l d i n gt h ee v a l u a t i o ni n d e xs y e t e mf o rl a y o u ts c h e m e s 2 7 3 1i n t r o d u c t i o n 2 7 3 2w i p 2 7 3 3a v e r a g el o g i s t i c sr o u t e 2 7 3 4p r o d u c t i o nc y c l e 2 8 3 5c o m p l e t i o nr a t e sa n de q u i p m e n tu t i l i z a t i o n 2 9 3 6e n t r o p y 2 9 3 6 1t h ed e f i n i t i o no fe n t r o p y 2 9 3 6 2s t r u c t u a le n t r o p ym o d e l 3 0 3 6 3o p e r a t i o n a le n t r o p ym o d e l 31 3 6 4t h es t a t eo fr e s o u r c e 3 2 3 7s u m m a r y 3 2 c h a p t e r4c o m p a r i s o na n da n a l y s i so fd i f f e r e r n ts c h e m e s 3 3 4 1i n t r o d u c t i o no fl a y o u ts i m u l a t i o nf o rm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 3 3 4 2c o n s t r u c t i o np r o c e s so fs i m u l a t i o np l a t f o r m 3 3 4 2 ic o n s t r u c t i o no fs i m u l a t i o nm o d e l 3 4 4 2 2d e t e r m i n et h en u m b e ro fb u f f e rb yg a 3 6 4 2 3i m p o r ts i m u l a t i o nd a t a 3 7 4 2 4d e f i n i t i o no fs t e a d ys t a t e 3 9 4 3m e t h o d so fo b s e r v a t i o nf o ri n d i c a t o r s 4 0 4 4s t a t i s t i c a im e t h o d so fs i m u l a t i o nr e s u l t s 4 2 i x 4 5 s u m m a r y 4 3 c h a p t e r5c o m p a r i s o na n da n a l y s i so fs i m u l a t i o nr e s u l t s 4 4 5 1e x p e r i m e n t a lm o d e l s 4 4 5 2c o m p a r i s o na n da n a l y s i so ft h ei n d e x e s 4 5 5 2 1a b o u tw i p 4 5 5 2 2a b o u ta v e r a g el o g i s t i c sp a t h s 4 8 5 2 3a b o u tp r o d u c t i o nc y c l e 4 9 5 2 4a b o u tc o m p l e t i o nr a t e sa n d e q u i p m e n tu t i l i z a t i o n 4 9 5 2 5a b o u te n t r o p y 5 0 5 3c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n 51 5 4s u m m a r y 5 2 s u m m a r ya n dp e r s p e c t i v e 5 3 s u m m a r y 5 3 p e r s p e c t i v e 5 4 r e f e r e n c e 5 5 p a p e rl i s t 5 8 o r i g i n a lc r e a t i o na n n o u n c e m e n 5 9 s t a t e m e n to fd i s s e r t a t i o nc o p y r i g h tu s ea u t h o r i z e 5 9 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 0 a p p e n d i x1 6 1 a p p e n d i x2 6 2 a p p e n d i x3 6 3 a p p e n d i x4 6 4 x 第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论 课题来源于陈庆新教授和毛宁教授主持或主要参与的多个研究项目，包括：国 家自然科学基金项目( 编号：5 0 6 7 5 0 3 9 ) ；国家8 6 3 计划c i m s 项目资助 ( 2 0 0 6 a a 0 4 2 1 3 2 ) ；广东省自然科学基金团队项目( 0 5 2 0 0 1 9 7 ) ；广东省科技攻关项 目( 2 0 0 4 8 1 0 2 0 1 0 3 0 ) 和广东省教育厅产学研结合示范基地项目( 2 0 1 0 8 0 9 1 1 0 1 0 0 7 ) 。 1 2 研究背景 1 2 1 模具制造业的发展及行业特点 制造业是指对制造资源，诸如物料、设备、能源等，按照市场要求，通过制造 过程，转化为可供人们使用和利用的工业品与生活消费品的行业。制造业直接体现 了一个国家的生产力水平，是区别发展中国家与发达国家的重要因素。 模具制造业是制造业的一个分支。在我们的生活当中，模具起了不可替代的作 用。我们的生活用品大部分离不开模具，如，电脑，电话，键盘，杯子等塑料制品 就不用说了，另外像汽车和摩托车的外罩也是用模具做出来的，光一个汽车，各种 各样的模具就要用到2 万多个。因此，模具又被称为“工业之母”，作为一种基础的 工艺装备，其在工业生产的过程中发挥了极其重要的作用。 伴随着我国工业的快速发展，中国的模具工业也步入了高速发展的时期。据统 计，从1 9 9 5 年至2 0 0 5 年模具产值由1 4 5 亿元人民币增值6 0 0 亿元，而出口额度也从1 9 9 5 年的4 9 4 1 万美元增值7 4 0 0 0 万【l 】。模具的产品结构也更趋高档、复杂、静密、长寿。 这说明我国的模具行业水平和竞争力的提高。我国模具市场的发展空间是巨大的， 国内汽车领域，i t 领域的持续快速发展，使得作为其制造支撑的模具行业的快速发 展显而易见。 我国是制造业大国，但不是制造业强国。由于传统的生产组织方式等众多因素 广东工业大学硕士学位论丈 的影响，模具制造业还面临着很多问题，诸如管理思想、生产效率、创新贫乏等， 制约着其自身的发展，不能满足日益扩大的市场需求。同时，也成为很多模具企业 发展的瓶颈。 模具行业因其产品的特殊性，有着自身的生产和管理特点。首先，模具行业订 单的特点可简述为多品种、小批量、客户定制化生产。另外，交货期是订货型企业 的生命线。由于订单的随机性和在制品种类较多的因素，因此与大批量生产相比， 订货式生产的计划稳定性较差。其次，在交货期的约束下，致使订单分解为部件进 入车间后，对各部件的协调生产要求较高。最后，复杂的产品类型，错综的工艺路 线，不同的生产布局方式，使得车间内包含大量的管理信息，因此，模具行业的生 产管理成为了一个较为敏感且伸缩空间较大的问题。 在订单类型、工艺流程，设备能力等因素确定的前提下，怎样确定资源的布局 方法，以较大程度的适应交货期的需求，降低生产管理成本，提高资源利用率成为 模具企业共同关注的问题。 1 2 2 设备布局在实际生产中的意义 设备布局是设施规划的一部分，设备布局问题是指在制造资源确定，订单及制 造工艺已知的前提下，规划制造设备的摆放位置及组合方式，以更好的支持生产。 经济全球化加剧了企业竞争的激烈程度，迫使其在行业范围内提高生产及管理 效率。企业以追求利润最大化为最终目标。市场经济的本质是，市场决定价格。因 此，要想获得更好的利润，保持较强的竞争力，降低成本成为了一个重要途径。在 企业资源及产品特点确定的前提下，降低成本的重要途径即为优化已有资源的配置， 提高其利用率。资源是企业进行生产的基础，其中包括设备资源和土地资源。针对 产品特征采用合理的布局方案对于均衡设备能力，保证物流顺畅，降低生产成本， 尽早完成订单交货起着至关重要的作用。有关研究表明，对于一个企业，拖期惩罚 及物流运输均占有较大比例的费用，后者约为2 0 ，而合理的布局方案不但能够保 证订单成套率，及时交货，而且能够缩减1 0 一3 0 的物料运输费用【2 1 。 制造业现有的布局方案原则有：产品原则布置，固定型布置，产品族型布置和 工艺原则布置等 2 1 。对于模具行业，常见的布局方式为机群式，另外还有半机群式、 单元式等方案的提出和尝试。对上述布局方案作简单介绍。 2 第一章绪论 单元式布局针对的制造方式又称为单元制造( c e l l u l a rm a n u f a c t u r e ，c m ) 【3 】。 它是在成组技术的基础上发展起来的一种生产模式。单元制造有两个较为突出的特 点：一是，单元制造的前提是将小批量、多品种的订单进行归类细化，转化为大批 量生产；二是，单个单元内的机器组能够相对独立的完成某类订单的加工。 机群式布局是针对灵活多变的产品类型的一种生产模式。其特点是，变节拍生 产，对于订单的限制较小，同种类型或者具有同种功能的设备构成一个机群，实现 对资源的共享。机群式制造能够接受的订单类型范围较广。但是存在较多交叉物流， 物流强度较大，在制品数量较多【4 1 。由此引发的复杂度问题、管理难度问题在之前 的研究中缺乏定量分析的依据。 半机群式布局整合了单元式与机群式布局的优点，在非关键工序和关键资源部 分采用单元式组织生产，对于企业所关心的重要资源则采用部分机群的布局方式。 该种布局方案，从理论上来看，能够继承单元式成组化生产、物流路径清晰等优点， 同时也能发挥机群式对关键资源充分利用的优点。 1 2 3 仿真技术在生产决策过程中的应用 数字化制造逐渐成为现代制造业的发展趋势。数字化制造是指制造技术、计算 机技术、网络技术与管理科学的交叉、融合、发展与应用的一种先进制造技术，也 是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。国内外 的汽车、航空航天等高端制造业越来越多地采用数字化制造技术来重新制定企业未 来发展战略。通过数字化制造系统，制造工程师可以在一个虚拟的环境中创建某个 制造流程的完整定义，包括加工、装配线、加工中心、设施布局、人机工程学、资 源等 5 】。在制造产品前，出于充分利用现有知识和优化流程的考虑，可以对产品的 生产流程进行仿真优化、最佳工厂布局设计等。因此，生产系统仿真作为数字化制 造核心领域之一，越来越受到研究机构、高校和企业的重视。 系统仿真不仅是一门应用性很强的学科，同时也是一门试验性学科。对于一些 正在规划中的系统或者是正在设计中的项目( 工厂、高科技产品、研究项目等) ， 都可以建立相应的仿真模型，通过计算机仿真对系统进行多种方案和参数的实验， 预测未来系统或项目的运行参数和经济效益等【6 】。对于现有的系统作改进时，也可 通过系统仿真，模拟经过改进后的系统运行情况，以求满意的改进方案。特别是耗 3 广东工业大学硕士学位论文 资较多或者危险性较大的系统，通过建模和仿真实验可以节省巨额投资或得到较安 全的运行参数。系统仿真的这种实验性，使其在制造业中的应用也越来越广泛。 生产系统属于典型的离散事件动态系统，制造系统一般都属于复杂的离散事件 系统【7 1 。生产系统仿真建模的方法大体上分为形式化建模( 排队网络、p e t r i 网方法 等) 和非形式化建模( 活动循环图、流程图和面向对象的方法) 两类。面向对象的 方法源于面向对象的编程，强调运用人们口常的逻辑思维方法和原则，包括抽象、 分类、继承、封装等。目前，很多系统仿真软件均采用了面向对象的方法建立仿真 模型，p l a n ts i m u l a t i o n 就是典型的面向对象的仿真软件。 有资料表明，已经生产运行的制造系统有8 0 没有达到之前的设计要求，其中 有一半以上的原因归咎于初期规划、评定不合理甚至是失误f 8 】。制造系统规划是一 个极其庞大和复杂的工程，涉及到的因素及需要评定的结果有很多方面。在制造业 中，设备资源的成本有些是极其昂贵的，对规划现实的预测有可能导致成本的损失 或利用不合理，造成一定程度的浪费，而这个过程是不可逆转的。另外，制造系统 订单、工艺、布局等信息错综复杂的交织在一起，使得确切的、逼近现实的设计变 得更加艰难。系统仿真软件针对这离散问题，采用面向对象的技术，为制造系统 设计提供了试验的平台，提高了设计的有效性。但同时也引入了对仿真系统评价指 标体系的建立这一问题。 本文将采用e m p l a n t ( p l a n ts i m u l a t i o n ) 软件，从企业中抽取制造模型和数据，对 模具制造系统设备布局方案进行建模、仿真、评价和分析。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 制造系统设备布局设计概述 制造系统设备布局在实际生产中的意义在上节中已作详细的阐述，该类问题的 研究已经由来已久。经验和感觉是设计制造系统的设备布局方式思想的雏形。到了 5 0 年代，随着系统复杂度的增大，用经验解决问题已经力不从心。 于是，在综合各学科发展的基础上，1 9 6 1 年，r m u t h e r 缪瑟将系统工程概念和 系统分析方法应用于工厂布置，由此形成了具代表性的系统布置设计( s l p ) 理论方 法。进而以j m 摩尔为代表的一批设施规划与设计学者，将计算机技术很好地与平面 4 第一章绪论 布置及优化问题结合起来，一批用高级语言写成的甲面布置程序产生了，诸如 c o r e l a p 、a l d e p 等用于新建布局的程序及c o f a d 、c r a f t 等改建布局的程序， 计算机辅助设施布置方法由此行成。威廉等学者在这个基础上做了进一步的拓展和 完善【9 1 。目前，信息成为社会各个行业发展的关键。对于制造业来说，信息的飞速 发展，使得准时制造、精益生产等生产方式的运用日趋广泛。近些年，计算机集成 制造( c i m s ) 和云制造等先进的思想也逐渐从研究走入了生产。这些先进生产方式 的剧烈演变，必然导致在固定订单模式下，企业的布局方式、管理模式也跟随者变 化。 s l p 理论在8 0 年代以后传入国内，这种先进的理论，给我国传统的劳动密集型 的制造业注入了新鲜的血液。该理论的应用，使得传统的生产结构有了新的调整， 不论是在生产效率，物流强度，人员劳动强度上都有了明显的改善。与此同时，国 内的一些高校也开始研究此类问题，希望在实际中取得更大的社会价值，例如，同 济大学对敏捷制造车间布局的研究，上海交通大学对于精益生产的研究等，都取得 了一定的理论和实际成果。 国内外的一些学者也都在制造系统布局的各个方面做出了不同的努力和贡献： 文献 1 0 1 1 】结合了国外成熟的理论和我国制造业发展的自身特点，对制造系统设备 布局问题的目标、原则、方法和意义给予了统述。文献 1 2 】基于典型零件的模具 企业中长期设备资源规划模型，以模具行业为例，结合实际生产的订单类型，工 艺模型，建立了成熟的设备资源规划问题的数学模型及求解方法，给出了理论与实 际结合运用的示例。伴随着理论的应用，各种布局方案及实现算法相继涌现，改进 原有布局方案的理论和实际研究也层出彳i 穷。以唐山冶金矿山机械厂为例，文献 4 】 一文提出了在传统布局方式的基础上进行布局改造的思路和方法，排序聚类的思想 引导着机群布局到成组布局的演变，此时对资源进行编码或采用智能算法解决布局 问题尚未出现。 随着计算机技术与智能算法研究的发展，出现了很多采用遗传算法中不同子算 法来解决资源布局问题的研究，诸如，文献 1 2 】中，对于设备布局问题进行了单行 双行等问题的细化，针对不同的问题建立不同的数学模型，继而惊醒数学建模，寻 求最优布局。随后，更加适合现代技术和管理方式的单元式逐渐涌现，针对此类问 题，文献 1 3 】中张志峰，饶运清及文献 1 4 1 6 等，从物流因素各个结点及其状态方 面，资源在生产中的状态概率等方面做了相应的研究，并对比了机群式与单元式两 s 广东工业大学硕士学位论文 种各具特色的布局方式在熵这一复杂度指标下的优劣。同时，关于单元划分，单元 间合理布局的研究相继涌现。例如，文献 2 】提出了对非等面积单元间合理布局的研 究方法，定义了单元间距离的计算方法，以寻求运输成本的最小。另外有文献 1 7 。1 9 】 也做了相关研究。 由此来看，关于布局模型的理论研究已经相对成熟。但是，对于具体问题的分 析，尚缺乏丰富的实际运用。针对模具这一特殊且重要的行业领域，其布局问题的 研究尚不是很完善，实际案例更是少之又少。另外，对于模具企业，设备是企业的 核心，模具企业的设备在企业资金流中占据绝大部分，以实际企业和车间为实验平 台显得天方夜谭，该问题成为模具行业设备布局问题研究的瓶颈。 1 3 2 布局方案评价体系发展概述 对各种布局方案的评价，有很多学者做了相关的研究，大多是从传统的评价指 标出发，采用彳i 同的途径或者是算法来实现对某种布局方式在传统评价指标下的评 定。 对于单元布局性能的评价，文献 2 0 1 针对其特点，提出了一个完整的评价指标 体系，从成组性、动态性、柔性和敏捷性对单元化制造系统和机群布局系统进行综 合评价，并构造了基于单元生命周期的单元化制造体系评价模型。薛天然在其毕业 论文中，结合仿真方法，对单元式的评价指标体系的建立也做了相关的讨论，提出 了权重集、隶属度等概念，并给出了改善的办法。 面对多样化的需求，利用传统的评价指标评定制造系统布局的优劣显得力不从 心，原因就在于不同产品结构和不同的布局方式下，制造系统的复杂度是明显不同 的，而这种不同必将引入制造系统信息量及管理成本的差异。在以往的实践及理论 研究中我们通常只注重对传统评价指标的评定。文献 2 0 1 针对系统的传统评价指标： 零件通过时间、在制品库存、零件延期率、机床利用率等，对单元式这种布局方式 做了系统的分析和研究。关于系统的复杂度，有较少的文献作定量的研究。1 9 4 8 年 s h a n n o n 首先提出用熵来度量信息量，继而d e s h m u k h 、d r e s t k e 等将熵用于描述制造 系统复杂性1 9 11 2 1 l 。近年来，伴随着熵，这一热力学测度被逐步引入制造业，关于建 立熵模型来评定系统复杂程度的文献也陆续出现。文献【2 l 】在0 6 年提出了用信息熵 研究制造系统复杂性测度的较为系统的理