基于Flexsim的车间的布局优化设计毕业论文.doc

航空工业学院 毕 业 论 文 设 计 题 目基于Flexsim的生产车间布局优化 姓 名 学号 指导教师 职称 内 容 提 要 随着科学技术的发展 机械制造业的生产方式已从大批量生产的生 产方式向准时制造及精益生产发展 并进一步向计算机集成制造和敏捷 制造方式转变 生产方式的转变对车间布局提出了新的要求 由于车间布 局的复杂性 传统的以建立数学模型 获得布置最优方案的方法已经很难 满足现代生产方式的需求 本文首先对车间布局的定义和车间布局的类型进行了简单的介绍 之后又叙述了车间布局的计算机仿真的现状 简单介绍了FLEXSIM软件 以及FLEXISIM在车间布局中的适用性等 本文的主要讨论的内容是以某生产车间为例的车间布局的建模与仿 真 本文以FLEXSIM为设施布置方案设计的关键技术 分别对新旧两个 布局方案进行了建模与仿真 并以SLP方法作为辅助 最后在这两个方案的仿真报告中 分别从车间的生产率 缓存区的利 用率 处理器的阻塞率 搬运工具的空闲率等方面进行了对比分析 得出 了通过运用FLEXSIM对生产车间布局进行建模与仿真 并针对仿真结果 进行分析 然后对不足之处进行改进可以改善整个车间的效率的结论 关 键 词 车间布局 FLEXSIM 建模 仿真 Workshop layout optimization based on FLEXSIM Author Zhang Haifeng Tutor Yang mo Abstract With the development of science and technology the production mode of machinery manufacturing industry has developed from mass production to lean manufacturing and Just In Time manufacturing and further to the computer integrated manufacturing and agile manufacturing style The changes of production mode propose the new requirements on workshop layout As the complexity of the layout of the workshop the traditional mathematical model to obtain the optimal layout of the program approach has been difficult to meet the needs of modern production methods Firstly this paper gives a brief introductionin of the definition of workshop layout and workshop layout type in this article And then the current situation of the workshop layout computer simulation and a brief introduction of FLEXSIM software and the current applicability of FLEXSIM in the plant layout is described The main part of discussion is an example of a production plant model ing and simulation workshop layout In this paper FLEXSIM Which is the key technologies of the facility layout design has established model simulation to both old and new layout scheme respectively SLP methods regaeded as a supplement in this article Finally by comparing the productivity of the workshopt buffer utilization the blocking rate of the processor handling tools and other aspects of the reports of these two simulation programs I come to the conclusion that establishing model simulation to workshop layout through the use of FLEXSIM analysising for the simulation results and then improving the shortcomings of them can improve the efficiency of the workshop Key words Workshop Layout FLEXSIM Modeling Simulation 目目 录录 1 1 生产车间布局的内容生产车间布局的内容 1 1 1 1 车间布局类型车间布局类型 1 1 2 2 车间设施布局的计算机仿真车间设施布局的计算机仿真 2 2 离散事件系统与离散事件系统与 FLEXSIMFLEXSIM 系统仿真技术系统仿真技术 2 2 1 1 离散事件系统离散事件系统 2 2 2 2 FLEXSIMFLEXSIM 仿真技术在车间布置中的适用性分析仿真技术在车间布置中的适用性分析 3 3 基于基于 FLEXSIMFLEXSIM 的某生产车间布局的建模与仿真的某生产车间布局的建模与仿真 3 3 1 1 应用实例应用实例 某生产车间基本情况概述某生产车间基本情况概述 3 3 2 2 基于基于 FLEXSIMFLEXSIM 对该车间的建模与各工作单位参数的设定对该车间的建模与各工作单位参数的设定 3 3 3 3 模型的运行与仿真报告的输出及分析模型的运行与仿真报告的输出及分析 4 4 生产车间布局优化生产车间布局优化 4 4 1 1 车间布局的原则车间布局的原则 4 4 2 2 基于基于 SLPSLP 的车间整体布局设计的车间整体布局设计 4 4 3 3 车间布局新方案的设计以及新方案的仿真车间布局新方案的设计以及新方案的仿真 4 4 4 4 结论分析结论分析 5 5 总结总结 致致 谢谢 参考文献参考文献 基于 FLEXSIM 的生产车间布局优化 1 1 生产车间布局的内容生产车间布局的内容 引言引言 车间布局设计是指在一定的生产环境下 制造系统设计人员根据生 产目标确定制造系统中各设备布局形式和位置 车间布局设计要解决各 生产工部 工段 服务辅助部门 储存设施等作业单位及工作地 设备 通道 管线之间的相互位置 合理的车间布局可以使车间的资源进行有 效的组合 实现资源配置的最优化 对提高车间的运作效率具有重要的 意义 1 1 1 1车间布局类型车间布局类型 生产车间设备布局设计是将加工设备 物料输送设备 工作单元和 通道走廊等布局实体合理地放置在一个有限的生产车间内的过程 按照 不同的分类标准及基于设备位置之间的关系 主要有产品布局 工艺布 局 固定位置布局 单元布局和混合布局等几种车间布局方法 下面分 别叙述一下这几种布局方法的内容和各自的适用范围 产品布局 又称为生产线布局 是指在固定制造某种部件或产品的 封闭车间 设施按加工或装配的工艺顺序放置形成生产线 这种布局适 用于流水线式的车间 适用于大批量 少品种的生产 其优点表现在结 构比较简单 物流容易控制并且物料处理柔性高等方面 但它只考虑了 设备布局的定量要求 没有考虑定性方面的因素 工艺布局 又称为功能布局 功能布局是将所有相同类型的资源放 置于同一区域的一种布局形式 如图1 1 a 工艺布局根据资源的 功能特征对其进行分组 当产品品种多而生产批量小时 工艺布局将能 提供最大的制造柔性 它适用于同类产品多 产量低 中小批量的生产 车间 这种布局方法有利于降低运输成本 平衡同组设备的负荷并且该 布局方法设备成本较低且易维护 但它的物流流动时间长 工序相互冲 突 会造成大量制造成本的浪费 固定位置布局适用于大型产品 如轮船 飞机 宇宙舱等 的建造和 装配 工人和制造设施沿着产品移动 其特点为产品不动 制造设备与 人员沿着产品移动 但它缺乏存货空间 控制系统复杂 管理负担高 和工艺布局相对应的是单元布局 见图1 1 b 单元布局是将车间 内的设施划分成若干个制造单元 以单元为基本单位组织生产 在单元 布局中 一组设施完成相似零件的加工 单元是专门针对一组特定的零 件族设计的 柔性较差 混合布局是指在车间内 并非只有单一的布局形式存在 而是存在 产品布局 工艺布局和固定位置布局并存的一种布局形式 这种布局形 式发挥多种布局形式的优点 避免各自的缺点 a 工艺布局 b 单元布局 图1 1 布局形式 1 1 2 2 车间设施布局的计算机仿真车间设施布局的计算机仿真 首先来看一下传统的车间布局的局限性 传统的布局设计过程一般 是依据车间任务 基础数据资料 设计原则及加工设备等的计算数据信 息等进行布置 寻求一个各方面相对优化的方案 传统的布局流程虽然 可以解决物流网络及作业区布局的设计问题 但存在以下局限性 1 只能专门针对某几个问题作单方面的分析与设计 不能对全局进行考虑 2 不能用文字或数字表达设备系统的动态特性 3 手工计算 图形拼 凑 复杂且耗时长 4 对设计者的经验依赖性强 5 不能对设备布局 系统作动态调整 灵活性差 布局周期长 费用高 6 无法给出供进 行技术经济分析的数据以及立体空间的信息等 需在工艺说明书中对车 间平面图予以描述 包括车间在总图中的位置 与相邻车间的关系 运 输方式 各工作区及车间工段的划分和组成情况 在设计及评价布局方 案时人为假设的各种条件和约束过多使布局设计不能真实再现原形系统 传统的车间布置设计和物流系统都要经历模型建立 算法求解两个 阶段 布局设计与物流规划属于复杂的离散事件动态系统 具有动态性 和复杂性的特点 用数学优化模型描述的布局问题已做了大量简化 与 实际问题相差甚远 且属于NP问题 得不到精确解 而建立的抽象数学 模型不易根据实际变化及时调整 在此基础上再引入搬运系统规划 那 么整个车间布置系统将变得更加复杂 随着市场竞争的加剧 制造业尤 其是离散型制造业正面临着越来越大的挑战 已有的车间布局已不能满 足企业的需求 无论是扩大生产新建车间 还是对原有的车间布局进行 改造和重组 都需要及时 快速地确定合理的车间布局设计 迅速满足 新的需求 现有的车间布局研究还只是具体到它的某一方面和某一层次 没有把车间布局作为一个系统单元来研究 更没有充分利用目前的计算 机仿真技术对车间虚拟仿真 进行动态布局 因此 本论文运用一体化 仿真软件对车间布置进行建模与仿真 一体化仿真软件不需要使用者精通编程语言 而其在人机交互和结 果输出上具有诸多优点 能够进行图形建模 提供各种报表和数据统计 还能提供二维 三维动画显示 解决复杂系统建模问题 实现多个系统 的衔接与组合 有的软件还能提供虚拟场景功能 用三维的虚拟场景展 示设施布局仿真结果 真实感更强 主要包括E Factory Flexsim eM plant TED Vega Witness等 本文采用 Flexsim软件对机加工车间设施布置进行建模与仿真具有可行性 2 2 离散事件系统与离散事件系统与 FLEXSIMFLEXSIM 系统仿真技术系统仿真技术 2 2 1 1 离散事件系统离散事件系统 离散事件系统是指系统的状态仅在离散的时间点上发生变化的系统 而且这些离散时间点一般是不确定的 这类系统中引起的状态变化的原 因是事件通常状态变化与事件的发生一一对应的 事件的发生没有持续 性 可以看作在一个时间上瞬间完成 事件发生的时间点是离散的 因 而这类系统称为离散事件系统 离散事件系统特点 1 系统的状态只能在离散事件点上发生跃变 即仅在驱动事件发 生的瞬时 状态才能出现跃变 其他时刻则保持不变 2 相同的状态变化具有异步性和并发性 一个离散事件的发生 可能会使状态变化呈现出并发性 即同时导致一些乃至全部变量的跃变 3 实际离散事件系统的状态变化呈现出不确定性 但对于某些离 散事件系统 在引入一些假设时 常可将系统按确定性情况加以处理 4 离散事件系统通常不能采用传统的微分方程或差分方程来描述 车间布局设计要解决各生产工部 工段 服务辅助部门 储存设施 等作业单位及工作地 设备 通道 管线之间的相互位置 车间布局实 体主要包括 车间 机器设备 物品物料 工作人员 生产车间是制造 系统的基本组成部分 直接承担着企业的加工 装配任务 是将原材料 转化为产品的部门 机器设备是企业进行生产的基本单元 合理的设备 布局对均衡设备能力 保持物流平衡 降低生产成本起着至关重要的作 用 规划布局时要对物料的形状特征 移动路线 移动方式 移动量等 因素加以分析 避免物与物 物与人 物与设备之间的干涉碰撞 车间 布局中的机器设备 物品物料的搬运形式 工作人员的工作形式均不是 连续的 符合离散事件的特点 因此车间布置为典型的离散事件系统 2 2 2 2 FLEXSIMFLEXSIM 仿真技术在车间布置中的适用性分析仿真技术在车间布置中的适用性分析 2 2 2 2 1 1 FlexsimFlexsim 软件简介软件简介 Flexsim是由美国的Flexsim Software Production公司出品的 是 一款商业化离散事件系统仿真软件 Flexsim采用面向对象技术 并具 有三维显示功能 建模快捷方便和显示能力强大是该软件的重要特点 该软件提供了原始数据拟合 输入建模 图形化的模型构建 虚拟现实 显示 运行模型进行仿真试验 对结果进行优化 生成3D动画影像文件 等功能 也提供了与其他工具软件的接口 Flexsim是采用面向对象思想和技术开发的 其本身更是用C 语言 实现 严格地说该仿真软件包括了两部分 仿真软件和后台支持环境 VC NET 由于C 是一种面向对象的语言 所以使用Flexsim软件 从用户用于系统建模 或是做一些二次开发 这些工作都有面向对象思 想的体现 面向对象方法的一个优点是类与类之间可以有继承关系 对象的继 承性给我们提供了更大的柔性来扩展我们自己的对象 即衍生出新的对 象 在Flexsim中我们可以充分利用继承性来开发我们自己的对象 而 软件本身也给用户提供了这样的机制 Flexsim本身的库对象是高度抽 象化的 具有很强的通用性 几乎涵盖了仿真中可能遇到的所有对象 这些对象之间有一定的继承关系 他们之间存在着逻辑关系 2 2 2 2 2 2基于基于FlexsimFlexsim的车间布局的优点的车间布局的优点 Flexsim是一种针对离散系统进行建模与仿真的软件 离散系统根 据特定事件发生的结果在离散时间点改变系统状态 一般而言 系统状 态可分为空闲 繁忙 阻塞或停机等 事件则有用户订单到达 产品移 动 机器停机等 离散仿真模型中被加工的实体通常需要经过一系列的 加工 等待和运输步骤 即所谓的工艺流 加工过程中的每一步都可能 需要占用一个或多个资源 例如机器 输送机 操作员 车辆或某种工 具 这些资源有些是固定的 有些是可移动的 一些资源是专门用于特 定任务的 另一些则可以用于多个任务 Flexsim软件能够对车间虚拟仿真 进行动态布局 利用该软件可 以避免传统设备布局的局限性 快速准确地建立车间设备布局的三维模 型 在不同参数下对现实车间布置进行模拟 找出布置中的不足之处 实现对车间布置的优化 节约真实车间布局的运行成本 另外 还可以 对车间的布局规划进行检验 并对车间布局可能出现的问题做出早期判 断 提出相应的防范措施 节省投资成本和运行周期 3 3 基于基于 FLEXSIMFLEXSIM 的某生产车间布局的建模与仿真的某生产车间布局的建模与仿真 3 3 1 1 应用实例应用实例 某生产车间基本情况概述某生产车间基本情况概述 以济源市某机械加工企业的某小型机加车间为例 该车间主要生产 钻床主轴 主轴箱 车间为18m 30m的矩形车间 各区域面积分布见表 3 1 有1个入口 2个出口 车间内有6台车床 4台磨床 2台铣床 2 台镗床 1台热处理机器和缓存区若干 该车间采用的是工艺型布局的 方式 主要的工艺程序有原材料的检验 零件的车 铣 镗 磨 钳 热处理等 搬运方式主要是采用人工搬运和叉车搬运两种方式 设备相 邻工序之间采用人工搬运 不相邻的工序之间或距离较远的工序用叉车 运输 每次搬运量都为1个单位 该车间的详细布局图见附图一 表3 1 车间区域面积分布 编号区域面积 1原材料临时存放区9 6m 2m 2原材料检验区2 4m 3 6m 3隔离区9 6m 5m 4车床区4m 10m 5铣床及热处理区4 2m 4 8m 6钳工区4 2m 4 2m 7镗床区4m 4 2m 8磨床区5 4m 6m 9成品检验区4m 4 8m 10成品存放区17 4m 5 4m 11办公区6m 3m 12卫生间3m 2 5m 其中临时存放区用来临时存放配送来的原材料 检验区用来检验原 材料是否合格 隔离区用来暂时放检验不合格的原材料 最终检验不合 格的次品以及车 铣 镗 磨 钳 热处理等工艺所产生的废料和废品 车床区 铣床区 磨床区 钳工区 镗床区为主轴与主轴箱的关键加工 工序 成品存放区是用来存放成品的仓库 办公区为工作人员办公场所 该车间的原布局中的通道设计考虑到了搬运工具的行驶 横向与纵 向的主通道宽度均为 4 米 允许叉车等搬运工具的双向行驶 各区域之 间的通道宽度均为 2 米 允许叉车等搬运工具的单向行驶 设备与设备 之间的距离不小于设备长度的 1 3 搬运工具只允许在通道中行驶 即 使设备之间的距离允许搬运设备通过 它也不能穿越设备 该车间主要加工的两个零件的工艺流程及各机加工序所消耗时间见 表 3 2 和表 3 3 表 3 2 钻床主轴的加工工序及各工序所需的工时 钻床主轴钻床主轴 工序号机加种类工艺消耗时间 s 1车粗车端面230 2车粗车小端外圆252 3车粗车端面和外圆 热处理230 60 4车半精车小端外圆252 5车车螺纹210 6车半精车莫氏锥孔236 7钳工划长孔线220 8铣铣长孔120 9铣粗铣 半精铣花键120 10磨粗磨各段外圆 锥孔220 11磨精磨各段外圆250 12磨精磨花键220 13磨精磨莫氏锥孔210 14切除切除小端余量160 15检验检验尺寸与精度160 表 3 3 主轴箱的加工工序及各工序所需的工时 主轴箱主轴箱 工序号机加种类工艺消耗时间 s 1铣粗铣顶面120 2钳工钻 R 面上的孔并攻丝120 3铣铣底面 侧面120 4镗粗镗各轴孔300 5镗精镗主轴孔280 6清洗200 7检验检验精度200 3 3 2 2 基于基于FLEXSIMFLEXSIM对该车间的建模与各工作单位参数的设定对该车间的建模与各工作单位参数的设定 3 3 2 2 1 1 基于基于FLEXSIMFLEXSIM对该车间进行布局对该车间进行布局 车间总共有10个区 其中涉及加工生产的有5个区 每个区均有加 工机器及缓存区若干 现对车间内的设施用FLEXSIM中的实体进行替换 分别用2个发生器代替原材料的到达 2个容量为200单位的缓存区代替2 种原材料的临时存放区 2台处理器代替原材料检验区的两种原材料的 检验 成品检验区用2台处理器来表示两种成品的检验 一个容量为200 单位的代替隔离区 机械加工区域 车 铣 磨等区域 分别是用一台 处理器表示每个工序的加工 如车床区需要6次车的工序 用6台处理器 分别来表示这6个车床的工序 分别将2个发生器 17个缓存器 23台处理器 2个货架拖入 FLEXSIM的界面 按照附图一车间布局的要求布置各个实体的位置并调 整其大小 按照钻床主轴和主轴箱的加工工艺要求连接各个实体 如将 原材料临时存放区的缓存器1 Queue1 的输出端口与原材料检验区用 来模拟检验过程的处理器 ProcessorJ1 的输入端口相连 具体做法 为按住A键点击Queue1拖到ProcessorJ1上面 其他的连接都类似 由于 原材料检验区 磨床区与隔离区距离较近 所以这两个区域产生的废品 直接被运到了隔离区 在模型中的表示为将这两个区域的7台处理器的 其中一个输出端口连向代表隔离区的缓存器 完成所有连线的车间布局 的FLEXSIM模型中如图3 1 图 3 1 FLEXSIM中的车间布局建模 原车间内共有6辆叉车和一个搬运员 为了方便记忆为其编号 叉 车1 Transporter1 负责原材料临时存放区到原材料检验区的物料搬 运 叉车2 Transporter2 负责物料1从原材料检验区到车床区的搬运 叉车3 Transporter3 负责物料2从原材料检验区到铣床区的搬运 物 料1为钻床主轴所需物料 物料2为主轴箱所需物料 叉车 4 Transporter4 物料1从铣床区到磨床区 再从磨床区到成品检验区 的搬运 叉车5 Tran sporter5 负责将机加区域产生的废料及废品搬运到隔离区 为了防止 此叉车穿越加工区域到达隔离区 特为此叉车设置行走路径 使其只在 车辆道路中行驶 叉车6 Transporter6 负责物料从成品检验区到成 品存放区的搬运 搬运员负责由机械加工区域产生废料及废品统一到机 加区域中的一个较大的暂存区 Queue17 的搬运 给模型中添加叉车 与搬运员后的仿真模型如图3 2 图 3 2 添加过搬运工具后的的车间布局建模 3 3 2 2 2 2 各工作单位参数的设定各工作单位参数的设定 对上图中的各个工作单位进行参数的设定 1 由于该工厂有统一的配送中心 配送中心设原材料一级仓库 车间内不设二级仓库 又由于该车间离一级仓库距离较近 所以配送方 式为小批量配送 每天送货1次或2次 现模拟每天送货批次为2次的情 形 仿真时间为一个班次 即8小时 28800s 2个发生器均采用成批到 达方式到达 每天成2批到达 第一批批量为100单位 在仿真时刻零时 刻到达 第二批批量为50单位 在仿真时刻14400s到达 2 依据车间的现实情况模拟缓存区 临时存放区 隔离区的缓存 器的容量均为200 机加区域内用于集中存放废品与废料的一个较大的 缓存区容量为30 其它用于设备之间的缓存和废品及废料暂时存放的缓 存区容量均为10 3 在该车间进行的IE管理调查中曾统计过各工序加工时间 统计 结果现实各个机器在正常工作情况下的完成一个工序的时间均服从正态 分布 所以在FLEXSIM的模型中处理器的处理时间均服从正态分布 原 材料以及最后的成品的合格率均达不到100 所以在检验过程中会发现 次品 机加过程中也免不了产生废品与废料 所以每台处理器均设有废 品率 这个 废品率 对于机加机器来说是废品与废料的总和 而且主 要为废料 由于金属制品的废料仍具有很大的重复利用价值 所有废料 会与次品一起被运往隔离区 在FLEXSIM的模型中的处理器的设置为 处理器的输出端口一个连接下个工序 另一个连接负责接收废品的缓存 器 在处理器的临时实体流选项卡中的送往端口选择 按百分比 输入 按照每个处理的废品率要求设置每个输出端口的百分比 两种产品 的加工都需要用到铣床区中的机器 这两台机器均有两个输入和输出端 口 铣床区的处理器的临时实体流选项卡的设置为 送往端口选择 按 实体类型 直接 在输入中的 拉动 选项打钩 在从端口拉入选项 中选择 轮询模式 4 车间内的6台叉车的最高速度均为2m s 加速度和减速度为 1m s 装载和卸载时间均为20s 搬运员得的最高速度为0 8m s 加速 度和减速度为0 3m s 装载和卸载时间均为15s 5 该车间的成品存放区存放成品的方式包装后进行堆码 平铺在 地面上 在FLEXSIM中的成品仓库由2个高层货架来表示 由于在一天之 内所生产的产品有限 仓库有足够的容纳能力 所以在这里货架的容量 不做限制 3 3 3 3 模型的运行与仿真报告的输出及分析模型的运行与仿真报告的输出及分析 3 3 3 3 1 1 模型的运行及仿真报告的输出模型的运行及仿真报告的输出 打开统计中的统计收集 选择全部实体打开用来统计所以实体的状 态 点击FLEXSIM界面中的 重置 编译 运行 仿真模型 开始运行 为了便于观察实体的流动情况 设置仿真时间 真实时间为 80 在仿真时间为28800s时点击暂停 导出仿真报告 仿真报告主要包括标准报告 Standard Report 和状态报告 States Report 标准报告的输出变量主要包括 对象当前所容纳的物品数 Sta ts content 模型运行过程中对象容纳的最小物品数 stats conten tmin 模型运行过程中对象容纳的最大物品数 stats contentmax 模型运行过程中对象容纳的平均物品数 stats contentavg 物品在 此对象中停留的最短时间 stats staytimemin 物品在此对象中停留 的最长时间 stats staytimemax 物品在此对象中停留平均时间 stats staytimeavg 进入此对象的物品数 stats input 离开此对象的物 品数 stats output 等 状态报告的变量主要包括 空闲 idle 运行 processing 忙碌 busy 阻塞 block 收集 collecting 释放 releasing 空载运 行 travel empty 装载运行 travel loaded 装载 1oading 卸载 unloading 等 本模型的仿真报告的部分数据见表3 4 表3 4 仿真报告1 Objectcontentcontentavginputoutputstaytimeavgidleprocessingblocked ProcessorJ110 866168124123202 8673783855 46626114735 4981510217 18938 ProcessorM300 4337545656220 19080916097 1519212330 685360 ProcessorM210 48924457562504500114007 512260 ProcessorM110 4798426463219 45219114987 0925713825 488030 ProcessorQC100 3136355151177 26129719784 02718181 9158960 ProcessorM400 3957475454209 87568117304 445511333 286770 ProcessorQX10 5155147574200 36157613934 3744114826 75660 ProcessorQ210 544598107106148 05702413123 6033312713 311722980 732762 ProcessorQ110 7691846867330 8367966651 5825514691 971977474 093296 ProcessorC110 870319110109229 9140133734627460 ProcessorC210 902555104103252 0333312802 72406725959 433050 ProcessorC310 6960418887230 0175928738 96471520011 530490 ProcessorC610 744917372298 1467757351 08008516997 092464469 475269 ProcessorC500 5601217676209 63394912511 996715932 18010 Queue12676 29183115012413116 52954000 Queue38641 7581528600000 Source1021 6609701501465 439921000 Source2022 79561501501299 34246000 ProcessorY210 5213437069216 4237913710 5436813805 117290 ProcessorY100 2869714747175 44852120488 786997484 0484220 ProcessorR100 164689797960 02106424049 983154741 6640920 ProcessorT210 79138281281 0615426004 38753322765 984880 ProcessorT110 9798259594299 892934580 43654428189 935870 Rack26932 9625546900000 Rack14719 2789244700000 Queue800 001391041040 384381000 Queue1700 067469666629 124062000 Queue1100 00386579791 408768000 Queue910 6035977473233 161288000 Queue1000 037756646416 98662000 Queue60056560000 Queue70051510000 Queue22974 94622415012112236 46901000 ProcessorJ210 858515121120205 4128884062 30082514516 755110251 70847 Queue4109 3500341201102339 692639000 Queue5108 7681441171072205 058729000 Queue1200 0045458814 692944000 Queue1300000000 Queue1500 015233222219 306414000 ProcessorC410 682547978251 9417549140 19041519651 456830 Queue1600 00139982820 490874000 ProcessorX200 683629164164119 9764759105 76296319676 142020 ProcessorX110 852093172171143 5983534262 32947720512 725714042 592631 Queue1455 655813100951675 497505000 Transporter100 12517924524514 71906221334 39200 Transporter200 061814110110166229900 Transporter300 07155610710719 19266324619 247900 Transporter500 07635911611618 92745824805 2433200 Transporter410 0730711511418 47543625111 1718800 Operator100 019581303018 21157226812 9166400 Transporter600 059203666625 57895725199 8962200 其中ProcessorJ代表用于原材料检验的处理器 ProcessorC为车床区 的处理器 ProcessorX为铣床区的处理器 ProcessorM为磨床区的处理 器 ProcessorQ为钳工区的处理器 ProcessorT为镗床区的处理器 ProcessorY为成品检验区的处理器 ProcessorQX为负责实体2清洗的处 理器 ProcessorQC为负责实体1切除余量的处理器 3 3 3 3 2 2 仿真报告的分析仿真报告的分析 从仿真报告表中看以看出 ProcessorJ1 ProcessorJ2 ProcessorQ1 ProcessorQ2 ProcessorC6 Pro cessorX1均存在阻塞 特别是ProcessorJ1 ProcessorJ2的阻塞率已达到 35 5 而且这些处理器同时存在空闲时间 这说明造成阻塞的原因是 由于工序间的不平衡或者是处理器之间缺乏缓存区或缓存区的容量不够 70 的处理器上在同一时刻存在在制品 说明此时刻有30 的处理器处于 空闲状态 说明该车间工序间的连续性并不是很好 缓存区Queue6 Queue7 Queue13的对象容纳的平均物品数 stats contentavg 对象中停留平均时间 stats staytimeavg 均为零 表示 这些缓存区并没有达到缓存的作用 应当裁撤 各搬运工具 Transporter1 Transporter2 Transporter3 Transporter4 Transporter5 Transporter6及Operator1的空闲率分别为 74 87 5 85 87 1 86 1 87 5 94 此数据是有各搬运工 具的空闲时间 idle 除以总时间28800s得出的 显然搬运工具的空 闲率过高 这说明车间内的搬运工具利用率不高 车间内不需要那么多 搬运工具 可以裁撤一些搬运工具并进行适当的调度来完成每个工序间 的搬运任务 除了上述可以直接从仿真报告中看出的定量数据外 通过观察仿真 模型的运行过程可以看出车间内搬运路线存在迂回的现象 并且有些区 域的布局不合理 如磨床区的位置设置 磨床区与铣床区 成品检验区 之间的工序紧密相连 而磨床区与铣床区和成品检验区的距离过大 从 而造成了搬运路线过长 搬运时间上的浪费 4 4 生产车间布局优化生产车间布局优化 在本章中将介绍车间布局遵循的一些原则 然后给出基于SLP的车 间整体布局方案 所谓的整体布局是指在表3 1中车间内12个区域的重 新布局方案 在得出新的整体布局方案后再根据原布局的仿真结果给新 布局重新布置搬运路线 设置搬运工具的数量及任务 评估设备之间缓 存区存在的必要性并设置缓存区的数量及位置 在所有的布局设计完成 后 最后对于新的布局方案进行建模与仿真 以评估新旧两个方案的优 劣 4 4 1 1 车间布局的原则车间布局的原则 在进行车间布局设计时 应采用合理的车间布局原则 以保证车间 布局的合理性 一般来说车间布局遵循的原则有 1 工艺性原则 工艺性是产品生产制造过程合理 连续以及生产各环节加工能力相 匹配有力保证 工艺的合理不仅可以减少生产过程中的中断 等待和停 顿 还可以避免系统配置的不平衡 减少生产能力的冗余 保证零件的 加工要求 2 物流简化原则 在物料搬运过程中应尽量保证物料移动距离最短 搬运环节最少 以及搬运作业最简 在保证加工任务顺利完成的情况下 应尽可能减少 物料和人员的流动距离 避免物流交叉 尽量采用直线前进的原则 以 节省时间 降低费用 减少混乱 同时 尽量简化搬运作业 减少搬运 环节 提高系统物流的可靠性 3 经济性原则 经济性是在车间步局时应该考虑的一个重要原则 要用尽可能少的 资金 达到满意的车间布局 提高企业的经济效益 另外 车间布局进 行重组时 经济性也是必须考虑的重要因素之一 若设备重组的成本过 高 必然会提高产产品的生产成本 导致产品不为顾客接受 难以满足 市场的要求 因此 在进行设备重组之前 也必须先对重组成本的经济 性进行综合评估 以保证企业的效益 4 充分利用空间和场地原则 根据产品的生产工艺 合理安排机器 物料的摆放位置以及人员的 工位 在保证加工任务顺利完成的同时节约场地 另外 在搬运过程中 尽量使用符合集装单元帮和标准化原则的各种托盘 料箱 料架等工位 器具 以有利于提高搬运效率 物料活性系数 系统机械化和自动化水 平 节约空问 5 生产均衡原则 维持各种设备和工位生产的均匀进行 必要时设置缓冲区以协调各 个工位 4 4 2 2 基于基于SLPSLP的车间整体布局设计的车间整体布局设计 系统布置设计 Systematic Layout Planning SLP 是美国布置 设计权威之一理查德 缪瑟在总结了大量工厂 车间布置设计经验的基础 上总结的一种以作业单位物流与非物流的相互关系分析为主线的设施规 划方法 设施系统布置设计方法是一种条理性很强 物流分析与作业单 位关系密切程度分析相结合的 以求得合理布置的技术 因此在布置设 计领域得到广泛的运用 SLP是一种定量与定性分析相结合的一种布置方法 其中的物流相 互关系的分析为定量分析 非物流关系的分析为定性分析 该方法的步 骤为 1 给各区域编号 并计算各区域面积 原布局的区域面具汇总 已在表3 1中给出 2 进行作业单位的物流相互关系分析 其中包括物流强度的计 算 物流强度 搬运量 距离 绘制物流强度从至表 表4 1 进而 对各作业单位的物流强度进行分析 将个作业单位划分为5个等级 即 A E I O U最后得出作业单位物流关系相关图 见图4 1 表4 1 物流强度从至表 吨 米 从至 表 12345678910 1 18 45 6 2 0 37 312 15 145 92 17 3 4 3 5 129 2 37 5 3 5 9 5 33 8 43 65 56 3 14 6 0 5 310 4 7 0 9 83 2 3 8 1 25 2 17 9 0 12 88 25 5 10 作业单位 名称 1 原料存放 区 2 原料检验 3 隔离区 4 车床区 5 铣床区 6 钳工区 7 镗床区 8 磨床区 9 成品检验 10 成品存放 A A U U U U U U U U U U U U U U U U O O E E I I U U U U U U U U U U I I U U U U U U U U U U O O E E E E U U U U U U U U E E U U U U I I A A U U U U U U U U I I U U U U E E U U E E 图4 1 作业单位物流关系相关图 3 进行作业单位的非物流关系分析 首先评定各作业单位关系 密切程度理由 表4 1 之后绘制作业单位基准相互关系等级表 表 4 2 最后可以得出作业单位非物流关系相关图 图4 2 有工序上的 联系的区域设置为E等级 理由都是1 工作流程的连续性 其中原材 料存放区与原材料检验区之间和成品检验区和成品存放区之间还有 管 理方便 这一理由 所有它们之间的关系等级为A 涉及加工的区域与 成品存放区的关系等级为X 即不要靠近 这是因为加工区域的振动 噪声 烟尘可能会间接损害到成品 表4 2 各作业单位关系密切程度理由表 编号理由编号理由 1 工作流程的连 续性 5安全 2生产服务6 振动 噪声 烟尘 3次品搬运7库存控制 4管理方便8信息传递 表4 3 作业单位基准相互关系等级表 符号含义比例 A绝对重要2 5 E特别重要3 10 I重要5 15 O一般10 25 U不重要45 80 X不要靠近 不希望接近视情况 而定 作业单位 名称 1 原料存放 区 2 原料检验 3 隔离区 4 车床区 5 铣床区 6 钳工区 7 镗床区 8 磨床区 9 成品检验 10 成品存放 A 1 4A 1 4 U U U U U U U U U U U U U U U U I 3I 3 E 1E 1 E 1E 1 U U U U U U U U U U I 3I 3 U U U U U U U U U U I 3I 3 E 1E 1 E 1E 1 U U U U X 6X 6 U U E 1E 1 U U X 6X 6 E 1E 1 E 1E 1 U U U U U U X 6X 6 E 1 2E 1 2 X 6X 6 U U E 1 2E 1 2 X 6X 6 E 1 4E 1 4 图4 2 作业单位非物流关系相关表 4 综合作业单位物流关系相关表与非物流关系相关表 选取物 流关系比非物流关系为2 1的加权值进行作业单位的综合关系的计算 绘制出作业单位位置相关图 图4 3 12 8 76 5 4 3 9 10 图4 3 作业单位位置关系相关图 5 最后各作业单位性质和功能以及充分利用场地 减少物流搬 运和人性化设计等原则 重新设计车间区域布局 新布局图见附图二 4 4 3 3 车间布局新方案的设计以及新方案的仿真车间布局新方案的设计以及新方案的仿真 4 4 3 3 1 1 车间布局新方案的设计车间布局新方案的设计 附图二给只出了新方案的车间整体布局 接下来的任务就是完成车 间布局的完整方案 为这个新方案设计搬运路线 设计搬运工具数量以 及搬运工具的调度方式 评估设备间的缓存区存在的必要性以及设置缓 存区的数量和位置 本文在3 3 2的原方案仿真报告分析中已经分析了 原方案布局中的不合理之处 现根据新布局对其中的不合理之处一一做 出改善 根据对原布局仿真模型的研究 处理器 ProcessorJ1 ProcessorJ2 ProcessorC6的阻塞是由于这些处理器与它们 下道工序之间的缓存区容量不够 所以需要增大这些缓存区的容量 分 别将与ProcessorJ1 ProcessorJ2的输出端口1连接的缓存区 Queue4 Queue5容量改为50 将与ProcessorC6的输出端口1连接的缓存 区Queue9容量改为30 ProcessorQ1 ProcessorQ2 ProcessorX1阻塞是 由于这些处理器的加工时间小于其后面的处理器 两者之间缺少缓存区 所以要分别为这些处理器设置缓存区 缓存区容量设为10 由于 ProcessorX1 ProcessorX2这两台铣床承担着两种产品的共同加工任务 而其前后的工序均只承担一种产品的加工任务 同时这两台机器的加工 时间并不短 这样势必造成与其输入端口直接相连的处理器的阻塞 由于缓存区Queue6 Queue7 Queue13的对象容纳的平均物品数 stats contentavg 对象中停留平均时间 stats staytimeavg 均为 零 说明这些缓存区并没有达到缓存的作用 在新布局中理应裁撤 但 是通过模型可知 Queue13所承担的任务是负责成品检验区次品的暂存 其平均物品数 stats contentavg 对象中停留平均时间 stats stay timeavg 均为零只能说明在这28800s的仿真时间里产生的成品全部合格 没有次品 并不能说明此缓存区无用 所以应当保留这个缓存区 调整布局前由于磨床区与隔离区相邻 磨床区的所有