车间规划文献阅读.doc

车间布置一般包括：基本生产部分、辅助生产部分、仓库部分、过道部分、车间管理部分、生活福利部分等设施布置的依据主要有以下几个方面。1)生产系统目标。通常实施布置应达到的目标是：使存储费用、劳动力、闲置的设备和管理费用保持在一定的水平下并达到预期的产量。生产系统目标常常相互矛盾，诸种布置考虑因素几乎存在于所有布置决策之中，但其相对重要性则不一致。2)生产能力决策。生产需求的预测对布置决策的“目标确定”有着重要意义。对制造企业而言，生产能力主要取决于生产性固定资产及其技术组织条件。企业的生产能力一旦确定，企业整个生产经营活动的最大规模也就基本上被规定了。在西方国家将生产能力的充分利用问题看作生产成本控制的首要问题。生产非均衡，设备、人员的闲置被看作是最大的浪费，我国以往忽视这一问题，只强调节约原材料和费用，常常出现前后工序能力不匹配，部分设备、设施长期闲置，浪费、占用大量资会。3加工过程的要求。加工过程的要求是选择布置类型的主要依据。决定布置所需要的数据因所制造的产品的不同而不同。4)进行布置的场地的有效空间。工厂总体布局受场地范围的限制，车间设备布置一般是在建筑空间的实际范围之内。工厂设计包括工厂内部和外部两者所需要的空间设计。系统布置设计的步骤系统布置设计是一种有条理的布置设计方法，一般以下列三种基础为依据：(1)相互关系所布置的各对象之问所要求的或需要的相对密切程度；(2)面积所布置的各对象的量，形状，种类；(3)调整把所布置的对象排列到合乎现实的最佳地步在SLP方法中，SLP实施的程序包含4个步骤，这4个步骤紧密相连共同完成SLP方法对设施的规划。在SLP程序中4个步骤及各个步骤要完成的工作如下：1准备原始资料在系统布置设计开始时，首先必须明确给出基本要素产品P，产量Q，生产工艺过程R，辅助服务部门S及时间安排T等这些原始资料，同时也需要对作业单位的划分情况进行分析，通过分解与合并，得到最佳的作业单位划分状况。所有这些均作为系统布置设计的原始资料。2物流分析与作业单位相互关系分析对于传统的制造车间，物流部分的分析是布置设计中最重要的方面。物流分析的结果可以用物流强度等级及物流相关图来表示。非物流的作业单位间的相互关系可以用关系密级等级及相互关系表来表示。在需要综合考虑作业单位间物流与非物流的相互关系时可以采用简单加权法将物流相关表及作业单位间相互关系表综合成综合相互关系表。3绘制作业单位位置相关图根据物流相关表，考虑每对作业单位间相互关系等级的高低，决定两作业单位相对位置的远近，得出各作业单位之间的相对位置关系。4方案评价与择优针对得到的不同方案，需要选择一种评价方法对各方案进行评价。通过对各方案的比较评价，修正设计方案，得到最佳布置方案图。基于绿色制造的SLP改进方法就是在传统经典的系统布置设计方法基础上运用绿色化，人性化的思想，主要从以下几个方面体现：1)在工艺路线不变的情况下，使得物流量大大减少，同时使劳动力、设备使用率大大提高；2)在车间设施布置过程中考虑切屑，切削液等废弃物的物流过程，回收处理手段。机加工过程中产生的切屑，切削液关乎资源再利用和环境问题。合理的车间设施布置能够大大改善废弃物回收处理的过程和效果；3)在车间布置的设计过程中，更加注重人，机和环境和谐统一。工作环境是一个由人、操作机器和操作方法组成的人一机器的系统。通过合理的布置设计，使得工作人员的工作环境得到了大大的改善，充分体现了以人为本的设计理念。具体实施过程体现在一下五个方面：(1)作业空间设计作业空间就是人进行作业所需要的活动空间，以及机器、设备和工具所需要的空间总和。人在各种情况下工作都需要一个足够的、安全、舒适，操作方便的空间。这个空间的大小和形状与工作方式、操作姿势、持续时间、工作过程、工作用具、显示器的布置、防护方式及工作服装等因素都有关系。(2)照明设计灯光设计对于操作人员的作用有两个：第一是人的眼睛保护，第二是眼睛对光的强度和颜色的敏感程度，这对于警告的设计非常重要。 (3)噪声控制噪音在企业生产过程中有两个危害。一是干扰工作人员接收所需信号，二是影响工作人员的身体健康。 (4)控制粉尘生产性粉尘是污染环境，影响工人健康的重要因素之一，长期吸入高浓度的生产性粉尘，可引起尘肺。对于粉尘污染，可以针对不同的环境采取不同的措施，常用的除尘方法有干法和湿法两大类，每一类又有多种结构，干法最常见的是旋风式除尘和布袋除尘，湿发除尘一般有水激式除尘，自激式湿法除尘等。(5)警告标识预防工伤的一个比较有效的措施是使用警告标识。在一些危险的地方，贴一些危险的标志，以提高员工的警觉。一般来说工作环境中经常使用的警告标识的形式主要有两种：文字描述和图像表示。车间布局建模与仿真的意义车间布局建模与仿真是制造系统建模和仿真中的一个重要组成部分，其优点主要表现在以下几个方面叫：车间布局建模与仿真能够节约成本，提高企业的生产效率。车间布置仿真是在计算机上对现实车间布置进行模拟，通过对车间布置在不同参数下的运行，找出车间布置中的不足之处，实现对车间布置的优化，节约真实车间布置的运行成本。2)由于车间布置直接影响着车间的功能特性，随着当前产品生命周期的不断缩短，工厂生产的产品始终处于动态的转换过程之中，车间布置再也不是一劳永逸了，它需要根据主导产品对它的要求进行调整，以确保车间结构对其功能的保障能力。因此，车间布置的变化在当今也越来越频繁了。车间布置仿真是以车间模型为对象的研究方法，而不用干扰实际车间正常的作业活动：同时由于计算机的快速运算能力，可以用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产设备布置，因此可以缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费。3)另外，应用计算机仿真来对车间的布置规划作出检验，并对车间布置可能出现的问题作出早期的判断，并提出相应的防范措施，节省了投资成本和运行周期。典型系统建模与仿真软件的介绍生产线仿真作为先进制造技术的重要组成部分，其本质就是以计算机支持的仿真技术为前提对生产线的各个元素和生产过程进行统一的建模，在虚拟的环境中反映出生产制造全过程从而更有效地组织生产计划使企业获得更大的利润。下面简要介绍几个仿真软件工具(着重介绍一下本文要用的到的Flexsim)：1)QUESTQueuing Event Simulation Tool(QUEST)是一个离散事件仿真工具包，用于对生产工艺流程的准确性与生产效率进行仿真与分析的全三维数字工厂环境。QUEST为工业设计工程师、制造工程师和管理人员提供了一个单一的协同环境，以在整个产品设计过程中开发和确证最好的生产工艺流程。在为实际设施投资之前，改善设计，减少风险与成本，使数字工厂效益最大化，可使产品从一开始就能尽如人意。用QUEST测试各种参数，例如设施布局、资源配置、其它可替换方案，产品开发小组可以量化他们的决策对生产产量和成本的影响。QUEST灵活的、基于对象的离散事件仿真环境结合了强大的可视化和健壮的导入、导出功能，使其成为对生产工艺流程仿真与分析的工程与管理首选解决方案。导出功能，使其成为对生产工艺流程仿真与分析的工程与管理首选解决方案。2)eManufacturing EngineereMPower Engineer允许用户设计、分析、仿真、优化生产过程。可以从鸟瞰的角度分析整个车间，逐步向下直至车间作业。支持工作空间设计、过程仿真、装配分解作业、质量公差管理、加工。它的功能模块允许设计、仿真、可视化和优化生产系统和过程，分析瓶颈、优化生产量和缓冲区大小。3)FlexsimFlexsim是美国Flexsim公司开发的迄今为止世界上第一个在图形环境中集成了C+IDE和编译器的仿真软件。在这个软件环境，C+不但能够直接用来定义模型而且不会在编译中出现任何问题，这样，就不再需要传统的动态链接库和用户定义变量的复杂链接。Flexsim应用深层开发对象这些对象代表着一定的活动和排序过程要应用模板晕的某个对象只需要用鼠标把该对象从库拖出来放在模型视窗即可。Flexsim中的对象可以创建，删除，而且可以彼此嵌套移动，它们都有自己的功能或继承来自其他对象的功能。这些对象的参数可以把任何制造业，物料处理和业务流程快速，轻易，高效的描述出来。同时Flexsim的资料，图像和结果都可以与其它软件公用。而且它可以从Excle表读取资料和输出资料。可以从生产线上读取现时资料以作分析功能。Flexsim也允许用户建立自己的模拟对象来满足用户自己的要求。Flexsim提供了一系列用于构造系统仿真模型的Element(元素)，这些基本元素可分为Discrete element(离散元素)，L0西cal element(逻辑元素)，Graphical modeling element(图形建模元素)等。Discrete element(离散元素)包括：1)flowitem(流块)：流块在模型中单独的移动(例如实体，超市的顾客等)。2)Queue(队列)：排队是存放流块的地方，队列在模型中相当于一个缓冲器。3)Processor(处理器)：处理器可以模仿任何加工工具，如各种机床等。4)Conveyor(传输器)：传输器在一段时间里将流块从模型的某一固定地点送到另一地点。模型可以在屏幕上显示流块的移动。可模拟带式或滚式传输机。5)Transporter(交通工具)：交通工具代表叉车，火车或其他传输流块的工具。6)Operator(操作者)：操作者是某些元素执行某些生产(例如加工，清洁， 修理)所需要的人力资源。陈兵 基于绿色制造的XX车间设施规划研究 武汉科技大学硕士学位论文2008 基于绿色制造的XX车间设施规划研究.pdf基于绿色制造的车间布置改进措施研究.pdf车间设备布局一般原则(1)要按车间分工确定的车间生产纲领和生产类型为依据，确定车间的生产组织形式和设备布局的形式。(2)要求工艺流程通顺，物料搬运短捷方便，避免往返交叉。(3)要根据工艺流程选择适当的建筑形式，采用适当的高度、跨度、柱距，配备适当等级的起重运输设备，充分利用建筑物的空间。(4)要对车间的所有组成部分，包括机器、工作位置、毛坯与零件存放地、检验试验用地、辅助部门、通道、公用管线、办公室、生活卫生设施等，合理区划和协调配置。(5)为工人创造安全、舒适的工作环境，使采光、照明、通风、采暖、防尘、防噪音等具有良好的条什，将工位器具设在合适的部位，便于工人完成作业。(6)具备适当生产变化的柔性。锯片制造车间设施规划浅析.pdf车间布局的目标及原则车间布局总的目标是使车间内部的人流、物流、信息流得到最合理、最经济、最有效的配置。不论是新的车间布局还是旧的布局再规划，其共同目标是：1)简化作业过程。在满足产品生产工艺的前提下，作业过程越简单，车间生产效率就越高。2)减少在制品，使物流均衡，减少生产线上的在制品停留时间，减少生产中间的库存。3)最大限度地减少物流搬运工作量。物料搬运成本占制造成本的比率非常高，可以通过优化车间布局规划，减少搬运工作量，降低成本。4)提高设备利用率，提高生产柔性，使之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。5)为员工提供方便、舒适、安全和卫生的工作环境。车间布局过程要考虑环境的条件(噪音、照明、色彩、温度、湿度等环境因素)对人的工作效率和身心健康的影响。6)为企业未来发展留有余地。任何一个成功的企业，必须在规划与设计阶段就考虑未来的发展问题。从厂址的位置与规模，设施的数量与规模，设备的数量与先进性，周围环境等方面，都必须考虑企业未来的发展。车间布局规划要遵循以下原则：1)经济性原则，消除不必要的作业，优化作业之间的关系。例如，把作业关系紧密的作业单位尽可能地安排在一起，这时提高企业生产率和降低能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，才能减少投入，降低运行费用；在布局设计时，在充分利用空间的同时，合理预留发展空间，才能避免不必要的改建与扩建。2)动态原则，以物料搬运为例，从原材料进厂到产品出厂，中间要经过很多环节。衡量物料搬运系统设计合理与否，不能单从静态的角度考虑路线设计是否合理，而应该从动态的角度，考虑各个环节之间的衔接是否好，能否按时、按质、按量把物料送到下一个作业，同时使运输费用最低。除了物流以外还要考虑人流、信息流的动态合理性。3)统筹原则，在进行车间布局设计时必须统筹考虑各方面的因素，采用系统的分析方法，使得系统整体优化，把定量分析、定性分析和个人经验结合起来，兼顾当前和长远利益，加强对环境的保护。4)以人为本原则，“人一是企业运作过程中最重要的因素，而且，环境对人的影响也最大一个好的工作环境，会大大提高人的工作效率。布局中的工作地设计，实际上是“人一机环境的综合设计，要考虑环境对人的工作效率和身心健康的影响。车间布局的影响因素1)物料运输方面的因素(1)运输设备的性能：运输设备的机动性、自动化程度、承载(或起重)能力等。运输设备的机动性能和自动化程度越高的，车间中的物料运输越方便快洁，但是在运输设备方面的投资越大。(2)物料流通形式：从毛坯或半成品入车间到产品或零件出车间这一流通过程及人员的活动方式。(3)运输所需要的空间：运输同空间的关系、运输路线的选择和确定。比如，运输通道的宽度是否合理、是否有足够的起吊高度等。(4)运输与其他工艺过程的组合：比如在运输的过程中是否可以穿插一些检查、校验的工序等。2)物料存储因素(1)存储地的选择：存放于流通路线的旁边，还是设置存放场地。(2)物料存储方式：包括容器、流动贮存传送带、架子、自动仓库、托盘等。(3)存放地的面积：主要由存储量及存储方法决定。3)产品因素(1)产品的性能、规格及质量要求：产品的体积、重量、几何形状、加工处理上的特殊性、完成加工后的规格及质量要求等。(2)产品的生产批量和种类：品种的多少，批量的大小，以及产量的变动程度等。(3)产品的生产工艺：工艺流程、工序的合并和拆分、零件及材料的标准化程度等。4)设备因素(1)设备的特性：设备的型号、工作时间、体积大小、重量、工作性能、噪音、振动等因素。(2)整个生产系统的特点：是手工作业还是自动化生产，或是部分手工作业、部分自动化生产，成套设备所占的比例越大，生产系统的柔性化程度就越低。(3)工装夹具的特性：是组合夹具还是一般的夹具，夹具的数量和装夹形式等。(4) 辅助设施是否齐全，比如供气排气装置、调节装置、远距离控制装置等。(5)机械设备的生产线之间，或装置间的均衡生产问题。5)厂房结构因素普通建筑还是专用建筑，单层还是多层，单跨还是多跨、厂房形状和走向，窗户、地面、屋顶高度、中列柱和边列柱的柱距、柱顶高度、柱项到屋顶的高度等。6)人的因素(1)职工的作业效率：要使各种生产活动协调一致，使作业时间保持均衡等。(2)其它因素：如是否符合劳动法规、是否符合生产安全性要求、职工的心理因素、管理是否方便等。7)与布局调整有关的因素随着工厂技术经济的发展，调整工厂和车间设备布局的频度和速度越来越快。因此，在进行工厂和车间设备布局时，要预先考虑到可能的变更，使布置具有灵活性。与布置调整有关的因素有：添加新设备、旧设备的搬移、装置标准化、为生产能力的扩大留一定的余地等。8)其它因素研究车间设备布局问题时，要把车间生产经营目标作为核心问题，为此，产品的品种、规格、数量，以及车间生产能力、经济预算、生产任务完成日期、预期效果、变更的可能性等等问题，是要充分考虑的。车间布局的主要形式车间布局类型一般可以划分为基本类型和混合类型两种。基本类型又包括工艺式布局(也称为功能布局)，产品式布局和定位式布局；而混合布局又称为成组技术或单元式布局。1)工艺式布局工艺式布局也称为功能、机群布置(图22)。所有同类的工序都在同一工作区内完成，相似的机器或相似的装配工序组织在一起，即材料按工艺过程通过各生产工段或工作区。这种布置方式便于调整设备和人员，容易适应产品的变化，生产系统的柔性大大增加，适应普通设备，成本低且易维护。但是存在物料流动时间长大、工序间相互冲突，浪费大量制造成本：设备利用率低；物料传输慢、效率低、成本高等问题。这种布置形式通常适应于同类产品较多；产量较低的生产；产量中的批量生产；中小批量生产。2)产品式布局产品原则布置也称为生产流水线布置(图23)。当产品品种很少而生产数量又很大时，应按产品的加工工艺过程顺序配置设备，形成流水线生产线，这是大量生产中典型的设备布置方式。由于产品原则布局是按产品的加工、装配工艺过程顺序配置各道工序所需设备、人员及物料的，因此能最大限度地满足固定品种的产品生产过程对空间和时间的客观要求，生产效率非常高，但见产品生产成本低，但是柔性差，适用于少品种、大批量生产方式。3)定位式布局所有的工序都是在原材料(在加工或处理情况下)或主要部件(在装配情况下)固定在一个地方的情况下完成的。适用于大型设备的制造过程，产品固定在一个固定位置上，所需设备、人员、物料等均围绕产品布置，这种布置方式在一般在飞机、造船等大型少批量企业应用较多。4)成组原则布局成组原则布局又称为混合原则布置。在产品品种较多、每种产品的产量又是中等程度的情况下，将工件按其外形与加工工艺的相似性进行编码分组，同时零件用相似的工艺过程进行加工，同时将设备成组布置，即把使用频率高的机器群按工艺过程顺序布置，组合成制造单元，整个生产系统由数个成组制造单元构成。这种成组布置方式省去了工艺布局带来的很多物料处理问题，效率较高；但是柔性较差，要求产品需求已知、稳定、周期长，一旦需求波动，性能优势无法显示。适用于多品种、中小批量生产。在布局设计研究中，我们可以借助于建模及仿真工具，在二维平面布局的基础上构建制造系统的三维布局模型，利用可视化仿真技术的“所见即所得”功能，以系统化布局技术为基础结合计算机仿真软件建立车间布局设计框架，并以此为基础对某阀门车间进行布局优化设计。某阀门车间布局设计及仿真研究.pdf车间规划平面图可用AUTOCAD绘制 车间布局常用算法简介1 系统布置设计该方法是1961年理查得缪瑟(Richard Muther)提出的工厂布置的程序和方法。这是一种条理性很强，物流分析与作业单位关系密切程度分析相结合，求得合理布置的技术。该方法把P(产品)、Q(产量)、R(生产工艺路线)、S(辅助服务部门)、T(时间)这五个基本要素作为布置设计分析的起点，按照一个逻辑性的阶段结构和程序模式有序地进行分析。首先计算各作业单位之间的物流，按一定比例划分物流强度等级，然后考虑各作业单位之间的非物流因素进行作业单位相互关系分析，经过加权得到作业单位之间综合相互关系矩阵。通过计算各个作业单位的综合接近程度来安排各作业单位的位置，绘制出位置关系图，考虑必要面积和可利用面积形成作业单位面积相关图。通过进一步的修正和调整得到可行的布置方案，最后采用某种评价方法对可行的方案进行优选评估。该方法缺点是作业单位关系密切等级的划分与规划设计人员的经验和知识密切相关，不同的设计人员因为考虑问题的侧重点不同会给出不同的等级，这会影响到综合相互关系矩阵。2 图论算法Dowsland和Leung等首先建立了布局问题的图论模型，以图中的结点代表待布局物体，弧线代表布局物体之间的关联关系，将布局问题转化为在一个己知的连接图中寻找最大独立集或最大权平面子图的问题，建立图论模型之后借助相关理论与方法求解。图论方法一般只适用于小规模且外形规则的物体布局问题的求解，它不能充分表达布局知识及相关约束。当布局问题的规模较大且涉及不规则物体时，布局问题的图论求解方法将不再适用。3 模拟退火算法模拟退火法(Simulated Annealing SA)的思想最早由Metroplis等人于1953年提出的，1983年Kirkpatrick等将其应用于组合优化问题，根据对固体退火过程的模拟而得名的。其流程图见图5。图5模拟退火的流程图模拟退火法的基本思想是：首先随机产生一个解并置其为当前解，根据当前解产生一个新解，采用Metropolis接受准则判断是否接受新解，如果接受，则将其置为当前解，再判断在当前温度下是否满足Marvob链长，如果满足，则降低温度，在新的温度状态下，产生新解并判断是否接受新解，否则继续在原有温度状态下产生新解并判断是否接受新解，如此重复进行，直至满足停止准则。模拟退火算法的特性之一就是可根据一定的概率接收目标函数值不太好的状态。算法不但往好的方向走也可朝差的方向走，这使得算法即使落入局部最优的陷阱中，经过足够长的时间后也可跳出来从而收敛到全局最优解。在具体应用时，通常并不一定找寻最优解而只是求出一个满意的近似最优解。模拟退火算法曾广泛应用于最优化问题的求解，但在实际应用中，效果常常不是十分理想，究其原因，主要是模拟退火算法不具备记忆能力，在搜索过程中常常出现迂回搜索，浪费了大量的时间，严重影响解的质量和效率。4 禁忌搜索禁忌搜索流程图见图6。图6 禁忌搜索流程图禁忌搜索最早由Glover于1989年提出的，通过引入一个灵活的存储结构和相应的禁忌准则来避免迂回搜索，并通过特赦准则来赦免一些被禁忌的优良状态，保证多样化的有效搜索以最终实现全局优化。禁忌搜索的基本思想是：从某一个初始解出发，估计该解的目标函数值，然后选定备选解集，如果最好的移动不是被禁忌的，或者虽然是被禁忌但满足特赦准则，就选择移动，并把该备选解作为新的当前解。否则选择非禁忌的目标函数值最优的备选解作为当前解。如此重复上述过程，直至满足停止准则。禁忌表（tabu list）、禁忌长度（tabu length）、特赦准则（aspiration criterion）这三个概念是禁忌搜索和一般搜索准则最不同的地方，算法的优化也关键在这里。该种方法的缺点是在利用禁忌搜索算法来求解许多问题时，解的质量与初始给定的参数密切相关，这些参数包括禁忌表长和备选解集。在将禁忌搜索算法应用于实际问题时，这些参数往往难以确定。一个较好的初始解可使禁忌搜索在解空间中搜索到更好的解，而一个较差的初始解则会降低禁忌搜索算法的收敛速度。禁忌搜索算法的另一个缺陷是在搜索过程中初始解只能有一个，在每代也只是把一个解移动到另一个解，迭代搜索过程是串行的，即为点到点的操作。5 遗传算法（1）遗传算法介绍遗传算法(Genetic Algorithm GA)是美国Michigan大学Holland教授于上世纪七十年代受生物进化论的启发而提出的一种基于生物遗传和进化机制的适合复杂系统优化计算的自适应概率优化技术。他的Adaptation in Natural andA rtificial System一书的问世标志着遗传算法的诞生。在一系列研究工作的基础上，80年代由Goldberg进行归纳总结，形成了遗传算法的基本框架。随着遗传算法的普及和应用，在基本遗传算法的基础上，产生了多种变形的遗传算法，比如混合遗传算法、并行遗传算法等。这些算法在解决实际问题的过程中显示了其良好的优化能力和适应能力。遗传算法是模拟达尔文的遗传选择和自然淘汰的生物进化过程。它的思想源于生物遗传学和适者生存的自然规律，是具有“生存检测”的迭代过程的搜索算法。遗传算法以一种群体中的所有个体为对象，并利用随机化技术指导对一个被编码的参数空间进行高效搜索。其中，选择、交叉和变异构成了遗传算法的遗传操作。参数编码、初始群体的设定、适应度函数的设计、遗传操作设计和控制参数设定这五个要素组成了遗传算法的核心内容。遗传算法是基于进化理论的原理发展起来的一种高效的随机搜索与优化方法。它是将问题的解表达成染色体(chromosome)，通过对染色体的选择(selection)、交换(crossover)及变异(mutation)的操作，从而产生更适应环境(即问题)的新染色体，这样一代代地进化下去。直到满足某些约束为止。近年来，由于遗传算法求解复杂优化问题的巨大潜力及其在工业工程领域的成功应用，遗种算法得到了广泛的关注。遗传算法的数学模型可表示为如下公式。式中： C个体的编码方法E个体适应度评价函数Po初始种群M种群大小选择算子交叉算子变异算子T终止条件作为一种新的优化技术，遗传算法有以下优点：对优化设计的限制较少。由于它的进化特性，它在解的搜索中，不需要了解解的内在性质。搜索过程不直接作用在变量上，而是作用在参数集