生产系统设计第一部分

第一章第一章 生产系统设计生产系统设计 本章要点本章要点 1 了解生产系统设计布局内容 理清生产设计中布局 物流及搬运系统的 关系 2 掌握生产系统布局方法并进行仿真 3 掌握双标法对生产系统物料搬运进行规划 并进行仿真验证 通过案例的学习我们将完成以下任务 建立物流路径 设置物料搬运能力 设置加工能力 时间 批次 产 品 缓存区的设定 设备故障模拟 网络节点距离选择 本章内容本章内容 表表 1 11 1 知识脉络图知识脉络图 知识脉络辅助工具仿真知识 流程图 生产系统概述 工艺图 数学模型实体模型 二维坐标图坐标体系生产系统布局 从至表 固定实体 临时实体 缓存区 连线设置 操作员 叉车运用 捆绑策略 加工策略 生产系统布局仿真 生产系统流程工艺流程图 端口发送策略 2 2 理论知识点 理论知识点 2 12 1 生产系统布局设计生产系统布局设计 生产系统布局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 生产系统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 合理的生产系统布局可以使生产系统的资源进行有效的组合 实 现资源配置的最优化 对提高生产系统的运作效率具有重要的意义 2 1 1 一般生产系统布局的类型一般生产系统布局的类型 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 存在不同的布局形式 常见的布局类型见图 1 1 图图 1 11 1 车间布局的基本类型车间布局的基本类型 2 2 2 基于设备位置关系的布局类型基于设备位置关系的布局类型 基于设备位置之间的关系 布局类型分为产品布局 工艺布局 固定位置 布局和单元布局 其图见 1 2 到 1 5 它们之间的对比如表 1 2 所示 产品布局 又称为生产线布局 见图 2 2 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 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 2 3 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 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 和工艺布局相对应的是单元布局 见图 2 5 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 混合布局见图 2 4 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 表表 1 21 2 设备位置关系布局方式比较设备位置关系布局方式比较 布局形 式 适用范围优点缺点 产品布 局 大批量 少品种的 生产 结构简单 物流控制容易 物 料处理柔性高 一般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 同类产品多 产量 低 产量中等的批 量生产 中小批量 生产车间 物料运输成本低 有利于同组 设备的负荷平衡 更具有柔性 可处理多种工艺要求 使用普 通设备 成本低且易维护 物料流动时间长 工序间相 互冲突 浪费大量制造成本 设备利用率较低 物料传输 慢 效率低 成本高 固定位 置布局 大型 产量较小的 产品 如飞机 的生 产 产品不动 制造设备与人员作 为假定的物流移动 费用较低 缺乏存货空间 控制系统复 杂 管理负担高 混合布 局 对上述布局形式的 扬长避短 系统柔性高 效率高 单位产 品成本低 系统复杂 单元布 局 成组技术 加工相 似产品 产量中等 的单元化制造 省去了工艺布局带来的很多物 料处理问题 效率较高 柔性较差 要求产品需求已 知 稳定 周期长 一旦需 求波动 性能优势就无法显 示 2 22 2 生产系统布局方法生产系统布局方法 2 2 1 作业相关图法作业相关图法 它是根据企业各个部门之间的活动关系 密切程度来布置其相互位置 首先将关系密切程度划分为 A E I O U X 等六个等级 然后列出导致不同 程度关系的原因 利用关系密切程度分类表和关系密切原因表 将待布置的部 门一一确定出相互关系 根据相互关系重要程度 按重要等级高的部门相邻布 置的原则 安排出最合理的布置方案 图图 1 61 6 相关关系图相关关系图 图图 1 71 7 部门相关关系图部门相关关系图 2 2 2 从至表法从至表法 从至表是指物料从一个工作地到另一个工作地移动次数的汇总表 表中的 列为起始工序 行为终止工序 表中的对角线上方表示前进方向的移动次数 对角线下方表示后退方向的移动次数 从至表法就是以从至表为基础 在确定 设备位置的前提下 以表中的对角线元素为基准计算物料在工作地之间的移动 距离 从而找出物料总运量最小的布置方案 使用从至表法的基本步骤为 第一步 编制零件综合工艺路线图 第二步 按照工艺路线图编制零件从至表 第三步 调整从至表 使移动次数多的靠近对角线 第四步 绘制改进后的从至表 第五步 计算改进后的零件移动距离以验证方案 例 某车间设备的初始排列方案及其承担加工四种零件的加工线路如下表 2 3 所示 根据该图绘制出初始从至表 假定表中相邻两个设备之间距离相等 均 为一个长度单位 试确定车间各生产设备之间的最佳布置 表表 1 31 3 四种零件的加工线路图四种零件的加工线路图 设备零 件号 A 毛坯库 B 铣床 C 车床 D 钻床 E 镗床 F 磨床 G 压床 H 检验台 001 002 003 004 表表 1 41 4 初始从至表初始从至表 从 至 ABCDEFGH 小计 A224 B11 C213 D112 E112 F22 G1113 H0 小计 0132223417 所谓从至表就是指零件从一个工作地到另一个工作地搬运次数的汇总表 表的列为起始工序 行为终止工序 对角线右上方数字表示按箭头前进的搬运 次数之和 对角线左下方数字表示按箭头后退的搬运次数之和 在从至表中 格子越靠近对角线 说明格子中所填从至数的运输距离越短 反之则越长 因 此 在从至数一定 受产品工艺路线约束 的条件下 最优排列方案应能使较 大的从至数向对角线靠拢 而较小的从至数则向从至表的左下角和右上角疏散 据此将初始从至表逐次调整 最后得到改进的从至表 表表 1 51 5 改进的从至表改进的从至表 从 至 ACEFHGDB 小计 A224 C211 E113 F22 H2 G1112 D113 B10 小计 0322432117 比较改进前后的两个从至表 将工作地距离相等的各次数按对角线方向相 加 再乘以离开对角线的格数 就可以求出全部零件在工作地之间的移动距离 计算结果如表 2 6 表表 1 61 6 零件移动总距离计算表零件移动总距离计算表 方案对角线右上方 正向从至 对角线左下方 逆向从至 初始方案 1 1 1 2 2 1 2 1 2 16 3 1 3 4 1 1 8 6 2 12 3 1 3 4 1 4 5 1 5 小计 4012 总移动距离 40 12 52 满意方案 1 2 2 1 2 1 8 2 1 1 4 4 1 4 5 2 10 1 1 1 2 1 2 3 1 3 4 1 4 小计 2610 总移动距离 26 10 26 从表中可知 经过改进后得到的设备排列方案 零件的移动距离减少了 52 36 16 个单位 使物料的总运量相应减少 提高了经济效益 本例所采用的从至表形式 使用与所加工零件的数量和重量差别不大的情 况 否则 应对从至表中各从至数分别按不同零件的数量和重量给予修正 3 3 仿真建模一般步骤 仿真建模一般步骤 建模与仿真流程 1 1 确定仿真目标 收集和整理数 据资料 建立系统模型 调试程序 验 证模型 模型是否可靠 建立文件 实施决 策 结果是否满意 分析仿真结果 计算机仿真运行 Y N 图图 1 81 8 felxsimfelxsim 仿真过程流程图仿真过程流程图 1 确定仿真目标 拟定问题和研究计划 这一阶段的任务是明确规定车间 仿真的目的 边界和组成部分 以及衡量仿真结果的目标 2 收集和整理数据 仿真中需要输入大量数据 它们的正确性直接影响仿 真输出结果的正确性 调研所期望获取的资料一般包括 结构参数 结构参数是描述车间结构的物理或几何参数 例如车间平面布局 设备组成 物品形状 尺寸等静态参数 工艺参数 工艺参数是车间零件的工艺流程 各流程之间的逻辑关系等 动态参数 动态参数是描述生产过程中动态变化的一些参数 如运输机的加 速度和速度 出入车间的时间间隔 运输车的装卸时间等 逻辑参数 逻辑参数描述生产过程中各种流程和作业之间的逻辑关系 状态变量 状态变量是描述状态变化的变量 如设备的工作状态是闲还是忙 缓冲区货物队列是空还是满 输入输出变量 仿真的输入变量分为确定性变量和随机变量 输出变量是根 据仿真的目标设定的 仿真目标不同 输出变量也不同 3 建立车间布局模型 根据系统机构和作业策略 分析车间各组成部分的 状态变量和参数之间的数学逻辑关系 在此基础上建立车间布局模型 4 建立车间仿真模型 根据车间布局模型 收集的数据建立仿真模型