毕业论文：基于Flexsim的车间布局优化设计(2)

郑州航空工业管理学院管理科学与工程学院本科毕业论文

基于FLEXSIM的生产车间布局优化

1 生产车间布局的内容

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臵。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、管线之间的相互位臵。合理的车间布局可以使车间的资源进行有效的组合，实现资源配臵的最优化，对提高车间的运作效率具有重要的意义。

1．1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臵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臵之间的关系，主要有产品布局、工艺布局、固定位臵布局、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臵形成生产线。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。

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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臵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。

固定位臵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、工艺布局和固定位臵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。

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（a）工艺布局 （b）单元布局 图1—1 布局形式 1．2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臵，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臵、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。

传统的车间布臵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

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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，那么整个车间布臵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臵进行建模与仿真。

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臵进行建模与仿真具有可行性。

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