生产系统设计

1、第一章 生产系统设计本章要点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：l 建立物流路径l 设置物料搬运能力l 设置加工能力（时间、批次、产品）l 缓存区的设定l 设备故障模拟l 网络节点距离选择本章内容表1-1知识脉络图知识脉络辅助工具仿真知识生产系统概述流程图工艺图生产系统布局仿真生产系统布局数学模型实体模型二维坐标图坐标体系从至表生产系统流程工艺流程图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端口发送策略2理论知

2、识点2.1 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。 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1-1 车间布局的基本类型 基于设备

3、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

4、-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1-2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

5、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2.2 生产系统布局方法 作业相关图法它是根

6、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1-6相关关系图图1-7部门相关关系图 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

7、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1-3 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001002003004表1-4 初始从至表从 至ABCD

8、EFGH小计A224B11C213D112E112F22G1113H0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1-5 改进的从至表从 至ACEFHGDB小计A2

9、24C211E113F22H2G1112D113B10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1-6 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=12*（2+1+2+1+2）=163*1=34*（1+1）=86*2=123*1=34*1=45*1=5小计4012总移动距离=40+12=52满意方案1*（2+2+1+2+1）=82*（1+1）=44*1=45*2=101*1=12*1=23*1=34*1=4小计26

10、10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。113仿真建模一般步骤建模与仿真流程图1-8 felxsim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:

11、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。仿真模型要求能够真实的反映系统的实际情况。5、验