基于數(shù)字化工廠的車間布局仿真與物流優(yōu)化

1、第期（總第期）年月機(jī)械工程與自動化（）文章編號：基于數(shù)字化工廠的車間布局仿真與物流優(yōu)化康留濤，王曉楓（）合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥摘要：分析了數(shù)字化工廠產(chǎn)生的背景以及數(shù)字化工廠的基本功能；基于數(shù)字化工廠平臺，構(gòu)建了某采煤機(jī)機(jī)械加工車間的數(shù)字化工廠模型。通過對模型中設(shè)施布局的空間干涉分析以及物流仿真運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)了車間前期規(guī)劃中存在的問題，并給出了優(yōu)化建議。關(guān)鍵詞：數(shù)字化工廠；布局仿真；物流優(yōu)化中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：引言隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，產(chǎn)品的競爭消除了國界，其復(fù)雜程度越來越高。產(chǎn)品更新?lián)Q代加速以及客戶化定制生產(chǎn)方式的形成，給企業(yè)提出了更高的要求，如縮短新，產(chǎn)品上市和交貨時間（提高產(chǎn)

2、品質(zhì)量（降低生），產(chǎn)成本（提供全方位的服務(wù)（即）。計因此在多種三維建模軟件的模型，環(huán)境中還可以采用精準(zhǔn)的三維模型來解決工廠的布局規(guī)劃問。本文以某廠采煤機(jī)大關(guān)鍵零部件的機(jī)械加工題車間為例進(jìn)行仿真說明。搭建車間三維布局模型需要搭建的虛擬物理模型包括廠房框架、機(jī)器設(shè)備、物流運(yùn)輸設(shè)備等，這里以為例說明模型導(dǎo)入的技巧。如模型包含了過多的面片和數(shù)據(jù)，果直接導(dǎo)入再者會導(dǎo)致運(yùn)行困難，中的模型只要求外形尺寸精準(zhǔn)即可，因此要對模型進(jìn)行簡化處理，具體步驟如下：（模型保存為）將建好的（）如果是裝配體（模型，最好格式的文件，）先收縮包絡(luò)簡化后再保存為格式文件。（）用軟件打開格式文件，在此軟件中按照面片的個數(shù)進(jìn)行簡化，直

3、到模型大然后再保存成最后把小合適為止，格式的文件，導(dǎo)出的格式文檔放到軟件安裝路徑下的文件夾下即可。為保證靜態(tài)布局仿真的準(zhǔn)確性，還必須要求所有模型按照二維圖的位置擺放。先將圖紙簡化，刪減與布局無關(guān)的信息，然后保存為格式的文件，導(dǎo)入然中作為三維模型擺放的標(biāo)準(zhǔn)；后按照二維布局進(jìn)行擺放，完成某采煤機(jī)機(jī)加車間數(shù)字化工廠的靜態(tài)模型。車間布局仿真通過對車間模型的觀察分析，發(fā)現(xiàn)二維規(guī)劃中存算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生，使數(shù)字）化工廠技術(shù)（逐漸成為一個新的研究熱點(diǎn)。數(shù)字化工廠技術(shù)將傳統(tǒng)的基于手工和經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計規(guī)劃轉(zhuǎn)變?yōu)榛谟嬎銠C(jī)仿真和優(yōu)化的精確可靠的規(guī)劃設(shè)計，從而減少了工廠與工藝規(guī)劃的時間，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)

4、備周期，優(yōu)化了生產(chǎn)線配置，減少了工程更改量，。降低了開發(fā)成本和投資風(fēng)險數(shù)字化工廠技術(shù)數(shù)字化工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用計算機(jī)仿真技術(shù)，根據(jù)虛擬制造原理，在虛擬對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行規(guī)劃、仿真和優(yōu)化的一種環(huán)境中，現(xiàn)代生產(chǎn)組織方式。在數(shù)字化工廠中，產(chǎn)品的加工制裝配、測試、生產(chǎn)規(guī)劃和物流管理等都可以得到模造、擬，這使得規(guī)劃工程師、工藝工程師和工業(yè)工程師可以。數(shù)在一個虛擬的環(huán)境中對未來的過程進(jìn)行預(yù)分析字化工廠的基本功能如圖所示?；诘奶摂M仿真技術(shù)應(yīng)用是用于對工藝流程的準(zhǔn)確性和生產(chǎn)效率進(jìn)行仿真分析的全三維數(shù)字環(huán)境。擁有強(qiáng)大的三維可視化功能和健全的導(dǎo)入導(dǎo)出功能，、可接收來自、等；修回日期：收稿

5、日期：，男，河南平頂山人，在讀碩士研究生，研究方向：數(shù)字化設(shè)計與制造。作者簡介：康留濤（）··在以下問題：機(jī)械工程與自動化年第期如果吊起工件的話，很可能會碰到昂貴龍門吊的高度，的設(shè)備，在此必須把半龍門吊換成高度更高的行車。生產(chǎn)線仿真優(yōu)化物流仿真模型還應(yīng)包括各種設(shè)施的層次關(guān)系和它們之間的交互行為。內(nèi)部邏輯事件是由語言編寫的。通過仿真運(yùn)行，對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)噴丸、噴底漆工位以及熱處理工位有明顯的堵塞情此時堵塞工位的機(jī)器利用率、緩沖區(qū)等待零件數(shù)量況，以及物流工具的利用情況如表所示。（）原二維圖未充分考慮空間干涉，鉆孔工作區(qū)臺搖臂鉆床公用一個工件緩沖區(qū)會產(chǎn)生空間不足的現(xiàn)象，建

6、議將臺鉆床的緩沖區(qū)分開，這樣不但會減少工件的物流運(yùn)輸成本，而且加工前后工件容易便于進(jìn)行辨識且空間充裕，管理。）二維圖中半龍門吊只考慮、（軸方向的工作沒有充分考慮軸方向的工作空間，在范圍，模型中可以直觀地看出龍門鏜銑床的高度已經(jīng)接近半圖數(shù)字化工廠的基本功能表堵塞工位的情況機(jī)器噴丸線底漆線熱處理爐利用率（）在制品數(shù)行車?yán)寐剩ɡ寐剩ǎ┬熊嚕┬熊嚴(yán)寐剩ǎ┮虼丝紤]在該區(qū)再建由于噴丸線附近的空間很大，形成兩條并行的生產(chǎn)線。一條噴丸和噴底漆的生產(chǎn)線，熱處理處沒有足夠的空間增加設(shè)備，所以此處只能更換熱處理速度更快的設(shè)備，此時假設(shè)更換設(shè)備后此處的節(jié)拍和前工位的節(jié)拍一致。另外，從表可以看出行車的同一區(qū)域內(nèi)的

7、兩個行車可以共用，可以利用率都很低，在這個區(qū)域內(nèi)分別減少一個行車以減少投資。改進(jìn)后再次仿真運(yùn)行，兩條噴丸、噴底漆工位的利用率都控制在沒有在制品堆積；熱處理爐左右，雖有在制品堆積，但有所減少；行車的利用率為，的利用率都在以內(nèi)。圖和圖分別為關(guān)鍵工序的在制品個數(shù)優(yōu)化前后對比以及種產(chǎn)品的產(chǎn)能隨時間的分布情況。、圖圖的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：噴經(jīng)過調(diào)整優(yōu)化后，丸生產(chǎn)線和熱處理工位的負(fù)荷得到了很大的緩解，機(jī)器利用率回歸正常，基本沒有在制品堵塞現(xiàn)象，有效地解除了該瓶頸對整體產(chǎn)能的影響；車間內(nèi)設(shè)備的利用率整體上都有所提高，減少了資源的閑置和浪費(fèi)；在多在制品量基本趨于合理，基本不數(shù)關(guān)鍵工序的設(shè)備處，影響大局；種產(chǎn)品的成品

8、個數(shù)隨著生產(chǎn)時間的增加并且成套配置合理，即搖臂殼體、行走殼有規(guī)律地增長，體和牽引殼體的個數(shù)基本上是電控箱體的兩倍。圖關(guān)鍵工序在制品量優(yōu)化前后對比結(jié)束語現(xiàn)代制造企業(yè)面臨著諸如生產(chǎn)線規(guī)劃、制造工藝規(guī)劃、物流規(guī)劃等方面問題的挑戰(zhàn)，數(shù)字化工廠作為現(xiàn)代制造領(lǐng)域新的研究方向，提供了產(chǎn)品從設(shè)計規(guī)劃到產(chǎn)品下線整個過程，是對整個項(xiàng)目各項(xiàng)性能評估分析年第期機(jī)械工程與自動化··的有效工具。但是數(shù)字化工廠在國內(nèi)的研究還有很多局限，與國外的差距還很大，另外數(shù)字化工廠是一個復(fù)本文探討的內(nèi)容只是在基礎(chǔ)應(yīng)用雜而且龐大的系統(tǒng)，層面上的滄海一粟，還有更多的問題值得去探討。參考文獻(xiàn)：范秀敏，馬登哲，等虛擬制造的

9、理論、技術(shù)基礎(chǔ)嚴(yán)雋琪，與實(shí)踐上海：上海交通大學(xué)出版社，張浩數(shù)字化工廠技術(shù)在生產(chǎn)線規(guī)劃中的應(yīng)用孫威，（）：計算機(jī)輔助工程，邱華，胡華強(qiáng)面向設(shè)計與制造的數(shù)字化工廠平吳云峰，（）：臺中國制造業(yè)信息化，陸劍峰數(shù)字化工廠技術(shù)在汽車制造企業(yè)布局規(guī)季金花，（）：劃中的應(yīng)用研究汽車工程，樊留群，馬玉敏數(shù)字化工廠技術(shù)應(yīng)用北京：張浩，機(jī)械工業(yè)出版社，周新建，潘磊基于的數(shù)字化裝馬健萍，：配線仿真應(yīng)用華東交通大學(xué)學(xué)報，（）圖種成品個數(shù)隨時間分布，（，），：，：；櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆（上接第頁）參考文獻(xiàn)：液壓伺服控制系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，王春行電液比例控制與仿真設(shè)計北京：機(jī)械工業(yè)黎啟柏出版社，控制理論與電液控制系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)顧瑞龍出版社，液壓閥原理、使用與維護(hù)北京：化學(xué)工業(yè)出張利平版社，電液比例控制技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，路