生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一部分(1)

1、第一章 生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章要點(diǎn)1、 了解生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)布局內(nèi)容，理清生產(chǎn)設(shè)計(jì)中布局、物流及搬運(yùn)系統(tǒng)的關(guān)系。2、 掌握生產(chǎn)系統(tǒng)布局方法并進(jìn)行仿真3、 掌握雙標(biāo)法對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)物料搬運(yùn)進(jìn)行規(guī)劃，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證通過(guò)案例的學(xué)習(xí)我們將完成以下任務(wù)：l 建立物流路徑l 設(shè)置物料搬運(yùn)能力l 設(shè)置加工能力（時(shí)間、批次、產(chǎn)品）l 緩存區(qū)的設(shè)定l 設(shè)備故障模擬l 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)距離選擇本章內(nèi)容表1-1知識(shí)脈絡(luò)圖知識(shí)脈絡(luò)輔助工具仿真知識(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)概述流程圖工藝圖生產(chǎn)系統(tǒng)布局仿真生產(chǎn)系統(tǒng)布局?jǐn)?shù)學(xué)模型實(shí)體模型二維坐標(biāo)圖坐標(biāo)體系從至表生產(chǎn)系統(tǒng)流程工藝流程圖固定實(shí)體臨時(shí)實(shí)體緩存區(qū)連線設(shè)置操作員、叉車運(yùn)用捆綁策略加工策略端口發(fā)送策略2理論知

2、識(shí)點(diǎn)2.1 生產(chǎn)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)生產(chǎn)系統(tǒng)布局是指在一定的生產(chǎn)環(huán)境下，制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)確定制造系統(tǒng)中各設(shè)備布局形式和位置。生產(chǎn)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)要解決各生產(chǎn)工部、工段、服務(wù)輔助部門(mén)、儲(chǔ)存設(shè)施等作業(yè)單位及工作地、設(shè)備、通道、管線之間的相互位置。合理的生產(chǎn)系統(tǒng)布局可以使生產(chǎn)系統(tǒng)的資源進(jìn)行有效的組合，實(shí)現(xiàn)資源配置的最優(yōu)化，對(duì)提高生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)作效率具有重要的意義。2.1.1 一般生產(chǎn)系統(tǒng)布局的類型生產(chǎn)車間設(shè)備布局設(shè)計(jì)是將加工設(shè)備、物料輸送設(shè)備、工作單元和通道走廊等布局實(shí)體合理地放置在一個(gè)有限的生產(chǎn)車間內(nèi)的過(guò)程。按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，存在不同的布局形式，常見(jiàn)的布局類型見(jiàn)圖1-1圖1-1 車間布局的基本類型

3、2.2.2 基于設(shè)備位置關(guān)系的布局類型基于設(shè)備位置之間的關(guān)系，布局類型分為產(chǎn)品布局、工藝布局、固定位置布局和單元布局。其圖見(jiàn)1-2到1-5，它們之間的對(duì)比如表1-2所示：產(chǎn)品布局，又稱為生產(chǎn)線布局，見(jiàn)圖2-2，是指在固定制造某種部件或產(chǎn)品的封閉車間，設(shè)施按加工或裝配的工藝順序放置形成生產(chǎn)線。工藝布局，又稱為功能布局。功能布局是將所有相同類型的資源放置于同一區(qū)域的一種布局形式，如圖2-3。工藝布局根據(jù)資源的功能特征對(duì)其進(jìn)行分組，當(dāng)產(chǎn)品品種多而生產(chǎn)批量小時(shí)，工藝布局將能提供最大的制造柔性。固定位置布局適用于大型產(chǎn)品(如輪船、飛機(jī)、宇宙艙等)的建造和裝配，工人和制造設(shè)施沿著產(chǎn)品移動(dòng)。和工藝布局相對(duì)應(yīng)

4、的是單元布局，見(jiàn)圖2-5單元布局是將車間內(nèi)的設(shè)施劃分成若干個(gè)制造單元，以單元為基本單位組織生產(chǎn)。在單元布局中，一組設(shè)施完成相似零件的加工，單元是專門(mén)針對(duì)一組特定的零件族設(shè)計(jì)的，柔性較差?；旌喜季忠?jiàn)圖2-4是指在車間內(nèi)，并非只有單一的布局形式存在，而是存在產(chǎn)品布局、工藝布局和固定位置布局并存的一種布局形式。這種布局形式發(fā)揮多種布局形式的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)。表1-2設(shè)備位置關(guān)系布局方式比較布局形式適用范圍優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)產(chǎn)品布局大批量、少品種的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物流控制容易，物料處理柔性高一般只考慮了設(shè)備布局的定量要求，沒(méi)有考慮定性方面的因素工藝布局同類產(chǎn)品多，產(chǎn)量低；產(chǎn)量中等的批量生產(chǎn)；中小批量生產(chǎn)車間物

5、料運(yùn)輸成本低；有利于同組設(shè)備的負(fù)荷平衡，更具有柔性；可處理多種工藝要求；使用普通設(shè)備，成本低且易維護(hù)物料流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、工序間相互沖突，浪費(fèi)大量制造成本；設(shè)備利用率較低；物料傳輸慢、效率低，成本高固定位置布局大型、產(chǎn)量較小的產(chǎn)品(如飛機(jī))的生產(chǎn)產(chǎn)品不動(dòng)，制造設(shè)備與人員作為假定的物流移動(dòng)，費(fèi)用較低缺乏存貨空間；控制系統(tǒng)復(fù)雜；管理負(fù)擔(dān)高混合布局對(duì)上述布局形式的揚(yáng)長(zhǎng)避短系統(tǒng)柔性高，效率高，單位產(chǎn)品成本低系統(tǒng)復(fù)雜單元布局成組技術(shù)；加工相似產(chǎn)品:產(chǎn)量中等的單元化制造省去了工藝布局帶來(lái)的很多物料處理問(wèn)題，效率較高柔性較差:要求產(chǎn)品需求已知、穩(wěn)定、周期長(zhǎng)；一旦需求波動(dòng)，性能優(yōu)勢(shì)就無(wú)法顯示2.2 生產(chǎn)系統(tǒng)布局方法

6、2.2.1 作業(yè)相關(guān)圖法它是根據(jù)企業(yè)各個(gè)部門(mén)之間的活動(dòng)關(guān)系+密切程度來(lái)布置其相互位置首先將關(guān)系密切程度劃分為A、E、I、O、U、X等六個(gè)等級(jí)，然后列出導(dǎo)致不同程度關(guān)系的原因，利用關(guān)系密切程度分類表和關(guān)系密切原因表，將待布置的部門(mén)一一確定出相互關(guān)系，根據(jù)相互關(guān)系重要程度，按重要等級(jí)高的部門(mén)相鄰布置的原則，安排出最合理的布置方案。圖1-6相關(guān)關(guān)系圖圖1-7部門(mén)相關(guān)關(guān)系圖2.2.2 從至表法從至表是指物料從一個(gè)工作地到另一個(gè)工作地移動(dòng)次數(shù)的匯總表，表中的列為起始工序，行為終止工序，表中的對(duì)角線上方表示前進(jìn)方向的移動(dòng)次數(shù)，對(duì)角線下方表示后退方向的移動(dòng)次數(shù)。從至表法就是以從至表為基礎(chǔ)，在確定設(shè)備位置的前

7、提下，以表中的對(duì)角線元素為基準(zhǔn)計(jì)算物料在工作地之間的移動(dòng)距離，從而找出物料總運(yùn)量最小的布置方案。使用從至表法的基本步驟為：第一步；編制零件綜合工藝路線圖第二步：按照工藝路線圖編制零件從至表第三步：調(diào)整從至表，使移動(dòng)次數(shù)多的靠近對(duì)角線第四步：繪制改進(jìn)后的從至表第五步：計(jì)算改進(jìn)后的零件移動(dòng)距離以驗(yàn)證方案例：某車間設(shè)備的初始排列方案及其承擔(dān)加工四種零件的加工線路如下表2-3所示。根據(jù)該圖繪制出初始從至表。假定表中相鄰兩個(gè)設(shè)備之間距離相等，均為一個(gè)長(zhǎng)度單位，試確定車間各生產(chǎn)設(shè)備之間的最佳布置。表1-3 四種零件的加工線路圖設(shè)備零件號(hào)A毛坯庫(kù)B銑床C車床D鉆床E鏜床F磨床G壓床H檢驗(yàn)臺(tái)001002003

8、004表1-4 初始從至表從 至ABCDEFGH小計(jì)A224B11C213D112E112F22G1113H0小計(jì)0132223417所謂從至表就是指零件從一個(gè)工作地到另一個(gè)工作地搬運(yùn)次數(shù)的匯總表。表的列為起始工序，行為終止工序，對(duì)角線右上方數(shù)字表示按箭頭前進(jìn)的搬運(yùn)次數(shù)之和，對(duì)角線左下方數(shù)字表示按箭頭后退的搬運(yùn)次數(shù)之和。在從至表中，格子越靠近對(duì)角線，說(shuō)明格子中所填從至數(shù)的運(yùn)輸距離越短；反之則越長(zhǎng)。因此，在從至數(shù)一定（受產(chǎn)品工藝路線約束）的條件下，最優(yōu)排列方案應(yīng)能使較大的從至數(shù)向?qū)蔷€靠攏，而較小的從至數(shù)則向從至表的左下角和右上角疏散。據(jù)此將初始從至表逐次調(diào)整，最后得到改進(jìn)的從至表。表1-5 改

9、進(jìn)的從至表從 至ACEFHGDB小計(jì)A224C211E113F22H2G1112D113B10小計(jì)0322432117比較改進(jìn)前后的兩個(gè)從至表，將工作地距離相等的各次數(shù)按對(duì)角線方向相加，再乘以離開(kāi)對(duì)角線的格數(shù)，就可以求出全部零件在工作地之間的移動(dòng)距離。計(jì)算結(jié)果如表2-6：表1-6 零件移動(dòng)總距離計(jì)算表方案對(duì)角線右上方（正向從至）對(duì)角線左下方（逆向從至）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小計(jì)4012總移動(dòng)距離=40+12=52滿意方案1*（2+2+1+2+1）=82*（1+1）=44*1=45*2=101*1=

10、12*1=23*1=34*1=4小計(jì)2610總移動(dòng)距離=26+10=26從表中可知，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后得到的設(shè)備排列方案，零件的移動(dòng)距離減少了（52-36=16）個(gè)單位，使物料的總運(yùn)量相應(yīng)減少，提高了經(jīng)濟(jì)效益。本例所采用的從至表形式，使用與所加工零件的數(shù)量和重量差別不大的情況，否則，應(yīng)對(duì)從至表中各從至數(shù)分別按不同零件的數(shù)量和重量給予修正。113仿真建模一般步驟建模與仿真流程圖1-8 felxsim仿真過(guò)程流程圖1、確定仿真目標(biāo)，擬定問(wèn)題和研究計(jì)劃。這一階段的任務(wù)是明確規(guī)定車間仿真的目的，邊界和組成部分，以及衡量仿真結(jié)果的目標(biāo)。2、收集和整理數(shù)據(jù)，仿真中需要輸入大量數(shù)據(jù)，它們的正確性直接影響仿真輸出結(jié)果

11、的正確性。調(diào)研所期望獲取的資料一般包括:結(jié)構(gòu)參數(shù):結(jié)構(gòu)參數(shù)是描述車間結(jié)構(gòu)的物理或幾何參數(shù)。例如車間平面布局、設(shè)備組成、物品形狀、尺寸等靜態(tài)參數(shù)。工藝參數(shù):工藝參數(shù)是車間零件的工藝流程，各流程之間的邏輯關(guān)系等。動(dòng)態(tài)參數(shù):動(dòng)態(tài)參數(shù)是描述生產(chǎn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)變化的一些參數(shù)。如運(yùn)輸機(jī)的加速度和速度，出入車間的時(shí)間間隔、運(yùn)輸車的裝卸時(shí)間等。邏輯參數(shù):邏輯參數(shù)描述生產(chǎn)過(guò)程中各種流程和作業(yè)之間的邏輯關(guān)系。狀態(tài)變量:狀態(tài)變量是描述狀態(tài)變化的變量。如設(shè)備的工作狀態(tài)是閑還是忙，緩沖區(qū)貨物隊(duì)列是空還是滿。輸入輸出變量:仿真的輸入變量分為確定性變量和隨機(jī)變量。輸出變量是根據(jù)仿真的目標(biāo)設(shè)定的，仿真目標(biāo)不同，輸出變量也不同。3、建立車間布局模型，根據(jù)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)和作業(yè)策略，分析車間各組成部分的狀態(tài)變量和參數(shù)之間的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上建立車間布局模型。4、建立車間仿真模型，根據(jù)車間布局模型、收集的數(shù)據(jù)建立仿真模型。仿真模型要求能夠真實(shí)的反映系統(tǒng)的實(shí)際情況。5、