【正文】 ................5 ........................5 Flexsim 的車間設(shè)施布置的優(yōu)點(diǎn)和步驟 .................6 （四） Flexsim 進(jìn)行設(shè)車間施布置分析的要點(diǎn) ....................7 2 四、基于 Flexsim 的某加工車間設(shè)施布置的建模與仿真 ...............8 （一）實(shí)例應(yīng)用 —— 精密絲桿生產(chǎn)車間情況概述 .................8 （三）模型的運(yùn)行與仿真報(bào)告的輸出及分析 .....................9 Flexsim 對(duì)該車間進(jìn)行布局 ..........................9 ..................................10 （四）模型的運(yùn)行與仿真報(bào)告的輸出及分析 ....................11 ...........................11 ......................................13 五、加工車間設(shè)施布置的優(yōu)化 ..................................14 （一）車間設(shè)施布置原則 ...................................14 （二）基于 SLP 的車間設(shè)施布置設(shè)計(jì) .........................15 （三）車間設(shè)施布置新方案建模及仿真分析 ....................17 ................................17 .............................18 （四）結(jié)論分析 ...........................................20 六、結(jié) 論 ...................................................21 參考文獻(xiàn) ....................................................22 I 基于 Flexsim 的加工車間設(shè)施布置建模與仿真 內(nèi) 容 摘 要 隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，制造行業(yè)的生產(chǎn)方式已經(jīng)越來越向著精益生產(chǎn)的方向邁進(jìn)。生產(chǎn)方式的進(jìn)步對(duì)生產(chǎn)車間的布置提出了新的要求。 本文的主要內(nèi)容是以 某 生產(chǎn)車間為例的車間布局的建模與仿真。 最后在這兩個(gè)方案的仿真報(bào)告中，分別從車間的生產(chǎn)率，處理器的阻塞率，搬運(yùn)工具的空閑率等方面進(jìn)行了對(duì)比分析，通過運(yùn)用 Flexsim對(duì)生產(chǎn) 車間布局進(jìn)行建模與仿真，并針對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，然后對(duì)不足之處進(jìn)行優(yōu)化可以改善整個(gè)車間的效率，得出優(yōu)化方案可行的結(jié)論。本課題就針對(duì)車間的設(shè)施布置進(jìn)行研究，通過建模的方法進(jìn)行比對(duì)優(yōu)化，從而達(dá)到車間布局的最優(yōu)。而 FLEXSIM軟件仿真建模后運(yùn)行模型所得到的數(shù)據(jù)是仿真運(yùn)行所得到的，準(zhǔn)確度較以往的優(yōu)化方法所得到的數(shù)據(jù)更加可靠。 （二）本課題解決的問題 通過 Flexsim軟件對(duì)原精密絲桿生產(chǎn)車間的設(shè)施布置進(jìn)行仿真建模，發(fā)現(xiàn)原生產(chǎn)車間存在著明顯的問題影響著精密 絲桿的生產(chǎn)效率并在一定程度上存在著成本問題。 二、設(shè)施布置的內(nèi)容 （一） 設(shè)施布置的定義與類型 設(shè)施布置就是合理安排企業(yè)或者某組織內(nèi)部各功能單位（生產(chǎn)或者服務(wù)單位）及其相關(guān)的輔助設(shè)施的相對(duì)位置與面積，以確保系統(tǒng)中工作流（客戶或者物資）與信息的暢通。前者指不同設(shè)施位置之間的位置關(guān)系，后者指各設(shè)施 的規(guī)模。 設(shè)施布置的目的是要將企業(yè)內(nèi)的各種物質(zhì)進(jìn)行合理安排，是他們組合成一定的空間形式，從而有效的為企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)作服務(wù)，已獲得更好的經(jīng)濟(jì)效果。 [7] 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 2 放置在一個(gè)有限的生產(chǎn)車間內(nèi)的過程。被加工的零件，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的流程順序從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方，每項(xiàng)操作都有相對(duì)的機(jī)器來完成。 這種布局方法有利于降低運(yùn)輸成本，平衡同組設(shè)備的負(fù)荷并且該布局方法設(shè)備成本較低且易維護(hù)，但它的物流流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，工序相互沖突，會(huì)造成大量制造成本的浪費(fèi)。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)。 （ 3）產(chǎn)品導(dǎo)向布置（ Product layouts） 也稱裝配線布局，是指一種根據(jù)產(chǎn)品制造步驟來安排設(shè)備或工作過程的布局方式。 其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，物流容易控制并且物料處理柔性高等方面，但它只考慮了設(shè) 備布局的定量要求，沒有考慮定性方面的因素。只將兩種布局方式結(jié)合起來的布局方式。這種布局方法的主要目的是：在產(chǎn)品產(chǎn)量不足以大到使用生產(chǎn)線的情況下，也盡量根據(jù)產(chǎn)品的一定批量、工藝相似性來使產(chǎn)品生產(chǎn)有一定的順序，物流流向有一定秩序，以達(dá)到減少中間庫存、縮短生產(chǎn)周期的目的。 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)。造船廠、建筑工地和電影外景制片廠往往都采用這種布局方式。 [4] 工藝導(dǎo)向布局 單元布局 3 （二） 設(shè) 施布置的計(jì)算機(jī)仿真 首先我們來看一下設(shè)施布置的發(fā)展，傳統(tǒng)的設(shè)施布置主要以手工操作為主，工作量大效率低，提供的可行方案也比較少，難以達(dá)到預(yù)期的目的。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施布置設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能，幫助人們解決設(shè)施布置中的復(fù)雜任務(wù)，為生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)施新建和重新布置提供了強(qiáng)有力的支持和幫助，節(jié)省了大量的人力和財(cái)力，尤其是是對(duì)大型的項(xiàng)目和頻繁的重新布置。計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)施布置主要解決的是工廠總平面布置與車間設(shè)備布置的問題，并未涉及人員以及物流設(shè)備的布置，并且計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施布置得到的是一系列平面布置方案，而非直觀的布置效果。而仿真技術(shù)的出現(xiàn)，仿真軟件給設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)三維的、直觀的、可交互的人機(jī)界面。因此在設(shè)施布置中有必要結(jié)合仿真技術(shù)建立各種作業(yè)區(qū)域和各種生產(chǎn)設(shè)備的三維實(shí)體模型，按照布置方案和工藝流程建立仿真模型，并在模型中加入實(shí)體和物流設(shè)施，通過對(duì)仿真報(bào)告的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)布置方案的評(píng)價(jià)和擇優(yōu)。這類系統(tǒng)中引起的狀態(tài)變化的原因是事件通常狀態(tài)變化與事件的發(fā)生一一對(duì)應(yīng)的。離散事件系統(tǒng)特點(diǎn)： (1)系統(tǒng)的狀態(tài)只能在離散事件點(diǎn)上發(fā)生躍變，即僅在驅(qū)動(dòng)事件發(fā)生的瞬時(shí)，狀態(tài)才能出現(xiàn)躍變，其他時(shí)刻則保持不變； (2)相同的狀態(tài)變化具有異步性和并發(fā)性。 車間布局設(shè)計(jì)要解決各生產(chǎn)工部、工段、服務(wù)輔助部門、儲(chǔ)存設(shè)施等作業(yè)單位及工作地、設(shè)備、 4 通道、管線之間的相互位置。生產(chǎn)車間是制造系統(tǒng)的基本組成部分，直接承擔(dān)著企業(yè)的加工、裝配任務(wù)，是將原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的部門。規(guī)劃布局時(shí)要對(duì)物料的形狀特征、移動(dòng)路線、移動(dòng)方式、移動(dòng)量等因素加以分析，避免物與物、物與人、物 與設(shè)備之間的干涉碰撞。 [2] 離散事件系統(tǒng)仿真與建立離散事件系統(tǒng)模型的方式密切相關(guān)。但是，如果把系統(tǒng)分成若干相互獨(dú)立的又相互作用的實(shí)體，首先建立這些實(shí)體的局部模型，然后按實(shí)體間的相互關(guān)系，鏈接局部模型來組成總體模型，則容易實(shí)現(xiàn)。從處理手段上看，離散事件系統(tǒng)仿真方法可分為兩類： (1)面向過程的離散事件系統(tǒng)仿真 面向過程的仿真方法主要研究仿真過程中發(fā)生的事件以及模型中實(shí)體的活動(dòng)。 (2)面向?qū)ο蟮碾x散事件系統(tǒng)仿真 在面向?qū)ο蠓抡嬷?，組成系統(tǒng)的實(shí)體以對(duì)象來描述。對(duì)象內(nèi)部封裝了對(duì)象的屬性，還封裝了 描述對(duì)象運(yùn)動(dòng)及變化規(guī)律的內(nèi)部和外部轉(zhuǎn)換函數(shù)，這些函數(shù)以消息或時(shí)間來激活，消息和活動(dòng)可以同時(shí)產(chǎn)生，在滿足一定條件時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的活動(dòng)。在這個(gè) 軟件環(huán) 境 ， C++不但能夠直接用來定義模型，而且不會(huì)在編譯中出現(xiàn)任何問題。 Flexsim 應(yīng)用深層開發(fā)對(duì)象，這些對(duì)象代表著一定的活動(dòng)和排序過程。每一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)坐標(biāo)（ x， y， z）速度（ x， y， z），旋轉(zhuǎn)以及一個(gè)動(dòng)態(tài)行為（時(shí)間）。 這些對(duì)象的參數(shù)可以把任何制造業(yè)、物料處理和業(yè)務(wù)流程快速、輕易 、高效的描述出來。 Flexsim 也允許用戶建立自己的實(shí)體對(duì)象（ Objects）來滿足用戶自己的要求 。其具有以下特點(diǎn)： （ 1） 建模能力強(qiáng)，具有精確性較高的三維實(shí)體建模功能； （ 2）建模、仿真以及業(yè)務(wù)流程可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可視化演示； （ 3）在仿真軟件開發(fā)和終端用戶使用方面，具有較高的靈活性； （ 4）參數(shù)化建模，獨(dú)院非線性參數(shù)設(shè)計(jì)； （ 5）仿真運(yùn)行結(jié)束后可根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)生成仿真報(bào)告，仿真數(shù)據(jù)以多種形式顯示了各個(gè)物流領(lǐng)域設(shè)備的利用率、空閑率、阻塞率等數(shù)據(jù)。主要步驟： （ 1）確定生產(chǎn)節(jié)拍； （ 2）確定各工序所需的加工設(shè)備，計(jì)算設(shè)備負(fù)荷數(shù)； （ 3）工序同期化； （ 4）計(jì)算所需作業(yè)人數(shù)； （ 5）確定生產(chǎn)線節(jié)拍性質(zhì)，選擇運(yùn)輸方式和物流系統(tǒng)； （ 6）進(jìn)行平面布局設(shè)計(jì)； （ 7）編制標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃圖表。 [5] 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，制造業(yè)尤其是離散型制造業(yè)正面領(lǐng)著越來越大的挑戰(zhàn)，已有的車間布局已經(jīng)不能滿足企業(yè)的需求，無論是擴(kuò)大生產(chǎn)新建車間，還是對(duì)原有的車間布局進(jìn)行改造和重組，都需要及時(shí)、快速地確定合理的車間設(shè)施布局設(shè)計(jì)，迅速滿足新的需求。 [8] 6 Flexsim的車間設(shè)施布置的優(yōu)點(diǎn)和步驟 Flexsim是一種針對(duì)離散系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真的軟件。一般而言，系統(tǒng)狀態(tài)可分為空閑、繁忙、阻塞或停機(jī)等，事件則有用戶訂單到達(dá)、產(chǎn)品移動(dòng)、機(jī)器停機(jī)等。加工過程中的每一步都可能需要占用一個(gè)或多個(gè)資源，例如機(jī)器、輸送機(jī)、操作員、車輛或某種工具。一些資源是專門用于特定任務(wù)的，另一 些則可以用于多個(gè)任務(wù)。利用該軟件可以避免傳統(tǒng)設(shè)備布局的局限性，快速準(zhǔn)確地建立車間設(shè)備布局的三維模型，在不同參數(shù)下對(duì)現(xiàn)實(shí)車間布置進(jìn)行模擬，找出布置中的不足之處，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間布置的優(yōu)化，節(jié)約真實(shí)車間布局的運(yùn)行成本。 Flexsim系統(tǒng)仿真主要步驟 ： （ 1）確定仿真目標(biāo)，擬定問題和研究計(jì)劃。 （ 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)果的正確性。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)。 動(dòng)態(tài)參數(shù)：動(dòng)態(tài)參數(shù)是描述生產(chǎn)過程中動(dòng)態(tài)變化的一些參數(shù)。 邏輯參數(shù)：邏輯參數(shù)描述生產(chǎn)過程 中各種流程和作業(yè)之間的邏輯關(guān)系。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。根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)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。仿真模型要求能夠真實(shí)的反映系統(tǒng)的實(shí)際 情況。對(duì)仿真模型進(jìn)一步的修改完善，如參數(shù)的合理化設(shè)置，邏輯策略是否正確反映現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的本質(zhì)等。對(duì)所研究的系統(tǒng)進(jìn)行大量的仿真運(yùn)行，以獲得豐富的仿真輸出資料。從系統(tǒng)優(yōu)化角度考慮問題，分析影響系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，并提出改善措施。把經(jīng)過驗(yàn)證和考核的仿真模型以及相應(yīng)的輸入、輸出資料，建立文件供管理決策者付諸實(shí)施。利用 Flexsim進(jìn)行車間布置物流分析，主要考慮一下幾點(diǎn)： （ 1） 布置方案是否可行； （ 2） 車間之間的銜接是否流暢以及車間內(nèi)部物流流向與車間外部的總流向是否保持一致； （ 3） 整個(gè)零件加工周期的長(zhǎng)短； （ 4） 是否滿足車間生產(chǎn)工藝流程的要求； （ 5） 物流活動(dòng)與成產(chǎn)工藝流程是否同步，是否存在在制品的停滯、等待的 現(xiàn)象； （ 6） 車間機(jī)器設(shè)備的布置是否符合物流流向合理，物流距離短的要求； （ 7） 車間生產(chǎn)分工，人、物的劃分是否滿足最大限度的減少物流環(huán)節(jié)、倒運(yùn)和搬運(yùn)次數(shù)，是否達(dá)到直達(dá)化的要求； （ 8） 車間的加工設(shè)備是否能夠得到充分利用，負(fù)載是否平衡； （ 9） 在制品庫存量的多少。車間面積為 400平方米，各區(qū)域面積分布如車間區(qū)域面積分布表所示。該車間采用工藝導(dǎo)向型布置方式，搬運(yùn)方式主要采用叉車搬運(yùn)方式： 原材料區(qū)到熱處理區(qū)的搬運(yùn)量為 90 件 /次；銑床區(qū)和磨床區(qū)到熱處理區(qū)的搬運(yùn)量為 180 件 /次；成品檢驗(yàn)區(qū)到成品存放區(qū)的搬運(yùn)量為 360 件 /次。 該車間精密絲桿加工工藝流程 見下圖 41： 圖 41 工藝流程圖 粗磨外圓、半精車螺紋、銑鍵槽 去應(yīng)力退火 粗車外圓及螺紋、倒角 球化退火 淬火、回火 粗磨外圓及螺紋 低溫時(shí)效 精磨外圓及螺紋 下料及校直 切端面、打頂尖孔 研磨兩頂尖孔 檢驗(yàn)、儲(chǔ)存 9 各道工序所用設(shè)備及消耗時(shí)間如表 42和 43所示 表 42 各工序所需加工設(shè)備 工序名稱 設(shè)備名稱 工序名稱 設(shè)備名稱 下料校直（熱校直） 鹽爐、校直機(jī) 球化退火 鹽爐 切端面 車床 打頂尖孔 研頂尖孔鉆床 粗車外圓、小軸肩及倒兩端倒角 車床 粗車螺紋 車床 去應(yīng)力退火 鹽爐 粗磨外圓及軸肩 磨床 半精車螺 紋 車床 銑鍵槽 銑床 淬火 鹽爐 回火 鹽爐 粗磨外圓 磨床 粗磨螺紋 磨床 低溫時(shí)效 鹽爐 研磨兩頂尖孔 立式磨穿 精磨外圓 磨床 精磨螺紋 磨床