毕业论文：基于Flexsim的车间布局优化设计

郑州航空工业管理学院毕业论文（设计）2011届专业班题目基于Flexsim的生产车间布局优化姓名学号指导教师职称二О一一年五月二十日内容提要随着科学技术的发展，机械制造业的生产方式已从大批量生产的生产方式向准时制造及精益生产发展，并进一步向计算机集成制造和敏捷制造方式转变。生产方式的转变对车间布局提出了新的要求。由于车间布局的复杂性，传统的以建立数学模型，获得布置最优方案的方法已经很难满足现代生产方式的需求。本文首先对车间布局的定义和车间布局的类型进行了简单的介绍，之后又叙述了车间布局的计算机仿真的现状，简单介绍了FLEXSIM软件以及FLEXISIM在车间布局中的适用性等，本文的主要讨论的内容是以某生产车间为例的车间布局的建模与仿真。本文以FLEXSIM为设施布置方案设计的关键技术，分别对新旧两个布局方案进行了建模与仿真，并以SLP方法作为辅助。最后在这两个方案的仿真报告中，分别从车间的生产率，缓存区的利用率，处理器的阻塞率，搬运工具的空闲率等方面进行了对比分析，得出了通过运用FLEXSIM对生产车间布局进行建模与仿真，并针对仿真结果进行分析，然后对不足之处进行改进可以改善整个车间的效率的结论。关键词车间布局；FLEXSIM；建模；仿真WorkshoplayoutoptimizationbasedonFLEXSIMAuthor:ZhangHaifengTutor:YangmoAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,theproductionmodeofmachinerymanufacturingindustryhasdevelopedfrommassproductiontoleanmanufacturingandJustInTimemanufacturing,andfurthertothecomputerintegratedmanufacturingandagilemanufacturingstyle.Thechangesofproductionmodeproposethenewrequirementsonworkshoplayout.Asthecomplexityofthelayoutoftheworkshop,thetraditionalmathematicalmodeltoobtaintheoptimallayoutoftheprogramapproachhasbeendifficulttomeettheneedsofmodernproductionmethods.Firstly,thispapergivesabriefintroductioninofthedefinitionofworkshoplayoutandworkshoplayouttypeinthisarticle.AndthenthecurrentsituationoftheworkshoplayoutcomputersimulationandabriefintroductionofFLEXSIMsoftwareandthecurrentapplicabilityofFLEXSIMintheplantlayoutisdescribed.Themainpartofdiscussionisanexampleofaproductionplantmodel-ingandsimulationworkshoplayout.Inthispaper,FLEXSIM,Whichisthekeytechnologiesofthefacilitylayoutdesign,hasestablishedmodelsimulationtobotholdandnewlayoutschemerespectively.SLPmethodsregaededasasupplementinthisarticle.Finally,bycomparingtheproductivityoftheworkshopt,bufferutilization,theblockingrateoftheprocessor,handlingtoolsandotheraspectsofthereportsofthesetwosimulationprograms,IcometotheconclusionthatestablishingmodelsimulationtoworkshoplayoutthroughtheuseofFLEXSIM,analysisingforthesimulationresultsandthenimprovingtheshortcomingsofthemcanimprovetheefficiencyoftheworkshop.KeywordsWorkshopLayout;FLEXSIM;Modeling;Simulation目录1生产车间布局的内容.................................................................................１1．1车间布局类型................................................................................１1．2车间设施布局的计算机仿真.......................................................３2离散事件系统与FLEXSIM系统仿真技术.................................................５2．1离散事件系统................................................................................５2．2FLEXSIM仿真技术在车间布置中的适用性分析........................６3基于FLEXSIM的某生产车间布局的建模与仿真.....................................８3．1应用实例——某生产车间基本情况概述...................................８3．2基于FLEXSIM对该车间的建模与各工作单位参数的设定..１０3．3模型的运行与仿真报告的输出及分析...................................１４4生产车间布局优化.................................................................................１８4．1车间布局的原则.......................................................................１８4．2基于SLP的车间整体布局设计...............................................１９4．3车间布局新方案的设计以及新方案的仿真...........................２３4．4结论分析...................................................................................２７5总结.........................................................................................................２８致谢.......................................................................................................２９参考文献.....................................................................................................２９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·１·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置。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、管线之间的相互位置。合理的车间布局可以使车间的资源进行有效的组合，实现资源配置的最优化，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置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置之间的关系，主要有产品布局、工艺布局、固定位置布局、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置形成生产线。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。基于FLEXSIM的生产车间布局优化·２·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。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。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·３·（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置，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置、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。传统的车间布置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，具有动态性基于FLEXSIM的生产车间布局优化·４·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