一、论文背景及选题意义

随着市场的全球化，企业间竞争愈演愈烈，如果只着眼于制造一流的产品，最终未必会赢得市场。生产线的加工设备选型的错误及布局的不合理往往是导致后期生产成本上升的重要原因。对生产线进行合理选择加工设备，精益规划设备布局，高效组织并协调各生产要素，是降低产品的制造成本、提高生产率、赢在起跑线上的关键[1]。而在”一个流”、平准化生产中，生产节拍(Take Time)起着控制生产工序的加工时间，消除设备利用率低、生产线严重阻塞等现象的作用。生产线节拍平衡是现代生产管理的关键，因为流线化生产中任何一个问题都会在整个生产线和供应链上放大，从某种意义来说，将比传统大量生产方式造成更大程度上的浪费[2]。所以，生产线布局及节拍控制已经成为制造系统设计研究的主要方向。

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。随着市场竞争的加剧,制造业尤其是离散型制造业正面临着越来越大的挑战,已有的车间布局已不能满足企业的需求,无论是扩大生产新建车间,还是对原有的车间布局进行改造和重组,都需要及时、快速地确定合理的车间布局设计,迅速满足新的需求。现有的车间布局研究还只是具体到它的某一方面和某一层次,没有把车间布局作为一个系统单元来研究,更没有充分利用目前的计算机仿真技术对车间虚拟仿真,进行动态布局[23]。

我所要写的论文就是以某某生产线布局及节拍控制为题。在熟悉基础工业工程和设施规划的基本知识和优化设计的相关计算分析方法的基础上，掌握当前生产线的产能信息，搜集到生产线的总平面布置图及其线路图，车间内设施设备布置详细资料和布置图及其线路图等相关信息。 使AutoCAD, Flexsim，Proplanner等工具对生产线布局及节拍进行分析，对生产线布局进行优化设计。

二、国内外学者对生产线布局及节拍控制的研究方向

(1)设施布局类型与布局形式的研究

设施布局按照生产企业所生产产品的类型和数量的不同，可分为不同的类型。基于设备之间的位置关系，布局形式有产品原则布置、固定工位布置、成组原则布置、工艺原则布[3]。按设备的布置形状来分，设备布局形式有单行布局[4，5]和多行布局[4]，单行布局可细分为线形[6]、L形、z形[7]、u形[8]、s形[7]和半圆形[6]。根据物流路径型式的不同，设施布局分为线性布局(单行和双行)[7，9]、u型布局和环型布局[10-12，16,17]。

设备布局的布局形式不同，其适应范围、优缺点也有所不同[13]，实际生产企业需要根据其生产系统特点、生产类型选用不同的设备布局形式。影响设施布局的因素包括[14]生产产品的品种和数量、物料搬运系统、生产车间的层数(单层还是多层)、设施的形状以及装卸点的位置、设备数量、车问可利用面积、工件工序的相似程度等。除此之外,与加工过程和产品特点相关的因素也会影响车间对布局形式的选择。

(2)建模与求解方法的研究进展

设备布局设计是一个多目标优化问题，属于NP完全问题，目前对设备布局的研究多集中在一些约束简单、优化目标较少的问题求解。在己有文献中，对块状布局(不考虑设备的大小和形状，仅计算设备在车间内的相对位置)的研究较多，具有代表性的研究包括:基于改进模拟退火的线形设备布局求解[7，15]、基于遗传算法的单行与多行布局问题求解[14]、遗传禁忌混合搜索算法求解单向环形布局问题[16]等;而对详细布局(考虑设备的大小和形状，计算设备在车间内的坐标和方位)的研究则较少，且集中于布局物(也称为待布物)和布局空间具有规则形状(一般表达为矩形)的建模与求解方法，具有代表性的工作包括:基于分支定界法[16，17]、混合整数规划法[18]、遗传算法[19，20]等求解方法的研究。