摘 要

随着科学水平和经济的发展，机械制造业已从少品种大批量向着多品种小批量的方向发展，产品换代速度加快，原来的设施布局很难适应现在的生产节拍。所以提出了适合的设施布置原则，但由于设施布置的复杂性，重要性，就需要在改动设施布局之前，进行大量的分析，仿真技术也应运而生了。

本文首先对现在国内外设施布局的发展做了一定介绍，分析了其发展的方向，同时也指出了国内对于研究设施布局的一些不足，与国外的先进布局方法的研究上有一定的差距。

然后指出了现如今制造业的几种普遍的布局方法，这些方法都是现如今正在实施运行的，详细介绍了它们的优势与劣势，表明它们适合的生产加工方式，在这个方法的基础上，来分析企业现有的生产，看其是否需要变更更适合其加工的设施布局。

接下来对企业的生产进行了分析，对其生产布局做了一定的改善。首先就是将其生产零件分成单元，将其原来的机群式布置改为成组单元布置。之后就是对其加工路线的统计对比，得出改善效果。最后将改善之后的布局进行Flexsim仿真分析，更加直观的观察其改善效果。

关键词：车间布局，成组单元改善，物流路线，Flexsim仿真分析

Abstract

With the development level of science and economy, manufacturing machinery already in large quantities from fewer species towards the direction of multi varieties and small batch, product updating speed, the original layout of the facilities is difficult to adapt now the production rhythm. So put forward the principle of suitable facilities, but because of the complexity of the facility layout, the importance of the need for changes in the layout of facilities, a lot of analysis, simulation technology has emerged.

Firstly now facility layout at home and abroad development introduction, analyzes the direction of its development, and also points out the domestic for some shortcomings of the research facility layout, with foreign advanced placement method, the research has a certain gap.

Then it points out the now manufacturing industry of several common layout method, these methods are now is to implement the operation, their advantages and disadvantages are introduced in detail, that they are suitable for the production and processing methods, on the basis of this method, to analyze the company's existing production, to see whether they need to change is more suitable for the machining facility layout.

Next, the production of the enterprise is analyzed, and its production layout has been improved. First of all, the production parts are divided into units, and the original cluster type layout is changed into the group unit arrangement. After that is the statistical comparison of its processing routes, to improve the effectiveness of. Finally, it will improve the layout of the Flexsim simulation analysis, more intuitive to observe its improvement effect.

Key words: Workshop layout, Group unit improvement, Logistics route, Flexsim simulation analysis

目录

1 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.1.1研究目的 1

1.1.2研究意义 1

1.2国内外车间布局研究现状 2

1.3研究内容与目标 3

1.3.1研究内容 3

1.3.2研究目标 4

1.4论文框架与研究思路 4

2设施布局的基本理论与方法 6

2.1设施布置概述 6

2.2设施布置原则 6

2.3基本布置类型 7

3多品种小批量产品分类 9

3.1成组技术介绍 9

3.2成组技术分类方法 9

3.3多品种小批量产品分类 10

3.3.1产品信息介绍 10

3.3.2企业物流分析 11

3.3.3物料流动分析 14

3.3.4系统聚类分析 15

3.3.5SPSS 软件实现分类 17

3.4成组单元布局 21

4 flexsim介绍与模型建立 22

4.1flexsim简介 22

4.2flexsim软件实体设计 22

4.3建模思路 24

4.4flexsim仿真建模的基本步骤 24

4.5成组单元仿真分析 25

5结论与展望 28

5.1结论 28

5.2展望 28

参考文献 29

致谢 31

1 绪论

1.1研究目的及意义

1.1.1研究目的

随着科学技术的飞速发展以及世界经济的全球化，全球制造业市场上的竞争也变得越来越激烈，世界各国的加工制造企业相继扩大各自的生产规模。但是，随着市场上客户需求的日趋多样化以及市场环境的变化莫测，客户对于产品的需求波动频率不断加快^[1]。现代的生产系统布局方式和以前有了巨大的区别，已经由大批量少品种向多品种小批量进行了转变。为了提高企业自身在市场中的应变能力，增强本身在同行业中的竞争力和市场占有率，加工制造类型企业纷纷改变了自己原有的生产方式。同时随着一些先进的车间布置方式的流行，企业也必须对自己现有的车间布局进行改良，以便有更适合自己生产线的布局。制造线的布局优化是在当前布局形式中找出其不合理的地方，根据企业的原有生产系统和先进的系统布置方法，对组成生产线系统的机器、设备、工人等资源进行合理的选择和良好的配置，实现减少生产周期、减少物流量、增加产品产量的目的。然而，生产设施的改变必然会产生一个问题，那就是生产线的停产与工序的再平衡，而且如果改进的生产线设施不符合要求的话，会给企业造成巨大的经济损失。或者一些布局上的问题在短时间内显示不出来，那么就会对企业生产造成长期的危害，付出更高昂的代价。所以在越来越复杂的生产系统规划中找到最优的解决方法，那就是通过计算机建立生产的仿真模型。所谓仿真分析，就是通过建立计算机仿真模型，把该生产线系统在计算机上模拟出来，然后运行模拟，得到系统的解。仿真技术通过分析生产线运行状态或测评系统性能的技术方式，在计算机上运行具体模型并输出的具体的信息，从而改善或者优化现实生产系统结构，继而为企业管理层提供优化信息。仿真技术的特征就是实物不需要工厂实际改动就可以在计算机上进行多次试验，而且可以长时间的运行模拟，指导找出最优的系统解决方案。这种技术在减少生产运行的成本、缩短产品开发周期、提高企业生产效率等方面有举足轻重的作用。

1.1.2研究意义

现在的生产线已经变成了比较复杂要求较多变化较大的系统，在实际布置过程中基本很难找到最优的布置解决方法。采用面向的对象建模技术，把生产线系统布局设计方案在电脑上转做成仿真模型，用Flexsim仿真平台多次对模型进行仿真与分析，找出更适合的设施模型或者布局，大大减少了系统在车间实际实验的成本。Flexsim采用面向对象的仿真技术软件，具有动态显示、仿真高效和建模简单快捷显示能力强大等特点^[2]。运用Flexsim对现有生产线进行仿真研究分析，能够在比较短时间内对现有生产线性能进行动态分析，方便快捷地选择出一种更好更合适的生产方案，为管理者的改善提供优化数据^[3]。在生产线的优化设计过程中，通过计算机仿真，采取实际车间的数据信息，就能在规划、设计的阶段充分预测到未来的变化，以及对其进行动静态分析，可以尽早地发现系统布局、生产配置及调控策略等方面问题，防治因为设计不周而造成的损失，甚至严重造成系统不能正常工作。这一方面的特点，对公司生产线车间位置的布置以及后期的改善具有很强的意义。

1.2国内外车间布局研究现状

设施的布置最早是起源于工厂设计。由于国外在车间布局上的研究比较早，所以在车间布局的理论以及实践方面远远领先国内，早在1961年，美国的理查德提出了现代设施布局一个非常具有代表性的系统布置设计方面理论，可以说这个理论是设施规划方面的里程碑理论。这就是SLP理论，它对传统的经验车间布局的方法产生了重要挑战，应用相当普遍，在世界范围内都造成了巨大的影响。为空白的设施规划理论篇章写下了重要一笔。因为它不仅适用于各种类型工厂的建设，扩建以及改建中的设施布置和设备的调整，也同样适合办公室，实验室还有仓库的设计布置，同时它也用于超市，医院，商场的具体规划等^[4]。接下来也是颠覆传统制造业的一个里程碑式的理论。由日本丰田汽车公司的大野耐一提出丰田生产方式，也叫精益生产。它把传统的汽车生产车间的流水线形式的大批量生产变为柔性更高加工种类更多的小批量生产。适应了产品更新换代日益迅速的现代社会，成功的超越美国传统三大汽车厂商，占领美国以及全球市场。日本的TPS生产方式和单元生产线布局，是遵循“一个流”布局原则，同时计算其加工数量，把原材料和成品数量精确控制，极大的节省了车间占用空间和非必要的库存量，大大较少了生产成本。对工厂布置提出了更高的要求。1991年Hassan和Hogg在《国际生产研究杂志》发表了“On Constructing a Block Layout by Graph Theory”,阐述了图论法的进一步研究。M. Ade介绍了一种利用遗传算法来解决车间设施布局的理论，它是一种比较通用的算法框架，以用于解决系统优化，组合优化等问题。在制造业中的车间布局，他考虑了整个系统存在的设计与布局问题，更全面的保证生产成本最小化。遗传算法是一种建立模型，设定约束条件的方式，可以综合考虑各种各样的限制条件，包括车间的位置，车床的位置，经济最优化等约束。它还可以考虑各种产品生产车间的布局形式，例如半圆式布局、循环式布局、多行布局等。这些问题GA方法都可以进行有效的评价及解决。

国外对于车间布局的研究起步比较早，如今理论更加成熟。现如今中国学者在车间设施规划方面的贡献主要在车间流水线布置设计与具体的设备布置设计两个方面。他们主要就是先分析分析产品工艺路线，不同的产品具有不同工艺路线方式，具有特定性，总结出了几种工厂的生产车间基本布置类型、具体流水生产线的分类布置方式以及车间物流流动模式等等。在国外流行多品种小批量布局类型的同时，根据我国国情，大规模生产方式需要继续保持以满足人们的物质需求。因此黄太兵等人继续投入对大规模生产的车间设施布置研究。他们研究了大规模生产的特点，改良并提出了三种适合大规模生产的车间布局设置类型，分别为C型布局、子生产型布局以及花瓣形布局，并对它们各自的特点做了相应的介绍,同时还构建了一个有两层结构的布局仿真平台。通过仿真方法模拟出大量动态易变的内外部环境，利用蒙特卡洛法对大规模生产车间布局模型进行统计与评估。以此来的出其布局模型的合理性与实用性。与此相对的，在多品种小批量产品生产车间的布局方面，我国的马玉敏等人对此问题展开讨论，详细论述了新型模式的车间布局，敏捷制造的柔性高，可以快速的转换其加工产品，同时应用了很多先进的制造设备，要求加工人员具有很高的加工技术，针对虚拟单元这一敏捷单元的制造形式，提出一种面向敏捷制造的车间设施布局的设计方式。另一方面就是对混流生产车间设施布置的研究，在这方面，国内比较突出的是王进等人，他们提出了二种对混流生产车间的设施布局思路：第一种是将混流生产车间布局看成时一个二次分配问题，第二种是将混流的生产线模型看成是典型的生产线，通过计算机应用智能优化计算方法对车间布局进行优化，重新设计。经过改革开放之后经济的发展，我国对设施规划，车间物流，系统布置方面有了一定的认识与利用，不再是以前根据经验的规划实施。车间布局形式的研究与应用已经组成了国民经济的重要部分。合理的车间布局可以较少产品的加工成本，增强企业的竞争性。与发达国家比较，我国的车间布局还处在一个比较低的水平上，先进的设施布局方式较少，都依靠引进国外的先进设计方式，因此我们迫切的需要进行深入研究与实践，以丰富我国的车间布局理论。

1.3研究内容与目标

1.3.1研究内容

由于液压元件加工工艺存在着极高的相似性，根据相似性原理使用聚类分析法对所有的液压元件进行分类成组，运用 spss 统计软件实现零件分类成组并形成生产单元。然后根据分组结果将现有的车间布局重新规划，把原来的功能型布局改善为成组单元布置。通过对生产设备的重新布局与物流路线的重新规划，达到降低生产车间物流成本和减少在制品库存的目的。最后通过运用Flexsim仿真软件对生产车间物流路线进行仿真，更加直观的看见改善效果。