1. 研究目的与意义(文献综述)
1.1目的及意义车间布局设计是生产组织形式安排、制造系统设计的重要内容,由于它直接影响物料处理的效率和成本,车间布局的优化设计成为制造系统设计初期和企业生产组织重构时所必须要解决的重要问题之一。对于制造业来说,一个良好的车间机床布局优化设计是提高生产系统效益,改善生产系统功能的重要手段,也是降低成本,提高效率,实现先进生产方式的基础。优良的机床设施布局,可以节省物料搬运的费用和时间,缩短生产周期,降低生产成本,同时提高生产效率。通过优化设计可以使不同工位之间的物流得到简化,物料的转运和输送更加持续和便捷,便于生产管理和改进。因此,可以充分利用有限的生产空间,极大提高产品的生产质量和生产时间,有利于企业之间的竞争和新市场的开拓。有调查研究发现,在某一机械加工车间,在物料上的费用占所有操作总费用的20%—50%左右,但是通过一些有效的车间布局优化措施可以把费用减少到原来的70%—90%,从而降低成本,同时大大提高了生产率,使整个生产系统的总性能(物流,成本,周期,效率等)都得到有效的提升。车间优化布局对于企业极为重要,因为在生产车间中,机床的种类多种多样,产品种类也繁多,物流路线复杂(交叉,迂回),往往会造成生产的瓶颈,搬运路线混乱,浪费生产时间,打乱生产节奏,造成效率降低,生产成本提高。这就体现出了车间机床优化布局的重要性,优化的途径主要通过优化物流系统,车间机床合理布置,提高物理质量来改善生产节奏,降低库存,加快物流速度。在欧美,都将车间优化布局作为提高生产效率,降低生产成本的重要因素之一。因此,一个制造企业想要在复杂的市场竞争和开拓新市场,机械加工车间布局优化是值得考虑的地方,也有必要进行对生产系统的布局设计及优化问题的研究。
本文研究的主要目标是对生产制造企业的加工车间布局优化设计,充分了解生产车间物流的结构特点及其机床布局的特点和问题。通过对生产车间的了解,对其建立车间设施布局的优化模型,采用最优化的方案解决车间布局问题,提高生产质量和生产效率,为制造企业的经营重组和车间布局提供可行的方案,具有实践运用的可行性。
1.2车间布局的国内外现状
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究内容:
1) 了解车间的加工设备和辅助设施构成,车间布局设计各设施在车间的布置。
2) 进行机床布置的优化,主要对各机床进行排序,使其物流最优或次优。
3) 对布局优化软件系统设计,用软件的方式计算出机床布置的次序。
2.2技术方案:
1)机床的布局优化
典型的机床布局有单行布局,多行布局,环形布局,U形布局以及蛇形布局等6种类型,其中所有布局都可以看作是单行和多行布局的变形。因此本文将对单行和三行两种情况分别建立线性布局数学模型。
然后布局设计和工艺设计密切相关,布局设计要根据产品的产量,产品的加工工艺、加工流程以及车间平面结构等系统特性进行设计,根据生产工艺和生产规模选择合适的布局模式。其次,布局设计与物流系统的设计密切相关,物流系统的选择会影响到布局的形式;另一方面,设备布局也会影响到物流系统的运行和控制。其大致的优化流程图如下:
优化循环流程图:
图2优化循环流程图
传统的布局方法是运用二次分配问题模型,一般分为单直线和双直线两种形式,已知n个布局实体和n个布局位置,并己知这n个布局位置之间的单位物料运输费用和n个布局实体之间的物流大小,如何将这n个实体布置到n个位置上,使总的物料运输费用最小。从设计方法上来讲,设施的二次分配也是一个多目标优化问题,即需同时考虑运距、运量等。在进行相应的决策前,应做好如下准备工作:将此离散制造单元的场地用正交网格划分,并假定相邻设备的中心距相等,这样就可以预先规定物料运动的线路,比如对于离散制造单元,单排有10台设备,三排有30台设备 ,离散制造单元布局实体的距离计算示意图如下图所示:
图3物流路线图
上图为单排,下图为三排,两种布局形式的区别在于三排形式多了一个横向和过道距离。当设备数量比较小时,问题的求解常采用渐推法。渐推法分为两类,新建法和改进法。新建法的求解是从头开始,即设备的安排是每次安排一个,一直到所有设备都安排完;改进法是一开始就将所有的设备安排好,然后对所有设备逐个进行交换来寻求改进解的办法,直到找不到交换可以使总费用下降后,最优解的寻找过程才能结束。采用渐推法,设备间的交换次数为n!。一般来说,当n15时,人工计算是无法轻易完成的,也就很难找到最优解。车间布局是典型的组合优化问题,是已被证明了的NP完全问题,尽管针对这些问题的优化算法己经发展了许多年,但是由于问题的复杂性,还是许多学者研究的热点。为了实际可行的解决用二次分配来求解车间设备布局问题,人们不得不用启发式算法,这样可以在较短的时间内找到较优解。
具体算法如下:
我们也可以假设车间共有n个机床设备(m1,m2,……mn),设机床和的中心相对于参考点的坐标分别是,.由于机床都布置在同一行内,则他们之间的距离L,车间机床布局的最优布局设计应该使各机床之间的物流最小,单排机床布局问题可以描述如下:
其中:(x):总物流费用目标函数;
:机床i和机床j之间单位距离物流费用
:机床i和机床j之间移动次数
我们根据不同输送设备运行的需要,两点之间的距离可以采用折线距离d,给出相应的运输工具和单位距离、单位物流量的费用,物流最小的位置三排规划目标函数可表示为:
2)优化布局系统设计
系统设计的主要任务是利用MicroSoft Access 建立生产线动态数据库,然后利用 Visual Basic 软件建立车间优化布局系统,通过管理系统可以完成对零件的选择、生产线生产工艺以及工艺路线物流的计算。
零件工艺界面用于查询所有加工零件类别的工序,确定该类零件由哪些加工工序组成,将工序信息查询界面中的工序列中的每道工序作为一个节点,在该界面可以查询每个节点在不同时间的加工信息;装配体工艺界面用于查询装配生产线中
每个装配体由哪些零件组成、每个类别的装配体的装配工艺;生产线及机床布局主要是对各机床进行排序,使其物流最优或次优。
建立生产线信息管理系统运用的主要技术手段为数据库技术和VB界面开发技术。Visual Basic 是可视化的编程语言,可以开发出具有良好的交互功能、兼容性和扩展性的应用程序,Visual Basic 为用户提供了大量的控件,用户只需要利用鼠标或键盘把这些控件拖动到适当的位置,并设置他们的外观属性等,就可以设计出所需的应用程序界面,本次生产线管理系统的设计主要应用到了ListView控件与ADO对象,应用ListView控件可以显示数据库中满足查询条件的数据,利用ADO对象的Connection子对象连接数据库,Recordset子对象连接满足条件的记录源。其大致流程图如下:
3.数据库建立
1减速箱体工序名称数据库:
序号 | 工序 | 减速箱箱体 |
1 |
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3 |
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表1 工序名称数据库
2.减速箱箱体的工艺路线数据库:
工序号 | 工序名称 | 开始时间 | 结束时间 |
1 |
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2 |
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3 |
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4 |
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表2工艺路线数据库
3.机床布局物流循环优化数据库:
循环次数 | 物流1 | 物流2 | 物流3 | 总物流 |
1 |
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2 |
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3 |
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表3物流循环数据库
4.装配体加工时间数据库:
工序号 | 工序内容 | 开始时间 | 结束时间 |
1 |
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2 |
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3 |
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表4加工时间数据库
5.机床布局次序数据库:
工序号 | 工序内容 | 机床设备 |
1 |
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3 |
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4 |
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5 |
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表5机床布局次序数据库
6.机床布局生产线机床数据库:
序号 | 零件名称 | 工序号 | 工序名称 | 机床设备 |
1 |
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3 |
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4 |
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表6生产线机床数据库
3. 研究计划与安排
进度安排第1-2周查阅相关资料,明确要求;
第3周完成英文翻译;
第4周确定方案,完成开题报告;
4. 参考文献(12篇以上)
阅读的参考文献不少于15篇(其中近五年外文文献不少于3篇)[1] 郭宏伟. eq153汽车干燥器壳体冷挤压工艺研究[j]. 湖北工学院学报 , 1995(10).
[2] 周茂涛. 机加工车间布局设计方法概述与案例分析[j]. 柳钢科技, 2009(2).
[3] 刘晖. 基于设备分类的生产线车间平面布局[j]. 机床与液压, 2002(3).
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