发动机车间平面布局方案毕业论文.doc

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1、发动机车间平面布局方案毕业论文目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题来源与背景11.2 立题目的和意义11.3 设施布局与生产线仿真规划的研究现状21.3.1 设施布局的研究现状21.3.2 生产线仿真规划的研究发展现状31.4 论文主要研究内容41.5 本章小结5第2章 发动机车间平面布局方案优化研究62.1 车间布局设计概述62.1.1 布局设计概述62.1.2 物流设计概述72.1.3 车间布局的基本内容82.1.3.1 车间布局的原则82.1.3.2 车间布局的目标82.1.3.3 车间布局的评价92.2 发动机车间平面布局的优化92.2.1 设施布置设计技术92

2、.2.2 系统布置法(SLP)102.2.3 计算机辅助设施布置技术122.2.4 发动机车间初始平面布局方案的优化132.3 本章小结19第3章 变速箱换档机构装配生产线分析和优化203.1 生产系统仿真基本原理203.2 生产系统仿真的一般步骤223.3 eM-Plant仿真软件简介253.4 变速箱换档机构装配生产线仿真分析与优化273.4.1 问题简述及初步设计273.4.2 eM-Plant软件建模与仿真分析293.4.3 原型仿真的优化及其仿真结果343.5 本章小结42第4章 人因工程在发动机车间布局优化中的应用434.1 人因工程概述434.2 作业场地布置的人机学设计434.

3、2.1作业场地434.2.2 作业场地布置的宜人化设计444.2.3 作业场地布置的安全性设计474.2.4 作业场地布置的舒适性设计494.3 作业场地布局的设计评价494.3.1 设计评价方法494.3.2 评价步骤18504.3.3 作业空间的设计评价504.4 本章小结51结 论52致 谢53参考文献54附 录55II第1章 绪论1.1 课题来源与背景本课题来源于某汽车集团生产系统仿真项目。车间布局和装配生产线优化设计是制造系统设计的重要内容之一，其设计的优劣直接决定着产品质量、生产率和经济效益。本毕业设计任务要求结合计算机建模和仿真技术，应用SLP(Systematic Layout

4、 Planning)法、人因工程、生产线平衡等关于设施布局、工作地优化及装配优化等相关理论和方法进行发动机车间布局和变速箱换档机构装配生产线的仿真优化工作，其研究结果对企业具有较为重要的实用价值和现实意义。1.2 立题目的和意义在全球制造业激烈竞争的今天，一个优良的生产系统对于增强企业竞争力来说是至关重要的，其中制造系统布局是一个非常重要的工作，这分为新系统的形成和旧系统的改良两方面内容。车间布局设计是制造系统设计的重要内容，车间布局的优劣直接决定着产品质量、生产率和经济效益。一个良好的车间布置和一个较差的车间布置相比较，两者在投资方面可能相差无几，但良好的车间设施布置可以提高生产率，改进质量

5、，消除或减少间接劳动成本，简化物流，仅需更少的监督，简化成本会计系统，并可以提高员工的自我成就感，便于工作团队的自我决策，提供可集成的模型等1。国内外的资料表明，在工厂的生产活动中，从原材料进厂到成品出厂，物料真正处于加工检验的时间只占生产周期的5%-10%，而90%-95%的时间都处于停滞和搬运状态，这严重影响了企业经济效益的提高。在制造业中，总经费的20%-50%是物料搬运费用，而优良的平面布置可使这一费用至少减少10%-30%，这为企业节省成本，赢得效益，从而在激烈的市场竞争中处于不败之地。因此，有必要展开对制造系统布局设计及优化问题的研究。目前，生产系统规划设计和运行管理面临着许多问题

6、，如由于系统本身的复杂性，从而难以评估设计风险、系统适应性差、系统运行过程中生产调度困难等。尤其是在大型复杂的生产系统中，这些问题更为突出。长期以来，人们为很好地解决上述问题，在生产管理过程中，探索利用数学和运筹学的方法对生产系统中的各种具体问题进行抽象、建模和分析，马尔可夫模型、排队模型、Petri网模型、存储模型等都是这一方法的代表，但这些方法只局限于具体问题，无法解决对整个生产系统的总体分析和比较，不能真实地反映实际系统的诸多特性，而且比较复杂和抽象，一般的生产管理人员难以掌握。因此，至今尚无一种有效的数学方法能精确地求解这类问题。在制造企业进行产品设计和制造的过程中，计算机仿真一直是必

7、不可少的工具，它在减少人力物力浪费，缩短产品开发周期，提高产品质量方面发挥了巨大的作用。随着制造技术的发展，计算机仿真的应用面临着新的要求，仿真技术的应用领域也日益扩大，从传统的制造领域扩展到产品的开发设计，加工流程的过程仿真和加工计划的优化等领域。在生产线规划及运行过程中，通过计算机仿真，可以对生产线系统的静、动态性能进行充分分析，以便及时发现系统布局、配置及调度控制策略方面的问题，从而更快、更好地改善系统设计，提高生产效率。因此，对生产系统建模与仿真方面进行探讨和分析具有极为重要的意义。本课题旨在以某汽车集团发动机生产车间和变速箱换档机构装配生产线为研究对象，根据虚拟生产线体系结构和设计原

8、则，采用离散事件仿真基本策略，建立离散事件系统模型，研究装配车间规划和装配生产线的优化设计问题，从而对发动机及其它相关厂房或车间的布局设计优化，以及其它相类似的装配生产线起到一个较好的参考和引荐作用。因此，本课题具有明显的现实意义。1.3 设施布局与生产线仿真规划的研究现状1.3.1 设施布局的研究现状设施的布局设计已不是新问题，即使在原始的小作坊里，工匠们也要根据工序流程和物件移动的需要来合理布置他们的工作间。随着生产复杂性和生产规模的日益增强和扩大，各种布局方案应运而生，如工程布局，功能布局，作业线布局方案等2，Muther3提出了系统布置方案SLP(Systematic Layout P

9、lanning)并获得了广泛应用。由于设备布局设计问题的复杂性及其实用性，从六十年代开始，有学者着手研究计算机辅助设计问题。随后产生了一系列计算机辅助布局设计和分析的商用软件包，如CORELAP，PLANET，SHAPE，CRAFT等，它们在布局设计建模、布局求解算法及系统交互式等方面做出了卓有成效的工作。Kusiak和Meller等人4对制造设备布局问题进行了全面的回顾，并着重研究了柔性制造系统(FMS)环境下的布局设计。Badiru和Arif5开发了一个设备专家布局系统，并在其中采用模糊逻辑方法来实现关系代码，以反映未来生产设备需求的不精确性。Montreuil提出了基于人工智能、优化、仿

10、真和CAD于一体的集成的布局方案，在此基础上，进一步对基于物流的布局问题提出了并行布置和网络布置的设计方法。Kusiak和Heragu则对已有的设备布局问题进行了归纳，它们可以分为以下几类：二次分配问题模型QAP (quadratic assignment problem)，二次布置占有模型QSP (quadratic set covering problem)，线性整数规划模型，混合整数规划模型和图论模型。从以往的研究成果来看，设施布局问题的求解大多是利用二次分配问题方法，QAP方法已经在很多领域有了广泛的应用，包括城市规划、计算机控制面板布局以及配线布局等。QAP解决的是一个布局问题的特例

11、，因为它假定所有的布局实体都是具有相互关系的等面积的实体，并且所有可能的放置点都是事先指定的。QAP将布局实体与可能的放置点一一对应，将一个布局实体放置于某个特定位置的费用取决于其实体的位置，这就是二次分配问题命名的由来。它最早是由Koopmans和Beckman提出来的。Liao，Kusiak和Heragu等人运用了修改后的QAP解决不等面积实体的布局问题，具体的方法是将每个布局实体都规划若干个同样大小的块，这其实还是一个QAP，但它的“布局实体”增加了，从而实际可求解问题的规模减少了。Bozer和Meiler指出，这是一种效率较低的方法，因为它增加了布局实体的形状约束。在1976年，Sah

12、ni和Gonzalez6己经证明了设施布局问题是一个NP完全问题。此后人们采用了许多启发式的手段来获得问题的近似最优解，即近似优化方法，这些方法可以大致归纳为五个基本类别：构造法、改进法、图论法和模拟退火法、混合法等。1.3.2 生产线仿真规划的研究发展现状国内外对生产系统的计算机仿真规划的研究工作多集中在自动化生产线和FMS(柔性制造系统)的模拟和分析中，而对于整个生产系统的仿真研究却很少。随着我国制造业信息化进程不断推向深入，生产系统尤其是复杂生产系统的计算机系统仿真规划将会得到越来越广泛的研究与应用7。应用于生产系统计算机仿真规划的工具主要可以分为三种类型，第一类是通用计算机程序语言(F

13、ORTRAN，C，C+ 等)，第二类是仿真语言(GPSS，SIMPLE+ + 等)，第三类是通用仿真环境软件，前两种工具对于设计人员的编程能力要求很高，但通用性比较好8-9。第三种工具比较易于学习和掌握，它把生产系统中各环节定义为各种实体，通过设置实体属性建立实体间联系，构成生产系统的仿真模型，目前己经得到了广泛运用。国外开发的这类商用计算机仿真软件很多(proModel、Deneb/QUEST、eM-Plant、Flexsim等)10。在生产工程和制造工艺过程管理(MPM)软件开发和应用领域，Tecnomatix公司居于世界领导地位，其软件产品eMPower系列，包括业界著名的虚拟工厂仿真软

14、件eMPlant(SIMPLE+)，可以对各种规模的工厂和生产线，包括大规模的跨国企业，对生产系统进行建模、仿真和优化，分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链，以便于承接不同大小的订单与混和产品的生产。利用该软件，设计人员可以在产品开发的早期仿真装配过程，验证产品的工艺性，获得完善的设计11。虽然这些对装配生产线或是对虚拟工厂仿真方面的软件已经能够模拟虚拟工厂运行的许多方面，但是这些软件提供的只是对生产系统运行过程的模拟，还没有很好的融合生产系统离散事件的仿真方法，在合理布置车间和生产线，验证和优化调度控制算法，验证选择生产设计方案、运作方式，验证生产节拍合理性、合理匹配设备

15、利用率，确定库存和警戒线、物流供应、物料存放，生产管理，换班方式、人力资源优化，预计或验证车间生产能力等等12许多方面还有大量工作要做。1.4 论文主要研究内容以某汽车集团发动机生产车间和变速箱换档机构装配生产线为研究对象，根据车间布局和虚拟生产线体系结构及设计原则，采用离散事件仿真基本策略，研究车间布局和装配生产线的优化设计问题。具体研究内容可以分为以下几个部分：（1）对有关车间布局优化和装配生产线优化设计的研究现状进行分析，总结当前的发展趋势和存在的主要问题；（2）针对某汽车集团现有的发动机车间结构布局，运用SLP方法进行分析，提出改进措施并进行仿真；（3）运用仿真技术，针对变速箱换档机构

16、装配生产线进行分析和优化；（4）在三维空间，从人因工程角度研究作业场地布置的人机学设计，并结合实例讨论发动机车间生产线设计优化问题。1.5 本章小结本章主要论述了选题的目的、背景和意义，设施布局与生产线仿真规划的研究现状与分析，以及论文所要研究的主要内容。56第2章 发动机车间平面布局方案优化研究2.1 车间布局设计概述2.1.1 布局设计概述从一般意义上说，布局设计就是将一些物体按一定的要求合理放置在一个空间内，它是一个涉及参数化设计、人工智能、图形学、信息处理、优化、仿真等技术的交叉学术领域，实践证明它还是一个复杂的组合优化问题。它存在于现实生活的许多行业和方面，如：（1）航空航天工业中，

17、航天器上各种仪器的布局摆放问题；（2）造船、汽车等交通工具内不同形状、不同大小的物体放置问题；（3）集成电路设计中，各种元件的合理布置问题；（4）建筑设计中，各房间的合理布置及厂房、设备等布局问题；（5）机械设计领域中，各种基于装配的机床布局设计问题；布局问题具有广泛的应用背景，布局结果的好坏对整个行业生产的合理性、经济性、安全性等都有重大的影响。本课题主要研究制造系统中车间布局设计问题。生产车间是制造系统的基本组成部分，直接承担着企业的加工、装配任务，是将原材料转化为产品的部门。所谓车间布置就是按照一定的原则，合理地确定车间内部各组成单位（工段、班组）及工作地，设备之间的相互位置，从而使它们

18、成为一个有机整体，实现车间的具体功能和任务。车间布置一般包括：基本生产部分、辅助生产部分、仓库部分、过道部分、车间管理部分、生活福利部分等。由于车间布置决定了以后车间的物流方向和速率，从而从结构上限定了车间的功能潜力，因此车间布置是构造一个有效车间系统最为重要的环节，相同车间地址、相同的人员、相同的设备和技术，仅仅是由于布置的方式不一样，生产系统的功能可以有天壤之别。高效率的车间布置作为提高企业生产效率和效益的重要手段之一，越来越受到人们的重视。2.1.2 物流设计概述物流系统的设计是整个车间布局的一个重要部分，也是本文考虑的问题之一。“物流”是指社会物质资料从生产一直到消费前的全部流通过程。

19、“工厂物流”是指工厂从原料进厂，经过存储、加工、制造、装配、包装直至成品出厂的整个生产过程中（包括原料、材料、半成品、配套件、成品）的每个环节流动、储存的全过程。“工厂物流技术”是应用现代科学技术和方法，实现车间内部物流系统(Material handling system，MHS)合理化的技术。车间布局的实质就是对制造资源(包括人、机具和物料)在空间上密切有机结合，时间上适当连接、减少物料搬运工作量，减少自制零件和外购件的损坏，节省费用。在布局设计的过程中考虑物流因素，不仅能降低其过程中的运输成本而且还能加快生产流程，最终达到提高生产能力和降低企业生产成本的目的。在工业发达国家，除了降低原材

20、料和能源消耗外，已把改进物料搬运、改善工厂中的物流组织看作是减少和节省开支以获取利润的“第三源泉”，这是值得我们很好地研究和挖掘的。因此，工艺设计人员除了要根据产品生产纲领正确选择生产工艺和机器设备外，还必须进行物流分析和设计。因为合理的物流设计也同样能大大提高生产率，降低生产成本。一个有效的物料流程是物料在工艺过程中按顺序一直不断地向前流动直至完成，没有过多地迂回或倒流。物流与生产同时发生，并随着加工技术的提高，加工在整个生产过程中比重下降而逐渐为人们所重视，物流技术的提高借助于自动化技术的发展得以实现。物流技术的发展大致经历了以下几个阶段12：（1）人工物流。人工物流是原始的形式，物料的输

21、送、存取由人或借助于简单的机械来实现。这种方式由于方式灵活、初期投资少、设备简单，从而被一些中小规模的企业广泛采用。这种方法的缺点是节奏慢、劳动强度大、工资支出多，且不利于集成控制。（2）刚性自动化物流。这种方式是以汽车制造为代表的专业化、大批量生产的产物，在二十世纪五、六十年代达到顶峰。它以输料道、输料槽、传送机等机械自动输送机构为特征，物料的输送按某一节拍或某一固定的方式进行，物料存取由人、机器人、机械手或搬运设备等媒介实现。特点为生产节奏快，设备布置相对固定，设备专门化程度高，缺点为初期投资大，灵活性差，一般只能用于大批量的生产。本文所考虑的就是这种物流。（3）柔性自动化物流。这种方式出

22、现于二十世纪六十年代，应市场需求和自动化技术的发展而产生，并处于不断发展之中。一般由自动存取系统(AS/RS Automated Storageand Retrieval System)，自动引导小车AGV(Automated Guided Vehiele)、物流自动识别系统、计算机控制系统等组成，所有活动由计算机集中控制，能够实现物流的自由流动和随机存取，便于系统的集成和优化，并能进一步实现智能化控制。2.1.3 车间布局的基本内容2.1.3.1 车间布局的原则（1）确保设备布置形式合理。根据车间的生产纲领，分析产品一产量关系，确定生产类型（是大量生产、成批生产，还是单件生产），由生产类型决

23、定恰当的设备布置形式（是流水线式、成组单元式，还是机群式）。（2）确保车间其它组成部分位置合理。车间布置时，除了给主要生产设备外，还需要给其它组成部分(在制品暂存地、检验实验地、工人工作地、通道、辅助设施如办公室等)安排合理的位置。（3）确保工艺流程要求得到满足。车间布置应保证工艺流程顺畅、物料搬运方便，避免或减少物流往返交叉现象。（4）确保建筑形式合理。根据工艺流程的要求和产品的特点，选择恰当的生产加工设备，并进一步确定建筑物的尺寸和形状。此外，还需考虑通风、照明、防尘、防噪等要求，并使布置具有适当的柔性，有利于生产的扩大和设备的补充，以适用生产变化的要求。2.1.3.2 车间布局的目标车间

24、布置的目标一般可分为两大类，一类是以提高工作效率为导向，另一类是以鼓舞士气为导向。（1）以提高工作效率为导向的目标。该目标主要是为了高效率地完成生产任务，它包括：使物料的运输成本最小，它要求运输路线尽可能短、尽量增大生产的连续性，减少装卸，防止物料被堵塞、延误；使空间、设备、人员等资源的利用率提高，有助于降低成本、增加利润；使系统具有尽可能大的应变能力，表现在扩展的余地、高柔性等方面。（2）以鼓舞士气为导向的目标。该目标主要是通过激发生产人员士气来实现组织的目标，同时使生产者在工作中有更加良好的心里感受，它包括：增强生产安全性。包括采取各种安全措施，防火、防潮、防止工伤事故，也包括增进职工职业

25、健康的各类措施，防噪、防震及有害气体、污染物的处理等；减少工作的单调感。包括建立趣味盎然的班组园地以及干净整洁的休息区，以赋予工人更多、更广泛的任务和自主性，加深工作中独特性、责任性的心理体验。2.1.3.3 车间布局的评价总之，车间布置是影响深远的一项工作，一个良好的车间布置可以用埃普尔（Apple）的“良好布置标志”来衡量。“良好布置标志”主要包括：围绕某一预先计划好的布置设计建造建筑物；通道笔直、清楚、有标记；保持最低限度的后退倒行；有关作业紧靠在一起；生产时间可以预测；安排进度计划的困难最小；最少量的在制品；条件改变时容易调整，具有高柔性；扩展计划时容易编制；实际加工时间对生产总时间之

26、比最大；检查最少而质量最好；材料搬运距离最短：手工搬运最少；无不必要的材料搬运；材料放在负载单元中搬运；作业间搬运最少；材料及时传递给工人；材料能从工作区域及时搬开：由间接工人来做材料搬运工作；有秩序地搬运和储存材料；工人能以最高效率工作等。2.2 发动机车间平面布局的优化2.2.1 设施布置设计技术最初的设施布置设计主要是凭经验和感觉，但是到了五十年代，布置设计从传统的只涉及较小系统发展到大而复杂的系统设计，凭经验己经难以胜任。于是，在综合各学科发展的基础上，一方面，布置设计中运用起系统工程的概念和系统分析的方法，在1961年由美国的缪瑟提出的极具代表性的系统布置设计(SLP)理论；另一方面

27、，从60年代开始，以J.M.摩尔等为代表的一批设施规划和设计者，应用计算机技术对平面布置及其优化问题进行了较为系统地研究，产生了许多用高级语言写成的平面布置程序，如用于新建设施的CORELAP、ALDEP程序和用于改建布置的COFAD程序，形成了计算机辅助设施布置(CAL)方法，随着制造业生产方式的不断演变，这些理论和方法都在不断完善。2.2.2 系统布置法(SLP)设施系统布置规划方法是一种条理性很强、物流分析与作业单位关系密切程度分析相结合，从而求得合理布置的技术，因此在布置设计领域获得极其广泛的运用。国内在八十年代以后引进这一理论，收效非常显著。设施系统布置的起点是对企业生产的产品和产量

28、进行分析和综合，这些数据来自设计部门和市场调研机构的预测分析。因此设施系统布置首先是调查研究、收集资料，其次是分析有关资料的相互关系，在综合调研的基础上设计方案，最后对若干方案进行选择并组织实施。SLP的具体程序如下：见图2-1。6、面积相互关系图8、实际制约9、拟定几种布置方案0、 输入数据（P、Q、PQ、R、S、T）1、物流（R）2、活动相互关系3、物流活动相互关系图4、必要面积5、可利用面积7、修正条件10、评价图2-1 系统布置设计基本程序（1）数据收集分析。P，Q，R，S，T 是布局设计中大多数计算的基础，是解决布置问题的基本要素。因此，布置设计必须首先收集着这方面的原始资料。P (

29、Product)：产品的品种或种类；Q(Quantity)：每种产品的产量；R(Routing)：生产路线或工艺过程；S(Services)：辅助服务部门；T(Time)：时间(劳动量定额)。P, Q, R, S, T被称为“设施规划工程师的字母”。（2）物流分析。物流分析包括确定物流在生产过程中每个必要的工序间移动的最有效的顺序，以及这些移动的强度或数量值。一个有效的物流流程应该没有过多的迁回或倒流。物流应该根据P-Q分析对不同的生产方式画出“工艺过程图”、“多种产品工艺过程图”或“从至图”。（3）作业单位相互关系分析。所谓作业单位。对于一个工厂总平面布置来说，可以是一个厂房、一个车间、一个

30、仓库等单位。对于一个生产车间来说，可以是一台机床、一个装配台、一个检查设施等。作业单位相互关系的分析是对各单位或作业活动之间关系的密切程度进行评价。将P, Q和S结合起来研究辅助部门与作业单位的相互关系，考虑到诸如避免干扰、人员来往频繁程度、是否使用同一设备等非物流关系，将各作业单位之间的相互关系分为绝对必要(Absolutely necessary)、特别重要(Especially important)、重要(Important)、一般(Ordinary)、不重要(Unimportant)和不能接近等不同等级，分别以大写元音字母A，E，I，O，U，X来表示并给予一个系数值。（4）物流与作业单

31、位相互关系的分析。在作业单位相互关系图完成以后，根据物流分析的结果，同时考虑到非物流相互关系就可以绘制表明各作业关系的“物流与作业单位相互关系图”。在绘制时可以考虑或不考虑作业单位的实际位置，也可以不考虑作业单位所需的面积。为把相互关系图中的数据资料更形象、更直观地表现出来，通常要将作业单位之间的关系绘制成“相互关系图解”，图解中的图例符号如表2-1所示，并且以斜线条的数量来表示密切程度等级。表2-1 作业单位相互关系分类及代号字母系数值密切程度等级AEIOUX43210-1绝对必要特别重要重要一般不重要不能接近/ / / / / / /（5）面积设定，在实际的实施布置设计过程中，常受到现有厂

32、房或可利用土地面积与形状等的限制，而不得不把需要的面积与可利用的面积结合起来权衡考虑。面积设定的方法如表2-2所示。表2-2 面积设定方法及其特点方法特点计算法按照设备和作业空间要求计算所需面积，主要用于详细设计中确定制造区域的面积转化法把现在需要的面积转化为将来布置方案中提出的必要面积，一般用于确定未来辅助设施和储存区的面积概略布置法应用模拟或设备模型进行布置并确定面积，主要用于总体布置标准面积法采用某种工业标准来确定面积比率趋向预测法以单位人员和产品为基础预测复合设施总面积，主要用于设施规划（6）面积相关图解。根据己经确定的物流及作业单位相互关系，以及确定的面积，就可以利用面积相关图进行图

33、解，即把每个作业单位按面积用适当的形状和比例在图上进行配置。同时，根据现有实际条件以及运输方式、道路要求、贮存设施、场地形状、环境需要、管理控制等因素进行修正。最后形成几个可供选择的方案。（7）布置设计的寻优。根据现有设施空间的实际制约和各种修正条件(如：运输方式、存储设备、场地环境、人的要求、厂房特征、辅助设施及管理控制要求、安全防护等)。对各部门的位置、形状进行调整，最终形成几个可行和初步优化的布置方案。（8）布置的评价。对以上阶段初步筛选的各备选方案进行技术经济分析和综合评价，从定性和定量的结合，综合主观和客观两个方面，确定每个方案的“价值”，进行设施布置的评价和选择。费用效果分析法、关

34、联矩阵、模糊综合评判法、层次分析法以及比较简易的实验工厂法、成本比较法、生产率评价法等均可用于方案评价。（9）详细布置。对选中方案在其空间相互布置图的基础上予以改进，得到具体有可操作性的详细布置。2.2.3 计算机辅助设施布置技术上面已分析到，设施布置考虑的因素日趋复杂，生产系统规模越来越大，多重技术与经济问题的交织使布置分析依赖于设计者经验的广泛整合与积淀，显然单个设计者的经验和能力是十分有限的。由于计算机系统的许多优良性能和新的分析方法的发展，近年来在系统布置规划的基础上应用计算机及其相关技术辅助进行设施布置设计己日渐普及。利用计算机辅助进行设施布置的设计不但能大大改善和加速布置设计的过程

35、及其进程，而且因人机交互和计算机绘图等的应用，可以迅速创成多种布置方案及其图案，以启发设计者的思路，并且输出结果直观优美。计算机辅助设施布置程序有以下两种。（1）向新建型系统布置程序。主要有CORELAP(计算机辅助相关布置规划)和ALDEP(自动化布置设计)程序。采用优先评价法，优点是把车间布置中重要的特性包括在内。另一方面，这些方法中应用的计分技术，要求以数量表示主观的优先选择，这本身是有风险的。（2）面向改进型的系统布置程序。主要有CRAFT(计算机辅助确定设施布置相对位置技术)和COFAD(计算机辅助设施设计)程序。CRAFT是在原有布置方案上求得改进布置，得到一个以降低物料搬运成本的

36、布置方案，而COFED还考虑搬运设备及成本评价，是对CRAFT的改进。近年来，伴随着生产系统的发展，设施规划较多的采用仿真技术来模拟物流运行的动态过程，从而求得最佳设计。需要强调的是，系统布置设计等理念与计算机辅助设施布置方法不是相互独立的两种技术，两者之间是相互补充、相互发展的关系。2.2.4 发动机车间初始平面布局方案的优化SLP不但对设计院从事工厂设计有指导作用，而且对机械行业的技术改造也是大有裨益的。下面就是针对发动机车间的初始平面布局方案给出调整及改进的意见。根据发动机车间的初始资料，该车间作业单位核定为机加车间辅房、总装车间辅房、加工试制区、缸盖机加工生产线、机体机加工生产线、零部

37、件存储区、零部件库存区、发动机总装线、缸盖总成分装线、发动机热试返修区以及下线存储等综合区等10个，见下表2-3。表2-3 发动机车间各作业区域空间数据作业单位序号作业单位名称面积()高度（m）1机加车间辅房900102总装车间辅房900103加工试制区66094缸盖机加工生产线199895机体机加工生产线266496零部件存储1区26097零部件存储2区64398发动机总装线83499缸盖总成分装线381910发动机热试返修区11109根据技术改造的目标是立足于现有工厂布局上进行物流分析，各作业单位之间己存在着实际距离，因而我们用“吨.米/天”来计量物流量，其具体意义即指在两个作业区的一定距

38、离之间每天有多少吨的物流量。在了解各作业单位物流情况后，我们制作了“物流量起迄表”，见表2-4。表中起点和终点的作业单位参见表2-3中所示。表2-4 发动机车间物流量起讫 （吨.米/天）终点起点123456789101234273.65369.06189.37485.3139.58521.6910其它作业对物流强度由于较小等原因，暂时设为0，在此不做考虑。一天的搬运量总计值为以上各作业对的物量搬运量之和：1978.3吨.米/天。物流分析虽然是SLP的核心，但不是唯一的依据。在工厂技术改造中，由于企业工作人员对工厂现状有充分理解，为把工作单位之间的物流关系与非物流关系定量表达出来，制作了作业单位

39、之间的“相互关系定性调查表”，就各作业单位之间的物流强度、运输的需要、工艺流程的需要、是否避免干扰以及重要的辅助服务等方面请工厂有关人员划定密切程度等级，据此可以把该厂现有作业单位之间的关系制作成“相互关系图2-2”。图2-2 发动机车间作业单位相互关系图由图可以看出，密切程度属于“绝对必要”（A级）者有一对，属于“特别重要”（E级）者有两对，属于“重要”（I级）者有三对，“一般”（O级）者有12对，而相互关系属于“不重要”者居多，达26对，属于“不希望接近”（X级）者为零。根据相互关系图表所表示的作业单位之间的相互关系，结合工厂现有的总体布局（参见图2-3厂区块状区划布置方案）。279810

40、64351图2-3 厂区块状区布置方案绘制出“厂区现状相互关系图解”（见图2-4）。该图中的图例符号采用表2-1给定的线条数，即两作业单位之间连接的线条数达4条者为“绝对必要”接近的，3条者为“特别重要”，无线条连接者说明相互关系密切程度“不重要”。27109864531图2-4 厂区现状相互关系图解通过对图2-4的分析，可以看出全厂总体物流基本平衡，但为了达到理顺生产布局、充分利用生产能力的技改目标，有几处物流瓶颈是显而易见的：（1）缸盖机加生产线（图中以4表示）与库存2区（图中以7表示）距离较远。（2）零部件存储区，特别是存储二区容量大而集中，在整个物流过程中难以发挥储存、缓冲的作用。（3

41、）缸盖总成分装线（图中以9表示）与发动机总装线（图中以8表示）之间物流量很小，没有实现缸盖总成下线后方便快捷地运送到总装线缸盖工位区。为此，我们结合实际情况，对该厂在技术改造中改善生产布局提出了如下建议：（1）为了降低存储2区容量大而集中的弊端，降低物料搬运量，我们把零部件存储2区划一为二：分为零部件存储A区和零部件存储B区、发动机总装线、缸盖总成分装线、发动机热试返修区以及下线存储区等综合区共11个作业区域，并对部分区域进行适当调整，经与厂方实际数据比较后可确定厂区有足够的可用面积。调整后的作业区域数据见表2-5。表2-5 基于减小物料搬运量的布置方案中各个作业区域空间数据表作业单位序号作业

42、单位名称面积()高度（m）1机加车间辅房900102总装车间辅房900103加工试制区66094缸盖机加工生产线199895机体机加工生产线266496零部件存储1区20097零部件存储A区21098发动机总装线83499缸盖总成分装线381910发动机热试返修区以及下线存储等综合区1110911零部件存储B区3609（2）为实现缸盖总成下线后快捷地运送到总装线缸盖上线工位区，以及缸体下线后直接运送到总装线缸体上线工位处，我们拟在缸盖总成分装线以及发动机总装线设立临时缓存区，分别设立在缸盖上线及缸体上线处，并在尽量满足厂区二期工程面积需要的约束下提出一种基于改善物流的厂区块状区划布置方案：图2

43、-5所示的是布局改善方案。2791110864351图2-5 厂区布局改善方案改善后的布局各主要作业区之间的物流量表2-6所示：表2-6 布局改善方案中各作业对物流强度表序号作业对搬运量（吨.米/天）149（缸盖机加工生产线缸盖分装线）203.4258（机体机加工生产线发动机总装线）120.0368（零部件存储区发动机总装线）187.74118（零部件存储B区发动机总装线）230.5579（零部件存储A区缸盖总成分装线）54.3698（缸盖总成分装线发动机总装线）457810（发动机总装线热试区）512.0就布局改善方案和之前的发动机厂房布置方案相比，布局改善方案的一天搬运量总计值经过计算为1

44、352.9吨.米/天，而已经投产的发动机厂房布置方案一天的搬运量经过计算为1978.3吨.米/天。布局改善方案一天的搬运量总计值为投产使用的布置方案的0.68倍。考虑到布局改善方案的布置形式增加了从总装车间的清洗配套区到零部件存储区和零部件存储区的物料搬运量。若加上这部分增加的物料搬运量，我们经过计算后得到：布局改善方案一天的物料搬运量总计值最大约为1700吨.米/天，是已投产使用的布置方案的0.86倍。若从基于减小物料搬运总量的角度出发，布局改善方案的布置会减少物量搬运总费用，降低了产品的生产成本。其次，我们运用eM-Plant仿真评价平台对这两个方案进行评价，本文研究厂内各车间之间的物流系

45、统，模型的抽象为：材料运入之后进行验收，验收完成之后将其存放到各车间的缓存区，将各车间的缓存区抽象为行列（quene），产品的加工车间内部有很多工序，由于本文旨在了解各车间之间的物流量，不考虑在这里将车间抽象为加工设备（processor）。各车间之间的运输采用叉车。模型如图2-6和图2-7所示。从模型的仿真结果可以看出：布局改善方案的布置不仅在整体的车间道路环境方面比已经投产使用的发动机厂房布置方案合理，而且布局改善后的方案使得通过各车间总的车辆数得以增加（改善前通过的车辆为412台，改善之后通过的车辆为458台），即实现了物流顺畅，达到降低物料搬运量的要求，进而提高了生产率，降低了物料搬运

46、成本，能够发动机产品的市场竞争力。图2-6 车间布局优化前的仿真结果图2-7 车间布局优化后的仿真结果2.3 本章小结本章首先阐述了SLP的基本理论，给出SLP在布局设计中的应用流程，结合发动机车间的特点及相关数据，根据SLP设计流程分析了发动机车间原布局方案设计中的“瓶颈”，从而进行发动机车间初始平面布局方案的调整并获得了新的布局方案，根据新、旧布局之间物流量以及借助于eM-Plant布局评价体系进一步验证了新布局方案的合理性。第3章 变速箱换档机构装配生产线分析和优化3.1 生产系统仿真基本原理 仿真这个词对于不同的应用领域有不同的意义。在工商企业中，它常指使用一台数字化计算机在现实系统的模拟模型上实