双排/四排机床布局优化设计开题报告

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。一个良好的车间布局和一个较差的车间布局相比较,两者在投资方面可能相差无几,但车间生产设备或制造单元的合理摆放,物流路径的正确规划都将对实际生产中的效率、成本和产品质量等产生深远的影响。对车间设备的合理布局设计将有效减小生产所占面积,有利于生产规模的扩大以及产品的多样化发展;使生产中的物料运输更加高效,缩短制造资源(工位)之间的物料运送时间,缩短生产周期,降低制造成本,不同工位之间的物流得到简化,物料的输送更加连续,更有利于生产管理,因此必然会提高产品质量,增强企业的竞争力。有资料表明:“在制造业中,大约20%一50%的加工费用用于物料运输,而合理的设备布局至少能节约10%—30%的物料运输费用。此外在一个企业中从原材料投入直至产品产出的整个生产周期中物料平均只有15%左右的时间是处在加工工位上,其余都处在搬运过程中或库存状态,而优良的设备布局与规划能加快物料处理的效率,减少在制品的停留,提高企业的生产率,减少产品生产周期。在美国设备布局被认为是加速生产率提高和生产成本降低的主要因素之一。在节约投资面,布局被认为是一种仅次于新设备的添置而占第二位的重要技术措施。由此可见,对于一个制造企业来讲,优良的设备布局与整体规划对于企业增强市场竞争力是至关重要的。因此,有必要展开对制造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某制造企业的机械加工车间布局改造项目进行设备布局、产品结构与工艺流程等的调研,充分了解其内部物流的结构特征、运行特点以及车间设备的布局和存在的问题,研究合理规划车间制造资源布局的一些方法和手段,建立车间设备布局的优化模型,提出相关的可行方案,为中小企业的经营重组及合理布局等管理决策提供必要的依据和技术支持,并对相关机械加工车间的布局设计优化起到较好的参考和引荐作用。因此,本课题不仅具有一定的理论意义,更有重要的现实意义。

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，然后设计软件计算出机床布置的次序并对布局进行优化，使其物流最优或次优。

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。本文将对双排和四排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。其大致的优化过程如图：

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,并假定每个设备所需的面积大小一样,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,双排有20台设备，四排有40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：

上图为双排，下图为四排，两种布局形式的区别在于四排形式在二排和三排之间是不能有物流的。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。

2.3目标函数的建立

1.把离散制造单元的车间场地用正交网格划分，用位置坐标（xi,yi）表示可能存在的机床设备，并假定每个机床设备的面积大小一样，这样就可以规定物料运动的线路，离散制造单元布局实体的数学模型计算示意图。

2.构造单元的距离矩阵。根据不同输送设备运行的需要，两点之间的距离可以采用直线距离;或者采用折线距离，从而得到系统的距离矩阵。

给出相应的运输工具和单位距离、单位物流量的费用，物流最小的位置规划目标函数可表示为：

式中cij表示机床i和机床j之间单位距离物流费用

dij表示从设备i到设备j之间的距离

fij表示机床i和机床j之间移动次数

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。

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。Access数据库管理系统是MicroSoft Office 中自带的一个组件，它是当前比较流行的关系型数据库管理系统之一，能够满足小型企业客户/服务器解决方案的要求，广泛应用于使用VB开发中小型管理系统。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，VisualBasic 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：

主要数据库如下：

零件种类表：

生产线布局形式表：

物流计算结果表：

进程表：

减速箱体工序表：

3. 研究计划与安排

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）

[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).