發(fā)動機車間布局優(yōu)化設(shè)計研究

發(fā)動機車間布局優(yōu)化設(shè)計研究摘要車間布局設(shè)計是制造系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容之一，車間布局的優(yōu)劣直接決定著產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。論文闡述了設(shè)施布局設(shè)計的基本原則、理論及方法，分析了國內(nèi)外生產(chǎn)系統(tǒng)中常見的布局設(shè)計原理及方法，提出了車間布局優(yōu)化設(shè)計框架。該框架避免了傳統(tǒng)設(shè)計方法過于依賴經(jīng)驗、約束過多及復(fù)雜難解的缺點，從理論上拓展了布局設(shè)計的方法。本文以該框架為指導(dǎo)，本著理論與實踐統(tǒng)一的基本立意，應(yīng)用SLP法，實現(xiàn)了發(fā)動機車間平面布局的優(yōu)化;并結(jié)合計算機建模和仿真技術(shù)，應(yīng)用人因工程、生產(chǎn)線平衡等關(guān)于設(shè)施布局及工作地優(yōu)化等相關(guān)理論和方法完成了發(fā)動機車間三維布局的部分優(yōu)化工作。從而驗證了車間布局優(yōu)化設(shè)計框架的指導(dǎo)作用，實現(xiàn)了發(fā)動機車間布局的優(yōu)化設(shè)計。關(guān)鍵詞:車間布局建模與仿真發(fā)動機生產(chǎn)線平衡ResearchonOptimalDesignofEngineWorkshopLayoutAbstractThedesignofworkshoplayoutisoneoftheimportantcontentinthedesignofmanufacturingsystem,andagoodworkshoplayoutornotdecideddirectlytheproductsquality,theproductivityandtheeconomyefficiency·Thispaperexpatiatesthebasicprinciple,theoryandmethodofthefacilitylayoutdesign,analysesprincipleandmethodsofthetraditionallayoutdesigndomesticandoverseas,andthenprovidesaframeofoptimumdesignforworkshoplayout.Thisframeavoidsthedemeritofthetraditionaldesignmethodthatrelyingexcessivelyonexperience,havingover-restrictionandbeingcomplicated,andthereby,extendthemethodofthedesignoflayout.Directedbythisframeandbasedontheunificationoftheoryandpractice,theplanarengineworkshoplayoutisoptimizedbyusingSLP;combiningwiththedevelopmentofcomputermodelingandsimulationtechnologyandusingcorrelativetheoriesandmethodsaboutfacilitylayoutsuchasergonomicsandlinebalancing,someoptimizingworkinthree-dimensionalengineworkshoplayoutisimplemented.Consequently,theavailabilityoftheframeisvalidated,andtheoptimaldesignofengineworkshoplayoutiscompleted.keywords:WorkshopLayoutLinebalancingModelingandSimulation第一章緒論1.1車間布局設(shè)計概述1.1.1布局設(shè)計概述從一般意義上說，布局設(shè)計就是將一些物體按一定的要求合理放置在一個空間內(nèi)，它是一個涉及參數(shù)化設(shè)計、人工智能、圖形學(xué)、信息處理、優(yōu)化、仿真等技術(shù)的交叉學(xué)術(shù)領(lǐng)域，實踐證明它還是一個復(fù)雜的組合優(yōu)化問題。它存在于現(xiàn)實生活的許多行業(yè)和方面:1)航空航天工業(yè)中，航天器上各種儀器的布局?jǐn)[放問題;2)造船、汽車等交通工具內(nèi)不同形狀、大小的物體放置問題;3)集成電路設(shè)計中，各種元件的合理布置問題;4}建筑設(shè)計中，各房間的合理布置及廠房、設(shè)備等布局問題;5)機械設(shè)計領(lǐng)域中，各種基于裝配的機床布局設(shè)計問題;布局問題具有廣泛的應(yīng)用背景，布局結(jié)果的好壞對整個行業(yè)生產(chǎn)的合理性、經(jīng)濟性、安全性等都有重大的影響。本課題主要研究制造系統(tǒng)中車間布局設(shè)計問題。生產(chǎn)車間是制造系統(tǒng)的基本組成部分，直接承擔(dān)著企業(yè)的加工、裝配任務(wù)，是將原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的部門。所謂車間布置就是按照一定的原則，合理地確定車間內(nèi)部各組成單位(工段、班組)及工作地，設(shè)備之間的相互位置，從而使它們成為一個有機整體，實現(xiàn)車間的具體功能和任務(wù)。車間布置一般包括:基本生產(chǎn)部分、輔助生產(chǎn)部分、倉庫部分、過道部分、車間管理部分、生活福利部分等。由于車間布置決定了以后車間的物流方向和速率，從而從結(jié)構(gòu)上限定了車間的功能潛力，因此車間布置是構(gòu)造一個有效車間系統(tǒng)最為重要的環(huán)節(jié)，相同車間地址、相同的人員、相同的設(shè)備和技術(shù)，僅僅是由于布置的方式不一樣，生產(chǎn)系統(tǒng)的功能可以有天壤之別。高效率的車間布置作為提高企業(yè)生產(chǎn)效率和效益的重要手段之一，越來越受到人們的重視。1.1.2物流設(shè)計概述物流系統(tǒng)的設(shè)計是整個車間布局的一個重要部分，也是本文考慮的問題之“物流”是指社會物質(zhì)資料從生產(chǎn)一直到消費前的全部流通過程?！肮S物流”是指工廠從原料進廠，經(jīng)過存儲、加工、制造、裝配廠的整個生產(chǎn)過程中(包括原料、材料、半成品、配套件、、包裝直至成品出成品)的每個環(huán)節(jié)流動、儲存的全過程?！肮S物流技術(shù)”是應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和方法，實現(xiàn)車間內(nèi)部的物流系統(tǒng)(Materialhandlingsystem,MHS)合理化技術(shù).車間布局的實質(zhì)就是對制造資源(包括人、機具和物料)在空間上密切有機結(jié)合，時間上適當(dāng)連接、減少物料搬運工作量，減少自制零件和外購件的損壞，節(jié)省費用。在布局設(shè)計的過程中考慮物流因素，不僅能降低其過程中的運輸成本而且還能加快生產(chǎn)流程，最終達到提高生產(chǎn)能力和降低企業(yè)生產(chǎn)成本的目的。在工業(yè)發(fā)達的國家，除了降低原材料和能源消耗外，己把改進物料搬運、改善工廠中的物流組織看作是減少和節(jié)省開支以獲取利潤的“第三源泉”，這是值得我們很好地研究和挖掘的。因此，工藝設(shè)計人員除了要根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)正確選擇生產(chǎn)工藝和機器設(shè)備外，還必須進行物流分析和設(shè)計。因為合理的物流設(shè)計也同樣能大大提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本11-21一個有效的物料流程是物料在工藝過程中按順序一直不斷地向前流動直至完成，沒有過多地遷回或倒流。物流與生產(chǎn)同時發(fā)生，并隨著加工技術(shù)的提高，加工在整個生產(chǎn)過程中比重下降而逐漸為人們所重視，物流技術(shù)的提高借助于自動化技術(shù)的發(fā)展得以實現(xiàn)。物流技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段121.1)人工物流。人工物流是原始的形式，物料的輸送、存取由人或借助于簡單的機械來實現(xiàn)。這種方式由于方式靈活、初期投資少、設(shè)備簡單，而被一些中小規(guī)模的企業(yè)廣泛采用。這種方法的缺點是節(jié)奏慢、勞動強度大、工資支出多，且不利于集成控制。2)剛性自動化物流。這種方式是以汽車制造為代表的專業(yè)化、大批量生產(chǎn)的產(chǎn)物，在二十世紀(jì)五、六十年代達到頂峰。它以輸料道、輸料槽、傳送機等機械自動輸送機構(gòu)為特征，物料的輸送按某一節(jié)拍或某一固定的方式進行，物料存取由人、機器人、機械手或搬運設(shè)備等媒介實現(xiàn)。特點為生產(chǎn)節(jié)奏快，設(shè)備布置相對固定，設(shè)備專門化程度高，缺點為初期投資大，靈活性差，一般只能用于大批量的生產(chǎn)。本文所考慮的就是這種物流。3)柔性自動化物流。這種方式出現(xiàn)于二十世紀(jì)六十年代，應(yīng)市場需求和自動化技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生，并處于不斷發(fā)展之中。一般由自動存取系統(tǒng)(AS/RSAutomatedStorageandRetrievalSystem)，自動引導(dǎo)小車AGV(AutomatedGuidedVehicle)、物流自動識別系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等組成，所有活動由計算機集中控制，能夠?qū)崿F(xiàn)物流的自由流動和隨機存取，便于系統(tǒng)的集成和優(yōu)化，并能進一步實現(xiàn)智能化控制。1.1.3車間布局綜述1.1.3.1車間布局的原則確保設(shè)備布置形式合理根據(jù)車間的生產(chǎn)綱領(lǐng)，分析產(chǎn)品一產(chǎn)量關(guān)系，確定生產(chǎn)類型(是大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)，還是單件生產(chǎn))，由生產(chǎn)類型決定恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備布置形式(是流水線式、成組單元式，還是機群式)。2)確保車間其它組成部分位置合理車間布置時，除了給主要生產(chǎn)設(shè)備，還需要給其它組成部分(在制品暫存地、檢驗實驗地、工人工作、通道、輔助設(shè)施如辦公室等)安排合理的位置。外地3)確保工藝流程要求滿足車間布置應(yīng)保證工藝流程順暢、物料搬運方便，避免或減少物流往返交叉現(xiàn)象。4)確保建筑形式合理根據(jù)工藝流程的要求和產(chǎn)品的特點，選擇恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)加工設(shè)備，并進一步確定建筑物的尺寸和形狀。此外，還需考慮通風(fēng)、照明、防塵、防噪等要求，并使布置具有適當(dāng)?shù)娜嵝?，有利于生產(chǎn)的擴大和設(shè)備的補充，以適用生產(chǎn)變化的要求。1.1.3.2車間布局的目標(biāo)車間布置的目標(biāo)一般可分為兩大類，一類是以提高工作效率為導(dǎo)向的，另一類是以鼓舞士氣為導(dǎo)向的。1)以提高工作效率為導(dǎo)向的目標(biāo)該目標(biāo)主要是為了高效率地完成生產(chǎn)任務(wù)，它包括:①使物料的運輸成本最小，它要求運輸路線盡可能短、盡量增大生產(chǎn)的連續(xù)性，減少裝卸，防止物料被堵塞、延誤;②使空間、設(shè)備、人員等資源的利用率提高，有助于降低成本、增加利潤;③使系統(tǒng)具有盡可能大的應(yīng)變能力，表現(xiàn)在擴展的余地、高柔性等方面。2)以鼓舞士氣為導(dǎo)向的目標(biāo)該目標(biāo)主要是通過激發(fā)生產(chǎn)人員士氣來實現(xiàn)組織的目標(biāo)，同時使生產(chǎn)者在工作中有更加良好的心里感受，它包括:①增強生產(chǎn)安全性包括采取各種安全措施，防火、防潮、防止工傷事故，也包括增進職工職業(yè)健康的各類措施。防噪、防震及有害氣體、污染物的處理等;②減少工作的單調(diào)感包括建立趣味盎然的班組園地以及千凈整潔的休息區(qū)，以賦予工人更多、更廣泛的任務(wù)和自主性，加深工作中獨特性、責(zé)任性的心理體驗。1.1.3.3車間布局的評價總之，車間布置是影響深遠(yuǎn)的一項工作，一個良好的車間布置可以用埃普爾(Apple)的“良好布置標(biāo)志”來衡量[31“良好布置標(biāo)志”主要包括:圍繞某一預(yù)先計劃好的布置設(shè)計建造建筑物;通道筆直、清楚、有標(biāo)記;保持最低限度的后退倒行;有關(guān)作業(yè)緊靠在一起:生產(chǎn)時間可以預(yù)測;安排進度計劃的困難最小;最少量的在制品;條件改變時容易調(diào)整，具有高柔性;擴展計劃時容易編制:實際加工時間對生產(chǎn)總時間之比最大;檢查最少而質(zhì)量最好:材料搬運距離最短;手工搬運最少;無不必要的材料重復(fù)搬運;材料放在負(fù)載單元中搬運;作業(yè)之間的搬運最少;材料能及時傳遞給工人;材料能從工作區(qū)域及時搬開:由間接工人來做材料搬運工作:有秩序地搬運和儲存材料;工人能以最高效率工作等。1.2課題提出的背景和意義1.2.1設(shè)施布局研究的現(xiàn)狀設(shè)施的布局設(shè)計已不是新問題，即使在原始的小作坊里，工匠們也要根據(jù)工序流程和物件移動的需要來合理布置他們的工作間。隨著生產(chǎn)復(fù)雜性和生產(chǎn)規(guī)模的日益增強和擴大，各種布局方案應(yīng)運而生，如工程布局，功能布局，作業(yè)線布局等方案14-51oMutherl5]提出了系統(tǒng)布置方案SLP(SystematicLayoutPlanning)。由于設(shè)備布局設(shè)計問題的復(fù)雜性及其實用性，從六十年代開始，有學(xué)者著手研究計算機輔助設(shè)計問題。隨后產(chǎn)生了一系列計算機輔助布局設(shè)計和分析的商用軟件包，如CORELAP,PLANET,SHAPE,CRAFT等，它們在布局設(shè)計建模、布局求解算法及系統(tǒng)交互式等方面做出了卓有成效的工作。Kusiak和Meller等人對制造設(shè)備布局問題進行了全面的回顧并著重研究了柔性制造系統(tǒng)(FMS)環(huán)境下的布局設(shè)計16-71.Badiru和Ari產(chǎn)]開發(fā)了一個設(shè)備專家布局系統(tǒng)，并在其中采用模糊邏輯方法來實現(xiàn)關(guān)系代碼，以反映未來生產(chǎn)設(shè)備需求的不精確性.Montreuil提出了基于人工智能、優(yōu)化、仿真和CAD于一體的集成的布局方案，在此基礎(chǔ)上，進一步對基于物流的布局問題提出了并行布置和網(wǎng)絡(luò)布置的設(shè)計方法。Kouveliset.a1.191曾指出，生產(chǎn)設(shè)備的位置是制造系統(tǒng)設(shè)計早期需要解決的最關(guān)鍵的問題之一。到目前為止，研究人員己經(jīng)提出了數(shù)個解決制造系統(tǒng)布局問題的公式和規(guī)則，涌現(xiàn)了大量的方法和技術(shù)手段，可以將它們粗略地分為兩個類別:最優(yōu)化方法和近似優(yōu)化方法。Kusiak和Heragu[IO]則對已有的設(shè)備布局問題進行了歸納，它們可以分為以下幾類:二次分配問題模型QAP(quadraticassignmentproblem)，二次布置占有模型QSP(quadraticsetcoveringproblem)，線性整數(shù)規(guī)劃模型，混合整數(shù)規(guī)劃模型和圖論模型0}1從以往的研究成果來看，設(shè)施布局問題的求解大多是利用二次分配問題方法，QAP方法已經(jīng)在很多領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，包括城市規(guī)劃、計算機控制面板布局以及配線布局等。QAP解決的是一個布局問題的特例，因為它假定所有的布局實體都是具有相互關(guān)系的等面積的實體，并且所有可能的放置點都是事先指定的。QAP將布局實體與可能的放置點一一對應(yīng)。將一個布局實體放置于某個特定位置的費用取決于其實體的位置。這就是二次分配問題命名的由來。它最早是由Koopmans和Beckman[12]提出來的。Liao["],Kusiak和Heragu[141等人運用了修改后的QAP解決不等面積實體的布局問題，具體的方法是將每個布局實體都規(guī)劃若干個同樣大小的塊，這其實還是一個QAP，但它的“布局實體”增加了，從而實際可求解問題的規(guī)模減少了。Bozer和Meiler[151指出，這是一種效率較低的方法，因為它增加了布局實體的形狀約束。在1976年，Sahni和Gonzalez[16]己經(jīng)證明了設(shè)施布局問題是一個NP完全問題。此后人們采用了許多啟發(fā)式的手段來獲得問題的近似最優(yōu)解，即近似優(yōu)化方法，這些方法可以大致歸納為五個基本類別:構(gòu)造法、改進法、圖論法和模擬退火法、混合法等。以上綜述的這些方法及理論大多數(shù)是針對特定約束條件下二維平面布置問題特別是設(shè)備布局問題的研究提出及驗證的。事實上，三維布局問題廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，特別是機械工業(yè)生產(chǎn)中。隨著布局問題得到廣泛研究，近年來，三維布局問題由于其復(fù)雜多樣性和在實際工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而得到了一些領(lǐng)域?qū)W者和研究人員的關(guān)注。Szykman和Cagan等[17-18]人將二維超大規(guī)模集成電路技術(shù)擴展到了三維空間內(nèi)，在考慮了容器和其它布局物體約束的前提下，提出了一種適用于具有空間約束的布局物體和布局容器的布局問題。這種方法在理論上是通用可行的。但他們的工作還只是局限在簡單幾何形狀物體(例如矩形塊和圓柱體)的布局方面.TizianaCalamoneri[ls]等提出了互聯(lián)網(wǎng)的三維布局優(yōu)化問題，指出互聯(lián)網(wǎng)的三維布局的主要益處是節(jié)省材料(以體積來計算)和縮短電纜長度。MikeSchafer[20]等提出了一種用于產(chǎn)生三維電子模塊矩形體自動布局結(jié)果及線域估計的集成方法.LorisFaina介紹了一種三維布局問題的全局優(yōu)化幾何模型。邱英漢[211用二叉樹結(jié)構(gòu)來表示三維實體布局問題。何大勇等則在集裝箱布局問題中提出一種利用三叉樹結(jié)構(gòu)表達三維矩形布局狀態(tài)空間的方法。王金敏[22)提出了一種適合于三維實體布局的優(yōu)化算法。TengHong-fei[23-242等研究了具有行為約束的三維布局問題，提出了一種位于旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)的物體的優(yōu)化布局方法。由于一維布局問題己經(jīng)屬于NP完全問題，所以求解三維布局問題就更加復(fù)雜。從商業(yè)上的應(yīng)用來看，至今尚沒有成熟的用于工業(yè)布局的商品化軟件，在學(xué)術(shù)團體研究較多的都是一些規(guī)則物體的布局問題，要實現(xiàn)任意形狀的三維布局問題，至今尚無成功的通用的布局方法。雖然已經(jīng)有很多非線性技術(shù)應(yīng)用到物體布局問題上，但這些方法大多數(shù)因物體的幾何形狀、方位及問題復(fù)雜程度的不同而施加不同的限制。除此之外，對于布局問題大多數(shù)研究是在運籌學(xué)(OperationResearch)領(lǐng)域完成的。這些方法的缺點是因為它們一般都是啟發(fā)式的方法，只能應(yīng)用在專門的一類問題之中，另一個限制是在運籌學(xué)中只能使用相對簡單幾何形狀的物體[25]。但在工程實際中，由于解決問題的要求和目標(biāo)的多樣性，找出一種通用于所有問題的方法幾乎是不可能的。__1.2.2課題提出的工程背景及研究意義本論文的課題來源于江淮汽車集團發(fā)動機生產(chǎn)系統(tǒng)仿真項目。發(fā)動機生產(chǎn)系統(tǒng)仿真項目是江汽集團和合肥工業(yè)大學(xué)工業(yè)工程教研室合作項目，合肥工業(yè)大學(xué)工業(yè)工程教研室負(fù)責(zé)建立該項目的物理模型、數(shù)字模型，車間設(shè)施規(guī)劃及動作研究部分。作者正是以此確定本論文的題目和研究內(nèi)容。在全球制造業(yè)競爭激烈的今天，一個優(yōu)良的生產(chǎn)系統(tǒng)對于增強企業(yè)的競爭力來說是至關(guān)重要的，其中布局是一個重要的工作，這其中包括新系統(tǒng)的形成和舊系統(tǒng)的改良。車間布局設(shè)計是制造系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容。車間布局的優(yōu)劣直接決定著產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。一個良好的車間布置和一個較差的車間布置相比較，兩者在投資方面可能相差無幾，但良好的車間設(shè)施布置可以提高生產(chǎn)率，改進質(zhì)量，消除或減少間接勞動成本，簡化物流，僅需更少監(jiān)督，簡化成本會計系統(tǒng)，并可提高員工的自我成就感，便于工作團隊的自我決策，提供可集成的模型等[261。國內(nèi)外的資料表明，在工廠的生產(chǎn)活動中，從原材料進廠到成品出廠，物料真正處于加工檢驗的時間只占生產(chǎn)周期的5%-10%,而90%-95%的時間都處于停滯和搬運，這嚴(yán)重影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益的提高.在制造業(yè)中，總經(jīng)費的20%-50%是物料搬運費用，而優(yōu)良的平面布置可使這一費用至少減少10%^'30%，也為企業(yè)贏得效益和收益，從而在激烈的市場競爭中處于不敗之地。因此，有必要展開對制造系統(tǒng)的布局設(shè)計及優(yōu)化問題的研究。本課題旨在是以發(fā)動機車間為例，研究合理規(guī)劃車間制造資源布局的一些方法或手段，從而對發(fā)動機及其它相關(guān)廠房或車間的布局設(shè)計優(yōu)化起到一個較好的參考和引薦作用。因此，本課題具有明顯的現(xiàn)實意義。1，3論文的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)本文的工作是在發(fā)動機生產(chǎn)系統(tǒng)仿真項目的背景下展開的，論文主要研究布局設(shè)計的相關(guān)理論、方法及其在發(fā)動機車間布局設(shè)計及優(yōu)化中的應(yīng)用，具體包括以下幾個方面內(nèi)容:第一章為緒論。首先對車間布局設(shè)計進行了概述，接著分析了布局設(shè)計國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀，闡明本論文研究的工程背景及研究意義，最后闡述了本課題研究的關(guān)鍵問題、現(xiàn)有條件及解決關(guān)鍵問題的方法和途徑。第二章簡要介紹了制造系統(tǒng)中的布局問題，分析了傳統(tǒng)的布局設(shè)計過程、設(shè)計流程并指出它們的缺點和不足，從而提出了車間布局優(yōu)化設(shè)計框架。第三章闡述了設(shè)施布置的依據(jù)及平面布局方案的求解方法，結(jié)合發(fā)動機車間的特點，利用SLP實現(xiàn)了平面布局方案的優(yōu)化設(shè)計。第四章對制造系統(tǒng)建模與仿真在企業(yè)中的應(yīng)用作了簡單的介紹，然后建立了發(fā)動機車間布局的數(shù)字化模型。第五章基于數(shù)字模型，進行了作業(yè)場地布置的人機學(xué)設(shè)計的研究，給出了作業(yè)空間設(shè)計的目標(biāo)評價體系。探討了工業(yè)工程中關(guān)于作業(yè)測定技術(shù)、生產(chǎn)線平衡技術(shù)等在模型中的應(yīng)用研究，并給出了應(yīng)用的具體示例。第六章是對全文的總結(jié)與對進一步工作的展望。本論文的內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。__1.4課題中的關(guān)鍵問題及解決辦法本課題的關(guān)鍵問題為:1)建立車間布局設(shè)計及優(yōu)化流程;2)實現(xiàn)發(fā)動機車間平面布局優(yōu)化設(shè)計;3)實現(xiàn)發(fā)動機車間三維布局的部分優(yōu)化設(shè)計。目前的狀況:1)目前，車間布局設(shè)計及優(yōu)化流程一般是針對總體平面布局形式而提出的，較少涉及局部范圍立體空間設(shè)計及優(yōu)化，布局設(shè)計及優(yōu)化流程中缺乏從平面到三維空間的系統(tǒng)集成性。2)制造系統(tǒng)二維平面布局問題研究理論上已經(jīng)處于一定的高度，但這些理論及方法在實現(xiàn)時一般都是針對某類問題或施加許多限制。本文的發(fā)動機車間布局關(guān)系復(fù)雜，約束過多，用這些理論方法優(yōu)化布局時難以滿足使用該方法的前提條件或計算量太大難以實現(xiàn)。3)目前對三維布局問題的研究還處于探索階段，沒有成熟的用于工業(yè)三維布局優(yōu)化設(shè)計的商品化軟件，在學(xué)術(shù)團體中多是對一些規(guī)則物體的三維布局設(shè)計研究，無法解決任意形狀的三維布局優(yōu)化設(shè)計問題。關(guān)鍵問題的解決辦法為:1)車間布局設(shè)計及優(yōu)化是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，架構(gòu)車間從宏觀層次的平面布局到微觀層次的三維立體布局的優(yōu)化流程，構(gòu)建車間布局優(yōu)化設(shè)計的框架。2)結(jié)合發(fā)動機車間的特點及數(shù)據(jù)，應(yīng)用SLP實現(xiàn)布局瓶頸的調(diào)整。3)利用仿真平臺，構(gòu)建布局?jǐn)?shù)字模型，為車間的三維優(yōu)化提供可靠、有效的數(shù)據(jù)?；跀?shù)據(jù)模型，應(yīng)用工業(yè)工程及人因工程的相關(guān)原理及方法完成三維布局的部分優(yōu)化工作。第二章布局優(yōu)化設(shè)計框架2.1制造系統(tǒng)中的布局問題制造系統(tǒng)中的布局設(shè)計是工業(yè)工程研究和實踐中一個重要并且長期存在的領(lǐng)域，是一個典型的工程問題。長期以來，制造系統(tǒng)的布局設(shè)計一直被當(dāng)作制造工業(yè)中最關(guān)鍵和最困難的設(shè)計任務(wù)之一。它是將加工設(shè)備、物料運輸設(shè)備、工作單元和通道走廊等制造資源合理放置在一個有限的生產(chǎn)空間里面的過程，可看作是制造系統(tǒng)的組織過程。在一個制造系統(tǒng)中，布局不是一個孤立的問題，它與整個系統(tǒng)設(shè)計的其他工作是緊密關(guān)聯(lián)并且相互影響的，其相互關(guān)系可以用圖2-1表示1271.制造系統(tǒng)布局的好壞將直接影響到整個生產(chǎn)系統(tǒng)的總體性能，如物流、信息流、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效益、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)安全等1281布置的基本形式可分為1291:產(chǎn)品原則布置、工藝原則布置、成組原則布置和定位布置。1)產(chǎn)品原則布置(ProductLayout)根據(jù)產(chǎn)品制造的步驟安排各組成部分。從理論上看，流程是一條從原料投入到成品完工為止的連續(xù)線。固定制造某種部件或產(chǎn)品的封閉車間，其設(shè)備、人員按加工或裝配的工藝過程順序布置，形成一定的生產(chǎn)線，適合于少品種、大批量的生產(chǎn)方式。這種布置形式的例子有汽車裝配線、食品加工和家具制造業(yè)等。本文的發(fā)動機車間就屬于這種布置形式。圖2-2為產(chǎn)品原則布置示意圖。2)工藝原則布置(ProcessLayout)又稱機群布置，是同類設(shè)備和人員集中放置在一個地方的布置形式。如按車床組、磨床組等分區(qū)，各類機床組之間也保持一定的順序，按照大多數(shù)零件的加工路線來排列。適用于多品種小批量的生產(chǎn)方式。根據(jù)所執(zhí)行的一般功能，對各工藝組成部分進行布置，并不考慮到任何特殊產(chǎn)品。如單件小批加工車間、百貨商店和醫(yī)院通常是這樣的。圖2-3為工藝原則布置示意圖。3)成組原則布置(GroupLayout)這是實施成組加工的布置形式，介于產(chǎn)品原則布置和工藝原則布置之間，適應(yīng)于中小批量生產(chǎn)。圖2-4為其布置示意圖。

圖2-4成組原則布置示意圖4)定位布置(FixedLayout)根據(jù)體積或重量把產(chǎn)品保留在一個位置上設(shè)備、人員、材料都圍繞著產(chǎn)品而轉(zhuǎn)。如飛機制造廠、造船廠等。其布置示意圖見圖2-5a圖2一5固定工位布置示意圖2.2傳統(tǒng)的布局設(shè)計過程傳統(tǒng)的布局設(shè)計過程一般是依據(jù)車間任務(wù)、設(shè)計原則、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料及對機械化設(shè)備、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的計算數(shù)據(jù)等進行平面布置，局限于平面布置方案的獲得或者是優(yōu)化。傳統(tǒng)的布局設(shè)計及優(yōu)化的一般框架及流程如圖2-6和圖2-7所示。傳統(tǒng)的布局流程雖然可以解決物流網(wǎng)絡(luò)及作業(yè)功能布局的設(shè)計問題，但傳統(tǒng)的布局設(shè)計大多研究平面布局問題，具有局限性，不可能全面反映車間各個方面，尤其是一些供進行技術(shù)經(jīng)濟分析的數(shù)據(jù)以及立體空間數(shù)據(jù)等是無法在平面圖中給出的，所以要在工藝說明書中對車間平面圖予以描述，包括車間在總圖中的位置，與相鄰車間的關(guān)系，平面布置的特點，運輸方式的特點，各工作區(qū)及車間工段的劃分和組成情況，在設(shè)計及評價布局方案時人為假設(shè)各種條件和約束過多，布局設(shè)計缺乏從平面設(shè)計到三維設(shè)計的集成研究..制造系統(tǒng)作業(yè)功能區(qū)劃分物流及非物流關(guān)系問題圖2-6傳統(tǒng)布局設(shè)計一般框架圖z-7傳統(tǒng)布局設(shè)計一般流程前文已經(jīng)說明，目前還沒有找到解決任意形狀的三維物體的布局問題的通用方法。非線性技術(shù)應(yīng)用到三維物體的布局問題時，需根據(jù)物體的幾何形狀、方位和問題復(fù)雜程度的不同而施加不同的限制。在運籌學(xué)中只能使用幾何形狀相對簡單的物體(如矩形體和塊狀物)來研究它們的三維布局問題[301這表明:對于復(fù)雜制造系統(tǒng)三維布局問題的設(shè)計及優(yōu)化，例如各種復(fù)雜設(shè)備的三維空間布局，作業(yè)工人與設(shè)備、工件等的相對位置等，依據(jù)各種算法來解決顯得有些無能為力。2.3車間布局優(yōu)化設(shè)計框架的提出從上一節(jié)的分析中可以看出，傳統(tǒng)的平面布局設(shè)計流程及框架很少涉及三維布局的優(yōu)化設(shè)計研究，缺乏布局設(shè)計從二維到三維空間的有效集成，不能全面實現(xiàn)企業(yè)布局設(shè)計及優(yōu)化的需要。計算機仿真技術(shù)作為一門高新技術(shù)，其方法學(xué)建立在計算機能力的基礎(chǔ)之上。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)也得到迅速的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域及其作用也越來越大。尤其在航空航天、國防及其他大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中，計算機仿真一直是不可缺少的技術(shù)，它可優(yōu)化企業(yè)結(jié)構(gòu)、組織和生產(chǎn)的各個方面。當(dāng)今的制造系統(tǒng)是集現(xiàn)化機械制造、計算機科學(xué)和管理工程于一體的綜合應(yīng)用，山于它技術(shù)復(fù)雜、投資巨大，采用建造實體系統(tǒng)進行研究顯然是不合理的。所以在制造系統(tǒng)的設(shè)計階段，通過仿真可以選擇系統(tǒng)的最佳結(jié)構(gòu)和配置方案，以保證系統(tǒng)既能完成預(yù)定的設(shè)計要求又能獲得很好的經(jīng)濟性、柔性和可靠性，又能有效防止較大的經(jīng)濟損失;在制造過程階段，通過仿真可以預(yù)測系統(tǒng)在不同調(diào)度下的性能，以確定合理的、高效的作業(yè)計劃，找出系統(tǒng)的“瓶頸”環(huán)節(jié)，從而能充分發(fā)揮制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，提高經(jīng)濟效益[31)在布局設(shè)計及優(yōu)化研究中，我們可以借助于建模及仿真工具，在二維平面布局的基礎(chǔ)上構(gòu)建制造系統(tǒng)的三維布局模型，利用可視化仿真技術(shù)的“所見即所得”功能，在三維模型中應(yīng)用人機工程學(xué)、工業(yè)工程的思想及方法來實現(xiàn)布局優(yōu)化，獲得能真正指導(dǎo)實際生產(chǎn)的布局模型及生產(chǎn)安排計劃等目標(biāo)，為布局設(shè)計及優(yōu)化工作開辟了一條切實可行的新方法，拓寬了布局設(shè)計的思路。為此，筆者提出了車間布局優(yōu)化設(shè)計框架，見圖2-80圖2-8車間布局優(yōu)化設(shè)計框架這里的初步前期規(guī)劃包括確定生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)節(jié)拍、確定生產(chǎn)布局模式等。本文就是以此框架為指導(dǎo)，按照從二維初始布局優(yōu)化到三維布局優(yōu)化的設(shè)計流程，實現(xiàn)對發(fā)動機車間布局優(yōu)化設(shè)計的。2.4本章小結(jié)本章闡述了制造系統(tǒng)中的布局問題，分析了傳統(tǒng)平面布局設(shè)計的一般流程，指出傳統(tǒng)平面布局設(shè)計方法存在著過于依賴經(jīng)驗、約束過多及復(fù)雜難解的缺點;分析了傳統(tǒng)布局設(shè)計的一般框架，指出傳統(tǒng)的布局設(shè)計框架缺乏從制造系統(tǒng)二維布局到三維布局設(shè)計及優(yōu)化的集成.從而提出了車間布局優(yōu)化設(shè)計框架，該框架旨在避免傳統(tǒng)設(shè)計方法的缺點和不足，從理論上拓展了布局設(shè)計的方法。第三章發(fā)動機車間平面布局方案優(yōu)化研究3.1設(shè)施布1的依據(jù)“產(chǎn)品或者生產(chǎn)計劃應(yīng)該是工廠設(shè)計的出發(fā)點，并從中推導(dǎo)出它的全部設(shè)計基礎(chǔ)。”[321繆瑟也將產(chǎn)品、生產(chǎn)路線、時間、輔助服務(wù)部門作為設(shè)施布置分析的原始資料，并將產(chǎn)品和數(shù)量列為最重要的資料。因為從生產(chǎn)計劃的角度來講，產(chǎn)品產(chǎn)量分析是產(chǎn)品組成問題的基礎(chǔ)和庫存控制的基本概念。而對工廠設(shè)計人員而言，則是決定基本布置分析的基礎(chǔ)。布置決策問題，可以定義為確定生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)各物質(zhì)部分的最優(yōu)安排。設(shè)施布置的依據(jù)主要有以下幾個方面。1)生產(chǎn)系統(tǒng)目標(biāo)。通常實施布置應(yīng)達到的目標(biāo)是:使存儲費用、勞動力、閑置的設(shè)備和管理費用保持在一定的水平下并達到預(yù)期的產(chǎn)量。生產(chǎn)系統(tǒng)目標(biāo)常常相互矛盾，諸種布置考慮因素幾乎存在于所有布置決策之中，但其相對重要性則不一致。2)生產(chǎn)能力決策。生產(chǎn)需求的預(yù)測對布置決策的“目標(biāo)確定”有著重要意義。對制造企業(yè)而言，生產(chǎn)能力主要取決于生產(chǎn)性固定資產(chǎn)及其技術(shù)組織條件，對服務(wù)企業(yè)來說，除了取決于設(shè)施和設(shè)備能力外，還取決于人力水平。企業(yè)的生產(chǎn)能力一旦確定，企業(yè)整個生產(chǎn)經(jīng)營活動的最大規(guī)模也就基本上被規(guī)定了。在西方國家將生產(chǎn)能力的充分利用問題看作生產(chǎn)成本控制的首要問題。生產(chǎn)非均衡，設(shè)備、人員的閑置被看作是最大的浪費，我國以往忽視這一問題，只強調(diào)節(jié)約原材料和費用，常常出現(xiàn)前后工序能力不匹配，部分設(shè)備、設(shè)施長期閑置，浪費、占用大量資金。3)加工過程的要求。加工過程的要求是選擇布置類型的主要依據(jù)。決定布置所需要的數(shù)據(jù)因所制造的產(chǎn)品的不同而不同。在品種少且比較固定的制造業(yè)，裝配圖是主要的布置信息。在品種繁多的制造系統(tǒng)中，機器規(guī)格說明也有重要的意義。4)進行布置的場地的有效空間。工廠總體布局受場地范圍的限制，車間設(shè)備布置一般是在建筑空間的實際范圍之內(nèi)。工廠設(shè)計包括工廠內(nèi)部和外部兩者所需要的空間設(shè)計，包括本文主要考慮的是工廠內(nèi)設(shè)施布置研究。3.2設(shè)施布籃設(shè)計技術(shù)最初的設(shè)施布置設(shè)計主要是憑經(jīng)驗和感覺。但是到了五十年代，布置設(shè)計從傳統(tǒng)的只涉及較小系統(tǒng)發(fā)展到大而復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計，憑經(jīng)驗己難以勝任。于是，在綜合各學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上，一方面，布置設(shè)計中運用起系統(tǒng)工程的概念和系統(tǒng)分析的方法，在1961年由美國的繆瑟提出的極具代表性的系統(tǒng)布置設(shè)計(SLP)理論;另一方面，從60年代開始，以J.M.摩爾等為代表的一批設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計者，應(yīng)用計算機技術(shù)對平面布置及其優(yōu)化問題進行了較為系統(tǒng)地研究，產(chǎn)生了許多用高級語言寫成的平面布置程序，如用于新建設(shè)施的CORELAP,ALDEP程序和用于改建布置的COFAD,CRAFT程序，形成了計算機輔助設(shè)施布置(CAL)方法[331隨著制造業(yè)生產(chǎn)方式的不斷演變，這些理論、方法都在不斷的發(fā)展完善。3.2.1系統(tǒng)布置法(SLP)設(shè)施系統(tǒng)布置規(guī)劃方法是一種條理性很強、物流分析與作業(yè)單位關(guān)系密切程度分析相結(jié)合求得合理布置的技術(shù)，因此在布置設(shè)計領(lǐng)域獲得極其廣泛的運用。國內(nèi)在八十年代以后引進這一理論，收效非常顯著。設(shè)施系統(tǒng)布置的起點是對企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品和產(chǎn)量進行分析和綜合，這些數(shù)據(jù)來自設(shè)計部門和市場調(diào)研機構(gòu)的預(yù)測分析。所以設(shè)施系統(tǒng)布置首先是調(diào)查研究、收集資料，其次是分析有關(guān)資料的相互關(guān)系，在綜合調(diào)研的基礎(chǔ)上設(shè)計方案，最后對若干方案進行選擇并組織實施。SLP的具體程序如下:見圖3-1.圖3-1系統(tǒng)布置設(shè)計基本程序生產(chǎn)路線或工藝過程;S(Services):輔助服務(wù)部門;T(Time):時間(勞動量定額)。P,Q,R,S,T被稱為“設(shè)施規(guī)劃工程師的字母”。2)物流分析。物流分析包括確定物流在生產(chǎn)過程中每個必要的工序間移動的最有效的順序，以及這些移動的強度或數(shù)量值。一個有效的物流流程應(yīng)該沒有過多的遷回或倒流。物流應(yīng)該根據(jù)P-Q分析對不同的生產(chǎn)方式畫出“工藝過程圖”、“多種產(chǎn)品工藝過程圖”或“從至圖”。3)作業(yè)單位相互關(guān)系分析。所謂作業(yè)單位。對于一個工廠總平面布置來說，可以是一個廠房、一個車間、一個倉庫等單位。對于一個生產(chǎn)車間來說，可以是一臺機床、一個裝配臺、一個檢查設(shè)施等。作業(yè)單位相互關(guān)系的分析是對各單位或作業(yè)活動之間關(guān)系的密切程度進行評價。將P,Q和S結(jié)合起來研究輔助部門與作業(yè)單位的相互關(guān)系，考慮到諸如避免干擾、人員來往頻繁程度、是否使用同一設(shè)備等非物流關(guān)系，將各作業(yè)單位之間的相互關(guān)系分為絕對必要(Absolutelynecessary)、特別重要(EspeciallyImportant)、重要(Important)、一般(Ordinary)、不重要(Unimportant)和不能接近等不同等級，分別以大寫元音字母A,E,1,O,U,X來表示并給予一個系數(shù)值。見表3.10表3.1作業(yè)單位相互關(guān)系分類及代號4)物流與作業(yè)單位相互關(guān)系的分析。在作業(yè)單位相互關(guān)系圖完成以后，根據(jù)物流分析的結(jié)果，同時考慮到非物流相互關(guān)系就可以繪制表明各作業(yè)關(guān)系的“物流與作業(yè)單位相互關(guān)系圖”(見圖3-2)。在繪制時可以考慮或不考慮作業(yè)單位的實際位置，也可以不考慮作業(yè)單位所需的面積。為把相互關(guān)系圖中的數(shù)據(jù)資料更形象、更直觀地表現(xiàn)出來，通常要將作業(yè)單位之間的關(guān)系繪制成“相互關(guān)系圖解”(見圖3-3)，圖解中的圖例符號如表3-1所示，以線條數(shù)來表示密切程度等級。5)面積設(shè)定，在實際的實施布置設(shè)計過程中，常受到現(xiàn)有廠房或可利用土地面積與形狀等的限制，而不得不把需要的面積與可利用的面積結(jié)合起來權(quán)衡考慮。面積設(shè)定的方法如表3.2所示。6)面積相關(guān)圖解。根據(jù)己經(jīng)確定的物流及作業(yè)單位相互關(guān)系，以及確定的面積，就可以利用面積相關(guān)圖進行圖解，即把每個作業(yè)單位按面積用適當(dāng)?shù)男螤詈捅壤趫D上進行配置。同時，根據(jù)現(xiàn)有實際條件以及運輸方式、道路要求、貯存設(shè)施、場地形狀、環(huán)境需要、管理控制等因素進行修正。最后形成幾個可供選擇的方案。表3.2面積設(shè)定方法及其特點方法特點計算法按照設(shè)各和作業(yè)空間要求計算所需面積，主要用丁詳細(xì)設(shè)計中確定制造區(qū)域的面積轉(zhuǎn)化法把現(xiàn)在需要的面積轉(zhuǎn)化為將來布置方案中提山的必要面積，一般用于確定未來輔助設(shè)施和儲存區(qū)的面積概略布置法應(yīng)用模擬或設(shè)備模型進行布置并確定面積，主要用丁總體布置標(biāo)準(zhǔn)面積法采用某種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來確定面積比率趨向預(yù)測法以單位人員和產(chǎn)品為基礎(chǔ)預(yù)測復(fù)合設(shè)施總面積，主9用于設(shè)施規(guī)劃7)布置設(shè)計的尋優(yōu)。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)施空間的實際制約和各種修正條件(如:運輸方式、存儲設(shè)備、場地環(huán)境、人的要求、廠房特征、輔助設(shè)施及管理控制要求、安全防護等)。對各部門的位置、形狀進行調(diào)整，最終形成幾個可行和初步優(yōu)化的布置方案。8)布置的評價。對以上階段初步篩選的各備選方案進行技術(shù)經(jīng)濟分析和綜合評價，從定性和定量的結(jié)合，綜合主觀和客觀兩個方面，確定每個方案的“價值”，進行設(shè)施布置的評價和選擇。費用一一效果分析法、關(guān)聯(lián)矩陣、模糊綜合評判法、層次分析法以及比較簡易的實驗工廠法、成本比較法、生產(chǎn)率評價法等均可用于方案評價。9)詳細(xì)布置。對選中方案在其空間相互布置圖的基礎(chǔ)上予以改進，得到具體有可操作性的詳細(xì)布置。3.2.2計算機輔助設(shè)施布置技術(shù)上面已分析到，設(shè)施布置考慮的因素日趨復(fù)雜，生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模越來越大，多重技術(shù)與經(jīng)濟問題的交織使布置分析依賴于設(shè)計者經(jīng)驗的廣泛整合與積淀，顯然單個設(shè)計者的經(jīng)驗和能力是十分有限的。由于計算機系統(tǒng)的許多優(yōu)良性能和新的分析方法的發(fā)展，近年來在系統(tǒng)布置規(guī)劃的基礎(chǔ)上應(yīng)用計算機及其相關(guān)技術(shù)輔助進行設(shè)施布置設(shè)計己日漸普及。利用計算機輔助進行設(shè)施布置的設(shè)計不但能大大改善和加速布置設(shè)計的過程及其進程，而且因人一一機交互和計算機繪圖等的應(yīng)用，可以迅速創(chuàng)成多種布置方案及其圖案，以啟發(fā)設(shè)計者的思路，且輸出結(jié)果直觀優(yōu)美。計算機輔助設(shè)施布置程序為以下兩種。1)向新建型系統(tǒng)布置程序。主要有CORELAP(計算機輔助相關(guān)布置規(guī)劃)和ALDEP(自動化布置設(shè)計)程序。采用優(yōu)先評價法，優(yōu)點是把車間布置中重要的特性包括在內(nèi)。另一方面，這些方法中應(yīng)用的計分技術(shù)，要求以數(shù)量表示主觀的優(yōu)先選擇，這本身是有風(fēng)險的。2)面向改進型的系統(tǒng)布置程序。主要有CRAFT(計算機輔助確定設(shè)施布置相對位置技術(shù))和COFAD(計算機輔助設(shè)施設(shè)計)程序。CRAFT是在原有布置方案上求得改進布置，得到一個以降低物料搬運成本的布置方案，而COFED還考慮搬運設(shè)備及成本評價，是對CRAFT的改進。近年來，伴隨著生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展，設(shè)施規(guī)劃較多的采用仿真技術(shù)來模擬物流運行的動態(tài)過程，從而求得最佳設(shè)計。需要強調(diào)的是，系統(tǒng)布置設(shè)計等理念與計算機輔助設(shè)施布置方法不是相互獨立兩種技術(shù)，兩者之間是相互補充、相互發(fā)展的關(guān)系。3.3發(fā)動機車間初始平面布局方案的優(yōu)化SLP不但對設(shè)計院從事工廠設(shè)計有指導(dǎo)作用，而且對機械行業(yè)的技術(shù)改造也是大有裨益的[341下面就是我們針對發(fā)動機車間的初始平面布局方案給出調(diào)整及改進的意見。根據(jù)發(fā)動機車間的初始資料，我們調(diào)研以后把該車間作業(yè)單位核定為機加車間輔房、總裝車間輔房、加工試制區(qū)域、缸蓋機加工生產(chǎn)線、機體機加工生產(chǎn)線、零部件存儲區(qū)、零部件庫存區(qū)、發(fā)動機總裝線、缸蓋總成分裝線、發(fā)動機熱試返修以及下線存儲等綜合區(qū)等10個，見表3.3.表3.3發(fā)動機車間各作業(yè)區(qū)域空間數(shù)據(jù)表根據(jù)技術(shù)改造的目標(biāo)是立足于現(xiàn)有工廠布局上進行物流分析，各作業(yè)單位之間己存在著實際距離，因而我們用“噸米/天”來計量物流量，其具體意義即指在兩個作業(yè)區(qū)的一定距離之間每天有多少噸的物流量。在對各作業(yè)單位物流情況調(diào)查、核實后，我們制作了“物流量起迄表”。見表3.4。表中起點和重點的作業(yè)單位參見表3.3中所示。__、第四章發(fā)動機車間布局?jǐn)?shù)字模型的構(gòu)建4.1制造系統(tǒng)建模與仿真4.1.1制造系統(tǒng)建模與仿真的發(fā)展制造業(yè)(包括機械制造、電子制造、非金屬制品制造、成衣制造以及各種型材制造等部類)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)總值一般占各國國內(nèi)生產(chǎn)總值的20%-55%。在各國的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占60%左右。在制造系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、運行過程中，所追求的目標(biāo)是:提高制造系統(tǒng)的總體優(yōu)化水平，提高系統(tǒng)運行效率、降低設(shè)計開發(fā)費用和制造成本，增加系統(tǒng)柔性，靈活地適應(yīng)產(chǎn)品品種和批量的變化，即合理地利用企業(yè)資源(包括資金、設(shè)備、人力等)，優(yōu)化企業(yè)組織結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化設(shè)計生產(chǎn)，以獲得最大的經(jīng)濟效益。為此，需要對所研究的系統(tǒng)進行分析和研究。然而，由于制造系統(tǒng)的復(fù)雜性、遞階結(jié)構(gòu)、操作規(guī)范、資源容量、不確定因素和反饋等特點，至使迄今為止還沒有恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法能很好地處理這類問題。在當(dāng)今，現(xiàn)代制造系統(tǒng)正朝著集成化、柔性化和智能化方向發(fā)展，如計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS),精益制造系統(tǒng)(LPS)、靈敏制造系統(tǒng)(AMS),智能制造系統(tǒng)(IMS)等。這些系統(tǒng)對產(chǎn)品制造過程組織和過程控制的柔性和智能性要求越來越高，分析這樣的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的理論算法己經(jīng)很難處理，甚至有時得不到可以參考的結(jié)論。制造系統(tǒng)建模和仿真技術(shù)便應(yīng)運而生。它是對制造系統(tǒng)進行分析、實驗、評價的最經(jīng)濟、最安全的一種方法。尤其在分析復(fù)雜程度高的系統(tǒng)，它可能是唯一的途徑口‘1。制造系統(tǒng)建模和仿真是伴隨著計算機軟、硬件技術(shù)和軟件工程方法的進步而發(fā)展起來的。制造系統(tǒng)仿真軟件的發(fā)展階段和主要特點大致如圖4-1所示[35]4.1.2典型的制造系統(tǒng)建模與仿真軟件概況介紹由于傳統(tǒng)上大量的企業(yè)資源是用于產(chǎn)品開發(fā)的，使得沒有留下充分的資源提供給制造者，使其跟上設(shè)計，因此需要有基于CAD的制造過程仿真工具，使車間設(shè)計者具有設(shè)計、測試生產(chǎn)線的可靠度和生產(chǎn)布局的能力，下面簡要介紹幾個仿真軟件工具[36]1)QUESTQueuingEventSimulationTool(QUEST)是一個離散事件仿真I具包〔37]0用于對生產(chǎn)工藝流程的準(zhǔn)確性與生產(chǎn)效率進行仿真與分析的全三維數(shù)字工廠環(huán)境。QUEST為工業(yè)設(shè)計工程師、制造工程師和管理人員提供了一個單一的協(xié)同環(huán)境，以在整個產(chǎn)品設(shè)計過程中開發(fā)和確證最好的生產(chǎn)工藝流程。在為實際設(shè)施投資之前，改善設(shè)計，減少風(fēng)險與成本，使數(shù)字工廠效益最大化，可使產(chǎn)品從一開始就能盡如人意。用QUEST測試各種參數(shù)，例如設(shè)施布局、資源配置、其它可替換方案，產(chǎn)品開發(fā)小組可以量化他們的決策對生產(chǎn)產(chǎn)量和成本的影響。QUEST靈活的、基于對象的離散事件仿真環(huán)境結(jié)合了強大的可視化和健壯的導(dǎo)入、導(dǎo)出功能，使其成為對生產(chǎn)工藝流程仿真與分析的工程與管理首選解決方案。2)E-FactoryE-Factory為工廠的設(shè)計、物流過程分析等提供了一種可視化、參數(shù)化的設(shè)計手段，可以縮短工廠布局的設(shè)計周期，提高設(shè)施規(guī)劃和物流分析的效率，為工廠及車間的所有布局設(shè)計和優(yōu)化、設(shè)施規(guī)劃及物流改善等諸多問題提供了足夠選擇的解決方案，如進行工作空間的組織安排、物料存放系統(tǒng)設(shè)計、通道擁塞程度的分析、機器設(shè)備安裝和布局的成本核算、生產(chǎn)中物料搬運路線的優(yōu)化、物料運輸容器、設(shè)備及人員配置的合理化等。E-Factory利用靈巧設(shè)計和智能工廠對象技術(shù)實現(xiàn)了整個工廠的并行設(shè)計，而不僅僅只是局部的優(yōu)化。它可以迅速而簡便地建立、分析和展示數(shù)字化的、可視化的工廠或車間模型，并能及時對其進行修改，同時也為工程師及繪圖人員提供了簡單、友好的界面和小型的模型尺寸，使操作者使用方便。E-Factory主要由三個功能模塊FactoryCAD,FactoryFLOW和FactoryPLAN/OPT組成，這三個模塊可以相互補充、協(xié)調(diào)以增進工作的效率。FactoryCAD提供了智能工廠對象，使設(shè)計者可以高效建立智能的2D&3D工廠模型:FactoryFLOW，提供了進行物流分析、比較、改進布置方案的功能;FactoryPLAN/OPT，可以進行生產(chǎn)區(qū)域平面布置的優(yōu)化設(shè)計[3813)SILMA:ProductPLIOTSILMA是一個包含build-in綜合經(jīng)濟模型的裝配過程規(guī)劃工具，它使得設(shè)計者可以用經(jīng)濟術(shù)語如現(xiàn)金流動、利潤等快速和有目地評估每個裝配場景。ProductPLIOT交互式軟件包括:PLIOTYieldPLIOTLine和PLIOTCell等模塊。PLIOTYield用于決定抓取點的有效斜面:PLIOTLine用于確定生產(chǎn)線生產(chǎn)量、線平衡、經(jīng)濟模型;PLIOTCell是一套詳細(xì)的仿真產(chǎn)品Ce11FLEX，包括機器人和機構(gòu)庫、參數(shù)化車間設(shè)備等[39]4)e-ManufacturingEngineereMPowerEngineer允許用戶設(shè)計、分析、仿真、優(yōu)化生產(chǎn)過程?？梢詮镍B瞰的角度分析整個車間，逐步向下直至車間作業(yè)。支持工作空間設(shè)計、過程仿真、裝配/分解作業(yè)、質(zhì)量公差管理、加工。它的功能模塊允許設(shè)計、仿真、可視化和優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)和過程，分析瓶頸、優(yōu)化生產(chǎn)量和緩沖區(qū)大小(4014.1.3車間布局建模與仿真意義車間布局建模與仿真是制造系統(tǒng)建模和仿真中的一個重要組成部分，其優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1)車間布局建模與仿真能夠節(jié)約成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。車間布置仿真是在計算機上對現(xiàn)實車間布置進行模擬，通過對車間布置在不同參數(shù)下的運行，找出車間布置中的不足之處，實現(xiàn)對車間布置的優(yōu)化，節(jié)約真實車間布置的運行成本?；糜捎谲囬g布置直接影響著車間的功能特性，隨著當(dāng)前產(chǎn)品生命周期的不斷縮短，工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品始終處于動態(tài)的轉(zhuǎn)換過程之中，車間布置再也不是一勞永逸了，它需要根據(jù)主導(dǎo)產(chǎn)品對它的要求進行調(diào)整，以確保車間結(jié)構(gòu)對其功能的保障能力。因此，車間布置的變化在當(dāng)今也越來越頻繁了。車間布置仿真是以車間模型為對象的研究方法，而不用干擾實際車間正常的作業(yè)活動;同時由于計算機的快速運算能力，可以用很短時間模擬實際生產(chǎn)中需要很長時間的生產(chǎn)設(shè)備布置，因此可以縮短決策時間，避免資金、人力和時間的浪費。3)另外，應(yīng)用計算機仿真來對車間的布置規(guī)劃作出檢驗，并對車間布置可能出現(xiàn)的問題作出早期的判斷，并提出相應(yīng)的防范措施，節(jié)省了投資成本和運行周期。正是由于上述優(yōu)點，布局建模與仿真在企業(yè)布局和設(shè)施規(guī)劃中發(fā)揮著重要的作用。4.2發(fā)動機車間布局?jǐn)?shù)字化建模發(fā)動機車間是復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng).本文所研究的發(fā)動機車間分別由缸蓋、機體機加工生產(chǎn)線、缸蓋分裝線、發(fā)動機總成裝配線、各零部件存儲區(qū)、發(fā)動機熱試區(qū)等作業(yè)區(qū)構(gòu)成。設(shè)計生產(chǎn)綱領(lǐng)為年產(chǎn)量6萬臺，總裝線生產(chǎn)節(jié)拍為2.9Min/臺。布局建模包含三個層次:建筑實體建模;宏觀的各作業(yè)區(qū)之間整體布局;具體的微觀布局的優(yōu)化方法參見第五、六章內(nèi)容4.2.1建筑實體建模主要包括立柱群、墻體、門窗與地面等實體建模。模型與實際建筑布局相一致。地面為整個發(fā)動機車間確定了海拔基準(zhǔn);立柱群從仿真建模的角度來說實際上是整個車間的一個坐標(biāo)系。4.2.2各作業(yè)區(qū)之間整體布局由車間的二維平面布置圖設(shè)定車間各作業(yè)區(qū)的位置、面積以及它們的相對位置約束，然后根據(jù)各作業(yè)區(qū)自身特點進行建模。裝配流水線由生產(chǎn)工藝等確定布置形式(在此選擇適合發(fā)動機裝配生產(chǎn)的U型布置[411形式)，并根據(jù)車間中的物流、信息流狀況確定流水線各工序的大體位置情況;存儲區(qū)及熱試區(qū)從基于減小物料搬運量出發(fā)，結(jié)合生產(chǎn)線的工藝流程，總體確定缸體、缸蓋、曲軸等大件及各中小件的擺放位置，以及發(fā)動機成品存儲區(qū)域等。總之，整體布局建模是基于各作業(yè)區(qū)相對和絕對位置、車間作業(yè)銜接、流水作業(yè)的實際情況，仿真主要的物流、信息流、能量流，其注重于車間內(nèi)物流堵塞處理，確保車間全局生產(chǎn)過程協(xié)調(diào)一致。4.2.3各作業(yè)區(qū)內(nèi)細(xì)節(jié)布局車間布局微觀層次的建模是在宏觀建模的基礎(chǔ)上對各個作業(yè)區(qū)進行細(xì)節(jié)建模:①核心是流水線作業(yè)區(qū)細(xì)節(jié)建模。在宏觀建模確定了流水線布置形式和總體位置后，從工藝規(guī)程、工序內(nèi)容的角度出發(fā)，確定裝配線各工位的作業(yè)范圍、空間等;針對各工序作業(yè)內(nèi)容，從方法研究、人因工程角度出發(fā)，確定操作工的動作內(nèi)容甚至行走路徑等;設(shè)定物料周轉(zhuǎn)箱、工作臺、設(shè)備的空間位置等等，具體優(yōu)化過程和方法見第五章，需要后續(xù)工作來支持、實現(xiàn)，仿真的重點是制造工藝過程的精細(xì)分析，考慮操作的可行性和合理性，避免干涉，對人員、物料、緩沖區(qū)及生產(chǎn)設(shè)備等進行微觀層次的合理布局。②存儲區(qū)及熱試區(qū)建模。滿足最大程度地減小車間物流量，依據(jù)裝配線的細(xì)節(jié)布局確定各零部件在存儲區(qū)中的存儲位置及所用周轉(zhuǎn)箱的類型等。同時建立車間物流運輸網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)以上分析，采用美國EAI公司的VisFactory作為平臺，搭建了虛擬制造系統(tǒng)布局模型的研究環(huán)境。利用仿真平臺實現(xiàn)實體、事件等屬性、規(guī)則及活動方面的定義，使物理實體與邏輯實體對應(yīng)一致，對建立的虛擬車間不斷進行布局和物流的評價和改善，直到獲得滿意的發(fā)動機車間布局模型。圖4-2表達了車間布局的建模流程。圖4-3是基于仿真平臺建立的初始的車間布局參數(shù)化仿真模型。由于模型具有數(shù)字化的、可視化的特點，并能及時對其進行方便的修改，我們把建立的車間布局模型稱為發(fā)動機車間布局?jǐn)?shù)字模型。利用仿真平臺建立的發(fā)動機車間布局模型反映了車間的物理和邏輯信息:物理信息包括建筑模型、車間空間布局、在制品、設(shè)備、工人的幾何模型、工位安排、輸送系統(tǒng)等;邏輯信息包括工藝流程及生產(chǎn)組織信息等，為仿真研究__第五章發(fā)動機車間三維布局優(yōu)化設(shè)計研究5.1人因工程在發(fā)動機車間布局優(yōu)化中的應(yīng)用5.1.1人因工程人因工程是以生理學(xué)、心理學(xué)、人體測量學(xué)與工程技術(shù)為基礎(chǔ)，研究人、機和環(huán)境的相互關(guān)系和作用，以使人、機和環(huán)境高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在保證作業(yè)者安全、衛(wèi)生、舒適、方便的前提下提高工作效率的學(xué)科。在研究重點上，人因工程著重于研究人類以及在工作和日常生活中所用到的產(chǎn)品、設(shè)備、設(shè)施、程序與環(huán)境之間的相互關(guān)系。隨著近幾十年來技術(shù)的發(fā)展，人因工程學(xué)的地位越來越重要，逐步滲透到宇航系統(tǒng)、城市規(guī)劃、工廠運作、機械設(shè)備、交通工具、家具制造、服裝、生活用品等領(lǐng)域。本章主要闡述基于車間布局的數(shù)字模型，人因工程在設(shè)施規(guī)劃中作業(yè)場地設(shè)計及作業(yè)空間評價的應(yīng)用及研究。5.1.2作業(yè)場地布置的人機學(xué)設(shè)計5.1.2.1作業(yè)場地作業(yè)場地是作業(yè)者進行操作的場所，工作地布置問題日趨受到關(guān)注。工作地布置的目標(biāo)不僅僅在于提高勞動效率、減輕勞動強度、實現(xiàn)文明生產(chǎn)，目前的研究表明:工作地優(yōu)化設(shè)置有助于減輕現(xiàn)代工業(yè)的簡單、單調(diào)操作對工人心理的壓力。忽視社會心理因素的影響，會大大限制技術(shù)經(jīng)濟的充分發(fā)揮。工作地布置是以組織心理學(xué)、人體工程學(xué)、工程心理學(xué)為基礎(chǔ)，符合“動作經(jīng)濟原則”，考慮工人的感覺、反應(yīng)、注意力、情緒、個性、持續(xù)能力等心理特點。作業(yè)場地的設(shè)計包括生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工具、必要的輔助設(shè)備的布置以及作業(yè)者的人機學(xué)設(shè)計。對他們的擺放、布置應(yīng)考慮以下因素:1)在流水生產(chǎn)中，設(shè)備的排列與擺放要使在制件能連續(xù)不斷向前移動，中途沒有延遲。2)在多品種生產(chǎn)的單體中，以搬運量最小為原則來排列與擺放設(shè)備，以簡捷的步驟進行生產(chǎn)。3)在各種生產(chǎn)類型中，特別是自動、半自動設(shè)備的排列與擺放，應(yīng)有利于多機床看管。4)設(shè)備的排列與擺放要有利于節(jié)省面積、生產(chǎn)安全、易于維護、易于安裝等。在作業(yè)場地中人機工程的合理運用與作業(yè)者的工作方便、舒適、安全有著密切的關(guān)系。為此，本文就作業(yè)者的作業(yè)場地中操作的宜人化(工作方便)、安全感和舒適性進行人機學(xué)設(shè)計。對象的特點選擇適當(dāng)?shù)脑u價方法。在評價過程中，應(yīng)采用從上到下、從總體到局部的順序。圖5-4是設(shè)計評價的一般步驟，但在設(shè)計評價中還應(yīng)視具體情景而靈活處理。5.1.2.3作業(yè)空間的設(shè)計評價圖5-5是進行作業(yè)場地布局評價所用的作業(yè)空間設(shè)計評價樹。Zu一坐姿作業(yè)空間的尺寸應(yīng)在人的作業(yè)范圍之內(nèi)Z,:一站姿作業(yè)空間的尺寸應(yīng)在人的作業(yè)范圍之內(nèi)Z,。一對于站、立交替的作業(yè)空間應(yīng)適合人體站立交替的特點Z二一顯示器放置在人的視覺范圍之內(nèi)Zz,一防止眩目，避免明暗強烈對比Z。一燈光位、亮度的布置要合理Z_一工作臺舒適性Z4:一控制面板布置的合理性Z。一避免費力操作Z、一坐椅舒適性Z4:一機器設(shè)備布置的合理性Z51避免長期注視某一處Z。一留有足夠的心理空間結(jié)合布局模型進行作業(yè)空間的評價，若評價結(jié)果不滿足優(yōu)化目標(biāo)，則反饋不滿足布局設(shè)計的數(shù)據(jù)，重構(gòu)數(shù)字模型進行再設(shè)計及評價工作，直至獲得滿意的評價結(jié)果。同時，將此時的車間布局方案進行實施工作，為下一步工作的進行提供較準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)來源。52發(fā)動機車間生產(chǎn)線平衡5.2.2作業(yè)測定標(biāo)準(zhǔn)時間直接影響企業(yè)的勞動力成本及生產(chǎn)周期，也是企業(yè)編制生產(chǎn)計劃、平衡生產(chǎn)能力、確定勞動力需求計劃等必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?？茖W(xué)地確定標(biāo)準(zhǔn)時間，可以提高生產(chǎn)效率、降低人工成本、制定合理的生產(chǎn)計劃。近年來，我國企業(yè)已經(jīng)逐步應(yīng)用先進的作業(yè)測定技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn)時間[441作業(yè)測定技術(shù)一般包括4種方法，即時間研究、工作抽樣、預(yù)定時間標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)資料法。我國企業(yè)常用的方法是時間研究與預(yù)定時間標(biāo)準(zhǔn)法中的模特法進行作業(yè)測定，但一般只把它們應(yīng)用在現(xiàn)實的制造系統(tǒng)中測定標(biāo)準(zhǔn)時間，便于企業(yè)重新編制生產(chǎn)計劃、重新確定勞動力需求計劃等。而制造系統(tǒng)正常投產(chǎn)運行后，改變生產(chǎn)計劃、布局設(shè)計及勞動力人員配置等是一個棘手的問題，有些由于改造起來人力物力浪費嚴(yán)重而放棄對制造系統(tǒng)進行改進，從而使制造系統(tǒng)不能發(fā)揮其應(yīng)有的能力。因此，在制造系統(tǒng)投產(chǎn)之前，如何進行制造系統(tǒng)作業(yè)測定從而使之為相關(guān)決策的制定提供依據(jù)，使設(shè)計工作更具成效，是個急需解決的問題。而借助于仿真技術(shù)，通過在計算機上建立制造系統(tǒng)的仿真模型，采集應(yīng)用模特法進行預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)工時測定所需要的數(shù)據(jù)信息，并利用模特法的原理和思想，根據(jù)動作經(jīng)濟原則和“ECRS"[4sl四大原則，對生產(chǎn)作業(yè)人員動作進行分析研究，既能在實際生產(chǎn)之前獲得今后作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)時間，為相關(guān)生產(chǎn)計劃的制定提供依據(jù)，又能根據(jù)作業(yè)改進后反饋的信息進一步優(yōu)化設(shè)施布局、物流方案等，便于未來的制造系統(tǒng)更有效地發(fā)揮其生產(chǎn)能力。5.2.2.1模特法MODAPTS(模特)法是澳大利亞的哈依德博士在60年代提出的一種確定標(biāo)準(zhǔn)時間(PTS)的方法，是PTS技術(shù)中比較完善和先進的方法，其意為“以模特數(shù)的排列來預(yù)定動作所需的標(biāo)準(zhǔn)時間”。模特法把人力操作時的動作共歸納為21種基本動作，見表5.4，規(guī)定在作業(yè)條件相同的情況下各人做同一動作所需的時間值基本相同，而身體不同部位做動作時，其動作所用的時間值互成比例。__上表中，工序060與070之間，100與110之間，130與140之間的作業(yè)順序可以前后調(diào)整而不影響裝配作業(yè)。有了缸蓋分裝線各工序的人員標(biāo)準(zhǔn)工時，就可以進行生產(chǎn)線的能力平衡設(shè)計了。雖然缸蓋分裝線配置了一些自動化程度高的作業(yè)設(shè)備，如氣門拍打機、鎖片自動壓裝機等，但就整體而言，該裝配流水線仍以工人的手工勞動為主，這是因為缸蓋總成的裝配關(guān)系極其復(fù)雜，完成如此復(fù)雜的操作是當(dāng)今的裝配機器人等自動化設(shè)備難以完成的。因此研究如何降低裝配線的人力成本是極具現(xiàn)實意義的。而降低人力成本可通過合理的人員配置使得各操作工人的生產(chǎn)負(fù)荷盡量均衡，接近流水線的生產(chǎn)節(jié)拍，減少工人忙閑不均現(xiàn)象，使流水線按節(jié)拍運轉(zhuǎn)和高效率生產(chǎn)。在此，考慮到裝配過程的各種復(fù)雜因素，不易對作業(yè)元素進行有效的合并使各個工作地的作業(yè)時間等于或接近節(jié)拍或者節(jié)拍的倍數(shù)，采用把每個操作工人所看管的所有工序看作一個工作地，以人員配置來代替工作地的劃分。缸蓋分裝線正是基于在滿足生產(chǎn)節(jié)拍的需要下進行合理的人員配置，從而達到裝配流水生產(chǎn)線平衡的目標(biāo).對缸蓋分裝線進行人員配置時，首先要滿足該裝配線根據(jù)公司的規(guī)劃，裝配的生產(chǎn)節(jié)拍為3.9min的需要，然后運用Helgeson等提出的啟發(fā)式算法一一階位算法[4e]對作業(yè)人員的作業(yè)配置進行平衡。應(yīng)用階位算法進行作業(yè)人員的作業(yè)配置平衡的流程如圖5-8所示。具體步驟如下:1)確定生產(chǎn)節(jié)拍。該裝配線根據(jù)江淮汽車公司的規(guī)劃，裝配的生產(chǎn)節(jié)拍為3.9mino2)確定裝配的正常工作時間。根據(jù)上面的表格，統(tǒng)計出缸蓋裝配的正常工作時間為37mino3)依據(jù)周期時間和裝配作業(yè)時間，計算出最少工作地數(shù)，即最小需要作業(yè)人員的數(shù)目。Nmin=[T/C]Nmin=[37/3.9]=104)繪制缸蓋裝配作業(yè)要素示意圖(見圖5-9)(時間單位:S)5)依據(jù)階位算法的規(guī)則劃分工作地(或工序)，同時根據(jù)數(shù)據(jù)模型中布局的約束和限制，分配各工作地的操作單元，并進行人員平衡配置。運用階位算法進行缸蓋分裝線人員配置的步驟如下:①編制作業(yè)要素先后矩陣(見表5.7)。若作業(yè)要素i先于作業(yè)要素J>則矩陣元素值為j的作業(yè)時間。處于對角線上的元素也表明了作業(yè)時間。②計算各作業(yè)要素的階位，計算公式為Wi=ti+藝‘」式中:W。一一作業(yè)要素i的階位;ti一一作業(yè)要素i的作業(yè)時間;P一一所有在i作業(yè)要素以后的作業(yè)要素集合。③按階位由大到小排列，并標(biāo)明各作業(yè)要素的緊前作業(yè)要素(表5.8)0④作業(yè)要素的分配。根據(jù)表5.8，按作業(yè)要素階位由大到小的順序，并考慮緊前作業(yè)要素和作業(yè)時間。在本例中，首先分配作業(yè)要素1，其時間為45s,和節(jié)拍3.9min(234s)相差189s。再將2分配給第一個作業(yè)工人，仍和節(jié)拍相差117s。若將3,4或5任何一個作業(yè)要素也分配給第一個作業(yè)工人則會超出節(jié)拍，而將6,7及8作業(yè)都分配給第一個作業(yè)工人作業(yè)時間之和也小于生產(chǎn)節(jié)拍，理論上可以分配給第一個作業(yè)工人的作業(yè)1,2,6,7及8甚至8以后的工位，但根據(jù)生產(chǎn)線數(shù)字模型，作業(yè)工位6,7及8與工位1,2的距離較遠(yuǎn)，其中包括4,5和6工位，若這樣分配，所有作業(yè)時間包括第一個作業(yè)工人工位間行走時間大于節(jié)拍，還會出現(xiàn)第一個作業(yè)工人與其后工人操作發(fā)生干涉等不良后果。根據(jù)實際生產(chǎn)狀況，把工位1,2及最后一個工位16(工位16與工位1相鄰)分配給第一個作業(yè)工人比較切合實際生產(chǎn)需要。刪除己分配的作業(yè)要素，繼續(xù)按階位由大到小的順序分配第二個工人及后續(xù)工人的作業(yè)工序，同時根據(jù)實際生產(chǎn)狀況制約及整條生產(chǎn)線作業(yè)工人的負(fù)荷相對均衡進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。具體生產(chǎn)線的人員配置平衡如表5.9所示。表5.9中，作業(yè)人員OPER1,OPER4,OPER5,OPER9的作業(yè)時間分別為其看管工序的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)工時之和再加上其在看管工序間的行走時間。參考此人員配置，缸蓋分裝線不但可以獲得較好的能力平衡，還為發(fā)動機車間人員安排計劃的制定給出了切實可行的數(shù)據(jù)支持，解決了缸蓋分裝線人員設(shè)計的布局問題。5.3本章小結(jié)本章闡述了人因工程對車間微觀布局設(shè)計優(yōu)化的應(yīng)用，分析研究了作業(yè)空間的安全性設(shè)計，給出了作業(yè)空間設(shè)計的目標(biāo)評價體系，可借助于數(shù)字模型，實現(xiàn)對作業(yè)空間的設(shè)計評價及優(yōu)化。論述了虛擬環(huán)境下應(yīng)用模特法對制造系統(tǒng)進行作業(yè)測定的流程及作用，突破了一般只在現(xiàn)實生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用模特法進行作業(yè)測定的傳統(tǒng)應(yīng)用范圍，同時，標(biāo)準(zhǔn)時間的獲得也為解決布局設(shè)計中生產(chǎn)線平衡問題提供了依據(jù)，并依據(jù)此流程和方法實現(xiàn)了缸蓋分裝線的人員合理配置，解決了布局設(shè)計中的人員安排計劃問題，第六章總結(jié)和展望6.1論文的工作總結(jié)本文研究了車間布局方案設(shè)計及優(yōu)化的相關(guān)理論、方法及其在現(xiàn)實中的應(yīng)用，其工程背景是課題組承擔(dān)的發(fā)動機生產(chǎn)系統(tǒng)仿真研究目。有鑒于此，論文主要在以下幾個方面進行了相關(guān)的研究工作。1)綜述了設(shè)施布局問題的研究現(xiàn)狀并提出了本文的發(fā)動機車間布局設(shè)計問題研究途徑。2)提出了車間布局優(yōu)化設(shè)計框架，以該框架為指導(dǎo)，實現(xiàn)了發(fā)動機車間布局優(yōu)化設(shè)計的部分工作。3)研究了模特法在數(shù)字模型中進行作業(yè)測定的應(yīng)用，突破了模特法的傳統(tǒng)應(yīng)用范圍。并由此引申了布局設(shè)計過程中生產(chǎn)線平衡及人員配置的研究，優(yōu)化了車間布局中的人員配置設(shè)計。4)分析了基于車間布局?jǐn)?shù)字模型進行作業(yè)空間評價的可行性。6.2后續(xù)工作展望回顧論文的研究工作及項目工作過程中的切身經(jīng)歷，作者認(rèn)為可在以下幾個方面進行更深入的探討:1)車間初始平面布局方案的進一步研究。隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，設(shè)施布局設(shè)計愈加復(fù)雜、抽象，應(yīng)根據(jù)具體的布局類型開發(fā)相關(guān)的界面友好的布局設(shè)計及評價系統(tǒng)平臺。2)離散事件仿真的研究。論文中沒有設(shè)計像車間調(diào)度、緩沖區(qū)設(shè)計等離散事件的仿真研究工作，因而相關(guān)的布局設(shè)計及優(yōu)化問題沒有得到妥善的解決，今后應(yīng)深入進行這方面的研究。3)近年來，隨著虛擬制造技術(shù)發(fā)展，其潛在優(yōu)勢受到了廣泛的關(guān)注和認(rèn)可，限于項目仿真平臺的約束，沒能展開虛擬制造技術(shù)在設(shè)施規(guī)劃研究中的具體運用，以后應(yīng)開展這方面的研究工作。4)進一步實現(xiàn)工業(yè)工程、人因工程理論和方法在布局設(shè)計及空間優(yōu)化中的具體應(yīng)用。5}結(jié)合生產(chǎn)線工藝流程，進行存儲區(qū)內(nèi)部的規(guī)劃設(shè)計。因為水平有限，論文存在一定的疏漏和缺陷，請各位評卷老師和學(xué)友不吝賜教，以便于今后展開進一步的研究。

附錄資料：不需要的可以自行刪除常用工藝術(shù)語1工藝基本概念

1.1一般概念

1.1.1數(shù)控加工：numericalcontrolmachining

根據(jù)被加工零件圖樣和工藝要求，編制成以數(shù)碼表示的程序輸入到機床的數(shù)控裝置或控制計算機中，以控制工件和工具的相對運動，使之加工出合格零件的方法。

1.2生產(chǎn)對象

1.2.1原材料：rawmaterial

投入生產(chǎn)過程以創(chuàng)新產(chǎn)品的物質(zhì)。

1.2.2主要材料：primarymaterial;directmaterial

構(gòu)成產(chǎn)品實體的材料。

1.2.3輔助材料：auxiliarymaterial;indirectmaterial

在生產(chǎn)中起輔助作用而不構(gòu)成產(chǎn)品實體的材料。

1.2.4代用材料：substituent

在使用功能上能夠代替原設(shè)計要求的材料。它具有被代替材料所具備的全部或主要性能。

1.2.5易損材料：quick-wearmaterial

在正常使用條件下，容易損壞或失效的材料。

1.2.6廢料：wastematerial

在制造某種產(chǎn)品過程中，剩下的而對本生產(chǎn)對象不再有用的材料。

1.2.7型材：section

金屬或非金屬材料通過拉制、軋制或壓制等方法所獲得的具有特定幾何形狀截面的材料。

1.2.8板材：plate

金屬或非金屬材料通過軋制或壓制等方法而獲得的各種不同厚度的板狀材料。

1.2.9棒材：barstock

金屬或非金屬材料通過拉延、軋制工藝獲得的圓、方、六角形截面的材料。

1.2.10鑄件：casting

將熔融金屬澆入鑄型，凝固后所得到的金屬制件或毛坯。

1.2.11鍛件：forgings

金屬材料經(jīng)過鍛造變形而得到的工件或毛坯。

1.2.12焊接件：weldment

用焊接方法而得到的結(jié)合件。

1.2.13模壓件：moldedparts

利用模具壓制的工件。

1.2.14沖壓件：stamping

用沖壓的方法制成的工件或毛坯。

1.2.15合格品：acceptedproduct;;conformingarticle

通過檢驗質(zhì)量特性符合標(biāo)準(zhǔn)要求的制品。

1.2.16不合格品：defectiveunit;nonconformingarticle

通過檢驗,質(zhì)量特性不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的制品。

1.2.17廢品：discard

不能修復(fù)又不能降級使用的制品。

1.2.18返修品：rewotkingparts

通過修復(fù)或重行加工，質(zhì)量特性符合標(biāo)準(zhǔn)要求的制品。

1.2.19樣品：specimen;sample

用于材料試驗分析，產(chǎn)品質(zhì)量對照及商品宣傳的單個或多個物品。

1.2.20工件：workpiece

加工過程中的生產(chǎn)對象。

1.2.21配套件(配件)：fittingpart

組成產(chǎn)品的零件、部件、標(biāo)準(zhǔn)件及元器件等的總稱。

1.2.22備品（備件）：sparepart

儲備待用的易損件。

1.2.23附件：accessory

1)供用戶安裝、調(diào)整和使用產(chǎn)品所需要的工具、檢測儀表等，或為擴大產(chǎn)品使用功能所需的附屬裝置。

2)隨同主要文件一同制定或發(fā)出的有關(guān)文件。

1.2.24零件：part

不采用裝配工序而制成的產(chǎn)品。

1.2.25部件：subassembly

由兩個或兩個以上的零件或由材料、零件等以可拆卸或不可拆卸的連接形式所組成的產(chǎn)品。

1.2.26標(biāo)準(zhǔn)件：standardpart

按國家標(biāo)準(zhǔn)、部標(biāo)準(zhǔn)（專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定制造的零、部、組（整）件。

1.2.27外購件：purchasedpart

不是本單位設(shè)計、制造的，而是從其他單位購買來的產(chǎn)品。

1.2.28外協(xié)件：teamworkpart

由本企業(yè)提供設(shè)計圖樣資料，委托其他企業(yè)完成部分或全部制造工序的零、部、組（整）件。

1.2.29易損件：quick-wearpart

產(chǎn)品在正常使用過程中，容易損壞的零件。

1.2.30試件：testingpart

為試驗材料的機械、物理、化學(xué)性能、金相組織和可加工性等而專門做的樣件。

1.2.31一般特性：generalcharacter

除關(guān)鍵特性和重要特性以外的所有特性，一般情況下此類特性不會影響產(chǎn)品的使用性能。

1.2.32重要特性：importantcharacter

此類特性如達不到設(shè)計要求或發(fā)生故障，可能導(dǎo)致產(chǎn)品不能完成所要求的使命，但不會引起產(chǎn)品或主要系統(tǒng)失效。

1.3工藝方法

1.3.1鍛造：forging

在加壓設(shè)備及工（模）具的作用下，使金屬坯料或鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變化，以獲得一定幾何形狀、尺寸和質(zhì)量的鍛件加工方法。

1.3.2鑄造：casting

將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔中，待其凝固后而得到一定形狀和性能鑄件的方法。

1.3.3鉗加工：benchwork

一般在鉗臺上以鉗工工具為主，對工件進行的各種加工方法。

1.3.4焊接：welding

通過加熱和加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊接達到原子結(jié)合的一種加工方法。

1.3.5鉚接：riveting

借助鉚釘形成的不可拆連接。

1.3.6熱處理：heattreatment

將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變其整體或表面組織，從而獲得所需要性能的加工方法。

1.3.7表面處理：surfacetreatment

改善工件表面層機械、物理或化學(xué)性能的加工方法的總稱。通常的方法有氮化、磷化、噴砂、噴丸、表面涂覆等。

1.3.8表面涂覆：surfacecoating

用規(guī)定的異己材料，在工件表面上形成涂層的方法。

1.3.9機械加工：machining

利用機械力對各種工件進行加工的方法。

1.3.10冷作：coldwork

在基本不改變材料斷面特征的條件下，將金屬板材、型材等加工成各種制品的方法。

1.3.11沖壓：stamping

使板料分離或成形而得到制件的方法。

1.3.12壓力加工：mechanicalmetalprocessing

使毛坯材料產(chǎn)生塑性變形或分離而無切屑的加工方法。

1.3.13塑料成型加工：plasticprocessing

將塑料轉(zhuǎn)變?yōu)樗芰现破返母鞣N工藝的總稱。例如模塑、注塑、擠塑、壓延、接觸成型等。

1.3.14電加工：electricmachining

直接利用電能對工件進行加工的方法。

1.3.15電火花加工：electricaldischargemachining(EDM)

在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電