基于工业4.0 的智能制造车间物流系统设计与开发
毕业论文关键词 车间物流系统 车间布局 物流仿真
Title The design and development of the intelligentmanufacturing logistics system based on industrial 4.0AbstractAfter "Industry 4.0" and "Made in China 2025" were put forward,the manufacturingenterprises will be faced of the design problem of intelligent shop logistics.With the development of Computer Simulation Technology,System SimulationTechnology has been applied to the shop logistics,which improve the rationalityof the design greatly, shorten the design cycle and effectively avoid the loopholesof production.SLP Theory was used to establish the Mathematical Model of the layout of theworkshop.Then Flexsim was used to establish a 3D dynamic model of shop logistics.Through the analysis of logistics system, the rationality of workshop was evaluatedand a feasible solution for enterprise logistics was provided.Keywords Shop logistics system Workshop layout Logistics simulation
目 次
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 生产物流的研究现状 1
1.3 课题研究的意义 2
1.4 课题研究内容及框架 3
2 生产物流系统设计概述… 5
2 . 1 生产物流概述 5
2 . 2 SLP 布局理论 7
2 . 3 F l e x s im 仿真软件 … 8
2 . 4 工厂物流系统分析 … 9
3 基于 S L P 的车间布置 1 2
3 .1 作业单位设计 12
3 .2 物流强度分析 1 3
3 . 3 绘制面积相关图 1 4
3 . 4 方案修正优化 … 1 6
3 . 5 本章小结 … 1 7
4 基于 Flexsim 的车间物流系统仿真 … 18
4 .1 车间物流建模分析 18
4 .2 确定实体模型 1 8
4 . 3 建立逻辑模型 22
4 . 4 运行仿真及结果分析 … 2 6
4 . 5 系统优化验证 … 3 3
4 . 6 本章小结 … 3 4
结论 35
致谢 36
参考文献37
1 绪论1.1 课题研究的背景与美国、日本、欧洲相比，物流系统的重要性在中国还没有真正得到重视，物流系统设计行业才刚刚兴起。 相关研究数据表明， 在中国的生产制造行业中， 复杂制造系统中约有 80%无法完全满足设计要求，存在问题的系统中大约 60%可以归结为初期规划不合理或失误[1]。一个企业的生产经营总开销中，物料搬运的费用所占的比例高达20%-50%[2]。随着市场经济的发展，同行业竞争愈演愈烈，原来的大批量定型生产方式已无法满足市场的需求。为了抢占市场，多品种小批量的生产模式已成为主流，这一特点在纺织机械行业中尤为明显。由于现在服饰、家居织物为了迎合消费者的新鲜感，新品种层出不穷，对相应的纺织机械的要求也就越来越高，甚至已经有个性化定制的发展趋势。然而，国内大多数制造企业至今仍沿用上个世纪的传统生产模式。落后的生产布局，过于死板的物流路线，严重限制了企业的发展与开拓创新。针对国内纺织制造企业的生产物流，主要存在以下问题[3-5]：⑴车间布局混乱。一般企业在设计物流系统时通常是照搬照抄，并不符合工厂自身的要求。有些企业甚至没有物流规划工程师，只是参照传统的制造车间布局，尽量把加工设备集中在一起。一般情况下，先建好厂房，然后再进行车间的工位划分，这种模式仅仅是一种“容纳生产设备”的设计方法。在车间存储区域的设计上，一般都是“见缝插针式”堆放，根本没有成品区、半成品区、堆料处的划分；⑵ 物流路径不合理。由于加工设备的集中布置，在搬运物料时，不可避免地会出现路径交叉、重复搬运、路线过长等问题；由于没有设置合格品与次品的存放区域，工件和废料存放混乱，在搬运时很不方便；⑶ 物流管理力度不足。 在实际生产中， 生产线的物流管理通常需要一位或多位 “调度员”来现场调控，缺乏宏观规范的物流生产计划，导致制定的物流规划方案无法完全落实，物流管理停留在车间巡视上，使“物流合理化”成为一句空话，“5S 管理”更是无从谈起。1.2 生产物流的研究现状对生产物流系统的研究方法主要有解析法和仿真法两种方式[6]。解析法就是利用数学公式求取最优解，这种方法起源于上个世纪，至今仍在沿用，也解决了很多生产物流问题。叶海红[7]等（2008）针对中小型企业的生产物流做了缺陷分析，提出了物流系统的优化方案；王慧珍[8]（2008）介绍了分析法在生产物流中的应用，归纳总结了企业生产物流系统评价的各种指标；齐二石[9]（2007）总结了现有的物流评价理论体系，指出了解析法的特点。然而在发达国家，仿真法应用于物流系统的动态分析已经非常常见。M.Eric,Johnson[10]等采用 SIMAN 仿真语言为惠普公司在北美的配送中心建立了模型并进行了分析；E.JaCkchen[11]等利用eM-Plant 仿真软件对一个化学品制造企业的物流系统进行了仿真模拟；Wolfgang Kreutzer[12]把面向对象的概念引入到离散系统中，创建了BetaSIM 框架结构。近些年，国内也开始借助一些仿真软件，进行企业物流系统的设计与分析。如郑钧宜[13](2009)把 Flexsim 软件和 AHP 法结合在一起，对物流系统进行复合式研究，提出了一种更加完善的物流仿真方法。传统的二文数学模型与动态三文模型相结合，可以有效地减弱单一方法带来的缺陷，缩短物流系统设计的时间，并显著地提高方案的准确性与合理性。1.3 课题研究的意义如今，中国已成为世界的“制造加工中心”，伴随“工业4.0”的提出，中德两国展开了国际合作， “中国制造 2025”国家战略也已经正式提出，生产企业面临一场重大的产业转型，物流就是其中重要的一环。优良的生产物流系统是实现现代化管理和产业生产方式优化转型的前提和基础，具有十分深远的意义[14]：⑴ 可降低生产成本，提高企业的经济效益。根据国外的统计资料，机械制造行业中，物流流转所产生的费用约占产品总费用的40%，优化生产物流最大可降低30%的生产成本。在工业发达国家，提升物料搬运效率、改善工厂物流状况已成为增加企业利润的一大支柱；⑵ 可有效地缩短产品的生产周期。相关数据表明，企业整个生产制造过程中，从领出原材料到制成品入库，机床加工零件的时间占产品生产周期的比例不足 10%，绝大部分时间都浪费在停滞和搬运状态。因此减少物流系统中的物料流转时间，可以在很大程度上缩短生产时间，提高生产效率；⑶ 可大幅地缩减人工数量，减轻工人的劳动强度。随着中国经济的发展，企业的人工成本不断增加，高劳动强度的制造业更是工人难求。所以规划、建立合理的物流系统，对依靠劳动力的企业意义十分重大；⑷ 可有效降低产品废品率，提高生产过程中的安全性。因为物流路径设计不合理，在搬运过程中会不可避免地出现磕碰、擦伤等状况，损伤工件。通过对某家汽车制造厂的数据统计，加工零件的机床合格率为98%，而零件在组装线上的合格率仅有 70%，其中有 25%的零件在搬运、流转过程中成为了废品。 另有一项统计显示：搬运过程中产生的工伤事故占企业总工伤事故的 30%。所以，物流的优化设计对提高产品质量，降低安全隐患有着重要意义；⑸ 促进生产模式转型，提高企业的竞争实力。先进的物流系统必须采取新的工艺路线、先进的加工设备，极大地改变传统的作坊式生产，让企业重新焕发生机；另一方面，在国际国内大环境下，更加合理化、智能化的物流方式势在必行！总之，生产物流系统的优化设计能够有效地降低生产成本，提高车间生产效率，整体改善生产模式，提升企业的经济效益和市场竞争力，具有十分重大的现实意义。1.4 课题研究内容及框架本文对生产物流系统的相关概念和设计方法做了总结，介绍了 SLP 布局理论和 Flexsim仿真软件的应用。在调研某纺织机械厂的老厂区后，分析了现有物流系统的缺陷与不足。在构建物流系统过程中，首先使用 SLP 方法建立数学模型，之后利用 Flexsim 建立了三文动态模型，最后通过运行数据对新厂的物流系统做了可行性分析。1.4.1 章节安排本文的章节安排如下：第一章绪论：介绍了课题研究的背景、意义和国内外的研究现状，确定了课题的研究内容和技术路线；第二章生产物流系统设计概述：介绍了生产物流的相关概念、SLP 方法理论以及 Flexsim仿真工具的应用，并分析了企业物流系统具体存在的问题，并相对应地提出了系统仿真模型的要求；第三章基于 SLP 的车间布置：介绍了加工车间的调研现状，对生产数据进行分析，运用SLP 方法寻求平面布局最优解；第四章基于 Flexsim 的车间物流系统仿真：根据已得到的平面布局和调研得到的生产数据建立三文模型，并进行关系约束和运行代码编写，最后通过运行数据分析对模型进行调整改善，确定最优系统。
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