内容发布更新时间 : 2024/5/18 12:55:42星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

Workshop Layout Optimization Based On Flexsim

Haifeng ZHANG

Wuhan University of Technology, Wuhan 430063,China

Email:zhanghaifeng1257@126.com

Abstract: With the development of science and technology,the production mode of machinery manufacturing industry has developed from mass production to lean manufacturing and Just In Time manufacturing, and further to the computer integrated manufacturing and agile manufacturing style.The changes of production mode proposes propose the new requirements on workshop layout. As the complexity of the layout of the workshop, the traditional mathematical model to obtain the optimal layout of the program approach has been difficult to meet the needs of modern production methods. Application of computer simulation technology for optimizing the layout of the workshop can make up the layout of traditional methods in the workshop. In this paper, Flexsim is selected as virtual simulation software and makes dynamic layout, then we can identify bottlenecks in the plant layout and improve them, and improve the efficiency of the entire plant ultimately. Keywords: Workshop Layout; Flexsim; Simulation

基于Flexsim的车间布局优化

张海峰

武汉理工大学 物流工程学院，武汉 430063

Email: zhanghaifeng1257@126.com

摘 要：随着科学技术的发展，机械制造业的生产方式已从大批量生产的生产方式向准时制造及精益

[5]

生产发展，并进一步向计算机集成制造和敏捷制造方式转变。生产方式的转变对车间布局提出了新的要求。由于车间布局的复杂性，传统的以建立数学模型，获得布置最优方案的方法已经很难满足现代生产方式的需求。应用计算机仿真技术进行车间布局的优化可以弥补传统方法在车间布局优化中的不足。本文选用了Flexsim软件对车间虚拟仿真，进行动态布局，从而找出车间布局中的瓶颈，并对其进行改善，最终改善了整个车间的生产效率。 关键词：车间布局；Flexsim；仿真

1 引言

车间布局是把对象系统的位置选择，平面布置，物流分析，物料搬运方式及运输工具的选择等进行具体的规划与设计，从而使各生产要素和子系统按照工业工程的要求得到合理的配置和布局，组成高效率的生产集成系统。传统设施布局是根据工程师的主观经验设计，缺乏科学性。本文根据SLP方法找出某生产车间案例中原布局的不合理之处，提出优化布置方案，结合Flexsim仿真软件，提出更为合理的优化方案。

[1]

以某机械加工企业的某小型机加车间为例，该车间主要生产钻床主轴、主轴箱。该车间采用的是工艺型布局的方式，主要的工艺程序有原材料的检验，零件的车、铣、镗、磨、钳、热处理等。该车间详细布局图见图1。该车间主要加工的两个零件的工艺流程及各机加工序所消耗时间见表1，表2。

2.2 基于Flexsim对车间布局

对车间内的设施用FLEXSIM中的实体进行替换，分别用2个发生器代替原材料的到达，2个容量为200单位的缓存器代替2种原材料的临时存放区，2台处理器代替原材料检验区的两种原材料的检验，成品检验区用2台处理器来表示两种成品的检验，一个容量为200单位的代替隔离区。机械加工区域（车、铣、磨等区域）分别是用一台处理器表示每个工序的加工，如车床区需要6次车的工序，用6台处理器分别来表

2 基于FLEXSIM的某生产车间布局的建模与

仿真

2.1 某生产车间基本情况概况

示这6个车床的工序。按照车间布局在Flexsim进行

建模（图2）。

Figure 1. The original workshop layout

图1.原车间布局

2.3 仿真报告输出及分析

打开统计中的统计收集，选择全部实体打开用来统计所以实体的状态。在仿真时间为28800s时点击暂停，导出仿真报告。选取部分实体的部分数据进行分析（表3）。

其中ProcessorJ代表用于原材料检验的处理器，ProcessorC为车床区的处理器，ProcessorX为铣床的处理器，ProcessorM为磨床区的处理器，ProcessorQ为钳工区的处理器，ProcessorT为镗床区的处理器 ProcessorY为成品检验区的处理器，ProcessorQX为负责实体2（主轴箱）清洗的处理器，ProcessorQC为负责实体1（钻床主轴）切除余量的处理器。

Figure2. The model of original workshop layout in Flexsim

图2.Flexsim中的原车间布局模型

Table 1. The machining process of driling spindle

表1.钻床主轴的加工工序 钻床主轴 工序号 机加种类 工艺 消耗时间（s） 1 车 粗车端面 230 2 车 粗车小端外圆 252 3 车 粗车端面和外圆230/60 /热处理 4 车 半精车小端外圆 252 5 车 车螺纹 210 6 车 半精车莫氏锥孔 236 7 钳工 划长线孔 220 8 铣 铣长孔 120 9 铣 粗铣，半精铣花120 键 10 磨 粗磨各段外圆，220 锥孔 11 磨 精磨各段外圆 250 12 磨 精磨花键 220 13 磨 精磨莫氏锥孔 210 14 切除 切除小端余量 160 15 检验 检验尺寸与精度 160

Table 2. The machining process of spindle box

表2.主轴箱的加工工序 主轴箱 工序号 机加种类 工艺 消耗时间（s） 1 铣 粗铣顶面 120 2 钳工 钻R面上的孔并120 攻丝 3 铣 铣底面、侧面 120 4 镗 粗镗各轴孔 300 5 镗 精镗主轴孔 280 6 清洗 200 7 检验 检验精度 200

从仿真报告表中看以看出ProcessorJ1、ProcessorJ2、ProcessorQ1、ProcessorQ2、ProcessorC6、ProcessorX1均存在阻塞，特别是ProcessorJ1、ProcessorJ2的阻塞率已达到35.5%，而且这些处理器同时存在空闲时间。

各搬运工具Transporter1、Transporter2、Transporter3、Transporter4、Transporter5、Transporter6及Operator1的空闲率分别为74%、87.5%、85%、87.1%、86.1%、87.5%、94%。显然搬运工具的空闲率过高，这说明车间内的搬运工具利用 率不高。

除了上述可以直接从仿真报告中看出的定量数据

外，通过观察仿真模型的运行过程可以看出车间内搬运路线存在迂回的现象，并且有些区域的布局不合理，如磨床区的位置设置，磨床区与铣床区，成品检验区

之间的工序紧密相连，而磨床区与铣床区和成品

检验区的距离过大，从而造成了搬运路线过长，搬运时间上的浪费。

Table 3. Simulation report 1

表3.仿真报告1 Object content Idle（s） ProcessingBlocked（s） （s） ProcessorJ1 1 3855.46 14735.49 10217.18 ProcessorQ2 1 13123.60 12713.31 2980.73 ProcessorQ1 1 6651.58 14691.97 7474.09 ProcessorC6 1 7351.08 16997.09 4469.47 Rack2 69 0 0 0 Rack1 47 0 0 0 ProcessorJ2 1 4062.30 14516.75 10251.77 Queue13 0 0 0 0 ProcessorX1 1 4262.32 20512.72 4042.59 Transporter1 0 21334.39 0 0 Transporter2 0 25207.62 0 0 Transporter3 0 24619.24 0 0 Transporter5 0 24805.24 0 0 Transporter4 1 25111.17 0 0 Operator1 0 26812.91 0 0 Transporter6 0 25199.89 0 0

3 生产车间布局优化

3.1 基于SLP的车间整体布局设计

SLP是一种定量与定性分析相结合的一种布置方法，其中的物流相互关系的分析为定量分析，非物流关系的分析为定性分析。利用SLP对车间进行整体的布局得出作业单位位置相关图（图3）。各区域编号见表4。

最后根据各作业单位性质和功能以及充分利用场地、减少物流搬运和人性化设计等原则，重新设计车间区域布局（图4）。

3.2车间布局新方案的设计及仿真

本文在原方案仿真报告分析中已经分析了原方案布局中的不合理之处，现根据新布局对其中的不合理之处一一做出改善。

根据对原布局仿真模型的研究，处理器ProcessorJ1、ProcessorJ2、ProcessorC6的阻塞是由于这些处理器与它们下道工序之间的缓存区容量不够，所以需要增大这些缓存区的容量。ProcessorQ1、

ProcessorQ2、ProcessorX1阻塞是由于这些处理器的加工时间小于其后面的处理器，两者之间缺少缓存区，所以要分别为这些处理器设置缓存区。

Table 4.Region Number

表4.区域编号 编号 区域 编号 区域 1 原材料临6 钳工区 时存放区 2 原材料检7 镗床区 验区 3 隔离区 8 磨床区 4 车床区 9 成品检验 5 铣床区 10 成品存放

10 1 9 2 5 8 4 3 6 7

Figure 3.The correlative location of work units

图3.作业单位位置相关图

Figure 4. The new workshop layout

图4.新车间布局

撤去负责运送两个区之间物料的叉车1（Transporter1）。由于布局的调整原本距离很远的铣床区和磨床区现在紧紧相邻，故负责物料1从铣床区到磨床区，再从磨床区到成品检验区的搬运的叉车4