基于仿真技术的生产线优化设计

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1、基于仿真技术的生产线优化设计基于仿真技术的生产线优化设计第一章引言第一节选题背景技术的进步和发展使制造已经由个人行为和孤立机器完成的简单过程演变成必需由众多制造要素组成的制造系统来完成的复杂工程。柔性自动化制造、计算机集成制造、敏捷制造、JIT制造、X络化制造等先进制造模式的不断涌现为企业制造业的发展带来了新机遇和新挑战。制造技术向着系统化、柔性化、可重组化、集成化、智能化等方向发展，其目的在于提高制造生产效率、效益，缩短制造周期，保证产品和服务的质量，以持续提高企业竞争力。一方面，制造企业必须根据市场需求，以及企业的现有和潜在生产能力，选择、确定合适的制造

2、方式，应用先进制造技术提高企业的核心竞争力;另一方面，又要求企业加强生产与运作管理，使企业的人员、资源、信息、设备和能源得到合理优化配置，减少浪费，节约成本，运用工业工程的管理手段提高企业持续改善和应对变化的能力。福特汽车公司首先把汽车装配工作分解成许多工序，然后依照科学管理以及工业工程的原理确定每道工序的操作标准，最后通过设计制造各道工序的专用设备，建立了流水生产线。流水线生产方式开创了机械工业大规模生产时代，即使在今天流水线生产方式仍然应用很广。在大批量生产的情况下，流水线生产是一种比较理想的生产组织方式，它可以将空间组织中的对象原则与时间组织上的平行方

3、式的优点结合在一起，缩短了生产周期，极大地提高了劳动生产率。同时，流水生产线也有利于简化工人操作程序和提高熟练程度，稳定产品生产质量[1]。制造企业在采用细分化之后的多工序连续作业生产线时，由于分工作业，简化了作业难度，使操作人员的作业熟练度易于提高，从而提高了作业效率。然而，经过了这样的作业的细分化之后，各工序的作业时间在理论上、现实上都不能完全相同，这样势必存在工序间作业负荷不优化的现象。除了造成无谓的工时损失之外，还造成大量的工序堆积，导致生产系统的物流阻塞，严重时会造成生产线的中止[2]。二战后，随着市场需求的改变和制造技术(如，快速换模技术)的进步

4、，以丰田公司位代表的精益生产方式应运而生。精益生产方式以市场需求为驱动，以拉动的方式组织生产，以杜绝一切浪费为核心思想，最终实现利润最大化的目标[3]。为了适应这些制造技术的发展，生产线的组织形式也发生了变化，出现了U型生产线、混合生产线、间歇移动式生产线等[4]。在精益生产方式下，保证生产线的优化，尽量实现生产过程的一个流，是精益生产最终目标实现的关键之一。在我国，从上个世纪70年代以来，制造自动化得到了很大的发展。许多企业安装了像柔性制造系统这样的自动化制造系统。这样的系统提高了生产效率，保证了产品的质量，具有很大的柔性，大大地提高了系统的有效性。但又给

5、系统的管理带来了极大的挑战。许多自动化系统并没有达到设计的生产率，就是因为其管理特别复杂。另外，并不是所有的生产过程都可以用自动化方式实现，大量的生产过程还是处于半自动化的状态。特别是在我国人口众多劳动密集型制造企业占有相当大比例的国情下，生产过程实现全自动化更是不现实。实际上在我国大量的装配生产线是手工和半自动化为主的生产线。它们的相当一部分甚至是大部分在不同程度上存在生产率较低的问题。因此，对装配生产线进行生产线优化分析，实现生产过程的优化重组是摆在我们面前的艰巨任务。第二节选题意义生产过程组织的基本任务就是最大限度地使过程合理化。因此要在空间上和时间上

6、合理地组织生产过程，不仅要保证生产过程连续地、有节奏地进行，而且要不断地提高劳动生产效率、缩短生产周期，减少由于在制品数量而造成地浪费，加速资金周转，降低成本。实际中的制造系统是非常复杂的，日前有很多情形都无法仅用数学解析的方法来解决，而仿真技术则给解决这类问题提供了新的手段。生产线平衡的最主要目的就是使生产线的组织从时间上得到优化。根据相关数据统计，即使在美国这样的工业发达国家，在工业装配生产中也要有5%～10%的生产时间是浪费在平衡延迟上[5]。目前我国大量的生产线是手工和半自动化为主的生产线，进行生产线平衡就显得更为迫切了。好处如下：(1)生产线平衡有

7、利于提高企业的生产效率。提高效率，增加利润永远是企业追求的目标，通过生产线平衡，制定合适的生产作业标准，可以缩短产品的生产周期，从而有效地提高生产效率。(2)实现平衡生产有利于保证产品质量的稳定性。工业生产线上的不平衡程度直接反应了生产线的生产效率，而且影响到产品的质量。这是由生产线的不平衡所造成的装配工人的劳动强度不同造成的，瓶颈工位上的员工为了赶上装配线运行节拍，而常常忽视装配质量。(3)生产线平衡是企业实现一个流生产的前提。一般当生产线的平衡率在50%～60%时，进行的是一种没有任何科学管理意识的粗放式生产；当平衡率在60%～70%时，生产过程存在人为

8、去平衡生产线的因素:当平衡率在70%～85%时，对生