機(jī)械加工設(shè)備布局方法及其仿真技術(shù)的探討

（北控（洛陽）水務(wù)發(fā)展有限公司，河南 洛陽 471000）

機(jī)械加工設(shè)備布局方法及其仿真技術(shù)的探討

呂敬倫，孫建明

（北控（洛陽）水務(wù)發(fā)展有限公司，河南 洛陽 471000）

我國目前機(jī)械加工行業(yè)正面臨著一場新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，要求我國機(jī)械加工行業(yè)要抓住這一機(jī)遇，對(duì)原有的生產(chǎn)方式進(jìn)行改進(jìn)，提高生產(chǎn)效率，以滿足需求。而目前在機(jī)械加工行業(yè)仍然存在一些問題，本文將就當(dāng)今機(jī)械加工行業(yè)內(nèi)存在的問題對(duì)機(jī)械加工設(shè)備布局方法及其仿真技術(shù)進(jìn)行簡要探討。

設(shè)備布局；機(jī)械加工；仿真技術(shù)

對(duì)設(shè)備布局進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)是機(jī)械加工工作能否得到有效進(jìn)行的關(guān)鍵所在，進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)備布局，能夠提高機(jī)械加工工作的效率，有效節(jié)約生產(chǎn)成本，保證機(jī)械加工質(zhì)量與數(shù)量，同時(shí)還可以對(duì)生產(chǎn)加工的具體流程進(jìn)行優(yōu)化。特別是當(dāng)前仿真技術(shù)的快速發(fā)展，給設(shè)備布局優(yōu)化提供了新思路。

1 機(jī)械加工行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

無論是社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的建造，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，或是商業(yè)服務(wù)業(yè)質(zhì)量的提高，都需要機(jī)械的支持，因此對(duì)機(jī)械加工行業(yè)的需求越來越緊迫，既要求其產(chǎn)量提高，同時(shí)還要求其提高機(jī)械質(zhì)量，這對(duì)我國機(jī)械加工行業(yè)來說，既是一大嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是一大發(fā)展機(jī)遇。在此前提下，機(jī)械加工業(yè)既要尋求合理的降低生產(chǎn)成本的方法，同時(shí)又要尋找使生產(chǎn)線更加靈活的方式，以期生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率更理想。

而在我國目前大多數(shù)機(jī)械加工行業(yè)中，都沒有對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的布局規(guī)劃，就算有部分企業(yè)對(duì)其生產(chǎn)線上的設(shè)備進(jìn)行了布局設(shè)計(jì)，但由于其設(shè)計(jì)理念較為陳舊，仍在使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以即使做了設(shè)備布局，卻仍然難以滿足當(dāng)前社會(huì)各界對(duì)機(jī)械加工生產(chǎn)的要求，出現(xiàn)諸如各企業(yè)生產(chǎn)效率偏低，生產(chǎn)任務(wù)較為復(fù)雜時(shí)調(diào)度方面出現(xiàn)障礙，影響物流效率，甚至影響按時(shí)交貨，降低企業(yè)信譽(yù)等問題。

這就要求在社會(huì)發(fā)展的新時(shí)期，機(jī)械加工行業(yè)的經(jīng)營模式與生產(chǎn)車間的生產(chǎn)方式都要加以轉(zhuǎn)變，對(duì)原有生產(chǎn)線的設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，為提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)質(zhì)量，做到按時(shí)交貨起到推進(jìn)作用。

2 機(jī)械加工布局設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 機(jī)械加工布局設(shè)計(jì)的概念

機(jī)械加工布局設(shè)計(jì)，即將多個(gè)相關(guān)的機(jī)械設(shè)備按照一定的生產(chǎn)規(guī)律，對(duì)其放置位置進(jìn)行合理的規(guī)定，為生產(chǎn)活動(dòng)等提供便利。更加具體一點(diǎn)說，就是將生產(chǎn)線上的加工設(shè)備、處理設(shè)備、檢測設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備與企業(yè)倉庫等各部門在空間位置上進(jìn)行安排設(shè)計(jì)。布局設(shè)計(jì)看似容易，其實(shí)涵蓋了相當(dāng)多的專業(yè)知識(shí)，涉及到如人機(jī)工程學(xué)、人工智能、信息處理與系統(tǒng)仿真與優(yōu)化等多項(xiàng)專業(yè)技術(shù)。

良好的機(jī)械加工車間布局可以保障機(jī)械加工車間物料運(yùn)輸?shù)倪B貫性、縮短機(jī)械毛坯及半成品的運(yùn)輸距離、提高機(jī)械加工設(shè)備的利用率、降低機(jī)械生產(chǎn)成本、增大機(jī)械生產(chǎn)車間設(shè)備加工的柔性，降低機(jī)械在制品的庫存。因此無論是建立新的機(jī)械加工車間，還是改造原有車間，機(jī)械加工車間布局的設(shè)計(jì)都是必需的。

對(duì)機(jī)械加工生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)備布局的目的在于提高企業(yè)生產(chǎn)效率，達(dá)到設(shè)備與空間利用率的最優(yōu)化，同時(shí)還要降低機(jī)械加工生產(chǎn)線之間的物質(zhì)生產(chǎn)資料運(yùn)輸距離，為工人的生產(chǎn)工作提供便利，同時(shí)減少生產(chǎn)過程發(fā)生堵塞的可能性。更重要的是，將生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行合理的布局，能夠在一定程度上預(yù)防生產(chǎn)安全問題，保證安全生產(chǎn)。

2.2 布局設(shè)計(jì)類型分析

機(jī)械加工生產(chǎn)線設(shè)備布局的問題已逐漸受到重視，而且已經(jīng)多次開展了關(guān)于設(shè)備合理布局的相關(guān)研究，而根據(jù)研究總結(jié)的相關(guān)理論上來看，我國機(jī)械加工行業(yè)目前的設(shè)備布局模型大致可分為三種。

（1）機(jī)械加工設(shè)備的產(chǎn)品導(dǎo)向布置。對(duì)于要進(jìn)行大批量生產(chǎn)的機(jī)械加工生產(chǎn)線來說，由于其生產(chǎn)加工過程中已經(jīng)形成了固定的生產(chǎn)模式，因此只要以生產(chǎn)對(duì)象專業(yè)化為原則來對(duì)機(jī)械加工生產(chǎn)線進(jìn)行布置，使機(jī)械加工過程中所需的全套設(shè)備和執(zhí)行工人都以生產(chǎn)對(duì)象為主進(jìn)行聚集，按照其在機(jī)械加工過程中的先后順序進(jìn)行布局。這樣可以使這種連續(xù)流水作業(yè)之間工序間隔縮小，減少了時(shí)間和空間的浪費(fèi)，從而達(dá)到節(jié)省運(yùn)輸時(shí)間與成本，提高工作效率的目的。

還有另一點(diǎn)就是，這種生產(chǎn)過程由于其操作方式相對(duì)簡單，生產(chǎn)計(jì)劃也并不復(fù)雜，便于組織管理，同時(shí)因?yàn)檫@種生產(chǎn)活動(dòng)的專業(yè)化程度較低，對(duì)工人專業(yè)技術(shù)水平的要求也比較低。

但是與此同時(shí)由于這種布局方式對(duì)生產(chǎn)線要求高度同步，一旦出現(xiàn)需要對(duì)機(jī)械型號(hào)進(jìn)行改變的情況，則需要整條生產(chǎn)線都為之做出相應(yīng)改變，因此這種布局方式對(duì)機(jī)械的種類型號(hào)變化適應(yīng)能力較低。而且同樣因?yàn)檎麠l生產(chǎn)線高度同步，效率較低的生產(chǎn)設(shè)備會(huì)影響整體生產(chǎn)線加工效率。

（2）機(jī)械加工設(shè)備的工藝導(dǎo)向布置。對(duì)于生產(chǎn)量較小，生產(chǎn)類型較多的生產(chǎn)線上，則可以采用工藝原則對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行布局，將機(jī)械加工的過程大致分為粗加工、半精加工、熱處理、精加工幾個(gè)步驟，在布局時(shí)將從屬于統(tǒng)一過程的設(shè)備布局在鄰近的位置，并依此將生產(chǎn)線分為小組，這樣即使生產(chǎn)的對(duì)象不同，只要有相同的生產(chǎn)步驟就可以在同一小組被進(jìn)行生產(chǎn)加工。這種布局的優(yōu)勢在于其對(duì)機(jī)械生產(chǎn)類型變動(dòng)的適應(yīng)力較強(qiáng)，而且一旦小組設(shè)備出現(xiàn)故障，有很多可以代替其進(jìn)行加工任務(wù)的其他小組，保證了生產(chǎn)線的穩(wěn)定性。

但是與此同時(shí)，這種布局方法容易使物流變得復(fù)雜無序，生產(chǎn)資料經(jīng)常在多個(gè)小組之間交互，為集中管理帶來困難，增加了制造成本。

（3）機(jī)械加工設(shè)備的混合布置。當(dāng)今社會(huì)大部分機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)都存在一些如生產(chǎn)類型并不多，但每一類型的生產(chǎn)數(shù)量卻也不少的情況，這種情況下無論使用以上哪一種布局方式，都存在一定弊端，針對(duì)以上兩種布局方式的弊端，混合型布局方式應(yīng)運(yùn)而生。

這種形式以產(chǎn)品布置型的生產(chǎn)線運(yùn)輸布局方式為主，融入了工藝導(dǎo)向布置型的小組概念，在保持生產(chǎn)線的同時(shí)增加了具體工序的生產(chǎn)設(shè)備，仍舊組成小組。

這樣，避免了生產(chǎn)線高度集中帶來的問題，同時(shí)也一定程度上減少了運(yùn)輸混亂的問題，大大降低了運(yùn)輸時(shí)間和費(fèi)用，提高了生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益。

3 機(jī)械加工設(shè)備布局仿真技術(shù)分析

20世紀(jì)60年末虛擬技術(shù)出現(xiàn)，隨著科技進(jìn)步，虛擬技術(shù)得以普及，許多專業(yè)人員發(fā)現(xiàn)其能夠?qū)ΜF(xiàn)代機(jī)械加工過程中設(shè)備布局設(shè)計(jì)提供幫助，于是虛擬技術(shù)開始被引入機(jī)械加工設(shè)備布局領(lǐng)域中來。在實(shí)際對(duì)機(jī)械加工生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行布局的過程中，通過對(duì)生產(chǎn)線具體設(shè)備生產(chǎn)情況進(jìn)行取樣，在虛擬系統(tǒng)中建立一個(gè)與機(jī)械加工生產(chǎn)線相似的仿真模型，通過在虛擬系統(tǒng)中對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果進(jìn)行分析，并進(jìn)行二次檢測。通過這一過程來選擇相對(duì)合理的機(jī)械加工設(shè)備布局方式。其實(shí)施的具體步驟如下。

首先，要根據(jù)機(jī)械加工生產(chǎn)線的具體情況，在系統(tǒng)中構(gòu)建生產(chǎn)線內(nèi)各設(shè)備的模型，按照初步得出的布局方案將各設(shè)備的模型設(shè)置在仿真系統(tǒng)中的相應(yīng)位置上。

其次，在仿真系統(tǒng)中對(duì)各機(jī)械加工生產(chǎn)線的具體生產(chǎn)加工流程進(jìn)行設(shè)置，確認(rèn)各類生產(chǎn)對(duì)象在生產(chǎn)線中的具體生產(chǎn)流程，同時(shí)對(duì)每項(xiàng)設(shè)備間的具體運(yùn)輸情況加以設(shè)置，制定好生產(chǎn)資料的運(yùn)輸路線。

再次，編輯生產(chǎn)線內(nèi)各對(duì)象的參數(shù)，具體來說要包括機(jī)械加工設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備的外形大小、具體位置朝向等，必要的情況下還需要對(duì)生產(chǎn)對(duì)象到達(dá)生產(chǎn)加工設(shè)備的時(shí)間，設(shè)備的具體加工時(shí)間，設(shè)備是否容易產(chǎn)生故障與故障及處理時(shí)間等等。

接下來，開始運(yùn)行仿真模型，對(duì)仿真模型的運(yùn)行次數(shù)、時(shí)間及速率做出具體的設(shè)置，如此重復(fù)多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

最后，得出仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)結(jié)果加以分析，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將多次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果列為圖表進(jìn)行比對(duì)，方便專業(yè)人員通過這些結(jié)果進(jìn)行具體的設(shè)備布局設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

機(jī)械加工設(shè)備布局是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作，它需要對(duì)生產(chǎn)線相關(guān)各方面進(jìn)行統(tǒng)籌，才能達(dá)到節(jié)省生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率的目的，因此要求機(jī)械加工行業(yè)加大對(duì)設(shè)備布局的重視，對(duì)影響設(shè)備布局的各項(xiàng)因素都要做好把握，通過對(duì)各方面因素的綜合考慮，制定最適合具體生產(chǎn)要求的布局方式。仿真技術(shù)的出現(xiàn)為這一過程提供了極大的便利，因此在制定具體生產(chǎn)線設(shè)備布局計(jì)劃時(shí)，要充分利用仿真技術(shù)，提高機(jī)械加工的效率。

[1]徐卓.關(guān)于機(jī)械加工設(shè)備布局方法及其仿真技術(shù)研究[J].建材與裝飾,2016,37:178-179.

[2]郭樹伽.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)械加工設(shè)備布局與仿真技術(shù)研究[D].南昌大學(xué),2010.

[3]牟紅霞.虛擬仿真技術(shù)在《機(jī)械加工設(shè)備》課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].濟(jì)南職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2016,06:122-124.

[4]陳超.重型機(jī)械加工車間物流協(xié)調(diào)調(diào)度及其仿真研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2010.

[5]代麗華.機(jī)械加工設(shè)備布局方法研究[J].佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，01：196.

[6]徐學(xué)軍，陸德謀，査靚等.企業(yè)設(shè)備布局方式的仿真[J].工業(yè)工程，2011，01：16～22.

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