工业工程理论与方法-数字化工厂-课程报告(共25页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上工业工程理论与方法 课程报告数字化工厂的系统设计1、 前言1.1、数字化工厂产生的背景随着全球范围内竞争的加剧，缩短产品的上市时间日益成为企业追逐的目标。多功能性、高独立性和产品的短期设计制造都给制造性企业的规划和设计提出更高的要求，而其中工厂布局和生产线的规划则是实现最优化生产的关键技术问题之一。传统的工厂布局和生产线规划方法只注重经验和理论计算的结果，依据工厂布局中生产线实际运行后的数据进行分析和判断，其缺点为准确性差、不直观、易浪费资源嘲。 数字化工厂目前已经成为现代制造领域中一个新的研究应用领域。数字化工厂借助计算机技术和仿真技术，主要解决工厂、车间和生产线以及产品的设计到实现的转化过程，使设计到生产制造之间的不确定性降低。它凭借着数字空间将生产制造过程压缩和提前，使生产制造过程在数字空间中得以检验，预先确认企业生产能力和生产瓶颈所在，从而提高系统的成功率和可靠性，缩短从设计到生产的转化时间。数字化工厂的出现是先进制造技术不断发展的结果。1.2、国内、外研究现状 数字化工厂技术已成为国外研究的一个热点，这个概念处在逐渐被接受阶段，而虚拟制造技术可以说是数字化工厂技术的前身和基础。目前基于虚拟制造技术的研究很多，如美国国家标准及技术局(NIST)制造工程实验室、美国Michigan大学虚拟现实实验室、美国政府能源部TEAM(技术使能的敏捷制造)计划、Purdue大学工学院协同制造研究中心、日本大坂大学机械工程系制造工程及系统研究室等，它们也都对数字化工厂进行了相关的研究。Tecnomatix技术公司和Delmia公司等软件开发商，长期致力于虚拟制造的研究，开发出了满足虚拟制造要求的数字化工厂软件。这些公司都是经过重组将许多小的专业软件公司组合起来，形成数字化工厂系列软件。如生产线规划仿真、工艺规划、质量控制和生产工具等软件模块，可以满足不同需求的用户。目前数字化工厂技术在汽车、航空航天、能源、制药、重型设备、电子和家用电器、机器人等行业得到了广泛应用并创造了可观的效益，一大批著名制造业单位和部门，如BMW、Ford、Honda、波音公司、欧洲航天局、ABB、Robotics等。除制造行业外，数字化工厂技术已逐渐被国外大型企业所运用，如：美国海文斯公司、日本NKK钢铁公司、澳大利亚博思格钢铁公司等也等对数字化技术进行了应用，取得了明显的经济效益和极大的市场竞争力。 国外对数字化工厂的研究中，对工厂的建模的研究也较多。目前，国外在企业建模方面也取得相当多的研究成果， 比较著名的有GRAIGIM方法、ClM-OSA方法、IDEF方法、ARIS模型结构、PER-A方法、TOVE方法和面向对象建模方法等，此外还有阶梯型结构(Stairl ike CIM System Architecture SLA)等建模方法。它们都从不同的角度和出发点提出了各自对企业这个复杂系统的理解，并给出了描述的方法。需要指出的是这些建模方法主要是为CIMS研究开发的，需要有选择的用于数字化工厂系统的动态建模。国内对数字化工厂的研究起步较晚，因此，对数字化工厂的理论研究相对较少。目前，清华大学CIMS工程研究中心虚拟制造研究室、上海交通大学CIMS研究所和同济大学CIMS研究中心都开展了数字化工厂相关技术研究。在实际的应用上，上海大众采用数字化工厂相关软件进行了发动机生产线的设计并优化，一汽大众在其车身生产线设计中也采用了数字化工厂技术，他们都取得了一定的效果。虽然国内对数字化工厂的研究相对于国外起步较晚，但是，随着世界经济的快速发展，我们也越来越意识到，传统的制造方式已经不适合当今的潮流，数字化工厂的研究工也作越来越重要，而对数字化工厂的研究也将越来越深入。专心-专注-专业2、数字化工厂概述数字化工厂的提出是对传统制造业的革命，它是根据虚拟制造的原理，通过提供虚拟产品开发环境，利用计算机技术和网络技术，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、质量控制和检测等各个阶段的功能，达到缩短新产品的上市时间、降低成本优化设计、提高生产效率和产品的质量。数字化工厂是以虚拟制造系统的原理为基础，强调宏观、侧重生产，而且是在虚拟制造系统技术发展到一定程度的基础上，才发展起来新技术，其经济学本质是指通过对知识的有效管理来实现产品增值的一种生产活动。2.1、数字化工厂的概念目前对于虚拟制造系统的研究相对较多，分类较为明确和统一，然而，关于数字化工厂的研究目前相对较少。现在，研究领域和实际工厂运作情况均未给数字化工厂一个明确统一的概念。 VDIFML的“A5模型和仿真”委员会建立了“数字化工厂协会，是企业和VDI-ADB合作的组织，它对数字化工厂的方法和所用的工具做了介绍。该组织给出的数字化工厂的定义：数字化工厂是一个完整的模型，方法和工具，是基于相关的数字化模型(和产品模型相连接起来)为工厂计划和工厂运作提供尽可能的帮助和支持，包括各自的操作过程(比如，工作流程)。这个定义显示，一方面，这些交叉的特性考虑到了系统的静态和动态性；另一方面，同时考虑到了模型的工作流和运用它所建立的模型。但是，本定义的着眼点只是在于工厂内部的生产运作。广义的数字化工厂源于“大制造”的思想，如图2.1所示，它包含一切与制造有关的活动和过程。这里，主要包括供应方、核心制造企业、协作或合作方、销售方等四部分组成。有的参考文献详细描述了虚拟企业组织(Virtual Manufacturing Organization，VMO)组成方式的系统组织和实施原则。企业内部信息化数字化顾客市场预测销售商物流中心送货公司主页顾客反馈信息销售子系统财务子系统生产子系统采购子系统客户订单库存子系统研究开发人事其他合作银行企业等供应商物流中心看板状态送货图2.1 数字化工厂的信息流2.2、数字化工厂的思想及管理模式2.2.1、敏捷制造当今企业在市场上赖以竞争致胜的最根本的法宝，就是能否运用先进的生产技术和科学的管理，以最快的速度开发出满足买主要求的新产品，并以最短的时间将所开发的产品推向市场。敏捷制造(Agile Manufacturing)正是在这样的环境下提出的一种全新的生产模式。敏捷制造的目标是建立一种能对用户的要求(新产品或增值服务)做出快速反映并及时满足的生产方式。敏捷制造(Agile Manufacturing)是一种新型的组织制造模式。其基本思想是在先进的信息环境和加工条件下，通过动态联盟的组织形式，快速适应市场需求，使企业能够在日益激烈的竞争环境中，保持强大的竞争力，敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是基于信息技术的可靠性和可重用性，以快速满足客户的需求为原则强调人、技术、组织管理三者有机结合的管理系统。敏捷制作系统虚拟公司管理者与工人的创造力市 场速 度质 量成 本快速的响应柔 性可接插的 制造系统合 作 供 应 商公司数据库投资决策国 家 工 业网 络 化用 户图2.2.1敏捷制造系统2.2.2、分布式制造分布式制造是在以敏捷制造思想为指导的基于动态联盟环境下的产品开发制造模式。具有不同生产规模和能力的、处于不同地域的、使用不同应用工具平台的各联盟厂家通过互联网建立面向产品开发制造的暂时合作关系，以最快的速度提供高质量，低成本的市场需求产品。在整个过程中，不同联盟厂家过程技术人员以既有分工又有相互协作的方式借助于网络环境异地进行产品开发制造的全部活动。其中，面向产品对象的企业动态联盟由产品主开发企业和多家相互平行的伙伴联盟开发企业组成，主开发企业称为盟主，负责产品开发全过程及产品整个生命周期的任务分发、工作协调、进度控制等工作。每个联盟企业根据各自资源优势和协助分工负责完成生命周期中各自的任务，这些企业一般是各自独立的单位。盟 主（应用程序）核心功能结构盟员1（生产商）生产各种零件盟员2（中试地）加工试验盟员3（装配库）各种零件动态联盟图2.2.2 分布式制造生产的模式2.2.3、精益生产精益生产的精髓就是在生产的各个环节中不断的消除浪费，从而达到降低成本、提高效益和效率的目的，最大限度的满足客户特殊化、多样化的要求，使企业在激烈的竞争中立于不败之地。它追求的目标是：尽善尽美、精益求精，实现无库存、无废品、低成本，有时候被描述为在适当的时间(或第一时间，the first time)使适当的东西到达适当的地点，同时使浪费最小化和适应变化。精益生产的目标、手段与结果如图2.2.3所示。 精益生产 无故障生产新产品开发工厂管理供应链 强有力的领导 协同工作组 并行工程 通信 自动化（简化过程、物流） 完美的质量 最少的废品 不断改进、零缺陷生产 精干的协作厂 共同开发产品 共同负责成最少的废品不断改进、零缺陷生产 开发时间短 开发费用低 时间短、费用低 差错少，废品少 缺货少 库存少目 标手 段结 果图2.2.3 精益生产的目标、生产和结果精益生产强调以“人”为中心，通过对工人多种形式的培训，使员工尽可能掌握多门技能；使管理结构扁平化，简化一切过程，并把资源集中于需要的地方；在生产组织上，不是强调过细的分工，而是强调企业各部门相互密切合作的综合集成；同供应商建立良好的合作与伙伴的关系；实现制造过程和信息流的高度自动化，使得生产具有很大的柔性；重视产品开发、生产准备和生产之间的合作和集成；拥有综合的质量保证体系；坚持持续不断的改进、一步一步地优化。精益生产不仅是一种生产方式，更是一种适用于现代集成制造企业的组织管理模式。现概述和比较这些建模方法，为建立数字化工厂的模型结构和选择建模方法提供依。3、数字化字化工厂系统设计3.1、数字化工厂系统的运作模式数字化工厂是一个深化了数字化内涵的企业，与传统企业的区别表现在数字化工厂有六个数字化核心领域(即产品开发过程数字化、产品生产过程数字化、产品本身数字化、产品经营过程数字化、技术支持与服务过程数字化、信息和知识数字化。它们在数字化工厂的经营过程中发挥着重要的作用，彻底改变了传统企业按职能设立管理部门，按管理幅度划分管理层次的金字塔管理组织机构，取而代之以任务为导向、依照自然跨部门的作业流程，组建的各类团队，充分发挥自身拥有IT技术优势，依托互联网、内部网络整合内外部资源用最精简的人力在灵活的组织里，生产品质最优、价格最廉、创意最新的产品和提供最便利、快捷、体贴的服务让客户满意，从而超越竞争对手。(1)产品开发过程数字化。即产品模型、设计文件、产品数据和信息等全部数字化，不仅是核心企业参与产品的协作开发，而且让客户、供应商、协作厂家和分销商等其它成员都能随时通过InternetIntranetExtranet以数字化方式参与产品的协作开发。(2)产品生产过程数字化。数字化的产品模型、设计文件、产品数据和信息可以直接进入数字化产品生产过程；在生产过程中依靠数字化信息系统运作(如生产计划、车间作业计划、库存、成本控制等业务也是数字化和网络化的)，不仅在单个组织内部依靠数字化信息系统工作，整个组织如同一个高度协作的整体，通过InternetIntranetExtranet自如地获取需要的数字化信息。(3)产品本身数字化。数字化工厂制造的产品数字化功能强，用户可以方便、简单地使用。(4)产品经营过程数字化。数字化工厂建有完善的产品数字化营销网络，客户可以通过InternetIntranetExtranet访问产品的数字化信息，进行咨询、谈判和订货，并能够逐条定义所需产品的规格，参与产品开发，监督产品生产与销售，最后进行数字化结算。(5)技术支持与服务过程数字化。数字化工厂为客户提供数字化服务，使产品的使用、维护和维修可以随时随地与它进行数字化交互而获得支持和帮助。(6)信息和知识数字化。不仅产品从概念设计到消亡整个生命周期的所有信息数字化，其他信息也予以数字化，并通过InternetIntranetExtranet和数字化工厂的信息系统在全球范围把“知识岛”有效地组织起来。3.2、数字化工厂的层次结构一个现代化制造企业结构如图3.2所示，数字化工厂上连产品的设计系统和ERP系统，下连制造执行系统，形成以企业门户网站对外进行交流，信息从企业门户网站流入流出，一直到设备控制层的信息处理和流通通道。企业门户网站CRM办公自动化电子商务SCMCAD/CAE/CAMERP数字化工厂层制造执行层设备控制层图3.2数字化工厂的层次结构现在的制造业一般都能够采取先进的产品设计技术如CAD等技术，也能够在产品制造时采用先进的自动技术，而在这两者之间存在着脱节，这两个先进的技术没能够很好的衔接好，而数字化工厂最主要的任务就是解决产品设计和制造之间的“鸿沟”。以前的产品设计完成后，没有一个科学转化渠道，仅仅凭借工艺人员，制造工程师和管理人员的经验知识进行生产工艺安排、生产计划制定，然后直接投入制造系统进行制造，对出现的问题只有在生产过程中解决，这样就造成了大量的浪费和返工，导致制造成本的增高。而实施数字化工厂技术就能实现产品生命周期中的制造、装配、质量控制和检测等各个阶段的功能。它主要解决工厂、车间和生产线以及产品的设计到制造实现的转化过程，使设计到生产制造之间的不确定性降低，在数字空间中将生产制造过程压缩和提前使生产制造过程在数字空间中得以检验。从而提高系统的成功率和可靠性缩短从设计到生产的转化时间。3.3、数字化工厂系统构建3.3.1、数字化工厂系统的含义数字化工厂是一个集成化的计算机环境，用于对生产工程的各个环节，在不同的层次一小到操作步骤，大到生产单元、生产线乃至整个工厂一进行设计、仿真、分析和优化。它从并行工程的基本观点出发，在产品的设计阶段就同时考虑和解决生产工程的问题，包括工艺过程设计、工艺装备、机床设备、刀具、生产线或加工单元的布局、人体工程学、生产调度、物料管理等，实现了真正的CADCAPECAM一体化。数字化工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造原理，在虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、优化和重组的新的生产组织方式。数字化工厂系统就是实现这种生产方式的软硬件系统。3.3.2、现有的系统建模方法目前，国内外在企业系统建模方面也取得相当多的研究成果，比较著名的有GRAIGIM方法、CIM-OSA方法、IDEF方法、ARIS模型结构、PERA方法、TOVE方法和面向对象建模方法等，此外还有阶梯型结构(Stair-like CIM System Architecture，SLA)等建模方法。它们都从不同的角度和出发点提出了各自对企业这个复杂系统的理解，并给出了描述的方法。需要指出的是这些建模方法主要是为CIMS研究开发的，只能有选择地用于数字化工厂动态建模。现在介绍其中一种方法：IDEF方法是面向结构的分析方法，包括IDEFO，IDEF1x，IDEF2，IDEF3，IDEF4和IDEF5等。其中IDEFO功能模型和IDEF1x信息模型用于描述现有的和将来的信息管理需求；IDEF2系统动态模型和IDEF4面向对象的设计是支持系统设计需求的方法；IDEF3过程描述方法和IDEF5本体论方法用于捕捉现实世界信息以及人、事物等之间的关系。现在常用的是IDEFO、IDEF1x和IDEF3，而IDEF、IDEF4、IDEF5、IDEF8等尚未成熟。IDEFO方法用来描述系统或企业的功能和各功能之间的联系，并支持这些功能集成的数据，它采用自顶向下的结构方法来产生功能模型。IDEFO方法可以灵活、清晰地对系统活动及活动之间的信息流进行建模，已得到了广泛的应用。由于IDEFO模型易于理解，因而特别适于评估企业的组织活动，以及项目的可行性论证。按照IDEFO方法建立的数字化工厂的主要功能模块如图3.3.2所示：产品数据工厂布局生产线规划仿真优化操作数据几何结构数据工艺要求技术要求资源数据物料搬运设备物料搬运设备性能工艺布局信息生产线模型仿真结果搬运设备参数工艺参数、操作错误等生产线规划信息生产大纲图3.3.2数字化工厂系统基本结构功能模块图3.4、数字化工厂系统的模块及功能分析数字化工厂系统的结构复杂、功能丰富，数字化工厂系统主要包括工厂布局、生产线规划、仿真分析三大功能模块。3.4.1、工厂布局工厂布局：工厂布局主要是在工厂GIS系统(或是企业现有的建筑规划文档)基础上，按照生产大纲有关要求，建立厂房布局模型，对现有设备和物料搬运系统进行合理空间布局，以构建生产线系统的虚拟硬件平台。数字化工厂系统最大的特点就是在虚拟的环境中，对制造企业的新产品，进行可制造性以及制造成本的提前估计和预分析。工厂布局是制造企业规划的前期工作，涉及厂房、设备和工装夹具等主要资源的空间规划设计，是整个企业生产的前期工作，也是基础工作。数字化工厂系统中开展的后续的工艺规划、仿真分析等工作，都是在工厂布局的前提下完成的。3.4.2、生产线规划现代的生产线属于复杂的人工系统，可将其抽象为相互独立、相互联系的三个组成部分，即：目标部分，主要指生产完成的目标，包括一定的生产能力、物流通畅和生产环境等；物理部分，主要指制造、加工设备和存储单元等有形实体，即完成生产过程所需要的生产资源，如机床、夹具、缓冲站、搬运车和工人。等；控制部分，主要指生产线的调度、决策和控制等逻辑部分，包括各种控制方法、控制算法库等。对生产线的三个部分而言，制造工艺是其依据，同时也是实现目标的约束条件。在生产线的全生命周期过程中工艺约束并非一成不变，市场的变化导致目标的变化，此时必须重新进行工艺规划或对生产线进行重新设计。工艺规划的目标是能够加工出符合要求的产品，而生产线设计的目标是能够满足生产线目标的要求，因此生产线设计和规划必须以工艺规划为基础，工艺规划是生产线规划中的主要内容。工艺规划在考虑加工方法、加工质量的同时还应考虑生产调度、生产物流和产品交货等诸多因素。以往的研究多以计算机辅助工艺设计(Computer AidedProcess Planning CAPP)和生产计划调度(Production Planning and SchedulePPS)集成为基础展开，并取得了很多研究成果。数字化工厂中集成仿真平台中的工序规划过程可分为数据准备、能力匹配和仿真分析三个阶段。(1)、在数据准备阶段将工艺、调度和仿真需要的资源、工艺知识和订单数据分类提取。(2)、能力匹配阶段分为工序级规划和个工步级规划2个部分。工序级规划首先基于工艺知识设计粗工艺，粗工艺可只规划每个零件有几道工序，每道工序有何类设备完成，工时多少，初始仿真时直接与机床进行能力匹配产生生产调度计划，初始仿真后针对前序仿真产生的机床可用能力对粗工艺进行修改。修改原则为尽量多采用前序仿真中空闲率高、故障率低且物流顺畅的设备，在此基础上同前序仿真产生的机床可用能力相结合进行机床能力匹配。匹配完成产生的调度计划供后续仿真使用；工步级规划是在工序级规划后得到的验证后进行的详细工艺规划，包括每道工序分为几个工步，每个工步耗费工时的概率分布和每个工步的操作方法，通过仿真产生的设备和工人操作动画来验证工步设计，这里可同虚拟现实技术结合起来，通过虚拟漫游来使工艺师提前体验功能设计的效果，并设计出符合人机工程的工艺。(3)、生产线仿真分为工厂层、车间层、单元层和设备层4个层次，面向工艺规划的生产线仿真包含了单元层和设备层仿真。单元层仿真是在粗工艺规划基础上进行的仿真，它仿真的是生产单元内部的物流过程，通过仿真分析物流瓶颈并产生所有设备的状态集，将这些信息反馈到能力匹配阶段，辅助工序级规划并进行新一轮的能力匹配；设备层仿真是针对工步规划进行的，它主要是将每一个规划的工步以动画的形式展现，从而将工艺规划同生产线布置，人机工程结合起来，保证工艺规划的优良性。机床加工能力定单工艺知识数据准备能力匹配机床状态工作日程机床可用能力能力与操作匹配工步级规则工序级规则生产任务操作排序仿真分析机床空闲时段设备利用状况仿真参数设计物流参数设计调度计划单元层仿真工步操作动画设备层仿真如图3.4.2 基于集成仿真平台的工艺规划结构3.4.3、仿真优化仿真优化主要实现在已经构建的虚拟生产线平台上，在生产线规划的基础上，对生产线进行全局物流仿真、瓶颈分析、局部加工单元仿真和人机工程仿真分析，从而对已有的工艺规划方案进行验证、调整、更新和优化。同时，输出多种生产工艺报表、操作手册以及生产决策支持报表。仿真优化是整个数字化工厂系统的最终目标，主要实现在已经构建的虚拟生产线平台上，对生产过程进行仿真。目的在于分析现有生产过程的各种性能指标，发现存在的问题，对生产系统进行参数优化和结构调整，以达到优化生产过程、提高生产效率的目标。用户通过扩展的分析工具、统计数据和图表来评估不同的解决方案，并在生产计划的早期阶段，做出迅速而可靠的决策。3.5、数字化工厂系统的实现数字化工厂系统的实现是需要相应的软硬件环境和技术来支持，需要先进的制造技术和相应的计算机网络技术来实现。因此，数字化工厂的实现需要以下关键技术： (1)、数字化建模技术通常研究数字化工厂，需要建立工厂中的建筑模型、资源模型(设备、原料、生产人员和制造环境等)以及生产管理模型(系统的限制和约束关系)。工厂设计与产品三维设计之间有着很强的联系，首先工厂设计和产品设计都是虚拟设计，它们都沿用先进的CAD技术，将所设计的东西在计算机中完整的展示出来；其次，计算机作为关键的工具，是其显示和设计的主要平台；第三，建模和装配是二者共有的关键技术。数字化工厂是建立在模型基础上的优化仿真系统，工厂设备、建筑三维模型是整个数字化工厂技术实现的数据源头，所以数字化建模技术是数字化工厂的基础。(2)、工厂配置管理：工厂设计中，常常有非常大型的设备模型，在完整的工厂设计中，首先应该建立不影响设备分析的复杂而又详细的模型；其次，为了提高运算速度，工厂的配置管理尤为重要。工厂配置管理系统提供了按工艺布置来组织工厂结构的功能，通过建立相应的工艺布置图，企业的不同部门可以按其需要的形式来对工厂结构进行组织。而当工厂布局发生更改时，可以通过网络化的工厂设计视图来分析和控制更改对整个工厂的影响。(3)、优化仿真技术：随着虚拟设计技术的发展，在计算机中进行工厂建筑、设备等的三维造型、装配分析和CAE工程分析技术不断发展和完善。(4)、虚拟装配技术：目前，文本信息很难满足设计业的需求，随着三维造型技术发展，虚拟设计技术将得到普遍应用。(5)、并行工程技术：在设计过程中同时考虑设备设计、设备装配、设备能力、物流系统设计等各方面的问题，各部门协同合作，采用并行工程技术实现工厂同步全面设计。(6)、软件之间的重组和集成：数字化工厂软件模块之间以及和其他软件模块之间的信息交换和集成。(7)、应用工具：产生虚拟环境的工具集、各种数据转换工具、设备控制程序的生成器、各种报表的输出工具等。整个数字化工厂系统的实现，是需要这些关键的技术来支撑的，它们是实现数字化工厂系统的必要条件。4、实例应用研究4.1、公司介绍对一家某知名品牌牙刷公司进行调研，该公司曾经入围世界500强企业。由于发展的需要，公司要进行新厂房布置规划，该牙刷厂生产的种类相对较多，且批量生产，属于多品种大批量的生产。随着公司规模的不断扩大和制造水平的日益提高，单纯凭着经验的传统规划技术已经不能满足公司发展的需要了。因此，公司需要采用先进的规划技术，对新厂房进行合理的布置规划，为以后的发展打下良好的基础。4.2、由FACTORY-PLAN和FACTORY-OPT（数字化工厂的布局时采用的软件）根据实际条件设计出两种布置方案4.2.1、设施布置的基本原则考虑到公司的实际生产情况，比较适合的布置方式是按照产品原则布置和工艺原则布置，但是两种布置方式都有自身的优点和不足。工艺原则布置方式的优点是机器利用率高，设备和人员的柔性程度高，便于更改产品品种和数量；缺点是流程较长，搬运路线不确定，搬运费用高，生产周期长且库存量相对较大。按照产品原则布置方式时，布置符合工艺过程，物流顺畅，上下工序衔接，存放量少，生产周期短，物料搬运工作量少等。缺点是设备发生故障时将引起整个生产线的中断等。综合考虑公司的生产情况，现采取以产品原则布置为主，并同时兼顾到工艺布置原则。4.2.2、所需的数据通过对该公司的生产能力和各个车间的物流强度的实际调研，测出每个车间内的物流量，并综合考虑其他辅助部门之间的关系，建立具体的关系数据表如表1所示： 表1 公司有关作业单位面积统计表编号单位名称面积（m2）编号单位名称面积（m2）1原材料库15547半成品仓库18242拌料间9808辅助包装材料库3843注塑车间49749纸箱库18244刷板库225510包装车间18245牙毛库11011成品存放库15546植磨毛车间331412办公室服务楼2376根据实际的测量和计算，综合考虑作业单位之间的物流和非物流量关系，得出如下的关系表：表2作业单位综合相互关系表表3 综合接近程度排序表代号123456789101112123456789101112综合接近程度87778108851564排序698752431111012表4：各级关系统计表等级分值作业单位对总数百分比(%)作业单位对A8-1223.038-10、10-11E5-757.581-2、2-3、3-4、6-7、7-10I3-434.554-6、5-6、9-10O1-22030.30略U03350.00略X-134.553-12、6-12、10-124.2.3、FACTORYPLAN和FACTORY-OPT相结合提供的两种布置方案把以上的数据输入FACTORY-PLAN中，可以在软件内建立关系数据库，把各个实体之间的关系输入FACTORY-PLAN，该软件也可以自动生成综合关系相互表。根据数据库中的数据，FACTORY-PLAN可以自动生成布置方案。结合FACTORYOPT一块使用，FACTORYOPT可以对生成的布置方案进行优化。FACTORY-PLAN生成的布置方案，其物流强度可以在给出的方案中体现，结合FACTORY-OPT的优化并对所提供的参考图进行操控，改变各种变量可以生成多种组合，随着FACTORYOPT的调整，布置方案中的物流强度也在改变。考虑到物流强度的大小并结合公司的实际情况，本论文中只选用其中的物流强度相对较小的两种方案来详细进行分析。4.2.4、各个布置方案的规划图根据上面的两种选择方案，用AUTOCAD画出两种方案的具体规划简图如下图4.2.4 方案1的规划布置方案图4.2.4方案2的规划布置方案4.3、运用FAOTORY-FLOW进行分析4.3.1、公司的物料流程该公司的物料流动情况如下表所示：辅助材料纸箱牙毛原料刷板库lifttruck切毛间牙刷handcart包装handcartlifttruck成品库牙柄handcarthandcartlifttruckhandcartlifttruck图4.3.1 物料流程图4.3.2、在FACTORY-FLOW软件中建立相关数据库利用FACTORY-CAD软件，可以很好的解决数字化工厂中的（1）、建立产品实体特性数据库在建立实体特性数据库的过程中，需要明确的特征：产品有几个零部件组成；每个零部件需要的数量；每个零部件每天的产量各是多少，并且可以把不同的零部件用不同的颜色来表示。建立了各个实体零部件的相关数据，就为以后的规划分析提供了很大的方便。（2）、建立物料搬运设备数据库建立该数据库时，需要把公司的搬运设备及搬运设备的数量都要输入到数据库中，并且工序之间所选用的搬运设备及数量都要在数据库中建立档案。这就为以后模拟搬运情况、分析搬运设备费用做好了准备。（3）、建立各个零部件实体流程每个零部件从上一工序到下一工序的流程路线，也要在软件中建立相应的数据库，这都是为后来软件模拟物料流动所做的准备工作。工厂规划布置，利用该软件建立数据库，无论是进行新厂房的设计还是旧厂房的改造都很方便。即使在厂房的布局不变的情况下，工厂增加或者减少设备都可以利用该软件来进行快速的分析。只要在软件中建立了相应的数据库，工厂要扩大规模或者是开发新的生产线，都可以先用软件进行模拟规划和分析计算，这样就大大减少了人力计算的工作，减少了规划成本，并且可以更加直观的得到规划的结果和由变化所需要增加的成本等。FACTORY-CAD软件很好的解决了数字化工厂中工厂布局这一模块，弥补了传统数字化工厂中只是着眼于生产过程中产品的设计、生产过程的数字化，而忽略了数字化工厂中整个工厂布局的物流、搬运设备及相关的布置分析。现有的生产(服务)系统，或者因增加(减少)产品的需求，或者因工艺改进的需要，或者因降低成本的需要，经常需要进行布置。因此，除了要新建布置系统外，也有很多是对现有的生产系统进行改进，在这种情况下，FACTORY-CAD也能很好的对数字化工厂布置进行改。4.3.3、两种方案的分析过程首先对方案1进行分析：把方案l的布置图调入FACTORY-FLOW，并把物料搬运设备及物料流程的数据库调入，在此基础上对整个工厂的物流可以进行模拟分析，结果如下表5方案1的计算列表Distance（m）.21Cost(¥).54Moves.45Times(min).59搬运工具的利用率(Material Handling Utilization)如图表6：表6 方案1 的物料搬运设备分析表MH DeviceQuantityBusy Min/DayAvail Min/DayUtilization%Lift truck2300032,133,02433,120,00097.02%handcart22000299,43,93631,680,00094.52%同样的方法，对方案2分析的结果为：表7 方案2的计算结果Distance（m）.86Cost(¥).69Moves.45Times(min).54表8 方案2 的物料搬运设备的分析表MH DeviceQuantityBusy Min/DayAvail Min/DayUtilization%Lift truck2300032,149,58433,120,00097.07%handcart2200029,959,77631,680,00094.57%4.3.4、两种方案的分析比较两种方案的比较数据表如表9所示：表9 两种方案计算列表的比较方案搬运设备利用率（%）搬运距离移动次数物流成本（¥）1HandCart 94.52LiftTruck 97.02177,081.21101,946.45152,439,926.672HandCart 94.57LiftTruck 97.07196,139.86101,946.45152,550,797.68在整个物流分析中可以看出，两种布置方案都是比较合理的。但是，在整个模拟分析过程中，方案2的物流强度相对较大些(表示物流强度的线较粗)，方案1中的物流强度在软件中反映出来的相对较小些(表示物流强度的线相对较细)。而由FACTORY-FLOW分析计算的结果可以分析，如表9所示：(1)、两种方案的物料搬运设备的利用率相差不大；(2)、物料生产过程中所做的移动是相同的；(3)、两种布置方案中方案1的搬运距离为177，08121m，方案2中的搬运距离为196，13986m大于方案1中的搬运距离；(4)、对比物流成本，方案1的物流成本为152，439，92667Y，而方案2的物流成本为152，550，79768Y大于方案l的物流成本。由以上的几种比较，并且考虑到公司一般所追求的是降低成本，增加利润的原则，本人认为方案1较好，应作为最佳的选择方案。4.4、FACTORY-CAD软件规划结果分析由以上的具体的规划可以看出，利用FACTORY-CAD软件，可以很好的解决数字化工厂中的工厂规划布置，利用该软件建立数据库，无论是进行新厂房的设计还是旧厂房的改造都很方便。即使在厂房的布局不变的情况下，工厂增加或者减少设备都可以利用该软件来进行快速的分析。只要在软件中建立了相应的数据库，工厂要扩大规模或者是开发新的生产线，都可以先用软件进行模拟规划和分析计算，这样就大大减少了人力计算的工作，减少了规划成本，并且可以更加直观的得到规划的结果和由变化所需要增加的成本等。FACTORY-CAD软件很好的解决了数字化工厂中工厂布局这一模块，弥补了传统数字化工厂中只是着眼于生产过程中产品的设计、生产过程的数字化，而忽略了数字化工厂中整个工厂布局的物流、搬运设备及相关的布置分析。现有的生产(服务)系统，或者因增加(减少)产品的需求，或者因工艺改进的需要，或者因降低成本的需要，经常需要进行布置。因此，除了要新建布置系统外，也有很多是对现有的生产系统进行改进，在这种情况下，FACTORY-CAD也能很好的对数字化工厂布置进行改进，确定最佳的改进方案，从而为数字化工厂的正常运作提供更好的技术保障。4.5、实例