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基于SLP与空间调度方法的中设公司车间平面布置问题研究.rar

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    基于 SLP 空间 调度 方法 公司 车间 平面布置 问题 研究
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    江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)中文摘要I基于 SLP 与空间调度方法的中设公司车间平面布置问题研究摘 要本文针对镇江中船设备有限公司新厂区装配试验车间在平面布置方面存在的物流搬运路线长、搬运量大等问题,运用SLP法对其进行分析探究,并得到了可行的优化方案。该方案的实施一定程度上优化了车间的平面布置,实现了生产物流的合理化。空间调度问题是兼顾空间和时间因素,调度和布置相结合的问题。本文在运用SLP法对该公司装配试验车间平面布置进行优化的基础上,结合空间调度方法对曲轴分装区的平面布置进行分析研究,通过建立0-1规划模型,利用lingo软件实现求解。该方法一定程度上实现了曲轴部件的交货期延迟最小,曲轴工作地的空间利用率最大。关键词:SLP;空间调度方法;平面布置; 0-1规划模型;lingo软件江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)英文摘要IIStudy on plane layout of Zhenjiang Ship Equipment Limited Company based on SLP and spatial scheduling approach AbstractThe methods of SLP has been applied in the plane layout of assembly and testing workshop of Zhenjiang Ship Equipment Limited Company, and an improvement and feasible solution is proposed. The practice of the improvement solution shows that plane layout is optimized to some extent and the production logistics is rationalized, which has practical significance. spatial scheduling problem considers the spatial layout and the time scheduling simultaneously. Base on the optimization of the plane layout of assembly and testing workshop by SLP, combining spatial scheduling approach to optimize the plane layout of split charging of crankshaft in assembly and testing workshop by setting up a 0-1 program model and using lingo software, which made the due date delay minimum and the space utilization maximum to some extent.Key words:SLP ;spatial scheduling approach;plane layout;0-1 program model; lingo software江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)目录目 录0 引言 ......................................................................................................................................10.1 问题提出及其背景意义 ............................................................................................10.2 国内外研究动态 ........................................................................................................10.3 本课题主要研究内容及框架 ....................................................................................30.3.1 主要研究内容 ..................................................................................................30.3.2 论文框架 ..........................................................................................................31 相关研究理论基础 ..............................................................................................................41.1 平面布置的方法 ........................................................................................................41.2 SLP 法 .........................................................................................................................51.2.1 系统布置设计的基本要素 ..............................................................................51.2.2 SLP 阶段结构 ...................................................................................................61.2.3 系统布置设计的模式(程序) ......................................................................61.3 空间调度方法 ............................................................................................................81.3.1 0-1 规划模型 ....................................................................................................81.3.2 lingo 软件 .........................................................................................................92 公司现状及存在问题分析 ..................................................................................................92.1 公司及装配试验车间现状 ........................................................................................92.2 存在问题分析 ..........................................................................................................103 SLP 的应用 ........................................................................................................................113.1 产品一产量分析 ......................................................................................................113.2 船用柴油机的装配工艺特点及其装配流程图 ......................................................123.3 装配试验车间作业单位划分 ..................................................................................133.4 物流分析与物流相关表 ..........................................................................................143.4.1 物流分析 ........................................................................................................143.4.2 物流强度等级 ................................................................................................163.4.3 物流相关表 ....................................................................................................173.5 作业单位相互关系分析 ..........................................................................................183.6 作业单位综合相互关系分析 ..................................................................................213.7 作业单位位置相关图 ..............................................................................................253.8 作业单位面积相关图 ..............................................................................................28江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)目录3.9 方案评价与择优 ......................................................................................................293.9.1 定量分析 ........................................................................................................293.9.2 定性分析 ........................................................................................................303.10 车间布局改善后的利弊分析 ................................................................................324 空间调度方法的应用 ........................................................................................................324.1 模型描述 ..................................................................................................................324.2 假设条件 ..................................................................................................................324.3 建立模型 ..................................................................................................................334.4 数据验证 ..................................................................................................................334.5 编写 Lingo 程序 ......................................................................................................344.6 程序运行及结果分析 ..............................................................................................35结 论 ..................................................................................................................................37致 谢 ..................................................................................................................................38参考文献 ................................................................................................................................38附录一 ....................................................................................................................................40附录二 ....................................................................................................................................40江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)1基于 SLP 与空间调度方法的中设公司车间平面布置问题研究0 引言本文的引言部分包括三方面内容:首先是问题提出及其研究背景意义;其次从平面布置、空间调度以及两者之间的关系三方面简述了国内外研究动态;最后简单介绍了本文的主要研究内容及框架。0.1 问题提出及其背景意义有统计资料显示 [1],物料搬运费用占产品制造费用的20%~50%,物流活动所花费的时间占整个制造时间的90%以上,而物流活动的工作量直接与车间设施布置情况有关,有效的设施布置大约能减少搬运费用的10%~30%左右。车间平面布置直接影响整个工厂的生产能力、生产效率、生产成本、生产安全以及工厂投产后的市场竞争力,因此合理的平面布置被认为是影响生产效率的决定因素之一。镇江中船设备有限公司位于中国历史文化名城—— 江苏省镇江市,该公司是国家级高新技术企业,拥有省级企业技术中心。公司建设的大功率柴油机项目新基地,已于2010年投入生产,可形成年产大缸径中速柴油机和小缸径低速柴油机100台(约77万马力) 的生产能力。虽然是新基地,但其在车间平面布置方面还存在着一些可优化及改进的地方。同时,由于该公司生产的产品——船用柴油机属于OKP(one-of-a-kind production)产品,是典型的 Make-to-Order生产方式,产品的生产组织主要是根据订单情况来进行,生产周期长,生产过程中的约束和扰动因素多,再加上产品自身大而重的特点,需要占用面积较大的工作地,而工作地的面积是有限的,因此各设备平面布置的优化以及各产品生产计划的合理制定对于该公司的发展具有重要意义。因此基于上述原因,本文将对镇江中船设备有限公司装配试验车间的平面布置现状进行分析研究,针对其存在的问题,运用SLP及空间调度方法,获得可行的优化方案,以期达到较大限度地实现该车间的物料流动顺畅、减少搬运费用、缩短生产周期、降低生产成本的目的。0.2 国内外研究动态车间平面布置作为设施规划的一部分,在设施规划的研究中起着举足轻重的作用。江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)2关于平面布置方面的理论研究有很多。如:王昕岩、蔡临宁、姚健 [2]等认为车间平面布置是使车间内的人、设备和物料在空间上实现最合理的组合,使其总体物流费用最低,并将平面布置的方法按照优化程度分为最优化算法和启发式算法;Zhou Kang-qu等 [3]将SLP 法应用到某摩托车企业厂房布置设计中;杨建华、彭丽静、杨永清等 [4]提出了基于SLP和SHA 相结合的企业物流系统平面的再布置设计;周鑫 [5]基于SLP对车间设施布置进行改善设计,并利用Flexsim软件对其进行模拟仿真;刘联辉、彭邝(kuang)湘等 [6]144-160认为平面布置方案的评价与选择方法一般有物流—距离分析法、优缺点比较法、加权因素法和成本费用对比法等;马光锋、奚文等 [7]对设施规划在我国的应用及未来展望进行了详细的分析;刘正刚,姚冠等 [8]对新设施布置设计未来发展的总趋势提出了自己的观点。空间调度问题 [9]是一类将空间资源作为关键资源的生产调度问题, 其目的是在满足调度约束的条件下, 获得最优的动态空间布局。针对空间调度问题, Park[10]等研究了满足时间窗约束和一维空间约束的分段调度算法;Ra j[11]等建立了混合整数规划模型来解决规模较小的空间调度问题, 并获得最优解;Lee等 [12]研究了一种在矩形工作平台内布置多边形分段的空间调度算法, 并相应地开发了船舶空间调度专家系统;Min和 Li等 [13-14]利用遗传算法求解船体装配空间布局优化的动态调度问题;Ranjan等[15]应用遗传算法和最左最下原则实现船舶分段空间调度;郭美娜和李波 [16]沿用了Park等的分解策略,提出了基于树搜索的一种动态空间调度方法;郑俊丽等 [17]考虑船舶建造过程中的时间和空间两大资源要素, 以时空利用率为目标, 应用形状相似和工艺相似策略, 提出了一种缩短最大完工时间的船舶空间调度算法;陈洁等 [18]运用运筹学方法结合场地平均时空利用率指标构建综合加工优先顺序、交货期等因素的非线性规划模型;陶宁蓉、蒋祖华、刘建峰等 [19]将空间调度问题看作一类具有时间窗约束的三维装箱( 第三维为时间 ) 问题, 采用改进的基于极点的定位规则和禁忌搜索算法, 以最小化最大完工时间和最大化被安排分段的个数为优化目标。 平面布置问题解决的是在一个二维平面中的一个固定时间点进行物体的摆放,当我们加入时间维度时,布局问题的复杂度进一步加大,静态的布局问题则发展成为一段连续时间内动态的布局问题,也就是在一定时间内采用一定的调度规则从集合中选取待布局物体,在满足一定约束的前提下将其安排进布局空间中,使得布局空间的空间利用率及已布局物体的价值尽可能大,这就是动态空间调度(Dynamic Spatial 江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)3Scheduling)问题 [20]。因此在特定条件下,空间调度问题可以定义为同时考虑时间和空间因素的平面或空间布置问题。关于车间平面布置的研究虽然有很多,但主要是轻工业产品的平面布置,而针对生产重型机械的车间平面再布置方面的研究却很少,重型机械的生产具有自身的特点[21],如设备加工时间长,物料搬运比较困难,生产线平衡比较复杂等情况。怎样把SLP与空间调度方法应用于重型机械产品车间的平面布置研究中,具有非常重要的理论及实践意义。因此,借鉴轻工业产品车间平面布置中己取得的成果,并结合重型机械加工的特殊性,本文将基于SLP与空间调度方法对镇江中船设备有限公司装配试验车间平面布置方面存在的问题进行研究,以期获得可行的优化方案。0.3 本课题主要研究内容及框架0.3.1 主要研究内容本文在对车间平面布置相关理论研究的基础上,对镇江中船设备有限公司装配试验车间在平面布置方面存在的问题,基于SLP与空间调度方法,进行分析研究,并得到了较为满意的改进方案。具体内容如下: ⑴根据研究需要,本文从平面布置的方法、SLP及空间调度方法等三部分进行了相关的理论研究及总结,为下文SLP及空间调度方法在装配试验车间平面布置中的应用奠定了理论基础。⑵针对镇江中船设备有限公司装配试验车间的现状,通过实地调研及相关资料的搜集,对其在平面布置方面存在的问题进行了分析。⑶对船用柴油机的装配工艺特点及装配流程图进行了说明。⑷在详细阐述了平面布置与空间调度相互关系的基础上,首先针对公司整个装配试验车间在平面布置方面存在的问题,运用SLP法,提出了较为可行的优化方案;其次运用空间调度方法,通过建立0-1规划模型,运用lingo软件对该公司装配试验车间在曲轴分装区的平面布置进行了求解优化。0.3.2 论文框架通过上述分析,可以得到本文的框架图,如图 0.1 所示: 江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)4引言相关研究理论基础具体解决方案结论展望平面布置 空间调度S L PF - D0 - 1 规划L i n g o 软件公司调研资料搜集S L P 空间调度公司现状及存在问题分析图0.1 论文框架图1 相关研究理论基础该部分是本文研究的基础,主要从平面布置的方法、SLP和空间调度方法三个部分进行了相关的阐述与总结,为下文SLP及空间调度方法在装配试验车间平面布置中的应用奠定了理论基石。1.1 平面布置的方法 平面布置的方法 [22]85-86和技术一直是工业工程领域不断探索的问题,具体方法有:⑴摆样法:这是最早的布局方法。主要利用二维平面比例模拟方法,将按一定比例制成的样片放在同一比例的平面图上,然后通过相关分析,合理调整样片位置即可得到优化布置方案,但该方法仅适用于比较简单的平面布置。⑵数学模型法:主要是运用系统工程及运筹学中的模型优化方法来研究布局方案,从而提高系统布置的效率和精确性。但该方法也具有一定的局限性,如:当问题过于复杂时,数学模型法很难得出令人满意的结果;同时该方法并不能得到布局设计最终希望得到布局图。⑶图解法:该方法是将摆样法与数学模型法相结合,主要包括简化布置规划法、螺线规划法及运输行程图等。江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)5⑷系统布置设计法:该方法由R·Muther [23]于1961年提出,是一种条理性很强,物流分析与作业单位相互关系密切程度分析相结合,求得合理布置的技术。本文采用的是当前平面布局设计的主流方法,即SLP法。1.2 SLP 法 自1961年R·Muther 提出 SLP以来,设计人员不但把它应用于各种机械制造厂的布局设计中,而且不断发展应用到一些新的领域,如连锁餐厅布局、公司办公室布局、物流配送中心布局等服务领域。1.2.1 系统布置设计的基本要素在SLP方法中,R·Muther将影响研究工厂布置问题的依据和切入点归纳为五个基本要素,即:① P(Product),产品、材料或服务; ②Q(Quantity),数量或产量;③R(Route),生产路线或工艺过程顺序;④S(supporting Service)辅助服务部门;⑤T(Time)时间或时间安排。这五项基本要素是设施的其他特征或条件的基础,是设施布置必不可少的基础资料,一切布置问题都以此为依据 [24]76。如图1.1所示:PQ TSR产品 - 材料生产什么 ?数量 - 产量每项产品要制造多少 ?生产路线 - 工艺过程怎样进行生产 ?辅助服务部门用什么来支持生产 ?时间 - 时间安排产品何时生产 ?为 什 么图1.1 解决系统布置问题的钥匙 “P、 Q、R 、S、T”由产品产量分析,可确定企业的生产类型,进而确定工厂或车间的布置形式;由工艺过程分析,可确定所生产的产品的工艺流程、物流路线、工序顺序等;通过辅助服务部门分析,可以较为全面的了解企业的组成;由时间安排分析,可确定企业何时、用多长时间能生产出产品。具体如下 [25]:⑴P指系统所生产的商品、原材料、加工的零件、成品或提供的服务事项,这些资料由生产纲领和产品设计提供,可用种类、型号、项目、零件号、产品特征、材料类别等来表示。产品这一要素影响着生产系统的组成及其各作业单位间相互关系、物料搬运的方式、设备的类型等。⑵Q指所生产、供应或使用的商品量或服务的工作量,其资料由生产纲领和产品设计所提供,可用重量、件数、销售的价值或体积表示。数量这一要素影响设施规模、江苏科技大学经济管理学院毕业论文(设计)6运输量、建筑物面积大小、设备数量等因素。⑶R指工艺过程、设备、工序及其先后顺序,可用工艺过程图、工艺路线卡、设备表等表示。它影响各作业单位之间的关系、仓库及堆放地的位置、物料搬运路线等。⑷S指支持生产运行的工厂各辅助部门,包括工具、更衣室、食堂、维修、动力室、收货区、办公室厕所、发运区、铁路专用线等。这些部门是生产的支持系统,在某种意义上加强了生产能力。⑸T指在什么时候、用多长时间生产出产品,包括更换批量的次数、各工序的操作时间。在工艺过程设计中,根据时间因素可以确定生产所需各类设备的数量、占地面积大小和操作人员数量,从而来平衡各工序的生产能力。1.2.2 SLP 阶段结构系统布置设计采取四个阶段进行,称为“布置设计四阶段” [24]77,如图1.2所示:Ⅱ 总体规划Ⅲ 详细规划Ⅳ 规划实施Ⅴ 规划后0 预规划Ⅰ 确定方针规划时间图1.2 系统布置设计阶段结构阶段0——预规划:主要确定目标,进行设施要求预测、估算生产能力及需求量;阶段I— —确定位置:不论是工厂的总体布置,还是车间布置,都必须先确定所要布置的相应位置;阶段II——总体区划:在布置区域内确定一个总体布局,并画出一个初步区划图;阶段III——详细布置:将厂区或车间的各个作业单位进行详细布置,确定其总体位置;
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