锯片制造车间的物流模式选择及设备布置的方法

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[摘要] 本文从实例入手,介绍了选择物流模式的基本思路。基于所选物流模式,结合实际参数,提出了利用数学方法和计算机来解决设备布置问题的办法。经过运算,达到了预期效果,验证了这种解决车间物流和设备布置问题的办法的正确性。

[关键词] 物流模式单向环形设备布置

我国的锯片行业发展速度较慢,锯片制造车间依然沿用人力拖车的物流模式,设备布置采用按班组排布,存在着物流不通畅、生产效率低、生产柔性差的问题。现代化生产迫切要求锯片制造车间选用更科学合理的生产物流模式和设备布置。基于这一点,本文以某锯片制造车间为例,对如何进行物流模式选择和确定设备布置位置展开研究。

一、提出问题

某锯片制造车间现有车床,铣床,磨床,钻床,碾压机,端跳仪等9台设备,分别编号为m1,m2,…,m9,车间生产最常规的9种锯片基体,编号p1,p2,…,p9。各种锯片基体的生产工艺如下表1所示,各台设备之间的物流量如下图1所示。现在要求选择一种合理的车间物流模式,并进行设备布置,以满足锯片制造的要求。

二、选择物流模式

车间内部物流模式,根据不同的物流路径型式,主要划分为单行设备布局的线型物流、多行设备布局的网状物流和环型设备布局的环状物流三种类型。

线型物流模式中,加工设备是按照零件的加工顺序依次摆放,工件始终沿着一个方向运动,工件传输的时间和费用较小。然而,当加工多种零件,各种零件具有不同的加工顺序时,线型物流的效率就会降低。

网状物流模式中,加工设备是按照多行进行布局,不仅同一行中的加工设备发生相互作用,而且不同行之间的加工设备也互相关联,物流关系呈现网状。网状物流的柔性比较大,但是结构比较复杂,车间生产环境差。

环型物流模式中,加工设备沿着半圆弧或椭圆排列,并且工件通常向同一个方向单向运动。环型物流路径具有结构简单、物流控制容易、物料处理柔性高等特点,因此在柔性制造系统中得到了广泛应用。

从前述可以看出,锯片制造属于多品种、小批量生产。考虑到多品种、小批量生产对制造过程的柔性化要求,工艺过程运行的流畅性要求,物料搬运费用的最小化要求,工人作业环境的安全舒适性要求,参照前述三种物流模型,综合考虑,在此车间选用单向环型的物流模式,加工设备采用环型布置。物料运输工具利用单向导轨小车。每种零件从装卸站进入系统,当被加工完成后,由有轨小车将其运送到下一个工序所需的设备的位置,若该设备处于空闲状态,则立即加工,否则存储在缓冲区,等待空闲状态。单向环型物流模型如下图2所示。

四、建立数学模型,求解设备布置位置

物流模式确定以后,接下来就是如何合理的确定设备的布置位置的问题。设备布置问题的核心是将车间的物流费用降到最低。而在环形物流模式中,单位距离的物流费用是一定的,所以,物流费用最低演变成了完成全部加工任务导轨小车在系统中的总行程最小。此处的数学模型为:已知9台设备和10个环型布置位置(假设装卸站固定在位置0),并已知这9台设备之间的物流关系;求解9台设备的最优排序,以使导轨小车在车间的运输行程最小。由于环型导轨的总长度又是定值,又因为生产规划周期内所加工零件的总数是一个常量,引起小车顺序移动的圈数为常量,所以,运输行程的最小化问题又简化为了使物料逆序移动的总圈数最小化的问题,目标函数为:

式中,为物料逆序移动的总次数,表示设备i的布置位置,wij为设备i到j之间的物流量。

结合第二部分给出的相关参数,对于上式采用基于父子竞争的多点交叉的改进型遗传算法进行求解,求出9台设备位置的最优排序为x=(832974156),即设备m1摆放在8号位置上,m2摆放在3号位置上,m3摆放在2号位置上,以此类推摆放。此时,在满足锯片生产的各项要求要求的情况下,物流费用达到最小。

五、结束语

锯片制造车间普遍沿用传统的经验法进行物流模式选择和设备布置,存在着物流不通畅、生产效率低、生产柔性差等问题,需要选用更科学合理的物流模式和设备布置。本文从实例入手,介绍了物流模式选择的基本方法,并且根据物流路径,结合生产实际,提出了利用数学方法和计算机来解决设备布置问题的办法,经过运算,达到了预期的效果。这种解决车间物流和设备布置问题的方法对处理实际的问题具有重要的意义。

参考文献:

[1]龚全胜李世其:基于遗传算法的制造系统设备布局设计[J].计算机工程与应用,2006,(26):202-205

[2]许立李经明王秀伦:基于遗传算法的车间设备布局优化设计[J].组合机床与自动化加工技术,2004,(12):45-46+48