（北控（洛陽）水務(wù)發(fā)展有限公司，河南 洛陽 471000）

機械加工設(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）

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

設(shè)備布局；機械加工；仿真技術(shù)

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

1 機械加工行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

無論是社會基礎(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，都需要機械的支持，因此對機械加工行業(yè)的需求越來越緊迫，既要求其產(chǎn)量提高，同時還要求其提高機械質(zhì)量，這對我國機械加工行業(yè)來說，既是一大嚴峻的挑戰(zhàn)，又是一大發(fā)展機遇。在此前提下，機械加工業(yè)既要尋求合理的降低生產(chǎn)成本的方法，同時又要尋找使生產(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)機械加工行業(yè)中，都沒有對生產(chǎn)設(shè)備進行科學合理的布局規(guī)劃，就算有部分企業(yè)對其生產(chǎn)線上的設(shè)備進行了布局設(shè)計，但由于其設(shè)計理念較為陳舊，仍在使用傳統(tǒng)的設(shè)計，所以即使做了設(shè)備布局，卻仍然難以滿足當前社會各界對機械加工生產(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)較為復雜時調(diào)度方面出現(xiàn)障礙，影響物流效率，甚至影響按時交貨，降低企業(yè)信譽等問題。

這就要求在社會發(fā)展的新時期，機械加工行業(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，對原有生產(chǎn)線的設(shè)備進行科學合理的設(shè)計與規(guī)劃，為提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)質(zhì)量，做到按時交貨起到推進作用。

2 機械加工布局設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 機械加工布局設(shè)計的概念

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

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

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

2.2 布局設(shè)計類型分析

機械加工生產(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）機械加工設(shè)備的產(chǎn)品導向布置。對于要進行大批量生產(chǎn)的機械加工生產(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)對象專業(yè)化為原則來對機械加工生產(chǎn)線進行布置，使機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)對象為主進行聚集，按照其在機械加工過程中的先后順序進行布局。這樣可以使這種連續(xù)流水作業(yè)之間工序間隔縮小，減少了時間和空間的浪費，從而達到節(jié)省運輸時間與成本，提高工作效率的目的。

還有另一點就是，這種生產(chǎn)過程由于其操作方式相對簡單，生產(chǎn)計劃也并不復雜，便于組織管理，同時因為這種生產(chǎn)活動的專業(yè)化程度較低，對工人專業(yè)技術(shù)水平的要求也比較低。

但是與此同時由于這種布局方式對生產(chǎn)線要求高度同步，一旦出現(xiàn)需要對機械型號進行改變的情況，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機械的種類型號變化適應(yīng)能力較低。而且同樣因為整條生產(chǎn)線高度同步，效率較低的生產(chǎn)設(shè)備會影響整體生產(chǎn)線加工效率。

（2）機械加工設(shè)備的工藝導向布置。對于生產(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生產(chǎn)設(shè)備進行布局，將機械加工的過程大致分為粗加工、半精加工、熱處理、精加工幾個步驟，在布局時將從屬于統(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)的對象不同，只要有相同的生產(chǎn)步驟就可以在同一小組被進行生產(chǎn)加工。這種布局的優(yōu)勢在于其對機械生產(chǎn)類型變動的適應(yīng)力較強，而且一旦小組設(shè)備出現(xiàn)故障，有很多可以代替其進行加工任務(wù)的其他小組，保證了生產(chǎn)線的穩(wěn)定性。

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

（3）機械加工設(shè)備的混合布置。當今社會大部分機械生產(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，針對以上兩種布局方式的弊端，混合型布局方式應(yīng)運而生。

這種形式以產(chǎn)品布置型的生產(chǎn)線運輸布局方式為主，融入了工藝導向布置型的小組概念，在保持生產(chǎn)線的同時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，同時也一定程度上減少了運輸混亂的問題，大大降低了運輸時間和費用，提高了生產(chǎn)效率與經(jīng)濟效益。

3 機械加工設(shè)備布局仿真技術(shù)分析

20世紀60年末虛擬技術(shù)出現(xiàn)，隨著科技進步，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)代機械加工過程中設(shè)備布局設(shè)計提供幫助，于是虛擬技術(shù)開始被引入機械加工設(shè)備布局領(lǐng)域中來。在實際對機械加工生產(chǎn)設(shè)備進行布局的過程中，通過對生產(chǎn)線具體設(shè)備生產(chǎn)情況進行取樣，在虛擬系統(tǒng)中建立一個與機械加工生產(chǎn)線相似的仿真模型，通過在虛擬系統(tǒng)中對模型進行實驗，對實驗得出的結(jié)果進行分析，并進行二次檢測。通過這一過程來選擇相對合理的機械加工設(shè)備布局方式。其實施的具體步驟如下。

首先，要根據(jù)機械加工生產(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)中對各機械加工生產(chǎn)線的具體生產(chǎn)加工流程進行設(shè)置，確認各類生產(chǎn)對象在生產(chǎn)線中的具體生產(chǎn)流程，同時對每項設(shè)備間的具體運輸情況加以設(shè)置，制定好生產(chǎn)資料的運輸路線。

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

接下來，開始運行仿真模型，對仿真模型的運行次數(shù)、時間及速率做出具體的設(shè)置，如此重復多次進行實驗。

最后，得出仿真實驗結(jié)果，對結(jié)果加以分析，系統(tǒng)會自動將多次實驗的結(jié)果列為圖表進行比對，方便專業(yè)人員通過這些結(jié)果進行具體的設(shè)備布局設(shè)計。

4 結(jié)語

機械加工設(shè)備布局是一項極其復雜的工作，它需要對生產(chǎn)線相關(guān)各方面進行統(tǒng)籌，才能達到節(jié)省生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率的目的，因此要求機械加工行業(yè)加大對設(shè)備布局的重視，對影響設(shè)備布局的各項因素都要做好把握，通過對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)備布局計劃時，要充分利用仿真技術(shù)，提高機械加工的效率。

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