機械加工設備布局方法及其仿真技術研究

夏龍鋒

摘要：設備布局設計是機械加工中必須重視的關鍵問題，通過選擇科學的布局方法，可以對實際生產帶來積極影響，合理的設備布局對于確保車間物流暢通、方便設備操作及提高場地面積使用率等都起著至關重要的作用。因此，無論是建立新車間，還是改造原有車間，設備布局設計都是必需的。我國目前機械加工行業正面臨著一場新的機遇與挑戰，要求我國機械加工行業要抓住這一機遇，對原有的生產方式進行改進，提高生產效率，以滿足需求。

關鍵詞：機械加工；設備布局；仿真技術

前言：

伴隨當前我國經濟建設的蓬勃發展，機械加工行業迎來了新的發展機遇與挑戰。對設備布局進行合理的設計是機械加工工作能否得到有效進行的關鍵所在，進行科學合理的設備布局，能夠提高機械加工工作的效率，有效節約生產成本。而目前仿真技術的快速發展，給設備布局優化提供了新思路。本文將結合仿真技術探討設備布局方法。

1.機械加工設備布局概述

1.1 機械加工設備布局現狀

制造系統中設施布局的創立及發展脈絡貫穿于工業工程發展實踐中，是機械加工業之中不可忽略的重要環節，然而設備布局在國內仍然未得到完全的發展。從商業應用來看，至今尚沒有成熟的用于制造企業設施布局的商品化軟件，各高校和團體研究多集中于規則物體的布局問題，要實現任意形狀的布局問題，至今尚無成功的通用布局方法。

在我國目前大多數機械加工行業中，都沒有對生產設備進行科學合理的布局規劃，就算有部分企業對其生產線上的設備進行了布局設計，但由于其設計理念較為陳舊，仍在使用傳統的設計。

1.2 機械加工布局的概念

機械加工布局設計，即將多個相關的機械設備按照一定的生產規律，對其放置位置進行合理的規定，為生產活動等提供便利。更加具體一點說，就是將生產線的加工設備、處理設備、檢測設備、運輸設備與企業倉庫等各部門在空間位置上進行安排設計。布局設計看似容易，其實涵蓋了相當多的專業知識，涉及到如人機工程學、人工智能、信息處理與系統仿真與優化等多項專業技術。

設備布局設計就是要綜合考慮各種相關因素，對生產系統或服務系統進行分析、規劃、設計，使系統資源得到合理配置。布局設計總的目標是使人力、物力、財力和人流、物流、信息流得到最合理、最經濟、最有效的配置和安排，即要確保規劃的布局系統能以最小的投入獲取最大的效益。

1.3 設備布局的影響因素及設計方法

影響機械加工設備布局的因素有很多，結合相關研究經驗，在車間加工設備中就包括了零件設計、零件工藝流程、車間生產組織、生產物流等因素，這些主要因素都會影響到機械加工設備的布局。

繆瑟的法在設施規劃中是典型的系統設計思路，提供了一種以作業單位物流與非物流的相互關系分析為主線的規劃設計方法，采用一套表達力極強的圖例符號和簡明工作表格，通過一套條理清晰的設計程序進行工廠布置設計。這種方法被設備設計人員和生產管理人員廣泛采用。

2.機械加工布局設置仿真技術分析

2.1 機械加工布局設置仿真技術意義

計算機仿真技術在當前制造系統研究中發揮著重要作用，它同時也是對系統進行分析、實驗、評價的最佳手段。結合機械加工行業的實踐經驗來看，機械加工的生產類型及組織形式決定了機械加工設備的布局形式，因此在一定程度上來說，設備布局形式需和組織車間同步。

仿真技術被引用到機械制造的歷史久遠。20 世紀 60 年末虛擬技術出現，隨著科技進步，虛擬技術得以普及，許多專業人員發現其能夠對現代機械加工過程中設備布局設計提供幫助，于是虛擬技術開始被引入機械加工設備布局領域中來。在實際對機械加工生產設備進行布局的過程中，通過對生產線具體設備生產情況進行取樣，在虛擬系統中建立一個與機械加工生產線相似的仿真模型，通過在虛擬系統中對模型進行實驗，對實驗得出的結果進行分析，并進行二次檢測。

2.2 仿真技術實施的具體步驟

要根據機械加工生產線的具體情況，在系統中構建生產線內各設備的模型，按照初步得出的布局方案將各設備的模型設置在仿真系統中的相應位置上。在仿真系統中對各機械加工生產線的具體生產加工流程進行設置，確認各類生產對象在生產線中的具體生產流程，同時對每項設備間的具體運輸情況加以設置，制定好生產資料的運輸路線。編輯生產線內各對象的參數，具體來說要包括機械加工設備、運輸設備的外形大小、具體位置朝向等，必要的情況下還需要對生產對象到達生產加工設備的時間，設備的具體加工時間，設備是否容易產生故障與故障及處理時間等等。開始運行仿真模型，對仿真模型的運行次數、時間及速率做出具體的設置，如此重復多次進行實驗。得出仿真實驗結果，對結果加以分析，系統會自動將多次實驗的結果列為圖表進行比對，方便專業人員通過這些結果進行具體的設備布局設計。

2.3 系統仿真流程設計

用事件的觀點來分析真實系統，通過定義事件及每個事件發生時對系統狀態的變化，按時間順序確定并執行每個事件發生時有關的邏輯關系，這就是事件調度法的基本思想。

系統仿真流程設計主要分三大內容。事件仿真主流程設計：該系統仿真設計在對真實系統進行分析時，所采取的是事件觀點。所謂的事件觀點，是指定義事件及事件發生時系統變化，通過時間順序來執行事件發生的邏輯關系。零件到達事件流程分析：所謂的零件到達事件流程，強調的是零件由倉庫至系統，由上一工序至下一工序。零件離去事件流程分析：該流程強調的是零件加工完成后離開機床組，由此工序流程向下一個工序流程系統。

結語：

綜上所述，對機械加工設備進行布局是一項系統且復雜的工作，它需要對生產線相關各方面進行統籌，才能達到節省生產成本，提高生產效率的目的，因此要求機械加工行業加大對設備布局的重視。將仿真技術的優勢及最新成果應用于機械加工設備布局工作中，進而優化設備布局，提升機械加工生產的質量及效率。總之，制造系統設備布局設計的未來發展總方向就是根據現實情況構建更為完整的設備布局優化真正達到制造系統設備布局最優化的目的。

參考文獻：

[1]代麗華.機械加工設備布局方法研究[J].佳木斯職業學院學報，2015，01：196.

[2]郭樹伽.基于虛擬現實的機械加工設備布局與仿真技術研究[D].南昌大學，2010.