上海交通大学硕士学位论文基于单元制生产方式设备布局问题的研究姓名：王定益申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程指导教师：王丽亚20050201上海交通大学硕士学位论文基于单元制生产方式设备布局问题的研究 基于单元制生产方式设备布局问题的研究 摘 要 精益生产思想是继计算机集成制造系统CIMS)和柔性制造系统FMS)之后的又一项先进的制造理论体系单元制生产方式是适合于目前多品种 少批量市场需求环境下产生的先进生产制造方式 基于单元制生产方式的设备布局是实现精益生产的重要硬件支撑 本文首先对制造业的发展状况和精益生产的思想进行了总结 其次在设备布局方面对前人的成果进行了总结 并对现代设备布局中应用的各种模型和解决算法进行了说明和比较 考虑到布局问题是组合优化问题具有NP-难的特性传统方法较难以解决选定遗传算法作为自己解决问题的方法和研究对象 本文对单元式生产方式下的设备布局进行了研究 基于成组技术的原理 单元式制造系统提取工艺信息和制造资源信息以获得形成制造单元的两个基本组成部分设备组和零件族形成制造单元并在此基础上进行进一步的设备布局 本文把该种形式的设备布局分成两个阶段 第一阶段是制造单元的设计 第二阶段是对划定的制造单元进行布局并形成最终的设备布局在制造单元的设计阶段本文在每个零部件加工计划已知并且不变的前提下 利用了单元间物流量最小作为优化目标 来设计制造单元 然后把各个单元间的物流费用最小作为优化目标 对各个制造单元进行布局 并最后形成单元式生产上海交通大学硕士学位论文基于单元制生产方式设备布局问题的研究 方式的设备布局 最后 从作者实际参加的戚墅堰机车车辆工艺研究所的某制造车间的设备布局项目作为实例 用本文的设计方法应用于该项目中产生布局结果和实际项目中的设计结果进行了比较和归纳说明了该设计方法的可行性 最后本文进一步提出了该设计方法存在的不足解决建议和未来研究的展望 本文的程序都是在MICROSOFT公司的.NET平台上完成的 关键词制造单元设备布局遗传算法精益生产 上海交通大学硕士学位论文基于单元制生产方式设备布局问题的研究 THE FACILITY LAYOUT STUDY BASED ON CELLAR MANUFACTURING ABASTRACT As an advanced manufacturing technology, lean thinking has succeed many merits of both CIMS(Computer Integrated Manufacturing System) and FMS(Flexible Manufacturing System).Cellar Manufacturing(CM) is one of the best ways to suitable to the market demand of high variety and low batch. The facility layout based on cellar manufacturing is one of the most important hardware support to the Lean Manufacturing(LM). First of all, The thesis summarize the development of manufacturing industry and Lean Manufacturing(LM).According to the analysis and summary of recent research work on facility layout, facility layout models and planning methods, the thesis select Genetic Algorithms(GA) as its ways to solve facility layout problem due to its non-linear and NP-complete characteristic which cant be solved well by conventional methods. The thesis study the facility layout based on cellar manufacturing. Based on the philosophy of GT(Group Technology),CMS (Cellar Manufacturing System) technology information and shops resource 上海交通大学硕士学位论文基于单元制生产方式设备布局问题的研究 information so as to obtain two principle components:machine groups and part families by which manufacturing cells can be created, and furthermore,The facility layout based on cellar manufacturing can be solved. This is kind of facility layout is divide as two phase: the first phase is designing different manufacturing cells, the second phase is regarding the facility layout based on different manufacturing cells created in the first phase. This thesis provides a optimal mathematic model in terms of minimize the volume of material transporting between different cells and introduce a cell number-based representation of GA to design manufacturing cells. then, this thesis create a optimal mathematic model based on minimize the transporting cost of different manufacturing cells, forming the facility layout. And finally, the application of a practical problem which the author has involved shows the efficiency of this approach according to the contrast and summary of the different result between in the actual project and by the methods this thesis present. In the last section, this thesis analyse the deficiency of this kind of ways and present suggestions for the future research. All programs for the thesis were compiled based on Microsofts .net platform. KEY WORDS manufacturing cell, facility layout, genetic algorithm, lean Manufacturing 上海交通大学硕士学位论文基于单元制生产方式设备布局问题的研究 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名王定益 日期 2005 年 2 月 18 日 上海交通大学硕士学位论文基于单元制生产方式设备布局问题的研究 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名王定益 指导教师签名王丽亚 日期 2005 年 2 月 18 日 日期 2005 年 2 月 18 日 上海交通大学硕士学位论文基于单元制生产方式设备布局问题的研究 - 3 - 第一章 概 述 1.1 机械制造业发展状况分析 1 . 1 . 1 现代制造业的发展概况 制造业是整个国民经济的支柱产业随着科学技术信息技术的迅猛发展国内外市场竞争的不断加剧市场需求个性化与多样化未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化柔性化网络化虚拟化智能化清洁化集成化全球化的方向发展 制造业在经历了少品种小批量少品种大批量多品种小批量生产模式的过渡后7 0 年代8 0 年代开始采用计算机集成制造系统C I M S 进行制造的柔性生产的模式并逐步向智能制造技术I M T 和智能制造系统I M S 的方向发展精益生产L P敏捷制造A M 等先进制造模式相继出现 1 1 . 1 . 2 现代制造业发展的特点 科学技术的迅速发展以及各种生产思想理念的产生和发展 使现代的制造业有其明显特点主要体现在 2 1时间开发周期显著缩短这是现代社会对产品更新速度的要求也是体现企业竞争力关键所在这种能力体现在几个方面 时间竞争能力生产周期短及时交货产品上市快 质量竞争能力质量高用户满意 价格竞争能力降低生产成本生产适销对路的产品 创新竞争能力产品有特色具创新性 2生产柔性的要求大大提高这样可以快速的响应外界环境 对产品要求的变化 3产品生命周期内的质量保证 4生产过程更加简洁生产工序更加简单从而降低成本提高劳动生产率缩短上市时间 5人员素质全面提高 6生产智能化程度更加提高 7更加注重生产环境的改善和对环境的保护 上海交通大学硕士学位论文基于单元制生产方式设备布局问题的研究 - 4 - 在现代制造业发展过程中各种科学制造技术与现代高新技术不断融合交叉各种生产理念和方法层出不穷其中精益生产的思想和理念为社会所普遍接受和利用下一节就重点对精益生产的内容做详细的介绍并强调单元制生产方式和设备布局在精益生产中的地位和作用 1 . 1 . 3 精益生产的思想 精益生产的基本思想精益生产Lean manufacturing是由美国麻省理工 学院的研究人员在总结日本汽车行业的生产经营经验的基础上总结出来的 是通过系统结构人员组织运行方式和市场供求方面的变革使生产系统能很快适应用户需求的不断变化并使生产过程中一切无用多余的东西被精简最终达到包括市场供销在内的生产各个方面的最好结果 50 年代日本丰田汽车公司创造了丰田生产方式 经过美国 M