机械加工设备布局方法及其仿真技术的探讨

（北控（洛阳）水务发展有限公司，河南 洛阳 471000）

机械加工设备布局方法及其仿真技术的探讨

吕敬伦，孙建明

（北控（洛阳）水务发展有限公司，河南 洛阳 471000）

我国目前机械加工行业正面临着一场新的机遇与挑战，要求我国机械加工行业要抓住这一机遇，对原有的生产方式进行改进，提高生产效率，以满足需求。而目前在机械加工行业仍然存在一些问题，本文将就当今机械加工行业内存在的问题对机械加工设备布局方法及其仿真技术进行简要探讨。

设备布局；机械加工；仿真技术

对设备布局进行合理的设计是机械加工工作能否得到有效进行的关键所在，进行科学合理的设备布局，能够提高机械加工工作的效率，有效节约生产成本，保证机械加工质量与数量，同时还可以对生产加工的具体流程进行优化。特别是当前仿真技术的快速发展，给设备布局优化提供了新思路。

1 机械加工行业发展现状

无论是社会基础设施的建造，还是工农业生产，或是商业服务业质量的提高，都需要机械的支持，因此对机械加工行业的需求越来越紧迫，既要求其产量提高，同时还要求其提高机械质量，这对我国机械加工行业来说，既是一大严峻的挑战，又是一大发展机遇。在此前提下，机械加工业既要寻求合理的降低生产成本的方法，同时又要寻找使生产线更加灵活的方式，以期生产成本和生产效率更理想。

而在我国目前大多数机械加工行业中，都没有对生产设备进行科学合理的布局规划，就算有部分企业对其生产线上的设备进行了布局设计，但由于其设计理念较为陈旧，仍在使用传统的设计，所以即使做了设备布局，却仍然难以满足当前社会各界对机械加工生产的要求，出现诸如各企业生产效率偏低，生产任务较为复杂时调度方面出现障碍，影响物流效率，甚至影响按时交货，降低企业信誉等问题。

这就要求在社会发展的新时期，机械加工行业的经营模式与生产车间的生产方式都要加以转变，对原有生产线的设备进行科学合理的设计与规划，为提高生产效率，保证生产质量，做到按时交货起到推进作用。

2 机械加工布局设计发展现状

2.1 机械加工布局设计的概念

机械加工布局设计，即将多个相关的机械设备按照一定的生产规律，对其放置位置进行合理的规定，为生产活动等提供便利。更加具体一点说，就是将生产线上的加工设备、处理设备、检测设备、运输设备与企业仓库等各部门在空间位置上进行安排设计。布局设计看似容易，其实涵盖了相当多的专业知识，涉及到如人机工程学、人工智能、信息处理与系统仿真与优化等多项专业技术。

良好的机械加工车间布局可以保障机械加工车间物料运输的连贯性、缩短机械毛坯及半成品的运输距离、提高机械加工设备的利用率、降低机械生产成本、增大机械生产车间设备加工的柔性，降低机械在制品的库存。因此无论是建立新的机械加工车间，还是改造原有车间，机械加工车间布局的设计都是必需的。

对机械加工生产线进行设备布局的目的在于提高企业生产效率，达到设备与空间利用率的最优化，同时还要降低机械加工生产线之间的物质生产资料运输距离，为工人的生产工作提供便利，同时减少生产过程发生堵塞的可能性。更重要的是，将生产设备进行合理的布局，能够在一定程度上预防生产安全问题，保证安全生产。

2.2 布局设计类型分析

机械加工生产线设备布局的问题已逐渐受到重视，而且已经多次开展了关于设备合理布局的相关研究，而根据研究总结的相关理论上来看，我国机械加工行业目前的设备布局模型大致可分为三种。

（1）机械加工设备的产品导向布置。对于要进行大批量生产的机械加工生产线来说，由于其生产加工过程中已经形成了固定的生产模式，因此只要以生产对象专业化为原则来对机械加工生产线进行布置，使机械加工过程中所需的全套设备和执行工人都以生产对象为主进行聚集，按照其在机械加工过程中的先后顺序进行布局。这样可以使这种连续流水作业之间工序间隔缩小，减少了时间和空间的浪费，从而达到节省运输时间与成本，提高工作效率的目的。

还有另一点就是，这种生产过程由于其操作方式相对简单，生产计划也并不复杂，便于组织管理，同时因为这种生产活动的专业化程度较低，对工人专业技术水平的要求也比较低。

但是与此同时由于这种布局方式对生产线要求高度同步，一旦出现需要对机械型号进行改变的情况，则需要整条生产线都为之做出相应改变，因此这种布局方式对机械的种类型号变化适应能力较低。而且同样因为整条生产线高度同步，效率较低的生产设备会影响整体生产线加工效率。

（2）机械加工设备的工艺导向布置。对于生产量较小，生产类型较多的生产线上，则可以采用工艺原则对生产设备进行布局，将机械加工的过程大致分为粗加工、半精加工、热处理、精加工几个步骤，在布局时将从属于统一过程的设备布局在邻近的位置，并依此将生产线分为小组，这样即使生产的对象不同，只要有相同的生产步骤就可以在同一小组被进行生产加工。这种布局的优势在于其对机械生产类型变动的适应力较强，而且一旦小组设备出现故障，有很多可以代替其进行加工任务的其他小组，保证了生产线的稳定性。

但是与此同时，这种布局方法容易使物流变得复杂无序，生产资料经常在多个小组之间交互，为集中管理带来困难，增加了制造成本。

（3）机械加工设备的混合布置。当今社会大部分机械生产企业都存在一些如生产类型并不多，但每一类型的生产数量却也不少的情况，这种情况下无论使用以上哪一种布局方式，都存在一定弊端，针对以上两种布局方式的弊端，混合型布局方式应运而生。

这种形式以产品布置型的生产线运输布局方式为主，融入了工艺导向布置型的小组概念，在保持生产线的同时增加了具体工序的生产设备，仍旧组成小组。

这样，避免了生产线高度集中带来的问题，同时也一定程度上减少了运输混乱的问题，大大降低了运输时间和费用，提高了生产效率与经济效益。

3 机械加工设备布局仿真技术分析

20世纪60年末虚拟技术出现，随着科技进步，虚拟技术得以普及，许多专业人员发现其能够对现代机械加工过程中设备布局设计提供帮助，于是虚拟技术开始被引入机械加工设备布局领域中来。在实际对机械加工生产设备进行布局的过程中，通过对生产线具体设备生产情况进行取样，在虚拟系统中建立一个与机械加工生产线相似的仿真模型，通过在虚拟系统中对模型进行实验，对实验得出的结果进行分析，并进行二次检测。通过这一过程来选择相对合理的机械加工设备布局方式。其实施的具体步骤如下。

首先，要根据机械加工生产线的具体情况，在系统中构建生产线内各设备的模型，按照初步得出的布局方案将各设备的模型设置在仿真系统中的相应位置上。

其次，在仿真系统中对各机械加工生产线的具体生产加工流程进行设置，确认各类生产对象在生产线中的具体生产流程，同时对每项设备间的具体运输情况加以设置，制定好生产资料的运输路线。

再次，编辑生产线内各对象的参数，具体来说要包括机械加工设备、运输设备的外形大小、具体位置朝向等，必要的情况下还需要对生产对象到达生产加工设备的时间，设备的具体加工时间，设备是否容易产生故障与故障及处理时间等等。

接下来，开始运行仿真模型，对仿真模型的运行次数、时间及速率做出具体的设置，如此重复多次进行实验。

最后，得出仿真实验结果，对结果加以分析，系统会自动将多次实验的结果列为图表进行比对，方便专业人员通过这些结果进行具体的设备布局设计。

4 结语

机械加工设备布局是一项极其复杂的工作，它需要对生产线相关各方面进行统筹，才能达到节省生产成本，提高生产效率的目的，因此要求机械加工行业加大对设备布局的重视，对影响设备布局的各项因素都要做好把握，通过对各方面因素的综合考虑，制定最适合具体生产要求的布局方式。仿真技术的出现为这一过程提供了极大的便利，因此在制定具体生产线设备布局计划时，要充分利用仿真技术，提高机械加工的效率。

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