面向数字化工厂的工程机械装配车间物料供给系统规划与应用

摘要

制造企业在规划新生产线或对现有生产线进行调整升级时，往往面临着系统复杂庞大、细节繁琐而难以准确建模，规划方案反复变更导致大量重复工作等问题，采用对复杂系统进行简化处理的方式所得到的规划结果往往与实际情况存在较大的差异，难以真正适应生产实际。数字化工厂技术通过对整个生产过程进行仿真、评估和优化，能够实现工厂、车间和生产线以及产品设计到制造生产的转化过程，使生产制造过程在虚拟空间中得以检验，缩短从规划到生产的时间。
　　物料供给系统是装配车间物流系统的重要组成部分，是其有效运作的关键。其规划作为数字化工厂技术应用的重要内容之一，涵盖物料出入库、分拣、配送和线边库存等诸多环节复杂的建模分析内容。本文以工程机械制造企业的装配车间物料供给过程为研究对象，探讨了面向数字化工厂的物流系统仿真规划技术方法。论文对国内外数字化工厂技术和物流系统规划的研究和应用现状进行了综述，阐述了数字化工厂的概念、实施过程和关键技术，重点分析数字化工厂物流仿真在进行装配车间物料供给过程分析中的特点和困难；并提出了集成物料供给系统，并围绕集成物料供给系统综合建模仿真分析中的研究要点深入研究，具体包括：
　　（1）针对装配车间的物料配送过程进行研究，通过充分考虑物料配送系统的关键要素，包括物料容器、线边物料库存等，建立了配送过程的仿真模型；针对有交通约束的车间环境，提出了车辆动态联合调度方法，通过仿真优化试验和常用的调度策略对比，该动态调度方法更能适应复杂环境下车辆调度的需求；在仿真试验基础上，给出了物料配送系统的系统规划方案，和一般的规划方法试验对比表明，这种基于仿真的配送系统规划方法更适合实际规划需求。
　　（2）提出集成物料供给系统综合运作控制框架，并针对装配车间的物料出库分拣和配送过程进行综合规划研究。通过对分拣环节多作业情况下路径优化问题，和对不确定物料需求情况下的物料配送问题建立综合仿真模型，给出了集成这两个环节的物流仿真规划方法。并在不同的综合控制模式下对该综合仿真模型进行试验分析，结果表明这种对集成物料供给系统进行的综合仿真规划方法，能够更好的提升系统整体效率。
　　（3）针对集成物料供给系统多个系统环节综合建模的特点以及仿真试验过程的需求，提出了多层次建模和多尺度仿真优化方法。这种方法为物流系统的模型描述和实际分析过程提供了可行的解决思路，并且能够大幅度减少物流系统模型仿真优化试验带来的计算量，使得系统仿真速度得到较大提升。对集成物料供给系统综合模型的仿真试验时长的对比表明，该方法能够提高基于仿真的物流系统规划的效率。
　　作为研究结果的应用验证,针对某工程机械装配车间物流系统规划需求,论文最后对上述规划方法进行了应用,初步实现了提升企业规划水平的目标。并针对物料供给系统规划结果设计了相应的物流执行系统，进一步提高了其物流系统自动化水平和运行效率。