基于VRML的车间设备布局设计研究.doc

基于VRML的车间设备布局设计研究 摘要：为了得到在车间物流费用、设备占用面积、布局安全性和整齐美观性等方面综合最优的布局，将VRML应用到车间设备布局设计中。首先对间设备布局设计的相关因素进行分析，在此基础上提出基于VRML的车间设备布局设计方法，再从初始布局的求解和最优布局的求解两个方面进行深入研究。结果表明，基于，不仅使车间的经济效益得到提高，更重要的是使车间的综合效益得到提高Research on Workshop Equipment Layout Design Based on VRML Abstract: In order to obtain the comprehensive optimal layout on the aspects of logistics costs, area of equipments occupancy, security, and neat artistry, the VRML was applied to workshop equipment layout design. First of all, the relevant factors of equipment layout were analyzed. On this basis, the method of workshop equipment layout based on VRML was proposed. And then, it was studied in details from two areas that were the initial layout solution and the optimal layout solution. The results demonstrated that the humanizing workshop design based on VRML not only improved the workshop economic benefit, but also enhanced the comprehensive efficiency. Key words: VRML; layout design; interaction 1 引言 1.1 车间设备布局设计的意义 车间设备布局设计是制造系统设计的组成部分布局结果的好坏对生产的安全性合理性、经济性等都有重大影响。香港劳动部门1999年统计的职业伤亡数字，香港制造业大约有7000名工人受伤，40名工人死亡，其中有超过1300名工人的伤亡是由于与车间中动态物体相撞[1]。文献[2]指出因设备布局不合理所产生的运行费用占制造系统整体运行费20％～50％，而优良的设备布局可使这一费用减少10％～30％VRML 即虚拟现实建模语言，是一种用于描述3D交互环境的文本语言，同时也是一种能够提供更加自然的体验方式包括交互性、动态效果、延续性以及用户参与探索的语言，它用纯文本的形式描述三维物体、声音、材质、贴图、交互动作等[3] 。国内外有许多应用VRML进行研究[4, 5]虚拟环境能给布局设计人员提供一个三维的、可交互的、直观方便的设计环境，它可以设计人员充分利用知识和经验来进行基于交互的详细布局设计，并通过约束机制保证布局的有效性，同时将布局结果直接呈现给用户，使用户得以象在真实的物理世界一样在计算机构建的虚拟环境中观察和操纵布局模型[6]设备布局是一个需要考虑多方面因素的复杂设计问题，本对设备布局的研究主要考虑车间物流费用、设备占用面积、布局安全性以及整齐美观性等四个方面（1）车间物流费用与设备占用面积 车间的物流费用是指车间的总物流费用，设备的占用面积是指所有设备总的包络矩形的面积。（2）布局的安全性 布局安全性通过操作人员作业空间的大小来体现，操作人员身后空间越大布局安全性越好，空间越小布局安全性越差假设某一操作人员身后操作空间的长度为，则安全评价数为： d的最小取值必须确保当一个操作人员工作时，另一个操作人员能从其身后走过[7]，d必须大于0.5，。（3）布局的整体美观性 设备布局的美观性影响操作人员的心情，进而影响工作效率，充分予以考虑。[8]。 2.2 基于VRML的车间设备布局设计研究方法 图1 基于对布局的安全性和整齐美观性 本以某一配件车间为研究对象，共有设备16台设备基本信息如表1所示。该车间加工的零部件品种比较固定，因此可统计出设备之间的访问频率、设备之间的最小距离、单位距离费用等信息，从而对设备布局进行优化。车间物流费用最低和设备占用面积最小目标函数： 式中，——设备i和设备j之间单位距离物流费用；——设备i到j的行程次数、、、——设备坐标； 、——加权因子； 、——归一化因子——布局方案确定的布局