德国提出“工业4.0”开启了新一代工业革命的序幕。为提高我国的工业国际竞争力,我国提出了“中国制造2025”计划,提出了工业生产的关键环节“智能制造工程”。但是目前我国大多数企业在工业制造环节中,对于车间和生产线的布局,还处于粗放式、经验式阶段,生产制造过程中存在较大的时间代价和资源代价,车间及生产线迫切需要升级。针对目前大多数制造企业的车间及生产线存在的问题,本文以长春某罐装设备有限公司为例,以其工业生产车间和生产线为研究对象,对车间的布局优化、生产线的调度和设计进行研究,并开发了仿真软件以仿真设计效果,主要内容如下:(1)车间布局优化:通过对车间物流和设备条件的分析,建立车间内设备布局的数学模型;考虑到车间布局一系列物理约束,基于车间内物流费用最小原则设计带有惩罚因子的适应度函数,并对物流距离矩阵的选择做讨论分析;提出基于可拓学的粒子群算法(Extenics-based Particle Swarm Optimization,EPSO),将可拓学和Tent映射引入粒子群,利用可拓学的评价功能优化粒子的选取以增加算法收敛能力,利用Tent映射的混沌性增加算法的全局搜索能力。通过仿真实验,将所提出算法与标准粒子群算法对比分析,验证所提出算法的有效性;最后给出求解结果,为长春某罐装设备有限公司规划物流最优的车间布局方案。(2)生产线调度和设计:针对柔性车间的调度问题(Flexible Job Shop Problem,FJSP),根据生产订单和工艺要求规划设计生产线的形式。设计基于退火原理的混合优化遗传算法(Simulated Annealing Genetic Algorith,SAGA),采用基于加工工序和基于加工机器的双编码方式,设计对应的合法交叉、变异操作,通过SAGA算法求解最大加工时间最短的调度方案。最后根据求解的加工调度顺序,确定设备在空间上的连接,给出长春某罐装设备有限公司生产线的重构设计方案。(3)生产仿真系统:仿真求解出生产线,其形式终究只是数据的呈现,对工业生产来说不够直观。因此开发生产线仿真软件,对设计结果进行三维动画仿真。首先选择开发工具:选择VC开发环境,结合OpenGL搭建虚拟仿真平台;分析软件系统结构,设计软件架构;以软件功能为脉络完成开发过程。最后给出仿真系统,将设计的生产线、规划的加工调度方案录入所开发的仿真软件,通过动态三维动画,直观的仿真出生产线的加工效果。