车间设施布局设计是制造系统设计过程中非常关键的部分。在精益生产和数字化工厂的大背景下,企业面临着产品的多样化和生产周期缩短等挑战,这对布局设计提出了更高的要求。布局设计必须在保证满足基本功能要求的前提下,尽可能地降低生产运营成本,这其中物料搬运成本占了很大部分。同时,由于计算机辅助技术的快速进步,系统仿真技术更多地被应用于制造系统设计当中。系统仿真技术不仅被广泛应用于系统设计的验证,而且更多地与硬件进行连接,朝着数字化工厂的趋势发展。因此,本课题以太阳能电池组件生产车间为研究对象,分别进行了布局设计和系统仿真研究。首先,本文分析总结了设施布局设计和系统仿真两方面的国内外研究现状,在此基础上,阐述了设施布局设计相关的基础理论与方法。利用系统化设施布置方法(SLP)对太阳能电池组件生产车间进行布局设计,得到了3种可行的布局方案。具体地,分析了太阳能电池组件的产品产量、工艺流程、产品组成等,进行了作业单位划分和面积估算。然后,基于基本要素分析所收集整理的资料,进行了物流及非物流关系分析,将两者进行合并获得作业单位之间的综合相互关系,进而完成了面积相关图,并进行修正得到最终布局图。其次,利用遗传算法对得到的布局图进行了优化设计。对布局优化问题进行数学建模,提出了空间填充曲线与遗传算法相结合的优化算法,并且提出将网格的长宽比作为决策变量添加到基因编码中,能够很好地解决不等面积的布局设计问题。在介绍了遗传算法框架的基础上,结合设施布局设计问题,选择实数编码方案对问题进行了编码,对适应度函数及遗传算法基本算子(选择、交叉、变异)进行了设计,在MATLAB软件中实现了算法。结果显示,利用遗传算法的快速搜索特性,获得的最优解明显优于原始布置方案,验证了算法的可行性。最后,进行了基于仿真平台Visual Components的生产线可视化仿真和模型的PLC实时连接实验。介绍虚拟组件模型结构的概念,完成了太阳能电池组件生产线上79个设备模型的建模,利用模型构建了生产线仿真的布局模型。基于仿真结果,进行了在制品平衡分析,获得了最佳的在制品数量为135,对工人利用率进行分析,确定了最佳的工人数量,并进行了碰撞检测实验。接着,在所建立的设备模型的基础上,将其与设备PLC控制器软件平台TwinCAT进行实时连接,利用程序对仿真平台中的设备模型进行控制,并通过联合仿真实验验证了其可行性。