基于Quest的車間物流建模和仿真

李曉峰，王曉楓

（合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

基于Quest的車間物流建模和仿真

李曉峰，王曉楓

（合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

在生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計過程中，通過計算機(jī)仿真，可以在規(guī)劃、設(shè)計階段就對生產(chǎn)線系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能進(jìn)行充分的預(yù)測，以便盡早地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)布局、配置及調(diào)度控制策略方面的問題，從而更快、更好地改善系統(tǒng)設(shè)計。因此，利用Delmia/Quest，針對車間物流的建模和仿真等進(jìn)行了探討和分析。

Quest；車間物流；建模；仿真

0 引 言

車間物流即是將車間內(nèi)的所有設(shè)備、工具、原料、工作臺、附屬設(shè)施 （如工具室、更衣室、廁所、升降機(jī)等）和各種作業(yè) （如倉儲、品檢、搬運等），依照生產(chǎn)流程，作適當(dāng)?shù)陌才排c布置，使工廠的生產(chǎn)活動能順利而流暢。

簡而言之，車間物流是指：車間內(nèi)各制造部門合理的劃分，將機(jī)器設(shè)備、工具、生產(chǎn)器具適當(dāng)?shù)陌才?，物料合理運輸，產(chǎn)品的工藝過程依照生產(chǎn)流程而互相配合，以做到最經(jīng)濟(jì)、最有效的組合而進(jìn)行生產(chǎn)。

實踐證明，采用科學(xué)的方法合理地進(jìn)行企業(yè)廠區(qū)與車間平面布局設(shè)計可以使人流和物流有序的進(jìn)行流動，縮短路徑、避免人流與物流的交叉和折返，減少搬運時間，提高工作效率。

1 物流仿真軟件Quest

1.1 仿真軟件的選擇

在面向制造的仿真語言中，Quest，Arena和Witness都能較好地用于制造系統(tǒng)仿真建模。作為制造業(yè)生產(chǎn)線的仿真器，Quest具有出類拔萃的操作簡便性和功能。演示性能強(qiáng)大，富有現(xiàn)實感，幾乎獨一無二，可以設(shè)置邏輯命令語言，所以熟練掌握后可以實現(xiàn)相當(dāng)高難度的仿真，并且由于Quest的強(qiáng)大的可視化和健壯的導(dǎo)入、導(dǎo)出功能，使其成為對生產(chǎn)工藝流程仿真和分析的工程與管理首選解決方案。

1.2 Quest軟件簡介

Delmia/Quest是數(shù)字化工廠及離散事件仿真軟件，是工廠生產(chǎn)系統(tǒng)集成、工藝流程設(shè)計和可視化解決方案，是用于對生產(chǎn)工藝流程的準(zhǔn)確性與生產(chǎn)效率進(jìn)行仿真與分析的全三維數(shù)字工廠環(huán)境。Quest為工業(yè)設(shè)計工程師、制造工程師和管理人員提供了一個單一的協(xié)同環(huán)境，以便在整個產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中確保最好的生產(chǎn)工藝流程，在為實際設(shè)施投資之前，改善設(shè)計，減少風(fēng)險與成本，可使產(chǎn)品從一開始就能盡如人意。用Quest測試各種參數(shù)，例如設(shè)施布局、資源配置、其它可替換方案，產(chǎn)品開發(fā)小組可以量化他們的決策對生產(chǎn)產(chǎn)量和成本的影響。

Quest提供了一套全面的三維物流仿真方案，物流規(guī)劃工程師可以直觀地進(jìn)行物流線路的分析，分析物流的瓶頸點，并提供柱狀圖或餅狀圖的分析工具，可以進(jìn)行很方便的物流線路的調(diào)整以及物流負(fù)荷的調(diào)整。因此，它被廣泛地應(yīng)用于各種過程的建模、試驗、分析設(shè)備的布局和過程流。

2 Quest建模流程

在這里，以某工廠攪拌機(jī)車間的物流建模為實例來進(jìn)行說明。

2.1 建模前的調(diào)研工作

調(diào)研是建模的基礎(chǔ)。只有準(zhǔn)確地采集到工藝、物流等各方面的信息，并以此為基礎(chǔ)建立仿真模型，才能保證模型的準(zhǔn)確性，并最終保證仿真模型的可信度。一般說來，調(diào)研內(nèi)容涉及以下幾個方面：①產(chǎn)品信息：產(chǎn)品的幾何屬性及可能影響產(chǎn)品工藝或物流流向的其他屬性等。②設(shè)備信息：物流設(shè)備的分布、參數(shù)等。③工藝信息：各臺設(shè)備上的工藝內(nèi)容、工時、工藝對行車等資源的占用及一臺設(shè)備上的串并行工藝等。④物流規(guī)則：零件按什么規(guī)則流向下道工藝、采用什么運輸設(shè)備、是單個運輸還是多件打包后進(jìn)行運輸?shù)?。調(diào)研結(jié)束后，形成規(guī)范的調(diào)研文檔，作為建模的一項依據(jù)。

2.2 Quest仿真模型建立

（1）布局圖的導(dǎo)入

布局圖是元素建模的基準(zhǔn)。由于Quest不支持CAD下常見的DWG格式，所以首先我們需要將DWG格式的車間或者生產(chǎn)線布局圖轉(zhuǎn)化為Quest可以識別的DXF格式，然后導(dǎo)入即可。

本實例中的部工藝流程如圖1～4所示。

（2）元素建模，在Quest定義以下的元素：

①創(chuàng)建和接收零件的要素：

來源 （sources）：用來生成零件并使零件進(jìn)入到仿真系統(tǒng)的要素；接收 （sinks）：用來接收零件的要素。

②儲存零件的要素：

緩沖 （buffers）：儲存零件的要素。

③處理器要素：

機(jī)器 （machines）：加工零件的要素。

④物流傳遞要素：

傳送帶 （conveyor）：標(biāo)準(zhǔn)的或者PNF（抓起和釋放）型的傳送帶都能運送零件。AGV（Automatic Guided Vehicles）：該要素能夠在預(yù)先定義的軌道上運行并運送零件。勞動力 （Labor）：搬運零件或做其他工作的人。

（3） 邏輯建模

鏈接 （connection）是Quest模型中用于聯(lián)系其它各個元素的元素。一個鏈接就是兩個元素之間的一個邏輯鏈接，提供了零件從一個元素移動到另外一個元素的機(jī)制。零件不能在兩個沒有鏈接的元素之間移動。一旦模型中的兩個元素被連接在一起，元素類的邏輯就掌握了決定零件如何移動的控制權(quán)。

（4） 工藝設(shè)置

在人機(jī)交互界面中設(shè)置各個工藝的參數(shù)，包括加工時間，控制邏輯，輸入輸出零件等。

（5） 結(jié)果分析

仿真結(jié)果可以仿真過程中以柱狀圖、餅狀圖等動態(tài)顯示機(jī)器利用率等結(jié)果，也可以在仿真結(jié)束之后形成報告文檔。

3 仿真條件及仿真結(jié)果分析

攪拌機(jī)車間由布局圖可知包括：主機(jī)缸體線、控制室、滾筒、平臺、粉罐立柱、支腿橫梁、主樓斜撐和配料站。

3.1 仿真條件

（1）仿真參數(shù)輸入：物流仿真模型輸入的工時數(shù)據(jù)如下，仿真時間為30天，一天16小時，一月共工作28 800分鐘。Process時間輸入按照所給的工藝表格數(shù)據(jù)填寫。仿真模型初始化時上車線及下車線各工位分有一臺車架作為備料。

（2）節(jié)拍：主機(jī)缸體80分鐘，控制室80分鐘，滾筒30分鐘，平臺140分鐘，粉罐立柱30分鐘，支腿橫梁30分鐘，主樓斜撐15分鐘，配料站420分鐘。其中，節(jié)拍的時間為加工時間和吊裝時間的總和。

（3）叉車規(guī)律按照工藝表上所分好的類，可以實現(xiàn)混合配送。共配備7輛叉車，車速為60 000mm/min,行車速度為6 000mm/min，裝卸載時間均為5分鐘。

3.2 仿真結(jié)果及分析

仿真建模所做的工作：

（1）完成車間內(nèi)所有重要物料從高位貨架、立體倉庫、其他車間到裝配線的流動過程進(jìn)行模擬。

（2）完成物流設(shè)備，含AGV、RGV、平板車、配送小車、行車等，在車間內(nèi)運行過程模擬。

（3）對建立的物流仿真模型進(jìn)行仿真分析，分析是否存在物流通道阻塞、節(jié)拍不平衡等問題，提交物流仿真分析報告。

下面給出仿真的部分柱狀圖 （如圖5～8所示）。

（1）零件阻塞情況嚴(yán)重的設(shè)備/工位如下：

（2）利用率較為突出的機(jī)器如下：

（3）利用率較為突出的叉車如下：

（4）主要產(chǎn)品的成品數(shù)量：

（5）仿真結(jié)果分析和優(yōu)化

根據(jù)流程運行結(jié)果，進(jìn)行分析，系統(tǒng)是否存在瓶頸，流程是否暢通，物流量能否滿足需求。根據(jù)最后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，分析物流量能否滿足需求。如果系統(tǒng)運行后，結(jié)果有不理想之處，要根據(jù)相應(yīng)的原因，調(diào)整方案或者改變參數(shù)，直至滿足物流系統(tǒng)的生產(chǎn)需求。生成三維動畫輸出結(jié)果及仿真報告，提交給自動化物流系統(tǒng)的管理者和設(shè)計者，進(jìn)一步優(yōu)化和完善。

在本例中，從仿真數(shù)據(jù)中可以看出，每個機(jī)器的利用率都比較高，數(shù)值比較均勻，說明機(jī)器的利用比較充分和平衡。叉車的利用率也在一個合理的數(shù)值范圍。產(chǎn)能也基本上達(dá)到了所規(guī)定的產(chǎn)能。擁堵的工位由于一部分產(chǎn)品要外協(xié)的零件進(jìn)行裝配焊接，所以此處是合理的。

4 結(jié)束語

通過建立的初步物流仿真模型分析，發(fā)現(xiàn)了部分物流規(guī)劃問題，為工廠的前期規(guī)劃提供了優(yōu)化建議。為車間工藝布局的調(diào)整方案提供評估依據(jù)。

隨著制造系統(tǒng)的復(fù)雜化和高度自動化，仿真方法可以與解析法相結(jié)合，利用共同的優(yōu)點，來達(dá)到更好的優(yōu)化仿真目的。

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Quest Software-Based Workshop Logistics'Modeling and Simulation

LI Xiao-feng,WANG Xiao-feng

(Hefei University of Technology,School of Mechanical and Automotive Engineering,Hefei 230009,China)

In the line planning and design process,we can fully predict the static and dynamic performance of production line system by computer simulation in planning and design stages,so as to find the problems of system layout,configuration and scheduling control strategies early and improve system design better and faster.Therefore,this paper discusses and analyses modeling and simulation of logistics workshop by Delmia/Quest.

quest;workshop logistics;modeling;simulation

F273

A

1002-3100(2011)11-0085-05

2011-09-08

李曉峰（1985-），男，河南南陽人，合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：計算機(jī)集成制造系統(tǒng)；王曉楓（1956-），男，安徽合肥人，合肥工業(yè)大學(xué)，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。