利用Flexsim對x公司的生產(chǎn)物流系統(tǒng)分析與優(yōu)化

謝富春

（湖南工程學院 機械工程學院，湘潭411101）

0 引 言

生產(chǎn)物流系統(tǒng)是企業(yè)物流系統(tǒng)的子系統(tǒng)，同時也是制造系統(tǒng)的重要組成部分[1].隨著物流行業(yè)生產(chǎn)自動化水平的不斷提高，生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復雜，生產(chǎn)節(jié)奏越來越快，生產(chǎn)管理者對生產(chǎn)改進的每一決策都需謹慎考慮、措施不當，往往需要付出高昂的代價.而正是由于系統(tǒng)的復雜性、快節(jié)奏和柔性，要想預測每一個決策給系統(tǒng)帶來的后果，已經(jīng)是人的大腦無法勝任的了.計算機仿真技術(shù)正是彌補了這一不足，成為自動化物流系統(tǒng)管理者的有用工具，成為生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計人員的得力助手.仿真軟件Flexsim可對物流系統(tǒng)進行三維動畫仿真，通過對仿真結(jié)果進行分析，對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行改進[2].

1 仿真技術(shù)在生產(chǎn)物流系統(tǒng)研究中的作用

由于生產(chǎn)物流系統(tǒng)的復雜性，應(yīng)用數(shù)學方法難以構(gòu)造模型，提出解析式，此時可以采用計算機仿真技術(shù)對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行研究，仿真技術(shù)在物流系統(tǒng)研究中的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為以下幾個方面[3]：

（1）有利于解決隨機因素的影響；

（2）仿真幫助系統(tǒng)優(yōu)化；

（3）仿真對各種復雜的系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性.

2 仿真建模的基本步驟

Flexsim仿真軟件的特點主要體現(xiàn)在采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，突出3D顯示效果，建模和調(diào)試簡單開放方便，模型的擴展性強，易于和其他軟件配合使用等方面[4].Flexsim采用對象對實際過程中的各元素建模，模型中對象之間是通過端口來連接的，每個對象通過端口與其他對象進行通信[5].Flexsim的方法集包括到達方法、觸發(fā)方法、流方法、導向方法、臨時實體庫方法等[6].Flexsim仿真建模的基本步驟為五大步[7]：

（1）設(shè)置布局：根據(jù)建模前設(shè)計好的物理系統(tǒng)，將對象從“對象庫”中拖拽到仿真視圖窗口中的適當位置.

（2）定義“流”：根據(jù)對象間的邏輯關(guān)系，連接相應(yīng)的端口，構(gòu)建仿真模型的邏輯流程.

（3）參數(shù)設(shè)定：根據(jù)每個對象所要描述的物理系統(tǒng)的特征，設(shè)定對象的參數(shù).

（4）運行模型：先編譯模型，然后重新設(shè)置并運行此模型.

（5）仿真結(jié)果分析：Flexsim是一個實時的仿真軟件，在仿真過程中，用戶可以對每個對象進行操作，檢測其當前的狀態(tài).

3 仿真模型的構(gòu)建

在X公司生產(chǎn)車間實際參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合對系統(tǒng)的簡化假設(shè)和抽象定義，在仿真軟件Flexsim的平臺上，將所需的實體拖放到相應(yīng)的位置，按照各配件的生產(chǎn)工序連接相應(yīng)各實體，建立了系統(tǒng)的仿真模型（見圖1）.

圖1 生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型

模型中的模型實體如表1所示.

表1 模型中的實體

4 仿真試驗與分析

4.1 運行仿真模型

4.1.1 運行現(xiàn)有狀況下的系統(tǒng)模型

為了縮短仿真時間，模型仿真鐘設(shè)定1單位的仿真時間為1000單位實際發(fā)生時間，運行300＊8＊60＊60／1000＝8640仿真時間單位，仿真運行如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)仿真運行圖

4.1.2 輸出數(shù)據(jù)分析

由約束理論可知，系統(tǒng)的產(chǎn)能取決于瓶頸環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力，如果瓶頸環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力不能提高，系統(tǒng)的產(chǎn)能也不能提高[8].通常情況下，如果一個機器組的占用率過高，說明其生產(chǎn)能力不能提高或提高的空間很小，會限制整個系統(tǒng)的產(chǎn)能，因此本文選用機器利用率和暫存區(qū)臨時實體堆積個數(shù)作為確定系統(tǒng)瓶頸的參數(shù).在對吊鉤生產(chǎn)車間的實際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，如果一個機器組的占用率超過93%，就可以認為其生產(chǎn)能力小于其生產(chǎn)負荷，成為系統(tǒng)的瓶頸.

通過分析可以看出，鍛造機器組（processor6、processor7）、熱處理機器（processor8）、車床處理機器（processor15、processor16、processor17）、表面處理機器（processor18）的機器占用率已經(jīng)超過93%，其處理能力已無法滿足其生產(chǎn)負荷，己成為加工車間的生產(chǎn)瓶頸，制約著系統(tǒng)生產(chǎn)能力的提高.車床加工機器組（processor15、processor16、processor17）設(shè)備在制品堆積較嚴重，分析原因可能是其后續(xù)工序生產(chǎn)設(shè)備較少導致；queue5和queue14兩個產(chǎn)生積壓，且queue14積壓嚴重；切割機器組中processor2的空閑率為31.2%，processor3的空閑率為87.5%，鋸床加工機器processor9的空閑率為82.0%，鉆床加工機器組中processor10的空閑率為73.0，processor10的空閑率為90.4%，鉗床加工機器processor13的空閑率為87.5%，切割機器組和鉆床機器組同時存在設(shè)備空閑嚴重現(xiàn)象，processor9、processor13同時空閑嚴重，但是僅此一臺鉗床機器和鋸床機器，在加工配件數(shù)量一定的前提下此機器無法優(yōu)化.

由以上分析可知：該吊鉤生產(chǎn)車間目前的產(chǎn)能已達極限，沒有提高的空間，本文研究的目的是對其進行改造，以提高其生產(chǎn)能力.如果想要消除系統(tǒng)的瓶頸，首先想到的解決方法就是增加鍛造、熱處理及表面處理這三個機器組的產(chǎn)能，即增加鍛造、熱處理與表面處理的臺數(shù)，而對于切割機器組及鉆床機器組空閑嚴重，可在生產(chǎn)中減少切割機與鉆床機器的臺數(shù).

4.2 仿真模型的優(yōu)化與分析

4.2.1 建立優(yōu)化模型

根據(jù)以上分析，對吊鉤生產(chǎn)設(shè)備機器組進行增減處理，減少一臺切割機、一臺鉆床，增加一臺鍛造設(shè)備、一臺熱處理設(shè)備、一臺表面處理設(shè)備.建立如圖3優(yōu)化仿真模型.

圖3 系統(tǒng)優(yōu)化仿真模型

表4 .3列出了優(yōu)化模型中的主要實體元素.

表3 優(yōu)化模型中的實體元素

4.2.2 優(yōu)化模型參數(shù)設(shè)置

在上述原有模型實體參數(shù)設(shè)置的基礎(chǔ)上，需要對添加的鍛造處理器、熱處理器、表面處理器及暫存區(qū)Queue1674進行參數(shù)設(shè)置.

（1）添加的處理器參數(shù)設(shè)置 添加的處理器參數(shù)和原有模型的相同功能的處理器參數(shù)設(shè)定一樣.

（2）Queue1674參數(shù)設(shè)置與Queue5參數(shù)設(shè)置相同.

（3）車床處理器處理時間參數(shù)設(shè)置與原有模型參數(shù)設(shè)置相同，但需增加臨時實體流的參數(shù)設(shè)置，設(shè)置如圖4所示.

圖4 車床處理器臨時實體參數(shù)設(shè)置

4.2.3 運行優(yōu)化模型

模型仿真鐘設(shè)定1單位的仿真時間為1000單位實際發(fā)生時間，運行300＊8＊60＊60／1000＝8640仿真時間單位，在透視圖的仿真運行模型如圖5所示.

圖5 優(yōu)化系統(tǒng)運行圖

仿真運行輸出結(jié)果如表4所示.

表4 優(yōu)化后的輸出狀態(tài)報告表Flexsim summary reportModel Clock：8644.769

由表4可以看出，切割機器Processor1668設(shè)備利用率為81.3%，且沒有積壓現(xiàn)象，說明一臺切割機器完全能夠達到生產(chǎn)要求.鍛造機器組（Processor 1670、Processor 1671、Processor1672）的設(shè)備利用率在70%左右，沒有堆積現(xiàn)象.熱處理機器組（Processor1675、Processor1676）的設(shè)備利用率在70%左右，沒有堆積現(xiàn)象.表面處理機器組也沒有積壓現(xiàn)象發(fā)生.說明改進后的模型運行流暢，消除了生產(chǎn)中的“瓶頸”.

在發(fā)生器和吸收器的屬性窗口中查看臨時實體的輸出和輸入量來對比產(chǎn)能.表5反映了模型改進前后的產(chǎn)能對比.

表5 系統(tǒng)優(yōu)化前后的零件統(tǒng)計信息報表

由表5中可以看出，相同時間內(nèi)，系統(tǒng)優(yōu)化后的模型零件產(chǎn)量有了較大幅度地提高，機床的利用率得到提高，基本上消除了在制品積壓現(xiàn)象，通過模型仿真達到了理論上對生產(chǎn)物流系統(tǒng)優(yōu)化的目的，對實際生產(chǎn)物流的改進起到了指導作用.

5 結(jié) 論

本文以X公司為背景，分析了該公司生產(chǎn)作業(yè)的主要流程.通過設(shè)置完成的吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)模型參數(shù)的基礎(chǔ)上進行編譯運行仿真模型，得到與生產(chǎn)管理相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，通過對數(shù)據(jù)資料的研究分析，找到了生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的瓶頸問題；接著通過對模型的改進，分析了改進生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型運行后輸出的數(shù)據(jù)資料，對比前后兩模型產(chǎn)能，驗證了優(yōu)化后的模型能夠提高生產(chǎn)效率.

[1]伊俊敏.物流工程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2]石玉強，等.基于經(jīng)典IE與flexsim的生產(chǎn)物流優(yōu)化[J].機械制造與自動化，2009.

[3]張曉萍.物流系統(tǒng)仿真原理與應(yīng)用[M].北京：中國物資出版社，2005.

[4]曹玉華，彭鴻廣，馬杭育.基于flexsim仿真技術(shù)在生產(chǎn)線上應(yīng)用研究[J].工業(yè)控制計算機，2007，（6）.

[5]曹玉華，彭鴻廣，馬杭育.基于Flexsim仿真技術(shù)在生產(chǎn)線上應(yīng)用研究[J].仿真技術(shù)，2008.

[6]馮 云，田 哩.仿真軟件flexsim及其在物流教學中的應(yīng)用[J].物流教學，2008，（2）.

[7]張曉萍，劉玉坤.系統(tǒng)仿真軟件flexsim3.0實用教程[M].北京：清華大學出版社，2006.

[8]http：／／wiki.mbalib.com／wiki／%E7%BA%A6%E6%9D%9F%E7%90%86%E8%AE%BA[EB／OL].