打包車間工藝方案仿真

陳川，楊劍波，李恒，張雙慶

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定071000）

打包車間工藝方案仿真

陳川，楊劍波，李恒，張雙慶

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定071000）

在工廠規(guī)劃設計階段，通過DELMIA／Quest平臺，對車間的工藝方案、生產(chǎn)策略、排班的合理性進行驗證，對設備的利用率進行統(tǒng)計分析，充分暴露出問題點，并分析造成這一問題點的原因。并在一定的優(yōu)化目標下對策略或生產(chǎn)線進行優(yōu)化，達到設定的產(chǎn)能。

打包車間；仿真優(yōu)化；工藝方案

0 引言

在新的生產(chǎn)線建設中，工藝方案的合理性、設備利用率是否達到了最大化、產(chǎn)能是否達到了設計要求，往往是規(guī)劃人員和管理人員最關心的事情。在傳統(tǒng)的規(guī)劃中，往往是需要規(guī)劃人員通過經(jīng)驗來進行預測。而靠經(jīng)驗進行預測，就往往存在很大的缺陷，這就造成了很多的線體在建成后設備利用率低、產(chǎn)能不足，需要對生產(chǎn)線進行改造，造成了資源的浪費。姚海風等［1］通過仿真手段實現(xiàn)了設備和人員的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，驗證了工藝方案的合理性，提升了設備利用率。文中以車間線體作為研究對象，利用Quest仿真軟件對工藝方案進行分析、模擬、驗證，發(fā)現(xiàn)工藝方案的瓶頸，統(tǒng)計設備的利用率，為車間工藝方案優(yōu)化提供依據(jù)。

1 項目系統(tǒng)規(guī)劃描述

以某汽車公司廢料打包車間為實例來進行說明。該車間主要是接收一期和二期的車間廢料 （包括鍍鋅板、鋁板、普板），并進行存儲。存儲的廢料經(jīng)過分揀線人工分揀，通過起重機將分揀后的廢料吊到打包機將廢料打包成包塊，存儲到相應的存儲區(qū)。當存儲區(qū)達到一定容量后將包塊運送到鋼廠。

1.1 線體工藝流程

該車間的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

1.2 生產(chǎn)線體設施布局

該車間共有線體一條，線體布局如圖2所示。

2 軟件選擇

在面向制造的仿真軟件中，Quest和UGS公司的Em-Plant都能較好地用于制造系統(tǒng)仿真建模和物流仿真。Quest具有出類拔萃的操作簡便性和功能，后處理功能強大；豐富且強大的演示功能，具有真實感；能夠幫助規(guī)劃人員直觀地對物流線路進行分析，分析物流的瓶頸點；軟件自帶的柱狀圖和餅狀圖等分析、統(tǒng)計工具［2］，可以直觀和方便地顯示出各個物流節(jié)點的工作負荷，幫助規(guī)劃人員對物流線路和物流負荷進行調(diào)整。

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、工藝流程設計和可視化解決方案，是用于對生產(chǎn)工藝流程的準確性與生產(chǎn)效率進行仿真與分析的全三維數(shù)字工廠環(huán)境［3－5］。Quest提供了一個規(guī)劃人員、制造工程師、管理人員協(xié)同的平臺，確保在整個產(chǎn)品設計開發(fā)過程中有最好的生產(chǎn)工藝流程，在實際設施投資之前，優(yōu)化工藝方案，優(yōu)化設計，減少成本投入。

3 仿真模型建立

（1）仿真目標的提出

主要是通過對新規(guī)劃的車間的工藝方案的合理性以及車間的產(chǎn)能進行驗證，發(fā)現(xiàn)瓶頸點，對設備利用率進行統(tǒng)計，針對工藝方案提出改進方案。

（2）工藝數(shù)據(jù)的定義

對產(chǎn)品信息、設備信息、工位工藝信息進行定義。將信息進行整理形成參數(shù)文檔，在參數(shù)文檔中需要對邏輯進行重點詳細的描述。參數(shù)文檔作為項目的一項重要依據(jù)。

（3）創(chuàng)建仿真模型

通過創(chuàng)建生產(chǎn)元、PNF軌道、Kin等元素進行模型的創(chuàng)建。仿真模型見圖3。

（4）邏輯關系

零件只能在定義好邏輯關系的線體上進行流動、加工。需要將線體上的設備連接起來，連接好的設備關系就定義了零件的加工流程。

產(chǎn)品邏輯設置。SCL是Quest仿真軟件自身使用的語言，Quest模型中的各個邏輯實體的屬性都是由SCL程序構(gòu)成的，通過SCL語言編輯邏輯（Logic），可以在Quest仿真系統(tǒng)中控制獨立模型實體行為和動作。例如通過對打包機設置兩個process，process1內(nèi)容包含普通板料通過打包機生產(chǎn)普通包塊；process2內(nèi)容包含鍍鋅板通過打包機生產(chǎn)鍍鋅包塊。

（5）工藝設置

在仿真交互界面中設置各個工藝的參數(shù)，包括廢料產(chǎn)出的時間和數(shù)量、輸送線的線體速度和工作時間、打包機的工作時間等。

4 仿真、分析、優(yōu)化

由布局圖可知其包括：一二期生產(chǎn)線、散料存儲區(qū)、分揀線、起重機、打包機、板料存儲區(qū)和包塊存儲區(qū)。

4.1 仿真

對模型運行的時間進行設置，一般運行時間為一周。

通過設定表格，對設備的使用情況進行統(tǒng)計，輸出設備的利用率、存儲區(qū)的實時容量等信息。

4.2 仿真結(jié)果及分析

仿真運行結(jié)束后，對仿真結(jié)果進行統(tǒng)計和分析。

（1）整個存儲區(qū)的容量，鍍鋅板和普板的存儲量在不斷地增大，廢料堵塞嚴重，是瓶頸工位，需要對瓶頸工位進行優(yōu)化，提升生產(chǎn)節(jié)拍。

（2）設備的利用率

如圖5所示：整個系統(tǒng)的設備利用率起重機的利用率比較低，不足40%，其中43.9%是由于打包機工作造成的起重機工作的空閑，需要對打包機進行優(yōu)化，降低加工時間，提升設備的利用率。

通過以上的分析可以看出，該生產(chǎn)線存在以下問題：平均加工節(jié)拍慢；起重機的利用率低；打包機平均加工時間長；廢料的存儲量大，造成了存儲區(qū)的容量增大。

4.3 系統(tǒng)優(yōu)化

設定優(yōu)化的目標：（1）優(yōu)化生產(chǎn)能力，通過對系統(tǒng)進行適當優(yōu)化提升產(chǎn)能；（2）提升設備的整體利用率；（3）減少廢料的存儲量。遵循生產(chǎn)能力＞設備利用率＞庫存的原則對系統(tǒng)進行優(yōu)化。系統(tǒng)的優(yōu)化將從以下3個方面進行。

由平面圖可知，造成廢料堵塞的原因是起重機和打包機的工作時間長。通過適當降低打包機的加工時間，提升了起重機的工作速度，整個系統(tǒng)的生產(chǎn)能力得到了提升。

對設備的利用率進行統(tǒng)計 （圖6），發(fā)現(xiàn)設備的利用率整體得到了提升，達到了優(yōu)化的目標，廢料存儲區(qū)的容量有一定的下降。

5 結(jié)束語

通過建立的仿真模型進行虛擬的仿真運行，在運行過程中發(fā)現(xiàn)瓶頸點，對設備的利用率和存儲區(qū)的容量進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)瓶頸工位，并對數(shù)據(jù)進行分析，提出優(yōu)化方案，進行優(yōu)化前后仿真數(shù)據(jù)的對比，驗證方案的可行性。通過在虛擬化的環(huán)境中進行模擬仿真，避免了規(guī)劃的工藝方案在設計完成后存在的產(chǎn)能不足、設備利用率低的問題。

【1】姚海風，馮勛省，郭丁俊.基于eM-plant的汽車零部件生產(chǎn)線平衡技術的仿真研究［J］.企業(yè)物流，2010（12）：1－5.

【2】Tahar R B M，Adham A A J.Design and Analysis of Automobiles Manufacturing System Based on Simulation Model［J］.Modern Appliad Science，2010，4（7）：130－134.

【3】齊繼陽，竺長安.基于DELMIA＿QUEST制造系統(tǒng)仿真模型的研究［J］.機械設計與制造，2010（4）：1－3.

【4】馬健萍，周新建.基于Melmia／Quest的數(shù)字化裝配線體仿真［J］.華東交通大學學報，2006，23（2）：125－128.

【5】張曉光，林財興，趙翠蓮.基于Quest的生產(chǎn)線物流系統(tǒng)仿真［J］.上海大學學報2012，18（5）：500－505.

Process Simulation for Packing Workshop

CHEN Chuan，YANG Jianbo，LIHeng，ZHANG Shuangqing
（Hebei Province Motor Engineering Technical Graduate Center，GreatWall Motor Company Limited Technical Center，Baoding Hebei071000，China）

In the factory planning and design stage，through the DELMIA／Quest platform，the rationalities of process plan and scheduling strategy were verified.Statistical analysis of the equipment utilization was done，so the problem was fully exposed.The reasons causing the problem were analyzed.Then，under certain objective，strategy or production line was optimized，and the capacity was achieved.

Packing workshop；Simulation and optimization；Process plan

2014－02－22

陳川（1986—），男，學士，助理工程師，主要從事沖壓工藝方面工作。E-mail：chenchuan432＠126.com。