基于ED的裝配車間生產(chǎn)物流分析及優(yōu)化*

李 寧，錢小燕

(浙江工業(yè)大學(xué) 之江學(xué)院，杭州 310024)

基于ED的裝配車間生產(chǎn)物流分析及優(yōu)化*

李 寧，錢小燕

(浙江工業(yè)大學(xué) 之江學(xué)院，杭州 310024)

針對A汽車裝配車間物流系統(tǒng)效率低問題，運用設(shè)施規(guī)劃系統(tǒng)布置設(shè)計法，對其裝配車間物流系統(tǒng)進行分析，利用SLP法提出初步優(yōu)化方案。在ED中對裝配車間原始布置方案建模后進行仿真分析，進一步發(fā)現(xiàn)駕駛室裝配線上在制品存在嚴重積壓問題?；赟LP法提出的優(yōu)化方案和原始布置方案仿真中發(fā)現(xiàn)的問題，在ED中建立布置方案優(yōu)化后的模型并進行了仿真，仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后車間整車日產(chǎn)量從18輛增到22輛，搬運距離減少360m，搬運物流量減少0.23t，物流交叉得到緩解。結(jié)果表明：通過仿真方法對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行優(yōu)化，可以提高生產(chǎn)物流系統(tǒng)各項指標(biāo)。

生產(chǎn)物流;系統(tǒng)布置設(shè)計(SLP);系統(tǒng)仿真;ED

0 前言

生產(chǎn)物流系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其運作成功與否直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效益，因此，研究如何提高企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)的運行效率對企業(yè)的發(fā)展有著重大的意義[1-3]。對于綜合、開放的生產(chǎn)物流系統(tǒng)，從理論上進行系統(tǒng)分析與優(yōu)化，其結(jié)果形式較為抽象，不能直觀看到優(yōu)化方案的具體運作過程。系統(tǒng)仿真技術(shù)作為一門新興的先進技術(shù)，已被成功應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在生產(chǎn)物流上通過仿真技術(shù)可以實現(xiàn)對規(guī)劃設(shè)施的優(yōu)化，從而有效地避免各種風(fēng)險[4-7]。

本文以A汽車企業(yè)為研究對象，采用理論和仿真結(jié)合的方法，對其裝配車間的生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行了分析，并提出優(yōu)化方案，借助ED對優(yōu)化方案和原始方案進行了仿真，并就仿真結(jié)果進行了對比分析。

1 SLP生產(chǎn)物流系統(tǒng)分析優(yōu)化

1.1 作業(yè)單元相互位置的確定

A公司車間建有三條裝配線線：駕駛室裝配線、發(fā)動機裝配線和整車裝配線。整車裝配線全長120m，采用直線型布局，共設(shè)15個工位。驅(qū)動形式為鏈條運輸帶和鏈板運輸帶，鏈輪由13千瓦變頻電機驅(qū)動，鏈條行走速度的調(diào)整范圍為0～3.16m/min。其中，發(fā)動機分裝線、駕駛室裝配線完成后，最后進入整車裝配線完成整車的裝配，每20分鐘裝配線上產(chǎn)出一輛載貨車，每天產(chǎn)出18輛載貨車。

通過對A公司裝配車間整體布局、工件流程、產(chǎn)品工藝過程、物流量及物流關(guān)系、作業(yè)單位及相互關(guān)系等進行分析，繪制出了該裝配車間作業(yè)單位之間的相互關(guān)系圖，見圖1。

1.廠前露天場 2.本車間的倉庫1 3.本車間倉庫2 4.外車間倉庫1 5.外車間倉庫2 6.儲氣筒暫存區(qū) 7.車輪總成暫存區(qū) 8.工具箱、電瓶總成、套筒伸縮油缸總成暫存區(qū) 9.鏈條運輸帶 10.鏈板運輸帶 11.發(fā)動機分裝區(qū) 12.駕駛室裝配線 13.駕駛室空殼儲存區(qū)。

圖1 作業(yè)單位之間相互關(guān)系圖

1.2 車間設(shè)施布局方案優(yōu)化

根據(jù)A汽車企業(yè)的物流情況以及作業(yè)單位面積等修正因素的影響[8]，對車間設(shè)施布局和物流進行了優(yōu)化，對比見圖2和圖3。在原始布局中，該企業(yè)圓環(huán)型的駕駛室裝配線12中只有4個工位是用于作業(yè)的，其他的工位基本處于空置狀態(tài)，圓環(huán)型裝配線作業(yè)比較空閑且占地面積大，為245 m2。為了克服以上弊端，將其改為寬為4m，長30m的直線型裝配線，占地面積為120 m2，優(yōu)化后駕駛室裝配線容量由原來的30輛改為10輛。鏈板運輸帶(圖2中10)上只有6個工位是真正作業(yè)的，有1個工位(工位11)處于等待狀態(tài)，優(yōu)化后將鏈板運輸帶的長度由56m縮短至50m，減少了在制品的數(shù)量，從而減少資金的占用量。發(fā)動機裝配線只有一個作用單位，可以分為2-3個，參照作業(yè)單位的各工序的加工時間，分為2個作業(yè)單位，合理分配發(fā)動機在各個工位的裝配時間。最后，把倉庫1和倉庫2已經(jīng)合并為一體(圖3中2、3)，原始布局中倉庫1和倉庫2的占地面積和為1344m2，優(yōu)化合并后的占地面積為1485m2，相較原始布局空間更大，14是優(yōu)化后空出的占地，為將來擴大生產(chǎn)空出必要的空間。

2 生產(chǎn)車間原始布局ED仿真

圖2 原始車間整體布局圖

圖3 優(yōu)化后的車間整體布置圖

2.1 原始布局仿真模型建立

為了降低仿真模型數(shù)據(jù)處理工作量和復(fù)雜程度，在不影響仿真結(jié)果的前提下，對仿真模型進行了一些假設(shè)[9-10]：假設(shè)在模型中，生產(chǎn)連續(xù)，不出現(xiàn)設(shè)備的故障和維修問題；每個工位都有一定的零部件儲存，不會因為缺少零件而處于停機待料的狀態(tài)；在仿真模型中，不考慮裝配線上暫存區(qū)的零部件搬運時間，統(tǒng)一作為該工位的安裝時間；在生產(chǎn)過程中，裝配線上的車型默認為12款車型。

在ED中進行建模，設(shè)置1個Source(駕駛室空殼儲存區(qū))實體，20個Queue實體(車架暫存區(qū)、板簧暫存區(qū)等)，11個Server實體(代表10個安裝工位)，9個Assembler(代表9個組裝工位),6個Portal Crane實體，1個接收器實體，2個Left Curved Accumulating Conveyor實體，20個Accumulating Conveyor實體，4個ArrivalList (廠前露天場地車架和前后橋的到達名單與液壓油箱、油箱、前后橋、儲氣筒的到貨名單與車輪、發(fā)動機的到貨名單與工具箱、電瓶總成、套筒伸縮式油缸總成的到貨名單)，4輛高級叉車，5個操作員。

2.2 參數(shù)設(shè)置

發(fā)動機裝配線參數(shù)設(shè)置。叉車的速度為2m/s,裝載時間為10s。行車的速度為0.5m/s，裝卸操作時間均為30s，長為15m，寬10m，高12m。暫存區(qū)的容量為20，運輸帶的速度為0.5m/s，容量為10臺，長為10m，寬1m，高為1m。

駕駛室裝配線參數(shù)設(shè)置。行車的速度為0.5m/s，長為15m，寬12m，高12m。隊列(暫存區(qū))的容量為2。運輸帶的速度為0.5m/s，容量為2臺，長為10m，寬1m，高1m。

整車裝配線參數(shù)設(shè)置。高級叉車的速度2m/s,裝載時間為10s。行車的速度為0.5m/s，長為15m，寬12m，高12m；隊列的容量為15。運輸帶的速度為0.5m/s，容量為2臺，長為8m，寬1m。操作員，速度參數(shù)設(shè)置為0.5m/s。

2.3 原始仿真結(jié)果分析

設(shè)定運行時間為30天，每天工作時間為8小時，即864000s。仿真完成后，收集所需數(shù)據(jù)，圖4是車間原始布局運行30天之后的仿真結(jié)果圖，表1是車間原始布局運行30天之后的仿真結(jié)果。

圖4 車間原始步距運行30天后的仿真結(jié)果圖

模型元素系統(tǒng)元素仿真結(jié)果(輛)停留時間(s)Sink50載貨車成品553LeftCurvedAccumulating68駕駛室成品暫存15．697923623．330LeftCurvedAccumulating69駕駛室在制品暫存15．04921351．764Queue20駕駛室成品暫存9．93415359．806Station1前后橋板簧裝配1245．443Station15整車下線309．120

從表1中可看出，駕駛室裝配線上在制品的積壓現(xiàn)象嚴重，駕駛室成品暫存(Left Curved Accumulating Conveyor68)數(shù)量為15.6979輛，等待時間為23623.330s；駕駛室成品暫存(Queue20)數(shù)量為9.934輛，停留時間為15359.806；工位1(即Station1)和工位2之間(Left Curved Accumulating Conveyor69)等待安裝的駕駛室車頭數(shù)量為15.049，等待時間為21351.764s，在制品積壓會引起資金和車間空間的占用。鏈條運輸線的產(chǎn)品要比鏈板運輸帶上的產(chǎn)品流動得快，兩條線的生產(chǎn)節(jié)拍不一致導(dǎo)致在制品的等待時間變長。裝配線上工位1(最長作業(yè)時間)和工位15(最短作業(yè)時間)的差距為936.323。30天車間裝配線上總共生產(chǎn)553輛的載貨車成品，用時864000s。

3 生產(chǎn)車間優(yōu)化后ED仿真

3.1 裝配車間優(yōu)化后仿真模型建立

依據(jù)SLP車間設(shè)施布局和物流的優(yōu)化結(jié)果，以及ED仿真對裝配車間原始布局中發(fā)現(xiàn)的問題，對裝配車間各裝配線優(yōu)化如下：

發(fā)動機裝配線。將分裝作業(yè)工位設(shè)置在運輸帶上。運輸帶的寬度改為2m,取消了機械手(Robot10),可以直接用行車吊上運輸帶，將原來的1個工位分為2個工位，安裝時間為1130.5s。

駕駛室裝配線。將環(huán)形的駕駛室裝配線改成直線型裝配線，將駕駛室裝配線的工作人員由原來的16人減少到10人，每個工位2人，另外一人安裝駕駛室內(nèi)飾板，一人使用行車運輸駕駛室空殼。駕駛室裝配線的長度改成30m,寬為3m,零部件暫存區(qū)靠近裝配線放置，寬度為2m，每個工位間距4.5m，成品暫存區(qū)6m；隊列的容量為10輛；行車的速度設(shè)置為0.6m/s。按每個工位的平均值增加一倍進行參數(shù)設(shè)置：工位1(即Server1)的安裝時間為1023.66s，工位2的安裝時間為1054.36s，工位3的安裝時間為841.66s，工位4的安裝時間為1141.6s。

整車裝配線。工位4和工位6的參數(shù)根據(jù)平均值減少30s來代替，即工位4的安裝時間為413.94，工位6的安裝時間為407.85s。工位1和工位2的作業(yè)時間相差很大才會存在這種現(xiàn)象，所以合理安排工位1和工位2的作業(yè)時間，工位1的作業(yè)時間可以根據(jù)已制定的工時定額來設(shè)置，為960s。工位9的安裝時間減少30s,工位9的參數(shù)根據(jù)平均值減少30s來代替，即工位9的安裝時間為932.70。撤掉工位11，即減少等待時間為830.09s。

3.2 優(yōu)化后仿真結(jié)果分析

對建立的優(yōu)化后的裝配車間模型進行仿真，圖5是運行30天之后仿真結(jié)果圖，表2為主要參數(shù)優(yōu)化前后的對比。

由表2仿真結(jié)果可以看出，裝配車間布局優(yōu)化后，30天總共生產(chǎn)660輛的卡車成品(Sink50)，用時864000s。原始布局30天生產(chǎn)卡車成品553，優(yōu)化后增加了107輛。駕駛室成品暫存區(qū)(Queue20)的等待時間由先前的38983.136s(加上了駕駛室成品在Left Curved Accumulating68的停留時間)減少為13061.634s，緩解了駕駛室總成積壓嚴重的現(xiàn)象，減少了駕駛室作業(yè)單位經(jīng)?？臻e的現(xiàn)象。

表3為各裝配線優(yōu)化前后仿真結(jié)果對比，因發(fā)動機分裝線和駕駛室分裝線完成后，最終都要進入整車裝配線完成整車的裝配，所以這里以整車裝配線的流動量為評價指標(biāo)進行優(yōu)化前后的對比，由于優(yōu)化仿真中載貨車成品總產(chǎn)量不一樣，表中的搬運距離和物流量是針對生產(chǎn)一輛載貨車衡量。通過對比可以看出，優(yōu)化后的裝配車間整車的日產(chǎn)量提升了4輛，每輛車的搬運距離減少了360m，搬運量減少0.23t。搬運距離減少使得物流時間占總生產(chǎn)時間的比例減少，裝配線上的部分工位的等待時間在一定程度上也有減少，運輸交叉現(xiàn)象也得到了一定的緩解。

圖5 車間布局優(yōu)化后運行30天的仿真結(jié)果圖

模型元素Sink50Queue20Station1Station15工位作業(yè)時間差距原始仿真55315359．8061245．443310．110935．333優(yōu)化仿真66013061．634962．703309．120653．583

表3 各裝配線優(yōu)化前后仿真結(jié)果對比

4 結(jié)論

本文對A汽車企業(yè)裝配車間的布置以及物流量進行了分析，依據(jù)SLP法和ED仿真對裝配車間進行了優(yōu)化。優(yōu)化后的車間日總產(chǎn)量從18輛增到22輛；車間生產(chǎn)每輛載貨車的總物流量從25.58t降低到25.35t，搬運距離從1599m減少為1239m。優(yōu)化后裝配車間生產(chǎn)物流系統(tǒng)有了明顯的改變，運輸交叉得到了緩解，工作人員無需在裝配線與暫存區(qū)之間走動。

[1] 葉海虹,梁德豐.中小型制造企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化[J].新西部,2008(20):92-94.

[2]齊二石.物流工程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[3]方慶琯,王轉(zhuǎn).現(xiàn)代物流設(shè)施與規(guī)劃[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

[4]羅國勛,羅昕,蔣天穎,等.系統(tǒng)建模與仿真[M].北京:高等教育出版社,2011.

[5]Moro Antnio Reyes,Yu Hongnian.Advanced Schedu- ling Methodologies for Flexible Manfacturing Systems Using Petri Nets and Heuristic Search[C].Proceeding of the 2000 IEEE International Conferences on Robotics & Automation, San Francisco,CA.2000.

[6]Scott J M,RIBERA P M,JENNIFER A F.Integrating the warehouseing and transportation functions of the supply chain[J].Transportation Rese- arch,2003:141-159.

[7]王慧珍.物流系統(tǒng)評價理論的演進與發(fā)展[J].天津社會科學(xué),2007(6):144.

[8]文傳源.系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)及其理論[J]．系統(tǒng)仿真學(xué)報，2009,21(17):5289-5291.

[9]汪傳雷,李磊,劉宏偉.基于FLEXSIM的某生產(chǎn)線物流仿真優(yōu)化[J].物流技術(shù),2008，27(1):58-60.

[10]孟亮，彭瑜. Witness的生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真研究范例[J].經(jīng)濟研究導(dǎo)刊，2011(2):261-262.

(編輯 趙蓉)

Simulation and Optimization of Assembly Workshop Production Logistics Based on ED

LI Ning，QIAN Xiao-yan

(Zhijiang College ,Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310024,China)

In order to solve the problems of logistics system inefficiency about the A automobile assembly workshops, using facility planning system especially the system arrangement design method, analysed the logistics systems of assembly workshop and put forward the optimized primarily by SLP method. A model simulation of assembly workshop original plan at ED environment provided further findings about serious backlog on the cab assembly line. Combination the problems of the optimized primarily by SLP method and original plan, established model in ED and carried out simulation , the simulations revealed that output raised from 18 to 24 cars , carry distance lessened 360 metres, quantitatively diminished 0.23 tones and the cross of logistics were relieved. It was evident that using simulation methods to optimize the production logistics system can enhance many objects of the system.

production logistic;systematic layout planning(SLP);system simulation;ED

1001-2265(2014)04-0154-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2014.04.043

2013-07-29

浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院教學(xué)建設(shè)項目-工業(yè)工程專業(yè)實踐教學(xué)的研究

李寧(1986—) ，女，陜西旬邑縣人，浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院助教，碩士，主要研究方向為結(jié)構(gòu)設(shè)計、工業(yè)工程，(E-mail)wwwningning@126.com。

TH166;TG65

A