基于ED仿真的鈑金產(chǎn)品質(zhì)量提升分析

賴(lài) 彬 徐海龍

江西理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江西 贛州 341000

基于ED仿真的鈑金產(chǎn)品質(zhì)量提升分析

賴(lài) 彬 徐海龍

江西理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江西 贛州 341000

針對(duì)某鈑金制造企業(yè)的設(shè)備空閑率高、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)充分調(diào)查和準(zhǔn)確收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，基于ED仿真軟件，運(yùn)用工業(yè)工程的理論與方法，建立仿真模型，查找、分析現(xiàn)有瓶頸環(huán)節(jié)，提出作業(yè)流程優(yōu)化方案，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行仿真分析與驗(yàn)證，起到了良好的效果。

鈑金產(chǎn)品；質(zhì)量提升；ED仿真

0 引言

在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的環(huán)境下，企業(yè)如何提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，成為每個(gè)企業(yè)共同關(guān)注的問(wèn)題[1]。鈑金加工企業(yè)通常采取加大設(shè)備投入，改善企業(yè)硬件設(shè)施，提高設(shè)備性能等以提升產(chǎn)能；另一方面，企業(yè)逐漸開(kāi)始重視軟件的投入，希望通過(guò)先進(jìn)的軟件支持最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效益，加快投資回報(bào)。

生產(chǎn)過(guò)程仿真是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行模擬，在虛擬的環(huán)境中反映生產(chǎn)過(guò)程的全部環(huán)節(jié)，進(jìn)而直觀準(zhǔn)確地找出瓶頸環(huán)節(jié)，并進(jìn)行有效的改善，解決生產(chǎn)過(guò)程效率低、平衡性差等問(wèn)題。Enterprise Dynamics(簡(jiǎn)稱(chēng)“ED”)是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的系統(tǒng)仿真軟件，能有效地對(duì)現(xiàn)實(shí)過(guò)程進(jìn)行虛擬仿真與分析，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、物流業(yè)、交通、機(jī)場(chǎng)等[2]。

以某鈑金生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程為研究對(duì)象，以工業(yè)工程理論與技術(shù)作為指導(dǎo)，采用ED軟件建立生產(chǎn)過(guò)程的仿真模型，找出鈑金生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的布置方式的瓶頸，分析產(chǎn)能不平衡對(duì)生產(chǎn)效率產(chǎn)生的影響，最后提出有效的改善方案[3][4]。

1 現(xiàn)有生產(chǎn)流程仿真

1.1 現(xiàn)有工藝流程圖

為建立合理生產(chǎn)仿真模型,本課題通過(guò)實(shí)際調(diào)查，繪制其工藝流程如圖1所示，其中數(shù)控機(jī)床位于沖壓工序。

圖1 工藝流程圖Figure 1 process flow diagram

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析與統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，確定各工序作業(yè)時(shí)間分布如表1所示，其中個(gè)數(shù)代表工作臺(tái)或設(shè)備臺(tái)數(shù)：

表1 工序時(shí)間分布（單位/分鐘）Table 1 process time distribution (units/min)

1.2 模型的建立

選用ED離散事件仿真軟件進(jìn)行現(xiàn)有生產(chǎn)流程的仿真分析。根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況，在仿真模型中定義的對(duì)象原子包括：發(fā)生器、吸收器、處理器、合成器、分解器、暫存區(qū)等。4個(gè)發(fā)生器中的原料A、B、C隨機(jī)產(chǎn)生，各工序時(shí)間分布如表1所示；處理器分別代表沖床、去毛刺、折彎、鉚接、噴涂、焊接和組裝；合成器代表批量加工打包和零部件組裝的過(guò)程；分解器代表產(chǎn)品拆包的過(guò)程；暫存區(qū)用于臨時(shí)存放待處；吸收器代表產(chǎn)成品存儲(chǔ)區(qū)。

通過(guò)對(duì)實(shí)體的屬性定義、分配布局、確立聯(lián)系并設(shè)置參數(shù), 構(gòu)造現(xiàn)行流程的仿真模型，如圖2所示。

圖2 仿真模型figure 2 simulation model

1.3 仿真與結(jié)果分析

由于仿真過(guò)程存在大量隨機(jī)變動(dòng)因素，并且發(fā)生器產(chǎn)生A、B、C三種原料為隨機(jī)產(chǎn)生，所以本實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果以800小時(shí)為一個(gè)仿真周期，進(jìn)行20個(gè)仿真周期時(shí)間后平均得到，從而保證仿真數(shù)據(jù)的可靠性。經(jīng)沖壓（數(shù)控）后A、B、C的加工批量分別為：40，80，80，其中由于組裝工序組裝件個(gè)數(shù)因品種的差別很大，仿真中假設(shè)產(chǎn)生三種產(chǎn)品：產(chǎn)品1，產(chǎn)品2，產(chǎn)品3，其BOM表見(jiàn)表2。

表2 產(chǎn)品BOM表Table 2 BOM table

仿真結(jié)果如表3所示。

表3 仿真結(jié)果（單位/件）表號(hào)表題Table 3 results of simulation (unit/a)

仿真中借助檢測(cè)狀態(tài)圖可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)工序加工狀態(tài)隨時(shí)間的變化,為改善過(guò)程提供依據(jù)，其最終檢測(cè)狀態(tài)如圖3所示（左為數(shù)控右為去毛刺）。

圖3 監(jiān)測(cè)狀態(tài)圖Figure 3 monitoring state diagram

由表3可知：去毛刺、焊接和數(shù)控工序的利用率較高，其中去毛刺和焊接利用率達(dá)到百分之百，是該生產(chǎn)過(guò)程的瓶頸環(huán)節(jié)，因此可以認(rèn)為生產(chǎn)效率的改善重點(diǎn)位于去毛刺與焊接工序。

2 生產(chǎn)流程的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)控車(chē)間操作改進(jìn)分析與設(shè)計(jì)

作業(yè)分析是以人為主的工序的詳細(xì)研究，主要通過(guò)對(duì)作業(yè)者、作業(yè)對(duì)象、作業(yè)工具三者科學(xué)合理的布置和安排，達(dá)到工序結(jié)構(gòu)合理，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、減少工時(shí)消耗、縮短整個(gè)作業(yè)時(shí)間的目的。聯(lián)合作業(yè)分析是作業(yè)分析的具體運(yùn)用，是針對(duì)一組人員（兩個(gè)或以上）利用聯(lián)合作業(yè)圖進(jìn)行分析，找出不經(jīng)濟(jì)，不均衡，不合理和浪費(fèi)的分析方法。對(duì)現(xiàn)行的數(shù)控工序進(jìn)行作業(yè)分析，如表4所示。

表4 聯(lián)合作業(yè)分析（改進(jìn)前）Table 4 joint operation analysis (before improvement)

由表4可知，設(shè)備的空閑率12.57%，現(xiàn)行的操作存在著很大的時(shí)間浪費(fèi)，對(duì)此，進(jìn)行作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化處理和聯(lián)合作業(yè)分析，如表5所示。

表5 聯(lián)合作業(yè)分析（標(biāo)準(zhǔn)化）Table 5 joint operation analysis (standardization)

由表5可以知：?jiǎn)渭r(shí)縮短20s，設(shè)備利用率提高6.75%。由于去毛刺工序技術(shù)含量不高，可有效的利用作業(yè)者等待時(shí)間將部分工件在數(shù)控沖床的暫存區(qū)進(jìn)行去毛刺處理，通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)可使整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)能提高21.2%，但這樣的生產(chǎn)流程對(duì)操作者的自律性要求較高，也給生產(chǎn)調(diào)度及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理帶來(lái)了困難。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采取三人兩機(jī)聯(lián)合作業(yè)分析，可使在設(shè)備利用率不變的情況下減少一個(gè)工人，調(diào)入去毛刺車(chē)間，可更為有效地緩解工作負(fù)荷量及有利于生產(chǎn)均衡化從而提高產(chǎn)量，如表6所示。

表6 聯(lián)合作業(yè)分析（改善后）Table 6 joint operation analysis (improved)

2.2 車(chē)間設(shè)施布置

迄今為止，由于人們對(duì)鈑金結(jié)構(gòu)體和加工工藝注重不夠，多數(shù)情況下去毛刺工序由于其加工過(guò)程的復(fù)雜性，使得自動(dòng)化設(shè)備無(wú)法完全代替人工作業(yè)。而且，由于客戶(hù)對(duì)鈑金件表面質(zhì)量要求較高，要求在加工過(guò)程中不能有任何劃痕，而鈑金件加工工藝過(guò)程中的物流與搬運(yùn)次數(shù)既影響鈑金件的質(zhì)量，也影響生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，故車(chē)間設(shè)施布局的合理化十分重要。

經(jīng)研究，發(fā)現(xiàn)去毛刺車(chē)間生產(chǎn)雖然采取定制化管理，但是由于其布置方式的不合理，造成搬運(yùn)的浪費(fèi)和物流的阻塞等現(xiàn)象。車(chē)間原始布置如圖4（左）所示，作業(yè)人員將鈑金件手工搬運(yùn)到工作區(qū)的工作臺(tái)上，待去毛刺完成后放到托盤(pán)上，這使得只有在托盤(pán)運(yùn)走后才能再次往工作臺(tái)上放置鈑金件，造成工作臺(tái)的有效利用率降低及搬運(yùn)人員的浪費(fèi)，運(yùn)輸延誤同時(shí)可能造成物料的阻塞。針對(duì)以上問(wèn)題對(duì)去毛刺車(chē)間進(jìn)行設(shè)施重新布置如圖4（右）所示，可以有效地減少搬運(yùn)距離和增加工作臺(tái)的有效利用。

圖4 去毛刺車(chē)間布置Figure 4 deburring workshop layout

進(jìn)行上述改善后經(jīng)測(cè)算的時(shí)間分布如表7所示。

表7 時(shí)間分布（單位/分鐘）Table 7 time distribution (units/min)

2.3 改善方案仿真和結(jié)果分析

以上從車(chē)間設(shè)施布置和聯(lián)合作業(yè)分析兩方面提出對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的改善方案，為定量判別其有效性，針對(duì)改善方案重新建立模型并進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果見(jiàn)表8。對(duì)比表3和表8可知，單位時(shí)間內(nèi)數(shù)控產(chǎn)出提高12.7%，去毛刺提高21%，折彎提高20.9%，焊接提高21.69%，總效率提高20.9%。

工序輸入輸出空閑率利用率阻塞率數(shù)控1978401966400.050.950去毛刺203320320.030.970折彎203220240.210.790鉚接202620250.210.790焊接202520250.020.980噴涂1329201329200.410.590組裝19938199360.20.80成品19936

3 結(jié)論

本文使用ED軟件對(duì)鈑金工藝流程進(jìn)行了仿真和分析。仿真結(jié)果表明現(xiàn)行流程去毛刺和焊接工序存在堵塞現(xiàn)象，分析原因是人員調(diào)配、作業(yè)和設(shè)施布置不合理所致。對(duì)此，分別采用三人兩機(jī)的聯(lián)合作業(yè)分析和設(shè)施布置，并增加一個(gè)焊接工位的改進(jìn)方案，并進(jìn)行了仿真與分析，結(jié)果顯示總產(chǎn)出提高20.9%。

[1] 蘇文杰.國(guó)外質(zhì)量管理實(shí)踐和理論的發(fā)展研究[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).2006,12(6):134-137.

[2] 李寧,錢(qián)小燕.基于ED的裝配車(chē)間生產(chǎn)物流分析及優(yōu)化[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù).2014,10(4):112-120.

[3] 劉輝,徐世博,宮國(guó)鵬等.采用ED軟件模擬WAS60/90型鋁網(wǎng)加工生產(chǎn)線仿真[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇.2012,11(2):125-129.

[4] 宋建峰.基于實(shí)例的鈑金工藝設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J].科技資訊.2014,5(14):45-55.

As for the problems of some sheet metal enterprises on high rate idle equipment,low efficiency,the theory and methods of industrial engineering are applied in this paper on the basis of field investigation and accuratly data collection,the simulation model is set up based on ED simulation software,the existing bottleneck link is found and analyzed,the process optimization scheme is put forward,which is analyzed and verificated by simulation,and the whole methods work well.

sheet metal production;productivity optimization;ED simulation