基于Plant Simulation的SPS物流模式可行性分析

任運(yùn)通

（1.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海 201804；2.浙江吉利汽車(chē)有限公司，浙江 寧波 315800）

基于Plant Simulation的SPS物流模式可行性分析

任運(yùn)通1,2

（1.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海 201804；2.浙江吉利汽車(chē)有限公司，浙江 寧波 315800）

汽車(chē)企業(yè)小批量、多品種的戰(zhàn)略符合當(dāng)前的市場(chǎng)需求，但也使得主機(jī)廠(chǎng)線(xiàn)邊物料不斷增加，錯(cuò)裝、漏裝及停線(xiàn)時(shí)有發(fā)生，給正常生產(chǎn)、訂單交付造成極大影響。為了解決上述問(wèn)題,當(dāng)前越來(lái)越多的汽車(chē)企業(yè)通過(guò)導(dǎo)入SPS物流供線(xiàn)模式進(jìn)行物流改善，而前期的可行性分析將為最終導(dǎo)入提供決策依據(jù)因而成為企業(yè)的重要課題。以G汽車(chē)制造企業(yè)的總裝車(chē)間動(dòng)力合成線(xiàn)改造以及SPS物流供線(xiàn)模式導(dǎo)入為例，運(yùn)用Plant Simulation仿真建模，分析與評(píng)估導(dǎo)入后的運(yùn)行狀態(tài)，并以此為實(shí)際改造提供決策依據(jù)。

Plant Simulation；SPS；可行性分析

1 引言

汽車(chē)企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)受現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)因素影響較大，各部門(mén)、各工序之間工藝要求不同，具有離散性，而傳統(tǒng)方法往往依靠人工經(jīng)驗(yàn)對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)際生產(chǎn)中再進(jìn)行驗(yàn)證調(diào)試。由于理論依據(jù)及系統(tǒng)性分析的缺失使得實(shí)際效果不如預(yù)期且每一次驗(yàn)證需付出實(shí)際成本。系統(tǒng)仿真是用模型來(lái)研究對(duì)象系統(tǒng)的方法，通過(guò)對(duì)模型的實(shí)驗(yàn)來(lái)達(dá)到研究實(shí)際系統(tǒng)或尚未建立的系統(tǒng)的目的。目前PlantSimulation，F(xiàn)lexsim等眾多仿真軟件逐步應(yīng)用于汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)，仿真技術(shù)日益成為汽車(chē)企業(yè)解決和分析問(wèn)題的重要工具。該類(lèi)軟件均采用了面向?qū)ο蟮姆椒▉?lái)建立仿真模型，并可以進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與仿真模型優(yōu)化，模型的動(dòng)態(tài)顯示也便于決策者更直觀(guān)地對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施跟蹤分析以達(dá)到找出系統(tǒng)瓶頸、提高生產(chǎn)效率、縮短生產(chǎn)周期的目的。

2 仿真實(shí)例概況

G汽車(chē)公司是以市場(chǎng)為導(dǎo)向的生產(chǎn)線(xiàn)柔性改造的典型案例，該公司生產(chǎn)兩款車(chē)型，Z與D兩款車(chē)型混流裝配，物流供線(xiàn)采取看板供線(xiàn)模式。由于混流裝配后車(chē)型、配置、顏色的增加，生產(chǎn)線(xiàn)線(xiàn)邊物料不斷增加，裝配工活動(dòng)空間越來(lái)越小而物料搬運(yùn)的次數(shù)與距離不斷增加，物料配送出錯(cuò)率增大，錯(cuò)裝、漏裝及停線(xiàn)時(shí)有發(fā)生，給正常生產(chǎn)、訂單交付造成極大影響。為了解決上述問(wèn)題，G公司準(zhǔn)備實(shí)施SPS（Set Part Supply）物流供線(xiàn)模式。本文通過(guò)仿真軟件對(duì)總裝車(chē)間動(dòng)力合成線(xiàn)原有的看板供線(xiàn)模式及準(zhǔn)備導(dǎo)入的SPS供線(xiàn)模式進(jìn)行了仿真建模，對(duì)模型輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?？梢钥吹絊PS模式的實(shí)施可削減工時(shí)損失，達(dá)到在相同資源配置前提下產(chǎn)能的提升、物流量的減少以及設(shè)備利用率的提升，初步驗(yàn)證了其預(yù)期效果及可行性。

圖1 看板供線(xiàn)模式操作流程

汽車(chē)裝配線(xiàn)的兩種物流供線(xiàn)模式如下：

（1）看板供線(xiàn)模式?？窗骞┚€(xiàn)是指供料人員根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)看板需求，將所需零部件按收容器具數(shù)量送至生產(chǎn)線(xiàn)的一種配送模式。不考慮物料與產(chǎn)品的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只是將產(chǎn)品需要的零部件按照組裝工位需求的類(lèi)別全部配送至生產(chǎn)線(xiàn)，差異性的零部件由組裝人員按照配置的要求來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的零部件。操作流程圖如圖1所示。

（2）SPS供線(xiàn)模式。SPS（Set Parts Supply）零部件成套供應(yīng)是向生產(chǎn)線(xiàn)單臺(tái)份成套供料的一種零部件配送方式，操作流程如圖2所示。

相比看板供線(xiàn)模式，SPS供線(xiàn)模式在生產(chǎn)線(xiàn)防錯(cuò)、減少線(xiàn)邊占用面積、提高生產(chǎn)效率等方面有較直觀(guān)的優(yōu)勢(shì)。但對(duì)于實(shí)際案例，需要進(jìn)行仿真驗(yàn)證，從數(shù)據(jù)上分析利弊。

3 仿真驗(yàn)證流程及系統(tǒng)建模

對(duì)動(dòng)力合成線(xiàn)進(jìn)行仿真分析，擬定流程如圖3所示。

3.1 仿真要素抽象與過(guò)程數(shù)據(jù)采集

在明確本文仿真實(shí)例基本概況后，需要根據(jù)仿真分析目標(biāo)的要求對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的要素抽象簡(jiǎn)化。在本文實(shí)例中仿真要素抽象即動(dòng)力合成線(xiàn)各類(lèi)實(shí)體的屬性。主要包括：①物流量：本文簡(jiǎn)化為搬運(yùn)量和搬運(yùn)距離的乘積；②生產(chǎn)周期：按12h/d標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定生產(chǎn)時(shí)間；③工時(shí)測(cè)定：工時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)多次測(cè)定并進(jìn)行初步處理后，擬合成隨機(jī)分布函數(shù)；④線(xiàn)邊暫存區(qū)：物料經(jīng)叉車(chē)或牽引車(chē)配送至線(xiàn)邊儲(chǔ)位（通過(guò)對(duì)象Placebuffer表示，移動(dòng)中的物料將設(shè)置在空閑單元）；⑤物流車(chē)輛配送路徑。根據(jù)仿真目標(biāo)的要求還需采集仿真過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，作為決策的參考。本實(shí)例中主要包括：①混流生產(chǎn)的Z、D車(chē)型月產(chǎn)量（初始值為零）；②設(shè)備平均利用率。

圖3 仿真驗(yàn)證流程

3.2 仿真系統(tǒng)建模

根據(jù)仿真要素抽象與數(shù)據(jù)采集，將動(dòng)力合成線(xiàn)的基本信息利用Plant Simulation中的實(shí)例資源逐一對(duì)應(yīng)，設(shè)置系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)，最終建立現(xiàn)有仿真模型。動(dòng)力合成線(xiàn)裝配過(guò)程是以發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器為裝配基體，傳動(dòng)鏈帶動(dòng)分裝臺(tái)以一定速度移動(dòng)并按既定的路徑完成方向移動(dòng)，最終完成對(duì)前副車(chē)架、后橋的分總成，各分裝線(xiàn)上的基本單元是工位，其作業(yè)時(shí)間滿(mǎn)足一定的生產(chǎn)節(jié)拍要求以避免其他工位上任務(wù)堆積或工時(shí)流失。根據(jù)物流量的大小及對(duì)總體布局的影響程度，選擇對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)分裝、前副車(chē)架分裝及后橋分分別建立子模型，嵌套在整個(gè)仿真主模型內(nèi)。結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖4所示。

圖4 仿真模型結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

為減少模型復(fù)雜程度并快速找出優(yōu)化方案，在不影響仿真結(jié)果前提下對(duì)模型中運(yùn)行規(guī)則進(jìn)行了以下簡(jiǎn)化與假設(shè)：①線(xiàn)邊暫存區(qū)物料充足；②物料在各工位裝配過(guò)程中的輸送時(shí)間忽略不計(jì)；③生產(chǎn)線(xiàn)工作前，各工位狀態(tài)為空；④模型未加入設(shè)備故障維修時(shí)間；⑤各工位工時(shí)取均值而不考慮隨機(jī)分布狀況。

（1）原動(dòng)力合成線(xiàn)及線(xiàn)邊物流仿真，如圖5所示。

圖5 原動(dòng)力合成線(xiàn)及線(xiàn)邊物流仿真邏輯圖

（2）導(dǎo)入SPS物流供線(xiàn)模式后動(dòng)力合成線(xiàn)仿真，如圖6所示。

圖6 導(dǎo)入SPS物流供線(xiàn)模式后動(dòng)力合成線(xiàn)仿真邏輯圖

通過(guò)對(duì)車(chē)間的原有設(shè)施及物料布局進(jìn)行仿真模型建立并運(yùn)行，再對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)改造同時(shí)導(dǎo)入SPS物流供線(xiàn)模式后得到的結(jié)果建立新的仿真模型并重新運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果得出產(chǎn)能、物流量改變情況。從而為生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際改造及SPS物流模式導(dǎo)入提供可行性分析與決策依據(jù)。

4 仿真模型檢驗(yàn)及結(jié)果分析

4.1 仿真模型檢驗(yàn)

缺乏可信度的仿真模型可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的決策，因此檢驗(yàn)?zāi)Ｐ妥陨淼目尚哦戎陵P(guān)重要。因受到隨機(jī)因素的影響，一次試驗(yàn)所得到的結(jié)果無(wú)法保證其準(zhǔn)確性與代表性，所以仿真實(shí)驗(yàn)必須運(yùn)行多次。本文通過(guò)模擬動(dòng)力合成線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)30次，采集模型中衡量指標(biāo)（每日產(chǎn)量）與歷史真實(shí)數(shù)據(jù)作相關(guān)性分析，見(jiàn)表1，以此驗(yàn)證本文所建立模型的可靠性。

表1 仿真與實(shí)際日產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)比

以X表示仿真模型得出的日產(chǎn)量，Y表示歷史實(shí)際生產(chǎn)日產(chǎn)量，使用上述公式檢驗(yàn)得出標(biāo)準(zhǔn)差D(X)=26.854 367，D (Y)=23.256 572；相關(guān)系數(shù)ρxy=0.492 662，根據(jù)相關(guān)系數(shù)檢定表，自由度n-2=28。根據(jù)1%危險(xiǎn)率得出rα(1%)= 0.463，ρxy=0.493＞rα(1%)=0.463，X與Y屬正相關(guān)，驗(yàn)證了仿真模型有效可靠。

4.2 仿真結(jié)果分析

本文前后兩個(gè)仿真模型均采用相對(duì)時(shí)間模式設(shè)定運(yùn)行時(shí)間30d，完成后采集各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 仿真前后數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)上述仿真結(jié)果數(shù)據(jù)分析可以看到，對(duì)動(dòng)力合成線(xiàn)導(dǎo)入SPS物流供線(xiàn)模式后，生產(chǎn)線(xiàn)平衡率從85.56%提升到92.78%，從而削減了工時(shí)損失。其它各項(xiàng)指標(biāo)也得到了不同程度的提高,包括線(xiàn)邊空間大幅增加；縮短物料揀選拿取距離，減少工位走動(dòng)浪費(fèi)；物流車(chē)輛路線(xiàn)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一并縮短，有效降低物流量。

圖7 SPS導(dǎo)入前各工位運(yùn)行狀況

圖8 SPS導(dǎo)入后各工位運(yùn)行狀況

5 結(jié)論

仿真結(jié)果表明，汽車(chē)總裝生產(chǎn)車(chē)間混流生產(chǎn)采用SPS供線(xiàn)模式進(jìn)行物流系統(tǒng)改善是可行的，同時(shí)采用仿真建模驗(yàn)證方案可行性具有方便快捷、成本較低以及與實(shí)際情況結(jié)合程度高等優(yōu)點(diǎn)。在汽車(chē)行業(yè)內(nèi)同類(lèi)并線(xiàn)項(xiàng)目中具有一定程度的參考價(jià)值。

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Feasibility Analysis of SPS Logistics Mode Based on Plant Simulation

Ren Yuntong1,2
(1.School of Mechanical&Energy Engineering,Tongji University,Shanghai 201804; 2.Zhejiang Geely Automobile Co.,Ltd.,Ningbo 315800,China)

The small-batch and multi-variety strategy currently popular with the carmakers fits well with the market demand.However it also brings a lot of pressure on the normal production and order delivery of these enterprises.In this paper,in view of such situation,we found that more and more car manufacturers had introduced the SPS mode to improve their logistics system.Next,in the empirical case of a car-making enterprise G,we simulated the reengineering of its production line and the introduction of the SPS mode,and analyzed the operational status of the production line after the introduction,which hopefully could be of practical referential value to the enterprise decision-makers.

Plant Simulation;SPS;feasibility analysis

F253.9

A

1005-152X(2016)11-0094-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.11.021

2016-10-08

任運(yùn)通（1986-），男，碩士，浙江吉利汽車(chē)有限公司生產(chǎn)物流部副部長(zhǎng)，研究方向：生產(chǎn)與物流管理、工業(yè)工程、精益生產(chǎn)。