基于 Tecnomatix Plant Simulation 進(jìn)行車身焊裝線的物流仿真

摘 要：物流仿真是目前對汽車焊裝生產(chǎn)線進(jìn)行投資、規(guī)劃、生產(chǎn)、調(diào)度的一種有效工具。選用仿真軟件Tecnomatix Plant Simulation作為仿真平臺，通過汽車車身焊裝線工藝流程的研究，建立層次清晰的系統(tǒng)仿真模型；根據(jù)仿真結(jié)果，進(jìn)行瓶頸分析、設(shè)備利用率分析以及故障分析，對緩存區(qū)域，評估生產(chǎn)線的能力為生產(chǎn)調(diào)度策略的制定以及生產(chǎn)線的規(guī)劃與布局提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：焊裝線；仿真建模；Tecnomatix Plant Simulation

一、仿真模型的分析

（一）物流仿真現(xiàn)狀簡介。物流仿真是借助計算機技術(shù)，數(shù)學(xué)手段，采用虛擬現(xiàn)實方法，對物流系統(tǒng)進(jìn)行實際模仿的一項應(yīng)用技術(shù)，它需要借助計算機仿真技術(shù)對現(xiàn)實物流系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模與求解算法分析，通過仿真實驗得到各種動態(tài)活動及其過程的瞬間仿效記錄，進(jìn)而研究物流系統(tǒng)的性能和輸出效果。 物流仿真技術(shù)最大的優(yōu)點就是不需要實際設(shè)備的安裝，不需要實際實施相應(yīng)的方案，即可驗證如下目標(biāo)：①增加新設(shè)備后給公司或企業(yè)帶來的效應(yīng)；②設(shè)計新的生產(chǎn)線的預(yù)期產(chǎn)能和開動率；③比較各種設(shè)計方案的優(yōu)劣等等。物流仿真對降低整個物流投資成本，是不可或缺的。國外的汽車主機廠和配套廠商，已經(jīng)在Tecnomatix Plant Simulation開發(fā)出集成度非常高2次開發(fā)產(chǎn)品，可以對焊裝生產(chǎn)線模塊化建模，和經(jīng)驗重復(fù)利用，

（二）焊裝生產(chǎn)線的組成。車身焊裝生產(chǎn)線的組成 車身焊裝生產(chǎn)線是汽車白車身裝配生產(chǎn)線，由許多焊裝工位組成。每個工位由許多定位加緊夾具、自動焊接裝置及檢測裝置等設(shè)備以及供電供氣供水裝置組成。線間、工位間通過搬送機（自行葫蘆、電動葫蘆等）、機器人等搬送設(shè)備實現(xiàn)上下料和零部件的傳送，以保證生產(chǎn)線內(nèi)各工位工作的連貫性。

該系統(tǒng)包括的內(nèi)容有：

1.地板線， 地板總成線完成發(fā)動機室、前地板和后地板的裝配焊接。根據(jù)自動化程度不同，地板總成線上設(shè)置有工位間傳送機構(gòu)、 焊裝夾具、機器人點焊系統(tǒng)、涂膠設(shè)備、升降機等.

2.側(cè)圍總成線，側(cè)圍總成線完成側(cè)圍內(nèi)外板的結(jié)合，一般它有左右對稱的兩條生產(chǎn)線。在側(cè)圍總成線上布置有工位間的傳輸機構(gòu)、焊裝夾具、機器人點焊系統(tǒng)、涂膠設(shè)備、自動輸送機械等。

3.主焊線主焊線完成車身幾大大分總成，地板、左右側(cè)圍、頂蓋等的焊接，該區(qū)域通常有點焊 涂膠 激光焊接 滾邊等工藝

4.門蓋線 主要指車門焊裝線發(fā)動機罩和行李廂焊裝線，翼子板焊狀線，車門、發(fā)動機罩、行李廂蓋焊裝線都是經(jīng)過涂膠、折邊、焊接、完成等工序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)外板的結(jié)合。它的主要設(shè)備有折邊機，轉(zhuǎn)換壓模，涂膠設(shè)備，鉸鏈裝配夾具，二氧化碳焊機等等。

5.裝焊調(diào)整線 由車身總成生產(chǎn)線和許多分總成線組成，通過鉸鏈連接方式分別將焊裝好的前后車門、翼子板、發(fā)動機罩，行李廂或背門與車身本體連接裝配，形成白車身BIW（BODY IN WHITE），同時對車身焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測和修磨。

6.傳輸系統(tǒng) 包括 擺桿式往復(fù)輸送線， 升降機 ，雪橇式輸送系統(tǒng)，ems ， fds， AGV 傳輸?shù)鹊?/p>

（三）焊裝生產(chǎn)線的常見工藝包括 點焊 涂膠 激光焊接 滾邊 鉚接 螺柱 凸焊等 ，針對不同的工藝設(shè)備，設(shè)備具有不同的開通率和平均故障恢復(fù)時間

二、建立焊裝線的仿真模型

（一）生產(chǎn)線的布局生產(chǎn)。利用Tecnomatix Plant Simulation提供的模型庫，建立系統(tǒng)的仿真模型。對于復(fù)雜的系統(tǒng)，先將系統(tǒng)分解成若干個模塊，如 地板，側(cè)圍 ，總拼和四門兩蓋，對單元進(jìn)行單獨建模、測試；再將各個模塊組成依據(jù)工藝走向，串聯(lián)生成復(fù)雜的整個車身車間的系統(tǒng)仿真模型。

（二）開通率計算及安全區(qū)域的劃分。各個模塊（區(qū)域）中的最小單元，以工位為單位，先進(jìn)行工位的開通率計算；工位的開通率來源于該工位的所有設(shè)備，如機器人，焊槍，夾具等等，設(shè)備開通率是各個車企，長期統(tǒng)計的結(jié)果。安全區(qū)域是指在自動區(qū)域內(nèi)，觸動安全產(chǎn)品，如打開安全門鎖，最小的停止區(qū)域， 安全區(qū)域的劃分需要和生產(chǎn)線的規(guī)劃人員；電氣人進(jìn)行反復(fù)的驗證和協(xié)商，安全區(qū)域劃分太大會造成，一處設(shè)備故障整個大的安全區(qū)域都因此停產(chǎn)；而如果太小，會造成設(shè)備的浪費.

（三）傳輸系統(tǒng)建模。Tecnomatix Plant Simulation中的建模工具可以穿件上述：桿式往復(fù)輸送線 ，升降機， 雪橇式輸送系統(tǒng)，ems fds ， AGV等傳輸系統(tǒng)，而且可以一次建模多次使用

（四）buffer的容量計算方法。buffer容量在某一區(qū)間內(nèi)對產(chǎn)量影響明顯，超出這一區(qū)間將對對產(chǎn)量影響不明顯

利用物流仿真軟件可以，計算出這樣的區(qū)間，比如容量（1，2，3）密集計算，驗證buffer容量對產(chǎn)量的影響較大， 到容量（5，7，10，15 ，...）的稀松取件計算對產(chǎn)量的影響較大。

當(dāng)廠房空間容許的情況下，可考慮適當(dāng)配備這樣的區(qū)間，可以提高產(chǎn)能

當(dāng)空間受限，或其他原因受限，需求出滿足產(chǎn)能要求的buffer容量最小值

（五）多車型的生產(chǎn)指令。目前，隨著汽車生產(chǎn)廠新車型的不斷推出，每條生產(chǎn)線生產(chǎn)（混線生產(chǎn)）的車型越來越多。隨著用戶選擇自由度的不斷提高，同一車型的配置不斷增加，同時，汽車生產(chǎn)廠產(chǎn)量的不斷增加，生產(chǎn)節(jié)拍越來越快，過去只能生產(chǎn)特定車型的傳統(tǒng)流水線已被柔性生產(chǎn)線所取代，所有這些都導(dǎo)致車輛的生產(chǎn)控制和物流管理越來越復(fù)雜，這對汽車生產(chǎn)廠的生產(chǎn)管理和物流管理提出了很高的要求。

在Tecnomatix Plant Simulation物流仿真軟件中，可以對車型變量進(jìn)行設(shè)定，通過建模和編程，設(shè)定各種生產(chǎn)比例，以及不同車型對應(yīng)的不同的物流走向和不同種工藝流程

（六）拉動式生產(chǎn)和推動式生產(chǎn)。拉動式生產(chǎn)。相對于過去的推動式生產(chǎn)，前一作業(yè)將零件生產(chǎn)出來“推給”后一作業(yè)加工，在拉式生產(chǎn)中，是后一作業(yè)根據(jù)需要加工多少產(chǎn)品，要求前一作業(yè)制造正好需要的零件。“看板”就是在各個作業(yè)之間傳遞這種信息、運營這種系統(tǒng)的工具。 與拉動式生產(chǎn)相對應(yīng)的是推進(jìn)式生產(chǎn)。在推進(jìn)式生產(chǎn)中，每一工序都根據(jù)生產(chǎn)計劃，盡其所能地生產(chǎn)，盡快完成生產(chǎn)任務(wù)，不管下一工序當(dāng)時是否需要。傳統(tǒng)的生產(chǎn)系統(tǒng)一般為推進(jìn)式生產(chǎn)，推進(jìn)式生產(chǎn)將造成物品的堆積。

三、仿真結(jié)果運用于分析

（一）單獨區(qū)域仿真結(jié)果輸出（standalone）的應(yīng)用

Tecnomatix Plant Simulation 提供excel 等軟件的接口，當(dāng)建立整工廠的仿真模型時，通過這樣的接口應(yīng)用，先進(jìn)行單個區(qū)域的仿真結(jié)果驗證輸出，可進(jìn)行快速方便的統(tǒng)計。

（二）plant產(chǎn)能和瓶頸的分析

通過軟件，可以看到那一段的工作效率偏低，而且堵塞嚴(yán)重，需要重新布局規(guī)劃。直方圖是分析系統(tǒng)發(fā)生故障后再恢復(fù)生產(chǎn)的各個單元的工作情況，不同的顏色代表不同的信息，如灰色代表等待，綠色代表工作，黃色代表堵塞，紅色代表發(fā)生故障，藍(lán)色代表停止。

四、結(jié)語

通過對汽車焊裝線系統(tǒng)的仿真，為焊裝線的規(guī)劃和調(diào)整提供了決策參考。仿真結(jié)果表明：通過對汽車裝焊線的仿真運行，能夠?qū)ιa(chǎn)線進(jìn)行產(chǎn)能與設(shè)備負(fù)荷分析，從而診斷出生產(chǎn)中的瓶頸環(huán)節(jié)，這樣可以節(jié)省大量的物資資源，減少資金的浪費，并為生產(chǎn)線的優(yōu)化提供科學(xué)的依據(jù)；通過對生產(chǎn)線故障的仿真和分析，檢測輸送線體的緩沖能力，減少故障發(fā)生時不必要的時間等待，提高生產(chǎn)效率。