基于Flexsim仿真技術(shù)的文件柜生產(chǎn)線優(yōu)化改善

張國輝，莊 皓，康閃光，宋曉輝

（1.鄭州航空工業(yè)管理學院，鄭州 450015；2.河南省科學院應用物理研究所，鄭州 450008）

0 引言

隨著經(jīng)濟全球化和我國經(jīng)濟的快速增長，國內(nèi)制造企業(yè)的思想發(fā)生了改變，從以前的注重生產(chǎn)規(guī)模、逐漸向提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本轉(zhuǎn)移[1]。這種思想的改變，使得生產(chǎn)線的平衡問題越來越凸顯，直接影響了企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及市場上的核心競爭力。

生產(chǎn)線平衡問題最早由美國人提出，隨后，越來越多的學者專家開始研究這一問題[2]。生產(chǎn)線平衡改善方法有：數(shù)學最優(yōu)化方法、啟發(fā)式算法、工業(yè)工程的工作研究方法、三維軟件仿真等[3～5]。近年來三維仿真技術(shù)飛速發(fā)展，可以更加直觀方便地對生產(chǎn)系統(tǒng)進行建模分析，對未來的規(guī)劃作科學的預測，對投入使用的生產(chǎn)系統(tǒng)進行優(yōu)化改善。運用Flexsim可以在計算機內(nèi)建立研究對象的系統(tǒng)三維模型，通過逼真圖形動畫顯示、完整的運作績效報告、各種方案的大量反饋信息，分析者可以對模型進行各種系統(tǒng)分析、優(yōu)劣比較和工程驗證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計或改進方案。國內(nèi)倪玉晉[6]、孟哲[7]、呂衛(wèi)民[8]、孟巧鳳[9]、李峰[10]等均采用了Flexsim軟件來對生產(chǎn)線平衡或流程進行仿真分析并優(yōu)化。

本文以某辦公產(chǎn)品企業(yè)的一條文件柜生產(chǎn)線為例，對該生產(chǎn)線進行建模與仿真，尋找瓶頸工位，分析其原因并提出相應的改善方案，并對改善方案的可行性進行驗證。

1 項目改善的背景

隨著該企業(yè)發(fā)展速度的加快，同時面臨著半成品庫存量很高，經(jīng)常因為各工序之間銜接不好等原因而停線。目前該企業(yè)月產(chǎn)量為4500套成品，面對越來越大的市場需求，這一產(chǎn)量已經(jīng)無法滿足需求，于是對生產(chǎn)線的改進就顯得尤為重要了。

2 仿真模型的建立

2.1 文件柜生產(chǎn)線概述

本文以文件柜生產(chǎn)線為例建立生產(chǎn)線模型。其生產(chǎn)線工藝制程包括剪板、沖壓、折彎、點焊、噴粉、包裝、檢測、合格品出庫，其中剪板、沖壓、折彎、點焊、噴粉等為主要工序。

該企業(yè)以訂單拉動式生產(chǎn)模式運營，根據(jù)客戶需求制定了相應的生產(chǎn)計劃，要求每天能夠生產(chǎn)150套成品，單班作業(yè)，每班8小時工作制，單位小時產(chǎn)能應滿足不少于18.75套。并且由于市場需求加大，企業(yè)希望該生產(chǎn)線月產(chǎn)量為7000套即每天能夠生產(chǎn)226套，單位小時產(chǎn)能應滿足不少于28.25套。但在實際生產(chǎn)中，各工序的作業(yè)時間在理論及實際操作上均不能完全相同，由于作業(yè)負荷的不均衡導致在制品大量堆積，如表1所示，產(chǎn)能及線平衡率偏低，不能準時完成既定的生產(chǎn)任務指標和希望的生產(chǎn)任務指標。

表1 各工序待加工產(chǎn)品平均數(shù)目

2.2 建立仿真模型并設(shè)置參數(shù)

該家具企業(yè)文件柜生產(chǎn)線為循環(huán)式單向流水線，整條流水線為半自動化多產(chǎn)品生產(chǎn)線，產(chǎn)品通過傳送帶或叉車運送，各工序間設(shè)立暫存區(qū)，根據(jù)工藝流程、物料流動關(guān)系，依照程序分析相關(guān)原則繪制生產(chǎn)線布局圖，如圖1所示。根據(jù)工廠的實際生產(chǎn)線，用Flexsim仿真系統(tǒng)建立了一條文件柜生產(chǎn)線仿真模型如圖2所示。

圖1 改善前生產(chǎn)線布局圖

圖2 改善前生產(chǎn)線仿真模型圖

在設(shè)定各實體模型參數(shù)時，文件柜生產(chǎn)線的起點是發(fā)生器，即代表鐵皮的供應。該生產(chǎn)線計劃每天生產(chǎn)150套成品，單班作業(yè)，8小時工作制。綜合考慮機臺稼動率及人工作業(yè)寬放率，通過minitab軟件的數(shù)據(jù)擬合，對于每一臺機器進行了參數(shù)錄入。

2.3 仿真結(jié)果分析

由于該企業(yè)裝配線為單班作業(yè)，日工作8小時，為更充分地收集產(chǎn)線數(shù)據(jù)對分析仿真結(jié)果，設(shè)定仿真時間為28800s。調(diào)整加快模型的運行速度完成規(guī)定時間系統(tǒng)仿真，如圖3所示。

仿真輸出結(jié)果顯示該生產(chǎn)線的日產(chǎn)量為150.45套產(chǎn)品，月產(chǎn)量為4513套產(chǎn)品。其中還可以得出噴粉區(qū)和電焊區(qū)的待制品堆積較多，噴粉區(qū)的問題尤為嚴重；所有的工位并沒有實現(xiàn)一個流的生產(chǎn)。所以該生產(chǎn)線的瓶頸工位是噴粉線。

為了進一步了解該車間所存在的問題，對各工序產(chǎn)品進行連續(xù)、重復的觀測后得出各工序的節(jié)拍時間，如圖4所示。

圖3 改善前生產(chǎn)線仿真狀況圖

圖4 改善前生產(chǎn)線各工序節(jié)拍（單位：秒）

1）生產(chǎn)線的平衡率（p）

經(jīng)計算可得平衡率為72.16%。

2）生產(chǎn)線的平衡損失率

得平衡損失率d=1-p=27.84%。

3）依據(jù)生產(chǎn)線平衡效果優(yōu)劣的評判標準，如表2所示，當前平衡損失率的結(jié)果屬于差，該產(chǎn)線有很大的改善空間。

表2 生產(chǎn)線平衡效果的優(yōu)劣評判標準

3 改善方案的提出與驗證

3.1 改善方案

3.1.1 生產(chǎn)線布局優(yōu)化

根據(jù)生產(chǎn)車間現(xiàn)場提出以下四個生產(chǎn)線布局優(yōu)化的目標：

1）改變現(xiàn)場布局，移動作業(yè)區(qū)域（縮短搬運距離，節(jié)約搬運時間）；

2）去掉非主要作業(yè)區(qū)域（如剪板成品區(qū)等）；

3）減少交叉移動和往返距離移動，使產(chǎn)線平穩(wěn)流動；

4）減少物品滯留。

根據(jù)目標，進行生產(chǎn)線的流程分析，改善前后各工序流程分別如圖5和圖6所示，其中，圓圈，表示增值的步驟；三角，表示停滯的時間；箭頭，表示搬運的時間。把整個流程按照此過程一一列出。

圖5 改善前各工序流程

圖6 改善后各工序流程

通過生產(chǎn)線的流程分析，改善前后結(jié)果的對比分析如表3所示。

表3 改善前后對比分析表

從表3的分析數(shù)據(jù)可以得出：

1）改變工程的作業(yè)場所；

2）優(yōu)化生產(chǎn)線布局，減少場地占用；

3）縮短搬運的距離和時間；

4）使搬運路線更加明確；

5）減輕了工人勞動強度，節(jié)約了搬運時間，提高了效率（搬運距離大約節(jié)約了56.25%）；

6）節(jié)約了停滯時間（停滯時間大約節(jié)約了50%）。

3.1.2 噴粉線的粉房改善

經(jīng)過觀察，在噴粉線中，工人們每一次只用到一個人工噴粉房，而另一個人工噴粉房處于停工狀態(tài)，所以將兩個人工噴粉房并聯(lián)到一起，如圖7、圖8所示，當需要切換到另一種規(guī)格的產(chǎn)品時，處于工作中的噴粉房停止工作，另一個噴粉房開始工作，這樣就可以減少換粉、清理噴粉房的時間。

圖7 改善前人工噴粉房的串聯(lián)結(jié)構(gòu)

圖8 改善后人工噴粉房的并聯(lián)結(jié)構(gòu)

改善結(jié)果平均每天可以節(jié)省40～80分鐘的換粉和清潔粉房的時間。

3.1.3 噴粉線的運輸線路改善

噴粉線中自然冷卻的路程較長，工件經(jīng)過高溫固化爐后產(chǎn)品溫度為200℃，噴粉線的運輸速度為2厘米/秒，自然冷卻距離20～25米即可，所以減少該冷卻路線6.56米的距離來減少噴粉房的停工時間87.5秒。

3.1.4 噴粉線的下件的崗位改善

根據(jù)下架區(qū)工作內(nèi)容和工件掛件情況，明確工位設(shè)置，并且對各個工位的工作內(nèi)容和人員安排進行明確。在下架區(qū)設(shè)置了合格品區(qū)和不合格品區(qū)，分別設(shè)置檢驗員1人，取件員2人，設(shè)置檢驗員的原因是減少取件員的思考時間，只需要機械的做取件；同時將不合格品區(qū)和打磨區(qū)放在一起，減少了搬運過程。之所以這樣設(shè)置該區(qū)域，因為掛件方式有兩種，盡可能減少取件員的走動。具體取件流程如下：

步驟1：檢驗員對來件進行一個一個檢驗，對不合格品進行標記。

步驟2：如果掛件方式是一個掛鉤掛多個掛件的情況，取件員則按照順序進行取件，標記的工件放入不合格品區(qū)，未標記的的工件放入合格品區(qū)；如果掛件方式一個掛鉤掛一個掛件的情況，第一個取件員取下未標記的工件，放在合格品區(qū)，第二個取件員取下標記工件，放在不合格品區(qū)。

步驟3：取件完畢后，對合格品進行另外的加工。

步驟4：三人打掃下件區(qū)域。

步驟5：打磨不合格品。

步驟6：回到第一步，重復此過程。

改善結(jié)果使每個工人的工作效率提高了6%，一年節(jié)約了人工成本36000元。

3.2 改善方案的驗證

根據(jù)生產(chǎn)線布局優(yōu)化，改善后生產(chǎn)線布局如圖9所示。然后，對提出的改善方案進行仿真驗證，在Flexsim軟件操作界面重新構(gòu)建模型布局。

圖9 改善后生產(chǎn)線布局圖

參照改善前相關(guān)操作，將改善后的數(shù)據(jù)錄入minitab進行數(shù)據(jù)擬合，將得出的參數(shù)錄入每一臺新模型實體機器，再次設(shè)定28800s的仿真時間，重置后運行仿真模型。

圖10 改善后生產(chǎn)線仿真狀況圖

改善后仿真模型中待檢測暫存區(qū)內(nèi)貨品的數(shù)量直觀表現(xiàn)有了顯著減少，如圖10所示。

3.3 改善方案的效果

通過3.2改善方案的驗證，改善效果如下：

1）改善后生產(chǎn)線各工序節(jié)拍如圖11所示。

圖11 改善后生產(chǎn)線各工序節(jié)拍

2）生產(chǎn)線節(jié)拍前后對比如表4所示。

表4 改善前后節(jié)拍對比

3）經(jīng)過計算改善后平衡率p=79.57%相比改善前的平衡率p=72.16%，上升了7.14個百分點，提高了一定的工作效率。

4）通過Flexsim仿真驗證可知，改善之后點焊成品區(qū)每天增加的待制品從663減少到330。改善后一天產(chǎn)量

【】【】可達到181套，每月可達到5427套。對比改善之前，每月產(chǎn)量可增加914套，每月可增加利潤46萬。

4 結(jié)論

本文主要針對在制造企業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)線的線平衡問題進行了研究。以某家具企業(yè)的文件柜生產(chǎn)線為案例，運用Flexsim仿真軟件建立了車間產(chǎn)線系統(tǒng)加工流程模型，并且設(shè)置參數(shù)之后對文件柜生產(chǎn)線進行了仿真。通過對仿真輸出數(shù)據(jù)的分析，得出生產(chǎn)線的“瓶頸”工位存在于噴粉線。最后針對生產(chǎn)線的布局和瓶頸工序進行分析，提出了改善方案，再次利用Flexsim建立模型并進行仿真，通過對改善前后方案仿真結(jié)果的對比與分析，產(chǎn)線節(jié)拍得到改善，平衡率得到提升，驗證了改進方案的可行性。

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