基于Flexsim的生產(chǎn)線仿真與精益優(yōu)化

摘 要：針對某電池生產(chǎn)公司分選線目前存在的生產(chǎn)效率低下、勞動成本上升的問題，依據(jù)作業(yè)測定技術(shù)所獲得的數(shù)據(jù)，應(yīng)用Flexsim仿真軟件，對現(xiàn)有生產(chǎn)線進行分析。在系統(tǒng)分析仿真數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以精益生產(chǎn)設(shè)計、生產(chǎn)線平衡、物流優(yōu)化設(shè)計為理論，對生產(chǎn)線進行優(yōu)化，得出相應(yīng)數(shù)據(jù)證明優(yōu)化方案的可行性。研究結(jié)果表明，精益生產(chǎn)線設(shè)計、生產(chǎn)平衡、物流優(yōu)化對提高生產(chǎn)線效率有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：精益生產(chǎn);Flexsim仿真;生產(chǎn)平衡;物流優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：F062.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1008-4428（2018）03-153 ?-02

隨著全球經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，面對復(fù)雜多變的市場環(huán)境，生產(chǎn)制造型企業(yè)面臨著如何快速響應(yīng)客戶需求，提高生產(chǎn)運作效率，縮短交貨期，提升產(chǎn)品質(zhì)量等一系列挑戰(zhàn)。Flexism仿真軟件是一個集系統(tǒng)仿真、模型設(shè)計、制作與分析的三維生產(chǎn)系統(tǒng)仿真軟件，可以幫助企業(yè)建立生產(chǎn)線的三維虛擬生產(chǎn)環(huán)境，分析設(shè)備和人員的空閑時間、加工時間、產(chǎn)品等待時間、輸入和輸出的產(chǎn)品數(shù)等。文章以某生產(chǎn)車間為例，基于精益思想與工業(yè)工程的方法，對其進行建模與仿真，分析其生產(chǎn)瓶頸工位，并提出相應(yīng)的改善方案。

一、生產(chǎn)線作業(yè)流程

文章的研究對象是某公司生產(chǎn)的鋰離子電池，文章對存在較多人工操作的半自動分選車間進行研究分析，盡可能地減少浪費，提高生產(chǎn)效率。具體工藝流程及加工時間如表1 所示。

二、仿真模型的建立

Flexsim仿真軟件是面向制造、物流等領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真模型機、制作與分析的工具軟件。在建模、仿真和流程可視化方面都具有明顯優(yōu)勢?；谝陨蟽?yōu)勢，文章將該軟件應(yīng)用于裝配物流自動化生產(chǎn)線上，建立仿真模型。

（一）模型建立

模型中的設(shè)備都被抽象為離散實體，與Flexsim建模構(gòu)件一一對應(yīng)。根據(jù)生產(chǎn)車間當(dāng)前設(shè)備及人員的數(shù)量與結(jié)構(gòu)，從對象庫中將各建模構(gòu)件放置到仿真視圖窗口中的適當(dāng)位置，之后依照對象之間的流程關(guān)系連接相應(yīng)的端口，定義仿真模型的邏輯流程，模型構(gòu)建如圖1所示。

（二） 參數(shù)設(shè)置及運行

在實際生產(chǎn)過程中，“原材料”的供給并非采取“一次性投料”方式，而是采取“交替班備料”的投料方式，各班組在與下一班組交接前，提前準(zhǔn)備相應(yīng)數(shù)量的“原材料”（Qprepare），給分選車間設(shè)定為2000套“原材料”，而供給時間（Tsupply）則根據(jù)該生產(chǎn)線中工位最少的加工時間計量，得到分選車間的供給時間間隔6000s。

各個工位之間會存在產(chǎn)品暫存區(qū)，用于緩沖生產(chǎn)。當(dāng)其中某個暫存區(qū)產(chǎn)品超過最大值時，將會影響其上下游工位的正常生產(chǎn)，考慮到公司產(chǎn)品的特殊性，模型中暫存區(qū)最大值（Maximum Content）設(shè)置均設(shè)置為“10000”。不同工藝之間的區(qū)分，主要體現(xiàn)在預(yù)置時間（Setup Time）與加工時間（Process Time）上，其中預(yù)置時間是工件夾裝與設(shè)備啟動時間，但是本研究中僅使用一種產(chǎn)品型號作為研究對象，且實際生產(chǎn)過程中的設(shè)備幾乎是24小時運轉(zhuǎn)，啟動時間可以忽略不計。

點擊“Resert”按鍵，更新設(shè)置并重置模型。公司生產(chǎn)線一個單位的有效生產(chǎn)時間630min，設(shè)置模型運行時間“Run Time”為37800s，點擊“Run”開始運行模型，并生成仿真數(shù)據(jù)。

三、運行結(jié)果分析

（一）數(shù)據(jù)采集與分析

通過運行仿真模型，利用“Dashboad”輸出數(shù)據(jù)，如圖2所示。

其中，設(shè)備的餅狀圖中包含加工時間，空閑時間，故障時間，等待操作員時間，等待運輸時間，啟動時間。圖中數(shù)值為除空閑時間外所有時間（生產(chǎn)時間）占總時間的百分比（設(shè)置時間忽略不計）;人員的餅狀圖中包含利用時間，空閑時間，裝載時間，卸載時間，空載時間，負(fù)載時間，補償空載時間，負(fù)載時間，圖中數(shù)值為除空閑時間外所有時間（生產(chǎn)時間）占總時間的百分比。

系統(tǒng)運行后得出，分選線設(shè)備利用率在46.5%—100%，其中尺寸、掃碼、包裝暫存區(qū)的“當(dāng)前容量”較高，其設(shè)備利用率均達到了100%;而分選工序的人員、設(shè)備利用率分別為47.7%、46.7%，利用率相對較低。

（二） 生產(chǎn)線優(yōu)化

基于以上分析，確定對原系統(tǒng)進行優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果應(yīng)該是化成過程中各工作區(qū)域不會出現(xiàn)貨物長時間的堵塞，同時設(shè)備效率較高，得到充分利用同時不成為系統(tǒng)的瓶頸。

文章主要通過作業(yè)改善、分擔(dān)轉(zhuǎn)移、重排工序以及分解合并等方式，使各工序的作業(yè)時間接近，從而有效利用人員、設(shè)備等生產(chǎn)要素平衡各工位的工作負(fù)載，實現(xiàn)“連續(xù)流”的生產(chǎn)。通過對分選生產(chǎn)線各工位的分析，其中外觀檢查、尺寸檢查兩個工序，在實際生產(chǎn)流動過程中，并沒有發(fā)生物質(zhì)形態(tài)等方面的改變，且均為檢查類型的工序，所以可以將其合并為一道工序，一方面可以將不合格的產(chǎn)品一次性流入問題件處理區(qū)域，以便集中操作并處理，另一方面可以消除其中大量的等待、停滯等非操作時間以及搬運頻次?！鞍b”工序的生產(chǎn)節(jié)拍約為25s左右，通過對其作業(yè)改善，使其拆分為兩個部分，一為“內(nèi)包裝”，一為“外包裝”工序。其中“內(nèi)包裝”工序與“掃碼”工序結(jié)合。優(yōu)化結(jié)果見表2：

通過計算可以得出優(yōu)化后分選線的平衡率如下：LE（sort）=（5+9+5+12+12）÷（5×12）×100%=71.7%，平衡損失率=1-平衡率=1-71.7%=28.3%

四、結(jié)論

文章運用工業(yè)工程中技術(shù)的作業(yè)測定和方法研究，結(jié)合Flexsim仿真建模技術(shù)，對鋰電池分選車間生產(chǎn)中存在的問題進行分析，合并了一些冗余的工位和人員，有效提高了生產(chǎn)線的精益程度，同時實現(xiàn)各工序作業(yè)負(fù)荷均衡。從本案例分析改善的效果看，仿真技術(shù)與精益思想相結(jié)合，對制造企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進行循序漸進的改善，可使其更加可靠、有效。

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作者簡介：

王旻玥，女，江蘇無錫人，江南大學(xué)商學(xué)院碩士研究生，研究方向：企業(yè)物流管理與運作。