基于Flexsim的生產(chǎn)線仿真及優(yōu)化

摘要：介紹了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的概念及作用，并以電子式定時(shí)器產(chǎn)品裝配線為例，從生產(chǎn)系統(tǒng)可視化角度出發(fā)，運(yùn)用工業(yè)工程思想對(duì)生產(chǎn)線優(yōu)化問題進(jìn)行研究，建立生產(chǎn)工藝流程程序得出基礎(chǔ)信息，利用可視化仿真軟件建立模型，對(duì)生產(chǎn)線運(yùn)行狀況進(jìn)行模擬仿真，并展望計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在今后生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù);生產(chǎn)線優(yōu)化;工業(yè)工程

1? ? 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的概念及作用

1.1? ? 仿真的概念

仿真在生成數(shù)值和邏輯模型的基礎(chǔ)上，模擬真實(shí)世界的問題，并用計(jì)算機(jī)模仿找到解決問題的方法與不同的方案。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)或不可能實(shí)際測(cè)試的復(fù)雜問題，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)提供了一種有效的工具來幫助解決問題以及分析和評(píng)價(jià)不同的選擇。計(jì)算機(jī)硬件和軟件的不斷完善和更新，使計(jì)算機(jī)仿真軟件計(jì)算效率和精度大大提高。近年來許多研究表明，通過整合優(yōu)化算法，計(jì)算機(jī)仿真可以更迅速、更有效地決定最佳的組合。在計(jì)算機(jī)仿真中常見的優(yōu)化算法有禁忌搜索、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模擬退火算法和遺傳算法等。

1.2? ? 計(jì)算機(jī)仿真的作用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，制造企業(yè)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，生產(chǎn)線是一個(gè)大型的離散的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，對(duì)于復(fù)雜性、快節(jié)奏和柔性的要求越來越高，這就要求生產(chǎn)管理者謹(jǐn)慎考慮每一個(gè)決策問題并預(yù)測(cè)每一個(gè)決策所造成的結(jié)果。這種情況下，如果僅僅是憑借以往老的經(jīng)驗(yàn)或感覺來判斷，顯然可能出現(xiàn)許多疏漏，往往需要付出高昂的代價(jià)。而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)則恰恰彌補(bǔ)了這一不足，從而成為生產(chǎn)管理者的得力助手。決策者可以通過電腦模擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)果，得出方案或設(shè)計(jì)的可行性，從而做出合理的決定。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)于企業(yè)在提高效率、縮短研究開發(fā)周期、保證安全、節(jié)約開支、提高質(zhì)量等方面有著不可或缺的作用。

利用仿真技術(shù)能夠?qū)ζ髽I(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行分析、檢驗(yàn)、判斷，最終做出科學(xué)合理的決策。而對(duì)于企業(yè)來說，利用仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)虛擬模型來測(cè)試各種方案，就可以避免進(jìn)行物理試驗(yàn)所需要投入的大量資金，減少了設(shè)計(jì)研發(fā)成本。最關(guān)鍵的是，通過對(duì)模型運(yùn)行過程及結(jié)果的驗(yàn)證分析，可以大大提高方案的可行性，極大地降低決策的風(fēng)險(xiǎn)。

2? ? 基于Flexsim的電子式定時(shí)器生產(chǎn)線優(yōu)化

2.1? ? Flexsim仿真系統(tǒng)

Flexsim是一款離散事件仿真軟件，它可以根據(jù)特定事件發(fā)生的結(jié)果，在離散時(shí)間點(diǎn)改變相應(yīng)狀態(tài)，包容了輸入/輸出變量的隨機(jī)性以及狀態(tài)變化的不確定性，使得仿真結(jié)果科學(xué)可靠。軟件具有原始數(shù)據(jù)擬合、輸入建模、圖形化的模型構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實(shí)顯示、運(yùn)行模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)、對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化、生成3D動(dòng)畫影像文件等功能，在圖形建模環(huán)境中集成了C++、IDE和編譯器，并具備與其他工具軟件的接口，是一款在生產(chǎn)、物流、交通等各個(gè)領(lǐng)域使用非常廣泛的軟件。

2.2? ? 電子式定時(shí)器生產(chǎn)線仿真優(yōu)化

2.2.1? ? 工業(yè)工程思想介紹

工業(yè)工程以企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)為研究對(duì)象，運(yùn)用作業(yè)測(cè)定和方法研究等技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)中的人員操作動(dòng)作及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，找出過程中影響生產(chǎn)效率的各種因素并制定改善策略，以優(yōu)化工作方法，提高生產(chǎn)效率和整體效益。由于具有投入小、見效快、易推廣、能精益求精等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)工程在現(xiàn)代企業(yè)管理與運(yùn)作中非?；钴S。

工業(yè)工程的宗旨在于通過進(jìn)行作業(yè)研究、時(shí)間測(cè)定，找出瓶頸工序，依據(jù)所得數(shù)據(jù)合理地劃分和重組生產(chǎn)作業(yè)要素，使生產(chǎn)線各工序的作業(yè)時(shí)間盡可能相近，從而推動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)更高水平的平衡及產(chǎn)出;并在新的水平發(fā)現(xiàn)新的瓶頸，然后持續(xù)改進(jìn)及完善，促使企業(yè)生產(chǎn)效率不斷提高。

2.2.2? ? 電子式定時(shí)器生產(chǎn)線程序分析及仿真優(yōu)化

由作業(yè)方法表可知，組裝由組裝簧片、裝引出片、裝中間座及鉚接、組裝、內(nèi)觀檢查、組裝上下蓋、測(cè)通斷等7個(gè)工位組成。根據(jù)實(shí)際操作所獲得的數(shù)據(jù)，可得出其組裝流程程序（表1），再運(yùn)用Flexsim軟件建立模型，根據(jù)生產(chǎn)基礎(chǔ)信息設(shè)置其各模塊的參數(shù)及屬性，建立定時(shí)器裝配生產(chǎn)線模型，通過運(yùn)行模型1 h獲得各工位物流量及利用率（表2）。

通過模型可以看到，對(duì)比組裝上下蓋和測(cè)通斷兩個(gè)工序的使用率，組裝上下蓋的使用率比測(cè)通斷大較多，說明測(cè)通斷工序比較空閑，設(shè)備利用不夠充分，還有可以提高使用率的空間，因此可以增加一個(gè)組裝簧片及組裝上下蓋工位（處理時(shí)間減少到原來的一半），通過運(yùn)行模型1 h獲得各工位物流量及利用率（表3）。

比較可得，經(jīng)過操作人員的工作優(yōu)化及設(shè)備參數(shù)的調(diào)整之后，相同時(shí)間內(nèi)輸出量增加，測(cè)通斷工位設(shè)備利用率提升，即設(shè)備得到了更充分的利用，流水線得到優(yōu)化配置。建模仿真后的運(yùn)行結(jié)果，為優(yōu)化方案的制定以及決策提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，使管理者能更有針對(duì)性地對(duì)產(chǎn)線問題進(jìn)行優(yōu)化改善。同時(shí)，仿真獲得的數(shù)據(jù)及結(jié)果也使得生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案能更符合管理者的要求。

3? ? 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在今后生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展

運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果獲得制造上和管理上不同要求的數(shù)據(jù)資料，為生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，并使得設(shè)計(jì)方案可以更好地滿足管理者的要求。眾所周知，建立一個(gè)生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高的生產(chǎn)線需要花費(fèi)很大的投資，且方案設(shè)計(jì)及投入過程周期較長(zhǎng)，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的投入使用，為企業(yè)降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間提供了很好的途徑，因而對(duì)生產(chǎn)線的建模和仿真是必不可少的。

隨著計(jì)算機(jī)的普及發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)生產(chǎn)線中的應(yīng)用也越來越普遍。對(duì)于某些復(fù)雜的生產(chǎn)線，特別是對(duì)于新設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線，通過仿真就可以在未能確定它的優(yōu)劣情況之前對(duì)其可行性和效率提出明確的評(píng)價(jià)判斷，從根本上避免了無(wú)根據(jù)地花費(fèi)大量的投資來實(shí)行。通過建立生產(chǎn)線的仿真模型，有助于描述生產(chǎn)線的各種已經(jīng)出現(xiàn)和有可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，加強(qiáng)生產(chǎn)管理者的直觀感，從而使他們能夠更深刻地理解和分析生產(chǎn)線。在沒有實(shí)際的物理模型的情況下，把生產(chǎn)線規(guī)劃轉(zhuǎn)換成仿真模型，通過運(yùn)行虛擬模型，就可以評(píng)價(jià)規(guī)劃方案的優(yōu)劣并根據(jù)實(shí)際情況修改方案，最終使生產(chǎn)線得到優(yōu)化，提高企業(yè)效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 宋華明，韓玉啟.多目標(biāo)裝配線平衡的優(yōu)化算法[J].運(yùn)籌與管理，2002，11（3）：55-62.

[2] 易樹平，郭伏.基礎(chǔ)工業(yè)工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3] 姚海鳳，馮勛省，郭丁俊.基于eM-Plant的汽車零部件生產(chǎn)線平衡技術(shù)的仿真研究[J].物流技術(shù)，2010，29（12）：114-117.

[4] 采峰，曾鳳章.一種流程型企業(yè)主生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化方法研究[J].工業(yè)工程與管理，2006，11（4）：16-20.

[5] 馬云，李躍宇.混流生產(chǎn)線的Flexsim仿真應(yīng)用研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2009，25（1）：232-234.

[6] KUO R J，YANG C Y.Simulation optimization using particle swarm optimization algori-thm with application to assembly line design[J].Applied Soft Computer，2011（11）：605-613.

收稿日期：2020-05-27

作者簡(jiǎn)介：黃云笑（1987—），男，浙江慈溪人，工程師，研究方向：機(jī)電一體化生產(chǎn)制造。