基于Flexsim的T恤衫單件流水線仿真優(yōu)化

宋 瑩， 田 宏， 李敬伊

(遼東學(xué)院 服裝與紡織學(xué)院， 遼寧 丹東 118003)

隨著我國服裝企業(yè)和市場需求的變化，針織服裝呈現(xiàn)出了巨大的市場發(fā)展?jié)摿?，針織服裝企業(yè)的競爭也愈發(fā)激烈[1]。傳統(tǒng)的捆包流生產(chǎn)方式由于生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)效率低以及等待或積壓現(xiàn)象嚴(yán)重等問題，已經(jīng)無法滿足企業(yè)和市場的實(shí)際生產(chǎn)需求。單件流水線的生產(chǎn)方式，以其“后拉式”的生產(chǎn)特點(diǎn)，通過減少產(chǎn)品積壓、提升產(chǎn)量、提高生產(chǎn)效率等優(yōu)勢獲得眾多服裝企業(yè)的青睞。然而，在實(shí)際的服裝生產(chǎn)加工過程中，單件流水線的生產(chǎn)運(yùn)行也會(huì)受到工序編制情況、產(chǎn)品工藝參數(shù)、工人技能水平及設(shè)備運(yùn)行效率等因素的影響，其中流水線的工序編制情況是影響生產(chǎn)效率的決定因素。針對(duì)這一問題，許麗麗對(duì)工序拆分組合進(jìn)行了研究[2]；李克兢等通過驗(yàn)證流水線平衡的方法對(duì)單件流水線的優(yōu)化提出解決方法[3]。韓少杰等通過遺傳算法對(duì)流水線平衡率的提高進(jìn)行研判[4-5]。江小云從精益生產(chǎn)的角度，對(duì)流水線平衡率進(jìn)行了研究[6]。然而上述研究，通常只針對(duì)影響單件流水線運(yùn)行效率的某個(gè)單一因素進(jìn)行研究，研究的服裝類型相對(duì)寬泛缺少針對(duì)性，且未對(duì)流水線的生產(chǎn)效率進(jìn)行前期的預(yù)判和驗(yàn)證。本文作者與丹東市某時(shí)裝有限公司合作，選取該公司生產(chǎn)的1款T恤衫作為實(shí)踐對(duì)象，通過對(duì)該款T恤衫單件流水線生產(chǎn)過程中的影響因素進(jìn)行綜合分析，在此基礎(chǔ)上借助Flexsim仿真軟件對(duì)T恤衫單件流水線進(jìn)行仿真優(yōu)化，從而準(zhǔn)確地預(yù)判出該T恤衫單件流水線的生產(chǎn)效率，并在此基礎(chǔ)上對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)際改進(jìn)與優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)量、提高生產(chǎn)效率的目的。

1 T恤衫工序分析

研究對(duì)象為短袖、橫機(jī)翻領(lǐng)、套頭針織T恤衫，具體款式如圖1所示。對(duì)該款T恤衫的加工工序進(jìn)行分析，具體工序流程圖[7]如圖2所示。

2 T恤衫單件流水線影響因素

2.1 生產(chǎn)平衡率

生產(chǎn)平衡率也叫工序編制效率。表示作業(yè)時(shí)工序分配的平衡程度，是判斷流水線生產(chǎn)效率的最直接的指標(biāo)。計(jì)算公式為：E=PL/PB。式中：E為單件流水線中的生產(chǎn)平衡率；PL為流水線節(jié)拍；PB為瓶頸節(jié)拍，即整個(gè)單件流水線中工時(shí)最長的工序時(shí)間[8]。在一條流水線中如果存在2個(gè)以上瓶頸節(jié)拍的話，按照最大的瓶頸節(jié)拍來計(jì)算生產(chǎn)平衡率。通常一條流水線的生產(chǎn)平衡率要達(dá)到85%以上才屬于合理有效的編制[9]。

2.2 工序難易程度

工序的難易程度直接決定了工時(shí)的多少，對(duì)流水線的編制效率起決定作用[10]。工時(shí)較長的工序，其難度也相對(duì)較高，反之亦然。服裝企業(yè)在服裝加工生產(chǎn)過程中會(huì)依據(jù)工序的工時(shí)與技術(shù)難度將工序進(jìn)行等級(jí)劃分，在T恤衫的單件流水線加工生產(chǎn)過程中，通常會(huì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)系統(tǒng)(GSD)將T恤衫的工序難度等級(jí)劃分為4個(gè)等級(jí)，具體劃分情況如表1所示。

表1 T恤衫生產(chǎn)工序難度等級(jí)Tab.1 Level of T-shirt process difficulty

3 Flexsim仿真優(yōu)化生產(chǎn)應(yīng)用

3.1 Flexsim的應(yīng)用優(yōu)勢

目前我們常用到的仿真軟件有Flexsim、Em-plant和Promodel 3種，其中Flexsim作為一種通用性極高的仿真軟件，較其他2種軟件而言具有成本低、模擬能力強(qiáng)、運(yùn)算周期短、操作簡單、數(shù)據(jù)易讀取等明顯優(yōu)勢。該軟件常用于物流運(yùn)輸?shù)哪M仿真，在服裝企業(yè)很少應(yīng)用，而一條服裝單件流水線實(shí)際上正是1個(gè)小的物流體系，因此，應(yīng)用Flexsim仿真軟件對(duì) T恤衫的單件流水線進(jìn)行仿真優(yōu)化，在提高生產(chǎn)率的同時(shí)，也是一種新的嘗試。

3.2 仿真優(yōu)化建模

基于Flexsim仿真軟件對(duì)T恤衫單件流水線仿真優(yōu)化過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模。主要包括Flexsim流水線仿真、流水線優(yōu)化和優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證3個(gè)模塊，如圖3所示。

其中Flexsim流水線仿真模塊中的發(fā)生器與暫存區(qū)用來模擬實(shí)際T恤衫單件流水線中的工位數(shù)量與位置。流水線優(yōu)化模塊用以發(fā)現(xiàn)流水線運(yùn)行中存在的問題，并從工序編制、工序難易程度入手,對(duì)流水線進(jìn)行仿真優(yōu)化，最后在優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證模塊中對(duì)優(yōu)化后的流水線生產(chǎn)平衡率進(jìn)行模擬驗(yàn)證，如果優(yōu)化結(jié)果不能達(dá)到企業(yè)生產(chǎn)要求，可在Flexsim中再次進(jìn)行循環(huán)優(yōu)化，形成“仿真—優(yōu)化—仿真—優(yōu)化”這樣一個(gè)循環(huán)路徑，并最終得到最理想的單件生產(chǎn)流水線。

3.3 仿真優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

用Flexsim仿真優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程包括T恤衫單件流水線、流水線平衡率的優(yōu)化。將圖2中的工序、工時(shí)輸入軟件，操作者利用軟件預(yù)置的各種生產(chǎn)要素模型，根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的人員配置與設(shè)備擺放等情況，繪制出該流水線的工序、工位分配情況，結(jié)果如表2所示。從中得出該單件流水線共有工位11個(gè)、工人11名、單件總工時(shí)455 s，瓶頸節(jié)拍PB為工位⑧的51 s，以及各工序分配組合、使用設(shè)備情況。利用公式PL=T/N(T為單件產(chǎn)品的工時(shí),N為作業(yè)人數(shù))，計(jì)算出該單件流水線節(jié)拍PL為41 s，生產(chǎn)平衡率為80.4%，低于85%，需要進(jìn)一步優(yōu)化平衡。同時(shí)，以日工作時(shí)間8 h為例，計(jì)劃日生產(chǎn)量為702件，而模擬出的該流水線實(shí)際日產(chǎn)量則為564件，依舊需要進(jìn)一步優(yōu)化。

表2 工序與工位分配表Tab.2 Process and station distribution

利用Flexsim軟件對(duì)T恤衫單件流水線進(jìn)行模擬仿真時(shí)，對(duì)每個(gè)工位分別進(jìn)行12次工時(shí)測定，處理器中的加工時(shí)間即為流水線中工位的作業(yè)時(shí)間，借助擬合軟件對(duì)測得作業(yè)時(shí)間進(jìn)行函數(shù)分析，得到各工位的作業(yè)等待、積壓狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)部分工位的等待或積壓狀態(tài)相對(duì)嚴(yán)重，如工位②的工時(shí)為33 s與T血衫單件流水線節(jié)拍PL的差值為-8 s，說明該工位工人等待時(shí)間較長，浮余時(shí)間較多；相反，工位⑧的工時(shí)為51 s與PL的差值為10 s，說明該工位在制品積壓狀態(tài)較為嚴(yán)重。對(duì)于存在上述情況的工位，只有對(duì)工序或工人進(jìn)行互相兼顧、優(yōu)化重組，即讓浮余時(shí)間較多的工位上的工人，把其浮余的工時(shí)兼顧到有瓶頸的工位中，協(xié)助該工位的工人完成生產(chǎn)任務(wù)，減少流水線中的等待和積壓現(xiàn)象，才能提高流水線的生產(chǎn)平衡率。優(yōu)化后工序分配如表3所示。

表3中工位⑥的工時(shí)為36 s，與流水線節(jié)拍數(shù)41 s相比，該工位有5 s的浮余時(shí)間；而工位⑤的工時(shí)為46 s，超出節(jié)拍時(shí)間5 s，在這種情況下，讓工位⑥的工人利用浮余時(shí)間兼顧協(xié)助工位⑤的工人完成生產(chǎn)任務(wù)，即可使工位⑤的工序時(shí)間由之前的46 s縮短為41 s，使之不再成為瓶頸工序。工位④的工時(shí)為38 s，工位⑦的工時(shí)為40 s，二者與節(jié)拍相比分別有3 s和1s的浮余時(shí)間，而工位⑨的工時(shí)為47 s，超出節(jié)拍時(shí)間6 s,因此可以讓工位④和⑦的工人利用浮余時(shí)間，協(xié)助工位⑨的工人，兼顧完成該工位的生產(chǎn)任務(wù)，從而使工位⑨的工時(shí)由之前的47 s縮短至43 s。同理，讓有浮余時(shí)間的工位③和工位的工人將其浮余時(shí)間兼顧到工位①和⑩中，使工位①和⑩的工時(shí)與節(jié)拍差值為零，消除瓶頸；將工序②中的浮余時(shí)間8 s兼顧到工位⑧中，使工位⑧的工時(shí)由之前的51 s縮短至43 s，從而使整個(gè)流水線的瓶頸節(jié)拍由之前51 s縮短為43 s,大大節(jié)省了作業(yè)時(shí)間。平衡優(yōu)化后再次對(duì)該T恤衫單件流水線進(jìn)行模擬仿真得到日生產(chǎn)量，結(jié)果如表4所示。

表3 優(yōu)化后工序分配Tab.3 Optimized process allocation

注：空白表示無需兼顧。

表4 優(yōu)化后日產(chǎn)量Tab.4 Optimized daily production

通過上述實(shí)驗(yàn)可知，用Flexsim軟件進(jìn)行模擬仿真首先要建立T恤衫單件流水線，并對(duì)該流水線上的瓶頸工位與工序進(jìn)行兼顧組合與平衡優(yōu)化，改善各工位的浮余、積壓狀態(tài)，將瓶頸節(jié)拍由51 s減少至43 s，隨后再次對(duì)該單件流水線進(jìn)行循環(huán)模擬仿真，使優(yōu)化后的流水線日生產(chǎn)量由之前的564件提高到669件，從而將流水線的生產(chǎn)平衡率提升至95.3%，并且仿真優(yōu)化后的流水線各工位工時(shí)差相對(duì)較小，均比較接近流水線節(jié)拍，如圖4所示，因此整個(gè)流水線更加平衡高效。

4 結(jié) 論

1)在已有的生產(chǎn)條件下，通過Flexsim軟件對(duì)該T恤衫單件流水線進(jìn)行模擬仿真優(yōu)化，可以極大提高流水線的生產(chǎn)平衡率，減少工位與工序間等待與積壓的現(xiàn)象，并提高生產(chǎn)量，使流水線運(yùn)行暢通。在此基礎(chǔ)上，還可以通過改善現(xiàn)有生產(chǎn)條件、提高工人技能水平和優(yōu)化加工工藝等方面，進(jìn)一步提升該流水線的生產(chǎn)效率。

2)借助Flexsim軟件通過對(duì)服裝單件流水線生產(chǎn)效率投入生產(chǎn)前進(jìn)行前期預(yù)測和驗(yàn)證，改變了服裝企業(yè)常用的邊生產(chǎn)邊改進(jìn)的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，通過反復(fù)循環(huán)和優(yōu)化，提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，得出最優(yōu)結(jié)果，為服裝企業(yè)提高生產(chǎn)率提供了創(chuàng)新模式，同時(shí)也驗(yàn)證了其在服裝單件流水線生產(chǎn)優(yōu)化中應(yīng)用的可行性。

3)由于Flexsim軟件具有極高的通用性，因此該軟件的的模擬仿真優(yōu)化過程對(duì)不同款式的服裝單件流水線生產(chǎn)均具有普適性。