汽車(chē)涂裝工藝Witness仿真與優(yōu)化

梁素梅 繆蕊

摘要：通過(guò)對(duì)某汽車(chē)涂裝廠中的汽車(chē)涂裝工藝流程的物流分析，在Witness2008仿真平臺(tái)上;建立汽車(chē)涂裝工藝仿真模型，并針對(duì)此廠不能如期交貨的問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化成紅色車(chē)身、綠色車(chē)身和黃色車(chē)身分別一條生產(chǎn)線對(duì)此模型進(jìn)行仿真優(yōu)化。本文的研究結(jié)果可為汽車(chē)涂裝廠節(jié)能降耗，從較大程度上提高機(jī)器運(yùn)行效率，加強(qiáng)汽車(chē)涂裝廠核心競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：涂裝工藝;Witness仿真;優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：F426.471? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0217-03

0? 引言

汽車(chē)生產(chǎn)物流系統(tǒng)是典型的復(fù)雜系統(tǒng)，在車(chē)輛制造過(guò)程中，不論布局和生產(chǎn)組織形式的外在表現(xiàn)如何，其一般都主要包含下料工藝、機(jī)加工藝、焊裝工藝、涂裝工藝和總裝工藝五大工藝。其中涂裝工藝是汽車(chē)生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的五大重要工藝之一，涂裝工藝是汽車(chē)生產(chǎn)物流系統(tǒng)中資源消耗和能源消耗最高的工藝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該工藝的資源能源消耗總量約占五大車(chē)間總運(yùn)行成本的75%以上，除此之外，涂裝工藝還是設(shè)計(jì)制造工藝最廣、設(shè)備最復(fù)雜、三廢排放量最高、顆?？刂埔笞罡咭约敖ㄔO(shè)周期最長(zhǎng)的工藝。

在涂裝工藝中涂裝有兩個(gè)重要的目的，第一個(gè)防止汽車(chē)腐蝕，第二個(gè)增加汽車(chē)美觀性。涂裝工藝過(guò)程較復(fù)雜，技術(shù)要求較高，對(duì)它進(jìn)行建模、仿真和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)交貨期、庫(kù)存、資源利用率、生產(chǎn)均衡性等方面的改善和優(yōu)化。

通過(guò)對(duì)某汽車(chē)涂廠汽車(chē)涂裝工藝系統(tǒng)的物流分析，建立了基于Witness洗車(chē)仿真模型，運(yùn)行結(jié)果表明，汽車(chē)涂裝工藝仿真模型中的噴涂工序是整個(gè)物流的瓶頸環(huán)節(jié)。車(chē)自身經(jīng)常會(huì)有多種顏色噴涂，但該汽車(chē)涂裝廠目前只有一條生產(chǎn)線，易出現(xiàn)車(chē)白身噴涂等待的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)汽車(chē)涂裝工藝進(jìn)行優(yōu)化，增加兩條噴涂生產(chǎn)線來(lái)解決，變成了紅色車(chē)身、綠色車(chē)身和黃色車(chē)身分別一條生產(chǎn)線，并建立新的優(yōu)化仿真模型。本文的研究結(jié)果可為汽車(chē)涂裝廠節(jié)能降耗，從較大程度上提高機(jī)器運(yùn)行效率，加強(qiáng)汽車(chē)涂裝廠核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1? 汽車(chē)涂裝工藝模型描述

涂裝工藝可以簡(jiǎn)化為以下工序：車(chē)白身—①預(yù)處理工藝（涉及化學(xué)加工、打磨、清洗）—②通過(guò)機(jī)器人噴涂工藝（按照計(jì)劃按顏色紅黃綠對(duì)車(chē)白身進(jìn)行噴涂）—③工人檢查裝飾工藝（噴涂完成后由工人檢查裝飾，由文獻(xiàn)可得，檢查裝飾會(huì)出現(xiàn)10%的噴涂質(zhì)量不合格，這些不合格品有工人監(jiān)督運(yùn)至噴涂隊(duì)列重新排隊(duì)并噴涂;合格的則直接傳送至烘干隊(duì)列）—④烘干工藝（對(duì)車(chē)體進(jìn)行烘干），其中見(jiàn)圖1。還有環(huán)水處理、廢水處理、純水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)等相關(guān)附屬工藝在此次模型中不考慮。整個(gè)涂裝工藝過(guò)程需要大量的化學(xué)試劑處理和精細(xì)的工藝參數(shù)控制，對(duì)油漆材料及各項(xiàng)加工設(shè)備的要求都較高[1-2]。

2? 汽車(chē)涂裝工藝Witness仿真模型

2.1 Witness簡(jiǎn)介

Witness是由英國(guó)Lanner公司推出的功能強(qiáng)大的仿真軟件系統(tǒng)，它既可以應(yīng)用于離散事件系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于連續(xù)流體系統(tǒng)的仿真，Witness軟件是一個(gè)關(guān)于生產(chǎn)、運(yùn)輸、規(guī)劃等的仿真軟件，它可以可視化生產(chǎn)系統(tǒng)仿真的整個(gè)過(guò)程，讓使用者清楚地了解到生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題，并及時(shí)對(duì)模型的參數(shù)（對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)參數(shù)）進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流系統(tǒng)優(yōu)化配置，在世界上得到了較為廣泛的應(yīng)用[3-5]。

2.2 汽車(chē)涂裝工藝系統(tǒng)分析

汽車(chē)涂裝工藝Witness仿真模型中所用到的六類(lèi)元素，含零部件類(lèi)型、緩沖器類(lèi)型、機(jī)器類(lèi)型、傳送帶類(lèi)型、工人類(lèi)型和變量類(lèi)型。元素在模型中所起的作用如表1所示。

2.3 汽車(chē)涂裝工藝仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

汽車(chē)涂裝工藝仿真模型建立包括元素定義、元素可視化設(shè)計(jì)、元素詳細(xì)設(shè)計(jì)（包括零部件、機(jī)器、緩沖器以及工人的設(shè)計(jì)）。假設(shè)汽車(chē)涂裝工藝仿真模型是隊(duì)列容量無(wú)限，等待制的排隊(duì)模型[6]，參數(shù)設(shè)定如下：

①車(chē)白身進(jìn)入涂裝工藝車(chē)間的速率為隨機(jī)，每隔3分鐘到達(dá)一輛車(chē)白身，到達(dá)車(chē)身隊(duì)列排隊(duì)等候預(yù)處理。

②車(chē)體進(jìn)行預(yù)處理和烘干工序的處理速度均符合三角分布函TRIANGLE（0.5，1，1.5），單位為分鐘。

③噴漆工序是涂裝工藝的重點(diǎn)，車(chē)體進(jìn)入噴涂工序，噴涂耗時(shí)3分鐘。

④傳送帶Conveyor1、2、3、4的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1、L2、L3和L4。車(chē)體進(jìn)入預(yù)處理工序、噴涂工序、檢查裝飾工序、因不合格返回噴涂工序重新噴涂和烘干傳輸速度均為5分鐘。Length in parts為10m，Movement Index time為0.5m/s。

設(shè)定一天的時(shí)間60*8=480分，經(jīng)過(guò)Witness2008中的Run，分別對(duì)相關(guān)元素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以獲得所需要的績(jī)效指標(biāo)數(shù)據(jù)。分別得到車(chē)白身零件、預(yù)處理工序、噴涂工序、檢查裝飾工序和烘干工序機(jī)器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如表2，表3所示。

從仿真結(jié)果表1、車(chē)白身零部件統(tǒng)計(jì)表2和機(jī)器設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)表3可以看出，當(dāng)上道工序輸送給本工序161臺(tái)車(chē)體，被Shipped掉140臺(tái)車(chē)體。汽車(chē)涂裝工藝仿真模型中全部噴涂完成的平均加工時(shí)間為41.23分鐘/臺(tái)。噴涂設(shè)備忙率最高，為98.66%，即該工序很忙，不斷進(jìn)行噴涂作業(yè)。其次忙率較高的是檢查裝飾，為64.7%。整個(gè)系統(tǒng)中的工序只有預(yù)處理和烘干相對(duì)空閑，忙率分別為33.09%、29.13%。預(yù)處理完成160臺(tái)車(chē)白身的生產(chǎn)，噴涂了157臺(tái)車(chē)體，檢查裝飾了155臺(tái)車(chē)體。

從車(chē)身隊(duì)列、噴涂隊(duì)列、檢查裝飾隊(duì)列和烘干隊(duì)列庫(kù)存統(tǒng)計(jì)表4可以看出，噴涂隊(duì)列的庫(kù)存量較大，當(dāng)前存量為14個(gè)車(chē)體，平均存量為6.76個(gè)車(chē)體，其他無(wú)庫(kù)存。結(jié)合噴涂機(jī)器人的忙率，可以初步斷定噴涂工序的噴涂能力不足，如果希望提高整個(gè)汽車(chē)涂裝工藝的系統(tǒng)產(chǎn)能，則需要對(duì)噴涂工序的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行改善和優(yōu)化。并且由紅色、綠色和黃色三個(gè)變量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得，紅色車(chē)體有56臺(tái)，綠色車(chē)體有36臺(tái)，黃色車(chē)體有48臺(tái)。

3? 汽車(chē)涂裝工藝Witness仿真模型優(yōu)化

將汽車(chē)噴涂工藝仿真模型中的噴涂工序過(guò)程中的1條生產(chǎn)線按照生產(chǎn)計(jì)劃增添為3條噴涂不同顏色（紅色、綠色和黃色）的生產(chǎn)線[7]來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，分成三類(lèi)進(jìn)行噴涂，然后再匯集到一起進(jìn)行檢查裝飾，如圖2所示。這樣可以避免由于等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成的堵塞和機(jī)器利用率低下等問(wèn)題。其他條件不變。

從優(yōu)化后的車(chē)自身零部件類(lèi)統(tǒng)計(jì)表;車(chē)身隊(duì)列、噴涂隊(duì)列、檢查裝飾隊(duì)列和烘干隊(duì)列庫(kù)存統(tǒng)計(jì)表表5和表6可以看出，與優(yōu)化前相比，汽車(chē)涂裝工藝仿真模型中全部噴涂完成的平均加工時(shí)間為39.38分鐘/臺(tái)。噴涂隊(duì)列的庫(kù)存量依然較大，當(dāng)前存量為14臺(tái)車(chē)體，平均存量為6.81臺(tái)車(chē)體，其他無(wú)庫(kù)存。車(chē)身隊(duì)列和檢查裝飾隊(duì)列不變，相對(duì)提高的是烘干隊(duì)列，由140臺(tái)車(chē)體提高到141臺(tái)車(chē)體。有效的提高了整個(gè)涂裝工藝的工作效率，提高了整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)能。

4? 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某汽車(chē)涂廠汽車(chē)涂裝工藝系統(tǒng)的物流分析，建立了基于Witness洗車(chē)仿真模型，運(yùn)行結(jié)果表明，汽車(chē)涂裝工藝仿真模型中的噴涂工序是整個(gè)物流的瓶頸環(huán)節(jié)。車(chē)自身經(jīng)常會(huì)有多種顏色噴涂，但該汽車(chē)涂裝廠目前只有一條生產(chǎn)線，易出現(xiàn)車(chē)白身噴涂等待的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)汽車(chē)涂裝工藝進(jìn)行優(yōu)化，增加兩條噴涂生產(chǎn)線來(lái)解決，變成了紅色車(chē)身、綠色車(chē)身和黃色車(chē)身分別一條生產(chǎn)線，并建立新的優(yōu)化仿真模型。結(jié)果表明，生產(chǎn)線運(yùn)行中的堵塞現(xiàn)象得到明顯改善，汽車(chē)涂裝工藝系統(tǒng)的平均加工時(shí)間從41.23分鐘/臺(tái)減少到39.38分鐘/臺(tái)。將此優(yōu)化方案應(yīng)用在汽車(chē)涂裝廠中，汽車(chē)的月產(chǎn)量從1400臺(tái)提高到 1410臺(tái)，為汽車(chē)涂裝廠創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。提高汽車(chē)涂裝廠的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

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