基于ProModel的軸類零件生產(chǎn)線研究

白佳 咼明森

摘 要：以生產(chǎn)軸類零件的小型企業(yè)為例，用ProModel軟件構(gòu)建了該企業(yè)生產(chǎn)線仿真模型。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用ECRS原則對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提出了四個(gè)改進(jìn)方案。綜合生產(chǎn)線平衡、成本和產(chǎn)量這三個(gè)因素，找到了相對(duì)最優(yōu)方案，為該企業(yè)生產(chǎn)線擴(kuò)建提供了理論性參考，從而驗(yàn)證了ProModel仿真技術(shù)的重要作用。

關(guān)鍵詞：ProModel；生產(chǎn)線；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TG801 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）18-0028-02

本文以某一生產(chǎn)軸類零件的中小型企業(yè)為例，運(yùn)用ProModel對(duì)該企業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行建模與仿真，結(jié)合ECRS原理對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化，為該企業(yè)提供生產(chǎn)線較平衡、成本較低的擴(kuò)建方案。

1 軸類零件線生產(chǎn)現(xiàn)狀

某企業(yè)軸類零件生產(chǎn)線屬于單一品種、小批量生產(chǎn)。生產(chǎn)計(jì)劃是毛坯成批到達(dá)毛坯存放處，然后單個(gè)進(jìn)行粗加工、半精加工、精加工、拋光、檢驗(yàn)工序，檢驗(yàn)合格后放入成品倉(cāng)庫(kù)，否則重新進(jìn)行拋光。隨著訂單量的增多，負(fù)責(zé)人發(fā)現(xiàn)即使由原來的一班制變成了兩班制也不能滿足需求，根據(jù)預(yù)測(cè)，該企業(yè)軸類零件年需求量為3 200個(gè)，為使生產(chǎn)線達(dá)到相應(yīng)的生產(chǎn)能力且成本最低，負(fù)責(zé)人決定對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行擴(kuò)建并尋求最佳的擴(kuò)建方案。

2 仿真建模及優(yōu)化

2.1 生產(chǎn)線優(yōu)化改進(jìn)原理

最優(yōu)的擴(kuò)建方式并不是單純的增加機(jī)床，而是在生產(chǎn)線平衡及生產(chǎn)成本最低的前提上增加機(jī)床設(shè)備。生產(chǎn)線平衡即各個(gè)工序的生產(chǎn)節(jié)拍基本一致，生產(chǎn)中等待時(shí)間很少，這時(shí)生產(chǎn)效率最高，生產(chǎn)線處于均衡生產(chǎn)狀態(tài)。要使成本最低，可以在生產(chǎn)能力滿足需求的基礎(chǔ)上，運(yùn)用工業(yè)工程原理—ECRS（Eliminate，Combine，Rearrange，Simplify）四大原則，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2.2 現(xiàn)行生產(chǎn)線問題分析

企業(yè)現(xiàn)行生產(chǎn)線加工流程及各工序加工時(shí)間（min）分布如圖1所示。據(jù)估算，90%軸類零件檢驗(yàn)合格，10%軸類零件不合格需要重新拋光。

現(xiàn)用ProModel對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行建模， 建模過程如下：

①Locations 在ProModel中為模型設(shè)置加工地點(diǎn)、臨時(shí)存放點(diǎn)和倉(cāng)庫(kù)等，可以為每一個(gè)location定義相應(yīng)的加工能力（cap.）、單位數(shù)量（units）等。本系統(tǒng)中設(shè)置的工位有“毛坯”、“粗加工”、“半精加工”、“精加工”、“拋光”、“檢驗(yàn)”、“臨時(shí)存放區(qū)”、“成品”。“毛坯”區(qū)的加工能力設(shè)置為無限（inf），“臨時(shí)存放區(qū)”為5，其余為1。

②Entities設(shè)置被加工對(duì)象，在制造系統(tǒng)中為零部件，服務(wù)系統(tǒng)中一般為顧客。本系統(tǒng)中只需設(shè)置一種“零件”。

③PathNetworks 設(shè)置被加工零件在各工位的被搬運(yùn)的運(yùn)行路線，也是資源（resource）的運(yùn)行路線，每條路線節(jié)點(diǎn)需要連接到對(duì)應(yīng)的工位才有效。本系統(tǒng)中每類工位間設(shè)置一條路線，共7條。

④Resources相當(dāng)于現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的叉車，員工等作為搬運(yùn)被加工零件的載體。本系統(tǒng)中設(shè)置7位員工，分別設(shè)置在每條路線上。

⑤Arrivals可以設(shè)置零件到達(dá)該系統(tǒng)的規(guī)律。本系統(tǒng)假定待加工零件不缺貨，其到達(dá)規(guī)律為每分鐘到達(dá)“毛坯”一個(gè)。

⑥Processing 這是建模過程中較為復(fù)雜部分，需要進(jìn)行部分的編程語言進(jìn)行設(shè)置。

建模完成后平面如圖2所示。

工廠目前采用一班制工作，全年工作254 d，工人年時(shí)基數(shù)1 810 h。系統(tǒng)仿真時(shí)，將ProModel軟件的simulation選項(xiàng)下的options設(shè)置系統(tǒng)仿真時(shí)間為1 810 h，仿真結(jié)束后對(duì)主要工位的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

仿真結(jié)果中生產(chǎn)線年產(chǎn)量為1 570個(gè)。粗加工工序加工率較高，達(dá)到了86.41%，而其他工序加工率多數(shù)不到30%。導(dǎo)致零件在粗加工處等待很久，粗加工機(jī)床超負(fù)荷工作，而其它機(jī)床空閑率很高，生產(chǎn)線嚴(yán)重不平衡，粗加工為本生產(chǎn)線的瓶頸工序。年產(chǎn)量只有預(yù)測(cè)的49.06%。可以初步斷定，由于生產(chǎn)線不平衡和生產(chǎn)規(guī)模的限制，導(dǎo)致生產(chǎn)能力達(dá)不到要求。為使生產(chǎn)能力達(dá)到要求可以從粗加工和半精加工著手改進(jìn)。

2.3 軸類生產(chǎn)線改進(jìn)方案

由于軸類零件生產(chǎn)線上各工序都不可缺少，以及該企業(yè)工廠布局和技術(shù)水平的限制，對(duì)工序進(jìn)行刪除（Eliminate）、重組（Rearrange）、簡(jiǎn)化（Simplify）難以實(shí)現(xiàn)，所以改進(jìn)方案主要從增加機(jī)床數(shù)量、對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造和對(duì)工序進(jìn)行合并方面來考慮。

據(jù)估算購(gòu)買一臺(tái)粗加工機(jī)床費(fèi)用為8萬，一臺(tái)半精加工機(jī)床需10萬；改造一臺(tái)粗加工機(jī)床需1.5萬，改造后零件在粗加工機(jī)床加工時(shí)間所服從的分布從exp（60）min變?yōu)閑xp（50） min；合并拋光和檢驗(yàn)可減少員工數(shù)量，合并后零件在拋光及檢驗(yàn)工序的加工時(shí)間服從U（28，4） min分布；工人每小時(shí)工資為20元，即每個(gè)工人一年成本為36 200元。

根據(jù)ECRS原則和經(jīng)濟(jì)性因素，針對(duì)瓶頸工序擬定了如下四種種改進(jìn)方案。

方案一：增加2臺(tái)粗加工機(jī)床和1臺(tái)半精加工機(jī)床，成本為44.10萬元。

方案二：增加1臺(tái)半精加工機(jī)床和1臺(tái)粗加工機(jī)床并將2臺(tái)粗加工機(jī)床改造，成本為39.10萬元。

方案三：增加2臺(tái)粗加工機(jī)床和1臺(tái)半精加工機(jī)床并將拋光和檢驗(yàn)工序合并，成本為40.48萬元。

方案四：增加1臺(tái)半精加工機(jī)床和1臺(tái)粗加工機(jī)床并將2臺(tái)粗加工機(jī)床改造，同時(shí)將拋光和檢驗(yàn)工序合并，成本為35.48萬元。

將四種方案分別用ProModel軟件進(jìn)行仿真，每種方案各個(gè)工序的機(jī)床性能如表2～表6所示。

用各工序加工率的標(biāo)準(zhǔn)差來初步定量判定生產(chǎn)線的平衡情況。如對(duì)于方案一的生產(chǎn)線，計(jì)算粗加工、半精加工、精加工、拋光和檢驗(yàn)這5個(gè)工序加工率的標(biāo)準(zhǔn)差，其結(jié)果如表6所示。計(jì)算值越小，則生產(chǎn)線越平衡。

從表6可以看出生產(chǎn)線平衡情況從好到差的分別是方案一、方案四、方案二、方案三。將四種方案產(chǎn)量、成本和生產(chǎn)線平衡情況匯總?cè)绫?所示。

四種方案的年產(chǎn)量都符合要求，綜合生產(chǎn)線平衡和成本這兩個(gè)因素，方案四最優(yōu)，即該企業(yè)可以增加1臺(tái)半精加工機(jī)床和1臺(tái)粗加工機(jī)床并將2臺(tái)粗加工機(jī)床改造，同時(shí)將拋光和檢驗(yàn)工序合并。

3 結(jié) 語

企業(yè)在生產(chǎn)線擴(kuò)建時(shí)不應(yīng)盲目增加機(jī)器設(shè)備，綜合考慮生產(chǎn)線平衡和經(jīng)濟(jì)性原則，并且要對(duì)這兩方面進(jìn)行權(quán)衡，以選擇相對(duì)最優(yōu)的擴(kuò)建方案。本文利用promodel軟件對(duì)某企業(yè)軸類零件生產(chǎn)線系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，并且結(jié)合ECRS原則對(duì)現(xiàn)行生產(chǎn)線進(jìn)行分析和改進(jìn)，為該企業(yè)生產(chǎn)線擴(kuò)建提供了理論參考。從而驗(yàn)證了ECRS原則和ProMdel仿真的實(shí)用性。

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