基于ED仿真的鈑金產品質量提升分析

賴 彬 徐海龍

江西理工大學機電學院，江西 贛州 341000

基于ED仿真的鈑金產品質量提升分析

賴 彬 徐海龍

江西理工大學機電學院，江西 贛州 341000

針對某鈑金制造企業的設備空閑率高、生產效率低等問題，在現場充分調查和準確收集數據的基礎上，基于ED仿真軟件，運用工業工程的理論與方法，建立仿真模型，查找、分析現有瓶頸環節，提出作業流程優化方案，并對優化方案進行仿真分析與驗證，起到了良好的效果。

鈑金產品；質量提升；ED仿真

0 引言

在市場競爭日趨激烈的環境下，企業如何提高生產效率和產品質量，成為每個企業共同關注的問題[1]。鈑金加工企業通常采取加大設備投入，改善企業硬件設施，提高設備性能等以提升產能；另一方面，企業逐漸開始重視軟件的投入，希望通過先進的軟件支持最大限度地發揮設備的效益，加快投資回報。

生產過程仿真是對生產過程進行模擬，在虛擬的環境中反映生產過程的全部環節，進而直觀準確地找出瓶頸環節，并進行有效的改善，解決生產過程效率低、平衡性差等問題。Enterprise Dynamics(簡稱“ED”)是當前應用較為廣泛的系統仿真軟件，能有效地對現實過程進行虛擬仿真與分析，廣泛應用于制造業、物流業、交通、機場等[2]。

以某鈑金生產企業的生產過程為研究對象，以工業工程理論與技術作為指導，采用ED軟件建立生產過程的仿真模型，找出鈑金生產工藝流程和生產現場的布置方式的瓶頸，分析產能不平衡對生產效率產生的影響，最后提出有效的改善方案[3][4]。

1 現有生產流程仿真

1.1 現有工藝流程圖

為建立合理生產仿真模型,本課題通過實際調查，繪制其工藝流程如圖1所示，其中數控機床位于沖壓工序。

圖1 工藝流程圖Figure 1 process flow diagram

根據現場收集的數據進行整理、分析與統計檢驗，確定各工序作業時間分布如表1所示，其中個數代表工作臺或設備臺數：

表1 工序時間分布（單位/分鐘）Table 1 process time distribution (units/min)

1.2 模型的建立

選用ED離散事件仿真軟件進行現有生產流程的仿真分析。根據生產線的實際情況，在仿真模型中定義的對象原子包括：發生器、吸收器、處理器、合成器、分解器、暫存區等。4個發生器中的原料A、B、C隨機產生，各工序時間分布如表1所示；處理器分別代表沖床、去毛刺、折彎、鉚接、噴涂、焊接和組裝；合成器代表批量加工打包和零部件組裝的過程；分解器代表產品拆包的過程；暫存區用于臨時存放待處；吸收器代表產成品存儲區。

通過對實體的屬性定義、分配布局、確立聯系并設置參數, 構造現行流程的仿真模型，如圖2所示。

圖2 仿真模型figure 2 simulation model

1.3 仿真與結果分析

由于仿真過程存在大量隨機變動因素，并且發生器產生A、B、C三種原料為隨機產生，所以本實驗仿真結果以800小時為一個仿真周期，進行20個仿真周期時間后平均得到，從而保證仿真數據的可靠性。經沖壓（數控）后A、B、C的加工批量分別為：40，80，80，其中由于組裝工序組裝件個數因品種的差別很大，仿真中假設產生三種產品：產品1，產品2，產品3，其BOM表見表2。

表2 產品BOM表Table 2 BOM table

仿真結果如表3所示。

表3 仿真結果（單位/件）表號表題Table 3 results of simulation (unit/a)

仿真中借助檢測狀態圖可以隨時監測各個工序加工狀態隨時間的變化,為改善過程提供依據，其最終檢測狀態如圖3所示（左為數控右為去毛刺）。

圖3 監測狀態圖Figure 3 monitoring state diagram

由表3可知：去毛刺、焊接和數控工序的利用率較高，其中去毛刺和焊接利用率達到百分之百，是該生產過程的瓶頸環節，因此可以認為生產效率的改善重點位于去毛刺與焊接工序。

2 生產流程的改進設計

2.1 數控車間操作改進分析與設計

作業分析是以人為主的工序的詳細研究，主要通過對作業者、作業對象、作業工具三者科學合理的布置和安排，達到工序結構合理，減輕勞動強度、減少工時消耗、縮短整個作業時間的目的。聯合作業分析是作業分析的具體運用，是針對一組人員（兩個或以上）利用聯合作業圖進行分析，找出不經濟，不均衡，不合理和浪費的分析方法。對現行的數控工序進行作業分析，如表4所示。

表4 聯合作業分析（改進前）Table 4 joint operation analysis (before improvement)

由表4可知，設備的空閑率12.57%，現行的操作存在著很大的時間浪費，對此，進行作業標準化處理和聯合作業分析，如表5所示。

表5 聯合作業分析（標準化）Table 5 joint operation analysis (standardization)

由表5可以知：單件工時縮短20s，設備利用率提高6.75%。由于去毛刺工序技術含量不高，可有效的利用作業者等待時間將部分工件在數控沖床的暫存區進行去毛刺處理，通過仿真發現可使整個系統產能提高21.2%，但這樣的生產流程對操作者的自律性要求較高，也給生產調度及生產現場管理帶來了困難。經研究發現，采取三人兩機聯合作業分析，可使在設備利用率不變的情況下減少一個工人，調入去毛刺車間，可更為有效地緩解工作負荷量及有利于生產均衡化從而提高產量，如表6所示。

表6 聯合作業分析（改善后）Table 6 joint operation analysis (improved)

2.2 車間設施布置

迄今為止，由于人們對鈑金結構體和加工工藝注重不夠，多數情況下去毛刺工序由于其加工過程的復雜性，使得自動化設備無法完全代替人工作業。而且，由于客戶對鈑金件表面質量要求較高，要求在加工過程中不能有任何劃痕，而鈑金件加工工藝過程中的物流與搬運次數既影響鈑金件的質量，也影響生產線的生產效率，故車間設施布局的合理化十分重要。

經研究，發現去毛刺車間生產雖然采取定制化管理，但是由于其布置方式的不合理，造成搬運的浪費和物流的阻塞等現象。車間原始布置如圖4（左）所示，作業人員將鈑金件手工搬運到工作區的工作臺上，待去毛刺完成后放到托盤上，這使得只有在托盤運走后才能再次往工作臺上放置鈑金件，造成工作臺的有效利用率降低及搬運人員的浪費，運輸延誤同時可能造成物料的阻塞。針對以上問題對去毛刺車間進行設施重新布置如圖4（右）所示，可以有效地減少搬運距離和增加工作臺的有效利用。

圖4 去毛刺車間布置Figure 4 deburring workshop layout

進行上述改善后經測算的時間分布如表7所示。

表7 時間分布（單位/分鐘）Table 7 time distribution (units/min)

2.3 改善方案仿真和結果分析

以上從車間設施布置和聯合作業分析兩方面提出對生產現場的改善方案，為定量判別其有效性，針對改善方案重新建立模型并進行仿真，仿真結果見表8。對比表3和表8可知，單位時間內數控產出提高12.7%，去毛刺提高21%，折彎提高20.9%，焊接提高21.69%，總效率提高20.9%。

工序輸入輸出空閑率利用率阻塞率數控1978401966400.050.950去毛刺203320320.030.970折彎203220240.210.790鉚接202620250.210.790焊接202520250.020.980噴涂1329201329200.410.590組裝19938199360.20.80成品19936

3 結論

本文使用ED軟件對鈑金工藝流程進行了仿真和分析。仿真結果表明現行流程去毛刺和焊接工序存在堵塞現象，分析原因是人員調配、作業和設施布置不合理所致。對此，分別采用三人兩機的聯合作業分析和設施布置，并增加一個焊接工位的改進方案，并進行了仿真與分析，結果顯示總產出提高20.9%。

[1] 蘇文杰.國外質量管理實踐和理論的發展研究[J].北華航天工業學院學報.2006,12(6):134-137.

[2] 李寧,錢小燕.基于ED的裝配車間生產物流分析及優化[J].組合機床與自動化加工技術.2014,10(4):112-120.

[3] 劉輝,徐世博,宮國鵬等.采用ED軟件模擬WAS60/90型鋁網加工生產線仿真[J].產業與科技論壇.2012,11(2):125-129.

[4] 宋建峰.基于實例的鈑金工藝設計技術研究[J].科技資訊.2014,5(14):45-55.

As for the problems of some sheet metal enterprises on high rate idle equipment,low efficiency,the theory and methods of industrial engineering are applied in this paper on the basis of field investigation and accuratly data collection,the simulation model is set up based on ED simulation software,the existing bottleneck link is found and analyzed,the process optimization scheme is put forward,which is analyzed and verificated by simulation,and the whole methods work well.

sheet metal production;productivity optimization;ED simulation