基于Flexism的某汽車總裝生產(chǎn)線仿真與優(yōu)化

揭正梅，侯開虎，張迎風(fēng)，汪 鐳，陳 誠

(昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650500)

基于Flexism的某汽車總裝生產(chǎn)線仿真與優(yōu)化

揭正梅，侯開虎，張迎風(fēng)，汪 鐳，陳 誠

(昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650500)

以某汽車基地總裝生產(chǎn)線為研究對象。針對總裝生產(chǎn)線上部分工序等待時(shí)間過長和生產(chǎn)效率低等問題，首先采集了各工段操作時(shí)間，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分布擬合，并采用Flexism軟件對生產(chǎn)線進(jìn)行了建模和仿真。通過分析仿真運(yùn)行結(jié)果，確定了瓶頸工段，提出了2種優(yōu)化方案，并進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果說明,優(yōu)化方案2可以有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。

汽車總裝線；Flexism；系統(tǒng)建模；仿真

隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化水平的不斷發(fā)展和國際競爭的日益激烈，在汽車行業(yè)，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本尤為重要。而通過簡單的計(jì)算，很難在復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)中找到優(yōu)化方法，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)逐漸成為了提高生產(chǎn)效率的有效手段。所謂計(jì)算機(jī)仿真，就是在計(jì)算機(jī)上建立仿真模型并重現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)，運(yùn)行模擬真實(shí)系統(tǒng)從而得到系統(tǒng)解的方式。其優(yōu)點(diǎn)在于可量化各項(xiàng)指標(biāo)，能在不投資或少投資的情況下對系統(tǒng)進(jìn)行模擬，通過不斷修改參數(shù)得到優(yōu)化方案[1]。目前，計(jì)算機(jī)仿真軟件的開發(fā)和應(yīng)用使人們能夠方便地進(jìn)行建模仿真，其中，F(xiàn)lexism是美國Flexism Software Production公司出品的一款商業(yè)化離散系統(tǒng)仿真軟件[2]，可用軟件實(shí)體表示實(shí)物對象，并進(jìn)行快速建模。

1 汽車總裝生產(chǎn)線的特點(diǎn)

對于汽車裝配線, 目前采用較多的是連續(xù)流生產(chǎn)方式[3], 裝配作業(yè)的任務(wù)主要以零部件的安裝為主，還包括汽車車體的連接、壓裝，加注冷卻液、制動液等液體，以及整車質(zhì)量檢測等工序。裝配線主要是由1條傳送帶牽引，各個工位根據(jù)各自的裝配任務(wù)，在確定的時(shí)間之內(nèi)，正確地將產(chǎn)品零件安裝完畢，前序工位完成裝配任務(wù)后開啟下一個工位。由于裝配線各工序負(fù)荷不均衡, 極易造成工時(shí)損失甚至生產(chǎn)中止, 因此有必要對其進(jìn)行平衡, 以減少工時(shí)消耗, 降低成本, 提高生產(chǎn)效率[4]。本文通過Flexism軟件建模仿真，找到總裝線的生產(chǎn)瓶頸工位，提出相應(yīng)的改善方案，并對改善方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

2 系統(tǒng)建模與仿真

2.1 數(shù)據(jù)采集

某汽車基地主要有2個品種的轎車，轎車主要由車身、底盤、發(fā)動機(jī)和電器設(shè)備4大部分組成。以車身為裝配基體，經(jīng)車身沖壓、焊裝及涂裝后進(jìn)入總裝車間。總裝車間主要由2條底盤線、2條內(nèi)飾線、2條終線、1條發(fā)動機(jī)分裝線及1個調(diào)試檢車線區(qū)域組成?？傃b布局工藝流程圖如圖1所示?？傃b線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1和表2。

圖1 總裝布局工藝流程圖

表1總裝生產(chǎn)線基本數(shù)據(jù)

節(jié)拍時(shí)間CT/s輸送鏈速度v/m·s-1產(chǎn)品種類每班次工作時(shí)間/min計(jì)劃走線率/%計(jì)劃產(chǎn)量/輛550.11243095430

表2 總裝各工段基本數(shù)據(jù)

該總裝生產(chǎn)線故障率為16.46%，走線率(工作率)為83.64%，所以每班次實(shí)際工作時(shí)間為21 579 s。用秒表測時(shí)法分別針對內(nèi)飾1、內(nèi)飾2、底盤1、底盤2和調(diào)試工段，測定1輛車在各工段的裝配時(shí)間，觀測次數(shù)為220次，對內(nèi)飾1所測220次時(shí)間進(jìn)行擬合，可知其服從N(1 363,19.59)的正態(tài)分布，且P>0.05通過正態(tài)性檢驗(yàn)(見圖2和圖3)。同理可知，其余工段時(shí)間均服從正態(tài)分布。內(nèi)飾2、底盤1、底盤2、終線1、終線2和調(diào)試分別依次服從N(1 308，20.36)，N(1 090，18.31)，N(1 145，18.48)，N(924.7，18.86)，N(545.5，16.01)和N(817.1，16.59)的正態(tài)分布。根據(jù)三倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除異常值。內(nèi)飾1操作時(shí)間均值為1 363 s，標(biāo)準(zhǔn)差為19.59 s，所以偏差上下線分別為1 421.77和1 304.23 s。所測數(shù)據(jù)均在此范圍內(nèi)，因此無異常值。同理，可計(jì)算出其余數(shù)據(jù)也無異常值。

圖2 內(nèi)飾1裝配時(shí)間分布直方圖

圖3 內(nèi)飾1裝配時(shí)間正態(tài)性檢驗(yàn)

汽車總裝生產(chǎn)線屬于輕作業(yè)或中作業(yè)，確定寬放率為10%[5]，則標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間=正常時(shí)間×(1+寬放率)，因此內(nèi)飾1標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間=1 363×(1+0.1)=1 499 (s)，同理得內(nèi)飾2標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為1 438 s，底盤1標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為1 199 s，底盤2標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為1 259.5 s，終線1標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為1 017.17 s，終線2標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為600.05 s，調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為898.81 s。

2.2 建模與仿真

所建模型如圖4 所示。由于總裝線工序較多，此處給出主要工序的建模，模型中對象實(shí)體包括2個發(fā)生器、1個暫存區(qū)、8個處理器以及1個吸收器。發(fā)生器用來產(chǎn)生車身及發(fā)動機(jī)等帶裝配零部件；暫存區(qū)用來臨時(shí)存放返修車輛；處理器主要是裝配工位；吸收器用來存放成品產(chǎn)品。

圖4 總裝生產(chǎn)線Flexsim仿真模型

每天每班次工作時(shí)間為25 800 s，生產(chǎn)線工作率為83.64%，所以每班正常工作時(shí)間為21 579 s。在設(shè)定仿真時(shí)間為1周1個班次總的正常工作時(shí)間時(shí)，仿真時(shí)間為21 579×5=107 895 (s)，仿真結(jié)果見表3。

表3 1周正常工作時(shí)間仿真結(jié)果

此時(shí)，合格整車輸出1 735輛，返修車21輛。而車身和發(fā)動機(jī)等的輸出量分別為1 884和1 816，均有偏差，而這個偏差主要是由于生產(chǎn)線從空變?yōu)闈M，在1個班次下班生產(chǎn)線上停留了待裝配的汽車。

設(shè)定仿真時(shí)間為2周1個班次總的正常工作時(shí)間時(shí)，仿真結(jié)果見表4。

表4 1個班次2周正常工作時(shí)間仿真結(jié)果

由表4可知，此時(shí)，合格整車輸出3 598輛，返修車39輛。與車身輸出量3 765和發(fā)動機(jī)等輸出量3 598均有偏差。這個偏差仍然是由于仿真中第1個班次下班后,生產(chǎn)線由空變?yōu)闈M所造成。

2.3 改善方案

根據(jù)表3和表4可知，由庫存吸收器和返修暫存區(qū)的輸入量可知在仿真時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)量，由此可以根據(jù)具體情況和時(shí)間進(jìn)行設(shè)置以確定計(jì)劃期內(nèi)的生產(chǎn)量，從而模擬生產(chǎn)計(jì)劃。從每個處理器的輸入量以及輸出量之差可以知道各處理器的處理效率。從表4可知，內(nèi)飾1、內(nèi)飾2、底盤1、底盤2、終線1、終線2和調(diào)試工段輸入量與輸出量之差分別為15、24、19、20、16、10和14，即有可能是內(nèi)飾2的生產(chǎn)時(shí)間過長。由此可初步確認(rèn)瓶頸工位為內(nèi)飾2或者底盤1，由于其工作效率較低，影響了生產(chǎn)線的總生產(chǎn)率；因此，可按實(shí)際改善情況提出2個改善方案，分別對瓶頸工位進(jìn)行改進(jìn)。

方案1：將內(nèi)飾1的操作時(shí)間減少150 s之后進(jìn)行仿真試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 方案1仿真結(jié)果

方案2：將底盤1的操作時(shí)間減少150 s之后進(jìn)行仿真試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6 方案2仿真結(jié)果

對比2個方案的結(jié)果可知，同樣是縮短了150 s的操作時(shí)間，在2周的正常工作時(shí)間下，方案1的產(chǎn)量僅增加了3輛，方案2的產(chǎn)量卻增加了159輛，最終的合格整車產(chǎn)量卻相差156輛，方案2的改進(jìn)率=159/3 598=4.4%，方案2更加可行，因此可知底盤1確實(shí)為瓶頸工段。在之后的改進(jìn)過程中，需要對底盤1工段進(jìn)行改進(jìn)，以提高生產(chǎn)線效率。

3 結(jié)語

本文運(yùn)用Flexsim 仿真軟件對某汽車總裝線裝配過程進(jìn)行仿真研究，通過對仿真模型的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，找出生產(chǎn)線系統(tǒng)中的瓶頸工位，并提出針對性的改善方案，通過對方案的實(shí)際驗(yàn)證得到，優(yōu)化后的系統(tǒng)相對于優(yōu)化前，其生產(chǎn)效率提高4.4%，整個系統(tǒng)的生產(chǎn)率有較大提高。由此可見，本文提出的改善方案是實(shí)際有效的，為企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本提供了有效的途徑，對實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)性的意義。

[1] 石宇強(qiáng)，肖素梅，楊婷婷. 基于經(jīng)典IE 與Flexsim 的生產(chǎn)物流系統(tǒng)優(yōu)化[J].機(jī)械制造與研究，2008(2):15-23.

[2] 黃樹林.成品油物流網(wǎng)絡(luò)內(nèi)涵及特征分析[J].中國流通經(jīng)濟(jì),2010(8):25.

[3] 劉光富, 彭照. 連續(xù)流生產(chǎn)單元的運(yùn)行機(jī)理探究[J].工業(yè)工程與管理,2007(5):11-14.

[4] 楚云軍.基于em-plant的汽車后橋裝配線仿真與優(yōu)化[J]．機(jī)械制造，2008(46)：26-29.

[5] 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,2007.

責(zé)任編輯馬彤

AssemblyProductionLineofanAutomobileSimulationandOptimizationbasedonFlexism

JIE Zhengmei, HOU Kaihu, ZHANG Yingfeng, WANG Lei, CHEN Cheng

(Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China)

In this paper, the assembly line of one car manufacturing factory is considered to be the study object. For assembly line in the car manufacturing factory, the waiting time of part processes is always long, and the productivity is also low. Based on these problems, the operation time of every process is collected. And then, the operation time dates are used to do fitting analysis. Finally this paper builds a production line model, and does simulation by using Flexsim software. By analyzing the simulation results, bottleneck process is identified, and two optimization schemes are advanced. After simulating, the second optimization scheme is sure to be the most optimal, and production efficiency and yield can be improved by this scheme.

automobile assembly line, Flexism, system modeling, simulation

U 468

：A

揭正梅(1990-)，女，碩士研究生，主要從事企業(yè)集成與信息化等方面的研究。

2015-03-06