汽車裝配車間布局優(yōu)化設(shè)計(jì)

程瓊　楊立峰

摘要：隨著市場上客戶需求的轉(zhuǎn)變，汽車行業(yè)的多品種小批量生產(chǎn)已經(jīng)成為了市場的主導(dǎo)方向。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真是通過將現(xiàn)實(shí)中的生產(chǎn)系統(tǒng)抽象成為計(jì)算機(jī)仿真軟件中的模型，運(yùn)行該模型并對輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的一種技術(shù)手段。通過這種方法可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的預(yù)測，幫助決策者找到系統(tǒng)中的問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)改善和優(yōu)化的目的。通過定量分析與定性分析相結(jié)合的方法進(jìn)行系統(tǒng)、全面地分析，生產(chǎn)線布局改善項(xiàng)目進(jìn)行了旨在提高生產(chǎn)效率、降低成本的改進(jìn)研究。本文的主要討論的內(nèi)容是生產(chǎn)車間車間布局的建模與仿真。

關(guān)鍵詞：車間布局；FLEXSIM；建模；仿真

一、FlexSim仿真系統(tǒng)

FlexSim是美國flexsim公司開發(fā)的，迄今為止世界上第一個(gè)在圖形環(huán)境中集成了C++IDE和編譯器的仿真軟件。Flexsim具有一個(gè)非常高效的仿真引擎，該引擎可同時(shí)運(yùn)行仿真和模型視圖（可視化），并且可以通過關(guān)閉模型視圖來加速仿真的運(yùn)行速度。仿真運(yùn)行時(shí)，利用該引擎和Flexscript語言準(zhǔn)許用戶在仿真進(jìn)行期間，改變模型的部分屬性。

Flexsim能一次進(jìn)行多套方案的仿真實(shí)驗(yàn)。這些方案能自動(dòng)進(jìn)行，其結(jié)果存放在報(bào)告、圖表里，這樣很容易的把結(jié)果輸出到象微軟的Word、Excel等大眾應(yīng)用軟件里，利用ODBC（開放式數(shù)據(jù)庫連接）和DDEC（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換連接）可以直接對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。

二、車間布局類型

汽車生產(chǎn)車間設(shè)備布局設(shè)計(jì)是將加工設(shè)備、物料輸送設(shè)備、工作單元和通道走廊等布局實(shí)體合理地放在一個(gè)有限的生產(chǎn)車間內(nèi)的過程。按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)及基于設(shè)備位置之間的關(guān)系，汽車生產(chǎn)車間設(shè)備布局主要有產(chǎn)品布局、工藝布局、固定位臵布局、單元布局和混合布局等幾種車間布局方法。其中產(chǎn)品布局，又稱為生產(chǎn)線布局，是指在固定制造某種部件或產(chǎn)品的封閉車間，設(shè)施按加工或裝配的工藝順序放臵形成生產(chǎn)線。

三、系統(tǒng)仿真的步驟

由于汽車生產(chǎn)車間設(shè)備布局仿真是基于模型的設(shè)計(jì)，所以應(yīng)該先建立系統(tǒng)的模型。在建模與形式化這一步需要依據(jù)研究和分析的目的和意義，確定車間模型的邊界問題，為了使模型更加具有可信性，具備系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是必需的條件，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和仿真的要求選擇合適的算法，使建立的仿真模型在計(jì)算精度、計(jì)算速度和穩(wěn)定性方面滿足仿真的需要。再進(jìn)行設(shè)計(jì)程序，即將仿真模型用計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的代碼描述，程序中包括仿真實(shí)驗(yàn)的一系列的要求，如控制參數(shù)、輸出要求、仿真運(yùn)行參數(shù)等。最后是對仿真模型進(jìn)行校驗(yàn)，一方面是檢驗(yàn)所選擇的仿真模型方法的合理性，另一方面是再次對程序進(jìn)行調(diào)試。最后是對系統(tǒng)仿真的輸出進(jìn)行分析。

四、Flexsim仿真軟件在汽車裝配上的運(yùn)用

在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中，在廠房建設(shè)中，汽車車間規(guī)劃起著至關(guān)重要的作用。尤其在密度大，材料吞吐量高的裝配車間，較優(yōu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案不僅保障了生產(chǎn)物料的準(zhǔn)時(shí)配送，還能減少設(shè)備的浪費(fèi)，使得配送作業(yè)合理化。

項(xiàng)目調(diào)研及準(zhǔn)備院

首先，項(xiàng)目調(diào)研以確定項(xiàng)目的范圍，了解模型所涉及的產(chǎn)品，及產(chǎn)品原料的各種流程，繪制流程圖等。其次，分析現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，對比以確定所需收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

建模內(nèi)容院

其一，建立生產(chǎn)線模型反應(yīng)各種原料的消耗情況。由于產(chǎn)品原料種類繁多，使用臨時(shí)實(shí)體一一模擬這些原料將導(dǎo)致模型過于龐大，因此提出“虛擬實(shí)體”的概念，在模型中虛擬實(shí)體僅表示在表格數(shù)據(jù)中，當(dāng)生產(chǎn)需要時(shí)，使用insertcopy（）函數(shù)將其釋放。前期準(zhǔn)備為建模提供了設(shè)備和原料的信息表，原料在模型中每消耗一件，使用settablenum（）函數(shù)來反饋到信息表中。影響原料消耗速度的數(shù)據(jù)來自于設(shè)備的CycleTime數(shù)據(jù)及原料的“單車用量”數(shù)據(jù)。產(chǎn)品根據(jù)工藝從初始工序流向下游，產(chǎn)能也隨之得出。產(chǎn)能反映了產(chǎn)線的生產(chǎn)水平，用來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性。

其二，編寫出庫邏輯，當(dāng)線旁原料的庫存少于安全庫存（SS）時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)補(bǔ)貨，補(bǔ)貨需考慮物流設(shè)備的裝載率。為提高裝載率，庫存量較低的原料優(yōu)先出庫；另外，考慮到廠內(nèi)面積有限，出庫量又不能超過庫位最大存放量（MS）。

其三，由拖車與操作員實(shí)施配送任務(wù)。每次配送的目的站點(diǎn)由車上裝載的原料決定，站點(diǎn)配送的先后順序則由線路信息表確定出來，整個(gè)配送中包含了原料補(bǔ)貨及空箱回收等過程。

其四，定制化的GUI面板，為模型添加說明文本及原料信息的修改功能，同時(shí)為模型提供了快捷的操作按鈕等。

其五，模型輸出Excel表，每次補(bǔ)貨任務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)記錄出庫的原料，拖車每完成一次任務(wù)，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算其使用率，并將這些數(shù)據(jù)輸出到一張訂制的Excel表中。

通過仿真項(xiàng)目在安亭廠北區(qū)的應(yīng)用，模擬了新廠物流模式，為方案的實(shí)施提供依據(jù)，其作用有：

1、驗(yàn)證了物流設(shè)備的數(shù)量，原料上線配送級產(chǎn)品下線配送各安排5臺(tái)拖車。

2、為配送線路的重組提供了優(yōu)化的方案，把原方案4條線路改成3條線路，將線路覆蓋情況優(yōu)化后，在保證正常生產(chǎn)的條件下，原料配送的拖車每臺(tái)每天（8h）平均減少700多米，減少了由于線路不合理帶來的浪費(fèi)。

3、輸出配送明細(xì)表，提供了配置原料工位存量及安全庫存的數(shù)據(jù)依據(jù)。

總之，通過Flexsim仿真技術(shù)在安亭廠北區(qū)的應(yīng)用，驗(yàn)證了匯眾公司的物流方案，以及優(yōu)化了該方案的部分內(nèi)容，達(dá)到了良好的效果。為項(xiàng)目的實(shí)施提供了指導(dǎo)作用。

五、基于FLEXSIM的生產(chǎn)車間布局優(yōu)化

工藝布局，又稱為功能布局。功能布局是將所有相同類型的資源放臵于同一區(qū)域的一種布局形式。工藝布局根據(jù)資源的功能特征對其進(jìn)行分組，當(dāng)產(chǎn)品品種多而生產(chǎn)批量小時(shí)，工藝布局將能提供最大的制造柔性。它適用于同類產(chǎn)品多，產(chǎn)量低，中小批量的生產(chǎn)車間。這種布局方法有利于降低運(yùn)輸成本，平衡同組設(shè)備的負(fù)荷并且該布局方法設(shè)備成本較低且易維護(hù)，但它的物流流動(dòng)時(shí)間長，工序相互沖突，會(huì)造成大量制造成本的浪費(fèi)。

固定位置布局十分適用于車間的建造和裝配，時(shí)刻可以了解工人和制造設(shè)施沿著產(chǎn)品移動(dòng)。其特點(diǎn)為產(chǎn)品不動(dòng)，制造設(shè)備與人員沿著產(chǎn)品移動(dòng)，但它缺乏存貨空間，控制系統(tǒng)復(fù)雜，管理負(fù)擔(dān)高。和工藝布局相對應(yīng)的是單元布局，其中單元布局是將車間內(nèi)的設(shè)施劃分成若干個(gè)制造單元，以單元為基本單位組織生產(chǎn)。

混合布局是指在車間內(nèi)，并非只有單一的布局形式存在，而是存在產(chǎn)品布局、工藝布局和固定位臵布局并存的一種布局形式。這種布局形式發(fā)揮多種布局形式的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)。

通過對車間原布局進(jìn)行了FLEXSIM的建模與仿真，從仿真能夠中分析出了不足之處并提出合理的改善方案。最后在FLEXSIM中建立了更加優(yōu)化的布局方案的模型，并進(jìn)行了仿真。才能夠擁有適量的緩存容量、正確的仿真策略、準(zhǔn)確的調(diào)度原則可以提高現(xiàn)有設(shè)備布臵條件下車間生產(chǎn)系統(tǒng)的整體效率。