基于仿真的串行生產線緩沖區容量優化配置

梁子財

【摘 要】針對多級串行生產線不平衡、設備故障導致生產線堵塞與生產停滯等問題，通過在合理位置設置緩沖區并優化配置緩沖區容量是個有效的生產線優化途徑。文中將多級串行生產線劃分成多個兩級串行生產線進行研究，建立了兩級串行生產線可用度與緩沖區容量之間的數學模型，基于該模型可以指導緩沖區容量進行優化配置。最后運用Plant Simulation仿真軟件建立仿真模型并驗證該數學模型的準確性，結果證明該緩沖區容量配置方法是可行的。

【關鍵詞】多級串行生產線;生產線平衡;設備故障;緩沖區配置;Plant Simulation

中圖分類號： TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）22-0033-003

0 引言

隨著“中國制造2025”戰略的提出與實施，多級串行生產線在其中發揮著至關的作用。目前，許多串行生產線都存在著生產效率低下、設備利用率低、生產物流堵塞等問題，嚴重制約企業的生產效益。生產線平衡及改善的常用途徑是對生產線中的全部工序進行節拍匹配，以使作業時間盡可能相近。但工序的節拍匹配只能盡量使各設備加工時間相近，并不能完全消除生產線不平衡現象，各設備之間的運行時間仍存在差異[1]。此外，串行生產線存在由于設備故障、人員操作時間變化等原因造成的生產波動對生產線的影響。因此在對生產線進行優化時，需采用輔助方法，如緩沖區設置、人因工程等措施。

現有的針對生產線緩沖區容量分配的技術中，計算緩沖區容量的方法較為復雜，相關因素太多導致計算精度受限、計算量較大。如林數和呂文元提出的兩級串行生產線可用度與緩沖區容量之間的數學模型中可用度與故障率、修復率、生產率以及緩沖區容量有關[2]，而實際應用中，故障率、修復率、生產率在統計過程中往往結果精度不高。多個精度不高的值累加計算得出的結果精度更低，計算麻煩。

文章提出了新的兩級串行生產線可用度與緩沖區容量之間的數學模型，基于該模型可以對緩沖區容量進行優化配置。最后運用Plant Simulation仿真軟件建立仿真模型并驗證該數學模型的準確性，結果驗證該緩沖區容量配置方法是可行的。

2 仿真驗證

為了驗證兩級串行生產線的可用度與緩沖區容量之間的數學模型在對多級串行生產線優化研究中對緩沖區容量配置的指導效果，利用Plant Simulation仿真平臺建立多級串行生產線仿真模型進行仿真驗證。仿真模型如圖4所示。

將多級串行生產線生產設備的有效率65%、故障率35%、？棕i=？棕i+1代入式（9），得到：

A=0.4875+0.425K/（K+1）

通過設定緩沖區容量K值從0到150，畫出可用度A關于緩沖區容量K的曲線，如圖5所示。通過該圖可知，當K大于50之后，可用度A值幾乎不再變化，因此緩沖區最佳容量為50。

通過使用Plant? Simulation的實驗管家對象，設置一組實驗，分別取K值為1，10，20，30，50，100，200，300，400，500，進行十組實驗，觀察不同K值對應的產量如何變化，實驗結束后得到的結果如表1所示，描點圖如圖6所示。

通過描點圖，發現當緩沖區容量大于50之后，產能之后不再隨著緩沖區容量的變大而變化，與圖5可用度A的變化規律一致。因此，緩沖區的最佳容量為50，驗證了文章提出的兩級串行生產線的可用度與緩沖區容量之間的數學模型在對多級串行生產線優化研究中對緩沖區容量配置的指導效果。

3 總結

文章針對多級串行生產線不平衡、設備故障導致生產線堵塞與生產停滯等問題，研究通過在合理位置設置緩沖區并優化配置緩沖區容量進行生產線優化。文中將多級串行生產線劃分成多個兩級串行生產線進行研究，分析了設備和緩沖區在不同狀態下串行生產線正常工作的概率，建立了兩級串行生產線可用度與緩沖區容量之間的數學模型，基于該模型可以對緩沖區容量進行優化配置。最后運用Plant Simulation仿真軟件建立仿真模型并驗證該數學模型的準確性，結果證明該緩沖區容量配置方法是可行的。

【參考文獻】

[1]徐立云，劉慧琴，李愛平，et al.配置有限緩沖區的缸體生產線平衡優化[J].機械設計與研究，2011，27（6）：51-54.

[2]林數，呂文元.串行連續生產線的可用度與緩沖庫存控制研究[J].計算機與數字工程，2018，46（12）.

[3]陳廣陽.汽車生產線緩沖區設計及排序問題研究[D].華中科技大學，2007.

[4]師瑋謙.基于Flexsim的J公司生產物流仿真研究[D].廈門大學，2014.

[5]古楓.轉接板生產線關鍵設備綜合效率的研究[D].2015.