汽車涂裝工藝Witness仿真與優化

梁素梅 繆蕊

摘要：通過對某汽車涂裝廠中的汽車涂裝工藝流程的物流分析，在Witness2008仿真平臺上;建立汽車涂裝工藝仿真模型，并針對此廠不能如期交貨的問題，通過優化成紅色車身、綠色車身和黃色車身分別一條生產線對此模型進行仿真優化。本文的研究結果可為汽車涂裝廠節能降耗，從較大程度上提高機器運行效率，加強汽車涂裝廠核心競爭力。

關鍵詞：涂裝工藝;Witness仿真;優化

中圖分類號：F426.471? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0217-03

0? 引言

汽車生產物流系統是典型的復雜系統，在車輛制造過程中，不論布局和生產組織形式的外在表現如何，其一般都主要包含下料工藝、機加工藝、焊裝工藝、涂裝工藝和總裝工藝五大工藝。其中涂裝工藝是汽車生產物流系統中的五大重要工藝之一，涂裝工藝是汽車生產物流系統中資源消耗和能源消耗最高的工藝。據統計，該工藝的資源能源消耗總量約占五大車間總運行成本的75%以上，除此之外，涂裝工藝還是設計制造工藝最廣、設備最復雜、三廢排放量最高、顆粒控制要求最高以及建設周期最長的工藝。

在涂裝工藝中涂裝有兩個重要的目的，第一個防止汽車腐蝕，第二個增加汽車美觀性。涂裝工藝過程較復雜，技術要求較高，對它進行建模、仿真和優化，可以實現交貨期、庫存、資源利用率、生產均衡性等方面的改善和優化。

通過對某汽車涂廠汽車涂裝工藝系統的物流分析，建立了基于Witness洗車仿真模型，運行結果表明，汽車涂裝工藝仿真模型中的噴涂工序是整個物流的瓶頸環節。車自身經常會有多種顏色噴涂，但該汽車涂裝廠目前只有一條生產線，易出現車白身噴涂等待的時間過長問題。針對此問題，對汽車涂裝工藝進行優化，增加兩條噴涂生產線來解決，變成了紅色車身、綠色車身和黃色車身分別一條生產線，并建立新的優化仿真模型。本文的研究結果可為汽車涂裝廠節能降耗，從較大程度上提高機器運行效率，加強汽車涂裝廠核心競爭力。

1? 汽車涂裝工藝模型描述

涂裝工藝可以簡化為以下工序：車白身—①預處理工藝（涉及化學加工、打磨、清洗）—②通過機器人噴涂工藝（按照計劃按顏色紅黃綠對車白身進行噴涂）—③工人檢查裝飾工藝（噴涂完成后由工人檢查裝飾，由文獻可得，檢查裝飾會出現10%的噴涂質量不合格，這些不合格品有工人監督運至噴涂隊列重新排隊并噴涂;合格的則直接傳送至烘干隊列）—④烘干工藝（對車體進行烘干），其中見圖1。還有環水處理、廢水處理、純水系統、空調系統和制冷系統等相關附屬工藝在此次模型中不考慮。整個涂裝工藝過程需要大量的化學試劑處理和精細的工藝參數控制，對油漆材料及各項加工設備的要求都較高[1-2]。

2? 汽車涂裝工藝Witness仿真模型

2.1 Witness簡介

Witness是由英國Lanner公司推出的功能強大的仿真軟件系統，它既可以應用于離散事件系統，也可以應用于連續流體系統的仿真，Witness軟件是一個關于生產、運輸、規劃等的仿真軟件，它可以可視化生產系統仿真的整個過程，讓使用者清楚地了解到生產過程中發生的問題，并及時對模型的參數（對應的生產參數）進行調整和優化，實現對物流系統優化配置，在世界上得到了較為廣泛的應用[3-5]。

2.2 汽車涂裝工藝系統分析

汽車涂裝工藝Witness仿真模型中所用到的六類元素，含零部件類型、緩沖器類型、機器類型、傳送帶類型、工人類型和變量類型。元素在模型中所起的作用如表1所示。

2.3 汽車涂裝工藝仿真實驗及結果分析

汽車涂裝工藝仿真模型建立包括元素定義、元素可視化設計、元素詳細設計（包括零部件、機器、緩沖器以及工人的設計）。假設汽車涂裝工藝仿真模型是隊列容量無限，等待制的排隊模型[6]，參數設定如下：

①車白身進入涂裝工藝車間的速率為隨機，每隔3分鐘到達一輛車白身，到達車身隊列排隊等候預處理。

②車體進行預處理和烘干工序的處理速度均符合三角分布函TRIANGLE（0.5，1，1.5），單位為分鐘。

③噴漆工序是涂裝工藝的重點，車體進入噴涂工序，噴涂耗時3分鐘。

④傳送帶Conveyor1、2、3、4的長度分別為L1、L2、L3和L4。車體進入預處理工序、噴涂工序、檢查裝飾工序、因不合格返回噴涂工序重新噴涂和烘干傳輸速度均為5分鐘。Length in parts為10m，Movement Index time為0.5m/s。

設定一天的時間60*8=480分，經過Witness2008中的Run，分別對相關元素進行統計，可以獲得所需要的績效指標數據。分別得到車白身零件、預處理工序、噴涂工序、檢查裝飾工序和烘干工序機器的運行數據，如表2，表3所示。

從仿真結果表1、車白身零部件統計表2和機器設備狀態統計表3可以看出，當上道工序輸送給本工序161臺車體，被Shipped掉140臺車體。汽車涂裝工藝仿真模型中全部噴涂完成的平均加工時間為41.23分鐘/臺。噴涂設備忙率最高，為98.66%，即該工序很忙，不斷進行噴涂作業。其次忙率較高的是檢查裝飾，為64.7%。整個系統中的工序只有預處理和烘干相對空閑，忙率分別為33.09%、29.13%。預處理完成160臺車白身的生產，噴涂了157臺車體，檢查裝飾了155臺車體。

從車身隊列、噴涂隊列、檢查裝飾隊列和烘干隊列庫存統計表4可以看出，噴涂隊列的庫存量較大，當前存量為14個車體，平均存量為6.76個車體，其他無庫存。結合噴涂機器人的忙率，可以初步斷定噴涂工序的噴涂能力不足，如果希望提高整個汽車涂裝工藝的系統產能，則需要對噴涂工序的作業過程進行改善和優化。并且由紅色、綠色和黃色三個變量的統計數據得，紅色車體有56臺，綠色車體有36臺，黃色車體有48臺。

3? 汽車涂裝工藝Witness仿真模型優化

將汽車噴涂工藝仿真模型中的噴涂工序過程中的1條生產線按照生產計劃增添為3條噴涂不同顏色（紅色、綠色和黃色）的生產線[7]來進行優化，分成三類進行噴涂，然后再匯集到一起進行檢查裝飾，如圖2所示。這樣可以避免由于等待時間過長而造成的堵塞和機器利用率低下等問題。其他條件不變。

從優化后的車自身零部件類統計表;車身隊列、噴涂隊列、檢查裝飾隊列和烘干隊列庫存統計表表5和表6可以看出，與優化前相比，汽車涂裝工藝仿真模型中全部噴涂完成的平均加工時間為39.38分鐘/臺。噴涂隊列的庫存量依然較大，當前存量為14臺車體，平均存量為6.81臺車體，其他無庫存。車身隊列和檢查裝飾隊列不變，相對提高的是烘干隊列，由140臺車體提高到141臺車體。有效的提高了整個涂裝工藝的工作效率，提高了整個系統的產能。

4? 結論

通過對某汽車涂廠汽車涂裝工藝系統的物流分析，建立了基于Witness洗車仿真模型，運行結果表明，汽車涂裝工藝仿真模型中的噴涂工序是整個物流的瓶頸環節。車自身經常會有多種顏色噴涂，但該汽車涂裝廠目前只有一條生產線，易出現車白身噴涂等待的時間過長問題。針對此問題，對汽車涂裝工藝進行優化，增加兩條噴涂生產線來解決，變成了紅色車身、綠色車身和黃色車身分別一條生產線，并建立新的優化仿真模型。結果表明，生產線運行中的堵塞現象得到明顯改善，汽車涂裝工藝系統的平均加工時間從41.23分鐘/臺減少到39.38分鐘/臺。將此優化方案應用在汽車涂裝廠中，汽車的月產量從1400臺提高到 1410臺，為汽車涂裝廠創造了良好的經濟效益。提高汽車涂裝廠的市場核心競爭力。

參考文獻：

[1]馬雁楠.汽車涂裝生產線優化研究[J].現代工業經濟和信息化，2020，6.

[2]蔡小麗.汽車車身涂裝工藝及質量控制研究[J].南方農機，2019，50（08）：157.

[3]毛健，喬金友，王立軍，等.基于Witness的汽車零部件生產物流系統仿真研究[J].工業工程，2011（3）：124-127.

[4]王亞超，馬漢武.生產物流系統建模與仿真[M].北京：科學出版社，2006.

[5]WITNESS操作指南2008，http：//www.witness-China.com， 2008.

[6]唐加山.排隊論及其應用[M].北京：科學出版社，2016.

[7]閆語馨.汽車車身涂裝工藝及其質量控制研究[J].內燃機與配件，2019（03）：105-106.