鑄造車(chē)間清理工部的生產(chǎn)流程仿真模擬與方案優(yōu)化

任永明，楊振宇

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥230601）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的推進(jìn)以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，我國(guó)制造業(yè)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。越來(lái)越多的企業(yè)與資金涌入鑄造業(yè)中。同時(shí)，三維仿真技術(shù)飛速發(fā)展，在鑄造工廠(chǎng)的工藝優(yōu)化布置中可以更加直觀(guān)地對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，對(duì)未來(lái)的生產(chǎn)規(guī)劃進(jìn)行科學(xué)推測(cè)，對(duì)投入使用的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改善。

眾多仿真軟件中，F(xiàn)lexsim 依靠強(qiáng)大的系統(tǒng)分析能力和工程驗(yàn)證能力成為應(yīng)用最廣泛的物流仿真軟件。Flexsim 可以幫助使用者建立、規(guī)劃流程設(shè)計(jì)的仿真模型。用戶(hù)接口直接易懂，系統(tǒng)柔性和開(kāi)放性很好，能夠有效地應(yīng)用于物流作業(yè)系統(tǒng)的建模和優(yōu)化，為物流系統(tǒng)的研究提供了良好的環(huán)境[1]。

2 工藝布置與物流分析

鑄造車(chē)間由熔化工部、造型工部、制芯工部、砂處理工部、鑄件后處理工部（含鑄件冷卻、拋丸和清理打磨）5 大工部組成。本文以國(guó)內(nèi)某家鑄造企業(yè)為模擬對(duì)象，該車(chē)間清理工部工藝主要流程如下：鑄件從落砂滾筒進(jìn)入鱗板機(jī)，鑄件冷卻，澆冒口去除，鑄件和澆冒口進(jìn)入通過(guò)式拋丸機(jī)，工人揀件裝盤(pán)（筐），進(jìn)入打磨工位，若打磨工位已滿(mǎn)，則進(jìn)入鑄件緩存立庫(kù)，當(dāng)有空閑打磨工位時(shí)，再進(jìn)入打磨工位。鑄件打磨完成后，傳送帶送至二次精拋，工人裝筐進(jìn)入成品緩存。

經(jīng)過(guò)工藝布置與物流系統(tǒng)分析，清理工部主要物流節(jié)點(diǎn)有：（1）澆冒口去除工位；（2）鑄件清理打磨工位。模擬將會(huì)著重于這2 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析與優(yōu)化。

3 建立仿真模型

按照現(xiàn)實(shí)物流順序在Flexsim 軟件中拉出對(duì)應(yīng)的固定類(lèi)實(shí)體，并進(jìn)行連接，設(shè)置好任務(wù)執(zhí)行類(lèi)實(shí)體相關(guān)參數(shù)。清理工部全部布置完成后模型如圖1 所示。

圖1 清理工部模型圖

4 仿真結(jié)果分析

物流模型建立完成后預(yù)設(shè)36 000s 運(yùn)行時(shí)間。在模擬中，已經(jīng)看出鑄件傳送帶和冒口去處工位有生產(chǎn)瓶頸，打磨工位在生產(chǎn)線(xiàn)沒(méi)有滿(mǎn)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)也出現(xiàn)了生產(chǎn)力不足的情況。各工位統(tǒng)計(jì)狀態(tài)如圖2 所示。

圖2 各工位運(yùn)行狀態(tài)餅狀圖

由圖2 可直觀(guān)看出，鑄件傳動(dòng)帶明顯堵塞，堵塞程度達(dá)到了46.9%和31.5%，而分揀傳送帶也幾乎滿(mǎn)載。鑄件打磨工位10 作為最后一個(gè)打磨工位，其占用率依然達(dá)到了84.8%。從整體布局來(lái)看，冒口去處工位產(chǎn)能不足，清理打磨工序效率較高，但是產(chǎn)能偏低，不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)中柔性化生產(chǎn)的需要[2]。

5 系統(tǒng)優(yōu)化

5.1 模型優(yōu)化與模擬統(tǒng)計(jì)

根據(jù)已有信息擴(kuò)大冒口工序和打磨工序工位數(shù)量，將冒口去除工位增加至8，清理打磨工位增加至26。

模型優(yōu)化完成后運(yùn)行36 000s，統(tǒng)計(jì)出相應(yīng)工位狀態(tài)餅狀圖如圖3 所示。

圖3 優(yōu)化后工位狀態(tài)餅狀圖

由圖3 可見(jiàn)，冒口去處工位數(shù)量增加后，傳送帶阻塞情況明顯改善。為分析清理工序優(yōu)化情況，將清理工位餅狀圖輸出后，收集26 個(gè)工位的運(yùn)行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出空閑情況表，清理打磨各個(gè)處理器的統(tǒng)計(jì)情況如表1 所示。

由表1 可以看出，清理打磨在達(dá)到最大產(chǎn)能之前，各個(gè)工位效率按照0.6%的效率呈線(xiàn)性遞減。而23 工位則大幅下降，顯然此時(shí)產(chǎn)能已經(jīng)過(guò)剩。打磨工位未使用立庫(kù)緩存即可將生產(chǎn)線(xiàn)絕大多數(shù)鑄件加工完畢。26 工位在應(yīng)對(duì)單品種大批量基本可以完成任務(wù)。

表1 處理器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表

5.2 打磨工位產(chǎn)能優(yōu)化

將生存數(shù)量控制在2 000 箱，生產(chǎn)時(shí)間為36 000s，生產(chǎn)完畢后打磨工位將繼續(xù)打磨直至左右鑄件打磨完畢。預(yù)設(shè)打磨工位為10 個(gè)，2 個(gè)工位逐次遞增，直至26 個(gè)。統(tǒng)計(jì)出各個(gè)工位數(shù)量所對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間。模擬完成后得到如表2 所示工位數(shù)量與時(shí)間表。

表2 工位與加工時(shí)間表

由表2 中數(shù)據(jù)可得出，隨著打磨工位數(shù)量的增加，完成時(shí)間并沒(méi)有呈現(xiàn)線(xiàn)性降低，隨著數(shù)量的增加，整體效率呈現(xiàn)降低。而設(shè)備成本則線(xiàn)性增加。按照每臺(tái)打磨機(jī)40 萬(wàn)元計(jì)算，將設(shè)備價(jià)格與加工時(shí)間導(dǎo)入同一張圖中，兩線(xiàn)的交點(diǎn)即為最優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)擬合圖如圖4 所示。

圖4 打磨機(jī)數(shù)據(jù)圖

由此可見(jiàn)，當(dāng)打磨工位為16 臺(tái)時(shí)，價(jià)格和加工時(shí)間為最優(yōu)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以Flexsim 為載體，系統(tǒng)地分析了鑄造車(chē)間清理工部的布局與設(shè)備選擇。將流程仿真和流程優(yōu)化有機(jī)結(jié)合，為鑄造車(chē)間業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化提供一種新的設(shè)計(jì)思路，并取得了一定的效果。本文的研究為鑄造車(chē)間的布置設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的步驟，但是各個(gè)生產(chǎn)車(chē)間和規(guī)模仍有較大區(qū)別，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)車(chē)間布置設(shè)計(jì)方法做出調(diào)整[3]。