基于AutoMod 的傳動系統裝配生產線的仿真研究

裴雨霞， 馬 濤， 喬道云， 趙 富， 張 磊， 郝慧慧

（內蒙古第一機械集團股份有限公司 特種車輛及其傳動系統國家重點實驗室， 內蒙古 包頭 014030）

0 引言

傳動系統作為履帶車輛行業的基礎， 是支撐軍隊裝備現代化建設的必要因素。 但對于制造行業中的仿真研究問題，我國開展的工作并不深入，特別是對于傳動系統整個裝配過程研究甚少，現有的多是從轉向特性、液壓系統、 變速機構等方向出發進行探討。 所以本文通過AutoMod 仿真平臺對履帶車輛傳動系統裝配生產線進行仿真分析，從而建立一種可視化的動態顯示界面。

傳統的生產線設計方法只有在項目實施以后才能做出評價，然后再改造完善，往往造成較高的建設成本和較長的設計周期。 采用計算機仿真技術對傳動系統裝配線進行建立、驗證、運行、分析仿真模型，既可以避免資金、人力和時間的浪費，也可以分析其不同頻次、不同數量所提供的零件對裝配線產生的影響， 找出裝配線潛在的作業瓶頸，為生產實際提供決策依據[1]。

1 傳動系統裝配生產線仿真方案

1.1 仿真流程

傳動系統裝配生產線系統仿真策略見圖1。

圖1 生產線系統仿真策略

（1）描述問題，確定仿真目標。 根據傳動系統裝配生產線的基本資料對問題進行描述， 提出生產線建模中不可確定的問題，明確仿真的目標。

（2）采集生產線所需的規格參數。 構建裝配生產線的實體模型，采集生產結構及系統運行信息，確定系統的布局，描述對系統仿真目的有用的實體及相互關系等信息。

（3）模型確認。 根據收集到的生產資料，確定系統物理模型中各實體參數及相互關系， 并在模型中輸入相關參數，將概念模型轉化為計算機模型。

（4）仿真模型運行。 分析仿真輸出結果，由于仿真過程隨機性較強，需進行多次仿真運行，找出生產線中瓶頸問題，并對生產線的平衡狀況進行分析。

（5）模型優化處理。根據實驗需求和仿真目的對生產線提出優化策略，運行優化模型，分析結果。 再對整條生產線進行整體優化，最終得出最有效的優化方案。

（6）總結仿真結果。 對模型仿真過程進行總結闡述。

1.2 傳動系統裝配生產線工藝流程

本文所研究的傳動系統裝配生產線工藝流程圖見圖2。傳動系統裝配系統共組裝18 個組件，分布在四個工位完成，內部物流系統由AGV 完成。 其中，工位一、工位三、工位四采用工作臺旋轉方式進行裝配， 工位二采用箱體旋轉方式進行裝配，并配置兩個分裝工位。

圖2 生產線工藝流程圖

2 基于AutoMod 的傳動系統裝配生產線仿真建模

2.1 AutoMod 軟件介紹

AutoMod 是美國Brooks Automation，Inc. 開發的離散事件系統仿真軟件，是成熟的離散事件系統仿真軟件，已在國外一些大型物流企業得到成功應用。 應用該仿真軟件可完成對制造系統、倉儲系統、物料處理、企業內部物流、港口、車站、空港、配送中心以及控制系統等的仿真分析、評價和優化設計等[2]。

2.2 模型布局

傳動系統裝配生產線主要由旋轉工作臺、天車與AGV 組成， 而在AutoMod 軟件里有所需要的各種運動模塊， 直接編輯各模塊即可。生產線系統模型搭建具體步驟如下：

（1）建立子系統模型。 根據傳動系統裝配生產線布局數據在AutoMod 中建立Path Mover系統，根據工位設備組成建立Kinimatics 系統，根據天車系統建立Bridge Crana 系統。

（2）定義各單元及其屬性。 定義系統中的load、queue、resourse、process、實體單元和邏輯單元及其屬性， 并把所要用到的三維模塊導入AutoMod 中。

（3）編制三維場景驅動程序。 根據傳動系統裝配生產線工藝流程與AutoMod 語法要求在Source File 中編制相應的驅動程序。

（4）搭建仿真測試平臺。假定傳動系統裝配生產線工作時間為每年250d，每天8h，仿真所需時間是2000h。

2.3 建立仿真模型

仿真的目的是對仿真結果進行分析， 所以要有針對性地建立與生產過程相關的模型， 而對于與生產過程無關或對生產過程影響不大的設備、過程等應進行簡化，使得仿真模型確切地反映實際情況[3]。由于傳動系統裝配生產線工序比較多，其中每個工位相似的裝配工序較多，所以在不影響仿真結果的前提下，可折算成加工時間，忽略部分裝配工序，簡化仿真流程[4]。在生產線初始階段，為了節省仿真時間，假設原料充足，假設待裝配零件充足，完成四個工位的裝配工序后，將成品入庫。

根據各個裝配單元之間的關聯性建立仿真模型，并確定各個模塊的參數，編寫模型程序的邏輯代碼，建立系統的各三維模型并導入，以增加視覺效果。傳動系統裝配生產線系統仿真運行模型見圖3。

圖3 仿真模型

3 仿真結果分析

重置模型、編譯模型并運行仿真模型，主要對設備和操作員的空閑時間、工作時間、產品在設備等待運輸時間等百分比進行輸出，輸出仿真結果見表1。

表1 仿真結果

在仿真運行中，可以實時觀察模型運行情況。仿真時間為250d，8h 工作制，基本滿足年產量需求。 分析輸出仿真結果表格，工位一的利用率偏低，原因是旋轉工作臺裝配方式不同，導致裝配工序分配不均造成的；分裝工位的利用率也不高，原因主要是裝配工序少、時間短；四個操作員相比，操作員3最忙，原因是工位三的裝配工序最多、時間最長。另外，從三維可視化圖中可以清晰地看出， 除工位二的半成品緩沖區被利用，其余工位的緩沖區基本處于空閑狀態，建議減少緩沖工位。

4 結束語

本文研究表明，通過仿真分析，可以及時發現工藝規劃方案中不合理的部分及各工位工序作業的均衡協調。另外， 建模仿真分析能夠為傳動系統裝配能力建設規劃提供理論依據和決策參考， 為工業生產的效益提高有著極其重要的作用，實現裝配能力建設規劃的科學性、合理性和經濟性。