欒 飛, 楊 瑋

(陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院, 陜西 西安 710021)

0 引 言

生產(chǎn)作為企業(yè)價(jià)值創(chuàng)造的主體，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤(rùn)最大化的重要環(huán)節(jié).在盡量滿足市場(chǎng)需求的前提下，科學(xué)、合理地安排生產(chǎn)計(jì)劃，充分利用生產(chǎn)資料，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)過程中的物料、能源消耗，是生產(chǎn)部的主要目標(biāo)[1].

生產(chǎn)調(diào)度主要是針對(duì)產(chǎn)品制造工作，探討在盡可能滿足交貨期、工藝路線、制造資源等約束條件下，通過制造資源的合理安排、加工時(shí)間及加工順序的確定，達(dá)到車間制造系統(tǒng)性能的最優(yōu)化.在理論研究中，車間生產(chǎn)調(diào)度問題通常被稱為加工排序問題或制造資源調(diào)度分配問題，好的生產(chǎn)調(diào)度能夠有效地提高制造資源利用率和生產(chǎn)管理水平，生產(chǎn)出具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品[2].

國(guó)內(nèi)對(duì)車間調(diào)度問題的研究起步較晚，智能調(diào)度系統(tǒng)隸屬于企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)的決策支持系統(tǒng)，而決策支持是目前ERP發(fā)展的熱點(diǎn)之一.近年來許多企業(yè)已經(jīng)實(shí)施了完整的ERP系統(tǒng)，并已經(jīng)形成了準(zhǔn)確、及時(shí)、完整的管理決策基礎(chǔ)數(shù)據(jù).如何有效利用和挖掘這些信息數(shù)據(jù)，參與決策，實(shí)現(xiàn)決策支持已成為當(dāng)前及今后ERP的發(fā)展趨勢(shì)和目標(biāo).大部分工廠由于技術(shù)上的制約，目前還沒有找到好的車間作業(yè)調(diào)度方法，基本上是靠調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行車間作業(yè)分配和調(diào)度[3].

本文對(duì)于車間調(diào)度問題的分析優(yōu)化著重于Flexsim軟件的應(yīng)用，雖然Flexsim更多運(yùn)用在物流系統(tǒng)中，但是現(xiàn)在運(yùn)用Flexsim來做生產(chǎn)調(diào)度也逐漸形成了一種趨勢(shì).

圖1 仿真流程

1 基于 Flexsim的裝配廠生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的建模與仿真

1.1 Flexsim仿真軟件的基本原理

Flexsim是一個(gè)強(qiáng)有力的分析工具，可以幫助工程師和設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)作中做出智能決策.采用Flexsim，可以建立一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的3D計(jì)算機(jī)模型，然后用比在真實(shí)系統(tǒng)上更短的時(shí)間或者更低的成本來研究系統(tǒng)，其仿真建模流程如圖1所示.

作為通用的可視化交互集成仿真環(huán)境，F(xiàn)lexsim的應(yīng)用范圍十分廣泛，幾乎覆蓋可視化的所有領(lǐng)域.Flexsim仿真系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在例如交通路線規(guī)劃、交通流量控制分析、生產(chǎn)能力仿真與分析、港口、機(jī)場(chǎng)、物流中心設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域[4].

1.2 某裝配廠簡(jiǎn)介及其裝配工藝流程

圖2 裝配線的平面布局圖

桂林機(jī)床股份有限公司的裝配三廠是用于多種型號(hào)強(qiáng)力銑的裝配總成，由一系列制造系統(tǒng)組成的裝配系統(tǒng)，它有6條主裝配線和很多裝配總成組成.各個(gè)裝配總成把來自機(jī)械一廠的小件、其它裝配車間的零件、通用件、專用件以及外協(xié)件，按照生產(chǎn)工藝裝配成不同型號(hào)的零件.裝配總成之間的關(guān)系是相互獨(dú)立的，且一個(gè)總成的制造與其它總成的制造是并行的，依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)工藝裝配成不同型號(hào)的數(shù)控機(jī)床.兩條整機(jī)組裝線與一條通電調(diào)精度線組成一個(gè)上下游串行制造系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是設(shè)備按工藝順序依次排列，用輔助裝置將其連接并把各個(gè)總成加工完成的工件組裝起來，通過電氣、液壓或氣動(dòng)等控制裝置使整個(gè)系統(tǒng)按規(guī)定的程序與節(jié)拍進(jìn)行工作，其大致的平面布局如圖2所示.

機(jī)床產(chǎn)品的裝配總工藝流程為：床身和基座的安裝→主軸箱的安裝→工作臺(tái)的相關(guān)安裝→絲桿的安裝→電器柜的安裝→尾座的安裝→刀架的安裝→調(diào)精度.

1.3 基于Flexsim的裝配線仿真模型的建立

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真模型統(tǒng)一有效的管理，仿真模型管理系統(tǒng)平臺(tái)主要包括仿真模型運(yùn)行模塊、模型運(yùn)行參數(shù)模塊、模型生產(chǎn)計(jì)劃模塊、零件表和總成加工模塊和讀寫Excel表模塊.

裝配線的制造環(huán)境是由制造過程中必備的生產(chǎn)要素組成，如加工裝配處理器、輸送帶、緩沖區(qū)、部件、叉車等，裝配線的可視化設(shè)計(jì)就是將這些要素建模[5].因此，要?jiǎng)?chuàng)建裝配線就要對(duì)上面提出的各類實(shí)體進(jìn)行建模，以便在仿真系統(tǒng)的時(shí)候調(diào)入使用.模型庫(kù)中的模型分成二維和三維兩種.二維模型用以實(shí)現(xiàn)裝配線各個(gè)模型在仿真時(shí)的模型操作控制、結(jié)果顯示以及任務(wù)安排、相關(guān)對(duì)象的邏輯關(guān)系.三維模型可以很逼真地反映裝配線中的各個(gè)設(shè)備對(duì)象.對(duì)于二維實(shí)體，在裝配線中沒有有形實(shí)體與之對(duì)應(yīng)，只具有框型線條，但是其模型僅僅是相應(yīng)對(duì)象的邏輯顯示，除顯示的形式不同之外內(nèi)容與二維的模型完全相似.對(duì)于三維實(shí)體，在生產(chǎn)線中有形實(shí)體與之對(duì)應(yīng)，它們的幾何外型對(duì)裝配線的仿真研究至關(guān)重要.

根據(jù)機(jī)床產(chǎn)品裝配工藝的特點(diǎn)，該車間的布局采用流水線的布局方式，并按照產(chǎn)品的工藝路線[6]來對(duì)廠進(jìn)行布局，廠的布局形式盡可能將相鄰加工工序置于鄰近位置.對(duì)裝配廠運(yùn)用Flexsim軟件建立其仿真的二維模型圖，如圖3所示，其三維動(dòng)畫模型如圖4所示.

1.4 裝配線模型的仿真及結(jié)果分析

將各種參數(shù)設(shè)置完成，搬運(yùn)路線連接順暢，經(jīng)過編譯、重置后則可以運(yùn)行模型，運(yùn)行的時(shí)間設(shè)置為11 000 s，對(duì)上述模型進(jìn)行仿真的結(jié)果如圖5所示，通過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程的統(tǒng)計(jì)分析，得出其存在的瓶頸問題如表1所示.為了解決瓶頸問題，結(jié)合公司的實(shí)際情況，進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)的修改，使模型得以優(yōu)化，優(yōu)化后運(yùn)行結(jié)果如圖6所示.

圖3 裝配廠裝配線的平面模型 圖4 裝配線的仿真模型

圖5 模型運(yùn)行結(jié)果 圖6 優(yōu)化后運(yùn)行的結(jié)果圖

表1 瓶頸問題

對(duì)比優(yōu)化前后系統(tǒng)模型的床身裝配后的主要參數(shù)和系統(tǒng)各個(gè)處理器的變化情況如表2、表3所示.

表2 床身裝配后的主要參數(shù)相對(duì)百分比

表3 處理器主要參數(shù)相對(duì)百分比

表4 優(yōu)化前與優(yōu)化后系統(tǒng)方案的比較

由表2和表3可以看出，優(yōu)化后的系統(tǒng)模型在等待運(yùn)輸設(shè)備、裝配效率、入貨量上均改善了許多.將優(yōu)化前與優(yōu)化后系統(tǒng)方案進(jìn)行比較，結(jié)果如表4所示.

通過以上的分析，得到了一個(gè)比以前更為合理的方案.該方案提高了裝配作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)了充分利用企業(yè)現(xiàn)有的資源來降低裝配成本、庫(kù)存成本以及滿足生產(chǎn)計(jì)劃的要求、消除瓶頸的目的.

2 結(jié)束語(yǔ)

制造系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真日益成為制造系統(tǒng)的規(guī)劃、評(píng)價(jià)和優(yōu)化不可或缺的重要環(huán)節(jié)，所謂制造系統(tǒng)仿真就是在制造系統(tǒng)的模型初步方案確定之后，利用仿真工具建立制造系統(tǒng)模型，然后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行一系列仿真行為，以獲得相應(yīng)數(shù)據(jù).本文在仿真理論的指導(dǎo)下，以桂林機(jī)床股份有限公司的裝配三廠為研究對(duì)象，通過實(shí)地調(diào)研企業(yè)裝配生產(chǎn)線各工位的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)用Flexsim軟件建立了系統(tǒng)的模型，對(duì)其進(jìn)行了模擬運(yùn)行，并分析了其環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)，找到了瓶頸環(huán)節(jié)，最后通過相應(yīng)措施優(yōu)化和完善了仿真模型，將優(yōu)化后的模型與原模型的運(yùn)行結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)其解決了系統(tǒng)的瓶頸問題，提高了運(yùn)行效率，進(jìn)而為實(shí)際系統(tǒng)的優(yōu)化改善提供了數(shù)據(jù)參考和方案建議，節(jié)約了企業(yè)解決類似問題的成本，提高了企業(yè)對(duì)自身進(jìn)行優(yōu)化改善的效率.

參考文獻(xiàn)

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[2] 葉何文，饒運(yùn)清，鄧建養(yǎng)，等.車間作業(yè)調(diào)度問題的研究與應(yīng)用[J].桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2002,26(2):1-7.

[3] 蔡 蘭.制造業(yè)車間生產(chǎn)調(diào)度及評(píng)估理論的研究和應(yīng)用[D].武漢:武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

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[6] Temiz, Izzettin, Erol, Serpil. Fuzzy branch-and-bound algorithm for flow shop scheduling[J].Journal of Intelligent Manufacturing, 2004,(15):15-19.