謝富春

（湖南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湘潭411101）

0 引 言

生產(chǎn)物流系統(tǒng)是企業(yè)物流系統(tǒng)的子系統(tǒng)，同時(shí)也是制造系統(tǒng)的重要組成部分[1].隨著物流行業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高，生產(chǎn)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，生產(chǎn)節(jié)奏越來(lái)越快，生產(chǎn)管理者對(duì)生產(chǎn)改進(jìn)的每一決策都需謹(jǐn)慎考慮、措施不當(dāng)，往往需要付出高昂的代價(jià).而正是由于系統(tǒng)的復(fù)雜性、快節(jié)奏和柔性，要想預(yù)測(cè)每一個(gè)決策給系統(tǒng)帶來(lái)的后果，已經(jīng)是人的大腦無(wú)法勝任的了.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)正是彌補(bǔ)了這一不足，成為自動(dòng)化物流系統(tǒng)管理者的有用工具，成為生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的得力助手.仿真軟件Flexsim可對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行三維動(dòng)畫仿真，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)[2].

1 仿真技術(shù)在生產(chǎn)物流系統(tǒng)研究中的作用

由于生產(chǎn)物流系統(tǒng)的復(fù)雜性，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法難以構(gòu)造模型，提出解析式，此時(shí)可以采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行研究，仿真技術(shù)在物流系統(tǒng)研究中的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面[3]：

（1）有利于解決隨機(jī)因素的影響；

（2）仿真幫助系統(tǒng)優(yōu)化；

（3）仿真對(duì)各種復(fù)雜的系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性.

2 仿真建模的基本步驟

Flexsim仿真軟件的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，突出3D顯示效果，建模和調(diào)試簡(jiǎn)單開放方便，模型的擴(kuò)展性強(qiáng)，易于和其他軟件配合使用等方面[4].Flexsim采用對(duì)象對(duì)實(shí)際過(guò)程中的各元素建模，模型中對(duì)象之間是通過(guò)端口來(lái)連接的，每個(gè)對(duì)象通過(guò)端口與其他對(duì)象進(jìn)行通信[5].Flexsim的方法集包括到達(dá)方法、觸發(fā)方法、流方法、導(dǎo)向方法、臨時(shí)實(shí)體庫(kù)方法等[6].Flexsim仿真建模的基本步驟為五大步[7]：

（1）設(shè)置布局：根據(jù)建模前設(shè)計(jì)好的物理系統(tǒng)，將對(duì)象從“對(duì)象庫(kù)”中拖拽到仿真視圖窗口中的適當(dāng)位置.

（2）定義“流”：根據(jù)對(duì)象間的邏輯關(guān)系，連接相應(yīng)的端口，構(gòu)建仿真模型的邏輯流程.

（3）參數(shù)設(shè)定：根據(jù)每個(gè)對(duì)象所要描述的物理系統(tǒng)的特征，設(shè)定對(duì)象的參數(shù).

（4）運(yùn)行模型：先編譯模型，然后重新設(shè)置并運(yùn)行此模型.

（5）仿真結(jié)果分析：Flexsim是一個(gè)實(shí)時(shí)的仿真軟件，在仿真過(guò)程中，用戶可以對(duì)每個(gè)對(duì)象進(jìn)行操作，檢測(cè)其當(dāng)前的狀態(tài).

3 仿真模型的構(gòu)建

在X公司生產(chǎn)車間實(shí)際參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化假設(shè)和抽象定義，在仿真軟件Flexsim的平臺(tái)上，將所需的實(shí)體拖放到相應(yīng)的位置，按照各配件的生產(chǎn)工序連接相應(yīng)各實(shí)體，建立了系統(tǒng)的仿真模型（見圖1）.

圖1 生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型

模型中的模型實(shí)體如表1所示.

表1 模型中的實(shí)體

4 仿真試驗(yàn)與分析

4.1 運(yùn)行仿真模型

4.1.1 運(yùn)行現(xiàn)有狀況下的系統(tǒng)模型

為了縮短仿真時(shí)間，模型仿真鐘設(shè)定1單位的仿真時(shí)間為1000單位實(shí)際發(fā)生時(shí)間，運(yùn)行300＊8＊60＊60／1000＝8640仿真時(shí)間單位，仿真運(yùn)行如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)仿真運(yùn)行圖

4.1.2 輸出數(shù)據(jù)分析

由約束理論可知，系統(tǒng)的產(chǎn)能取決于瓶頸環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力，如果瓶頸環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力不能提高，系統(tǒng)的產(chǎn)能也不能提高[8].通常情況下，如果一個(gè)機(jī)器組的占用率過(guò)高，說(shuō)明其生產(chǎn)能力不能提高或提高的空間很小，會(huì)限制整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)能，因此本文選用機(jī)器利用率和暫存區(qū)臨時(shí)實(shí)體堆積個(gè)數(shù)作為確定系統(tǒng)瓶頸的參數(shù).在對(duì)吊鉤生產(chǎn)車間的實(shí)際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，如果一個(gè)機(jī)器組的占用率超過(guò)93%，就可以認(rèn)為其生產(chǎn)能力小于其生產(chǎn)負(fù)荷，成為系統(tǒng)的瓶頸.

通過(guò)分析可以看出，鍛造機(jī)器組（processor6、processor7）、熱處理機(jī)器（processor8）、車床處理機(jī)器（processor15、processor16、processor17）、表面處理機(jī)器（processor18）的機(jī)器占用率已經(jīng)超過(guò)93%，其處理能力已無(wú)法滿足其生產(chǎn)負(fù)荷，己成為加工車間的生產(chǎn)瓶頸，制約著系統(tǒng)生產(chǎn)能力的提高.車床加工機(jī)器組（processor15、processor16、processor17）設(shè)備在制品堆積較嚴(yán)重，分析原因可能是其后續(xù)工序生產(chǎn)設(shè)備較少導(dǎo)致；queue5和queue14兩個(gè)產(chǎn)生積壓，且queue14積壓嚴(yán)重；切割機(jī)器組中processor2的空閑率為31.2%，processor3的空閑率為87.5%，鋸床加工機(jī)器processor9的空閑率為82.0%，鉆床加工機(jī)器組中processor10的空閑率為73.0，processor10的空閑率為90.4%，鉗床加工機(jī)器processor13的空閑率為87.5%，切割機(jī)器組和鉆床機(jī)器組同時(shí)存在設(shè)備空閑嚴(yán)重現(xiàn)象，processor9、processor13同時(shí)空閑嚴(yán)重，但是僅此一臺(tái)鉗床機(jī)器和鋸床機(jī)器，在加工配件數(shù)量一定的前提下此機(jī)器無(wú)法優(yōu)化.

由以上分析可知：該吊鉤生產(chǎn)車間目前的產(chǎn)能已達(dá)極限，沒有提高的空間，本文研究的目的是對(duì)其進(jìn)行改造，以提高其生產(chǎn)能力.如果想要消除系統(tǒng)的瓶頸，首先想到的解決方法就是增加鍛造、熱處理及表面處理這三個(gè)機(jī)器組的產(chǎn)能，即增加鍛造、熱處理與表面處理的臺(tái)數(shù)，而對(duì)于切割機(jī)器組及鉆床機(jī)器組空閑嚴(yán)重，可在生產(chǎn)中減少切割機(jī)與鉆床機(jī)器的臺(tái)數(shù).

4.2 仿真模型的優(yōu)化與分析

4.2.1 建立優(yōu)化模型

根據(jù)以上分析，對(duì)吊鉤生產(chǎn)設(shè)備機(jī)器組進(jìn)行增減處理，減少一臺(tái)切割機(jī)、一臺(tái)鉆床，增加一臺(tái)鍛造設(shè)備、一臺(tái)熱處理設(shè)備、一臺(tái)表面處理設(shè)備.建立如圖3優(yōu)化仿真模型.

圖3 系統(tǒng)優(yōu)化仿真模型

表4 .3列出了優(yōu)化模型中的主要實(shí)體元素.

表3 優(yōu)化模型中的實(shí)體元素

4.2.2 優(yōu)化模型參數(shù)設(shè)置

在上述原有模型實(shí)體參數(shù)設(shè)置的基礎(chǔ)上，需要對(duì)添加的鍛造處理器、熱處理器、表面處理器及暫存區(qū)Queue1674進(jìn)行參數(shù)設(shè)置.

（1）添加的處理器參數(shù)設(shè)置 添加的處理器參數(shù)和原有模型的相同功能的處理器參數(shù)設(shè)定一樣.

（2）Queue1674參數(shù)設(shè)置與Queue5參數(shù)設(shè)置相同.

（3）車床處理器處理時(shí)間參數(shù)設(shè)置與原有模型參數(shù)設(shè)置相同，但需增加臨時(shí)實(shí)體流的參數(shù)設(shè)置，設(shè)置如圖4所示.

圖4 車床處理器臨時(shí)實(shí)體參數(shù)設(shè)置

4.2.3 運(yùn)行優(yōu)化模型

模型仿真鐘設(shè)定1單位的仿真時(shí)間為1000單位實(shí)際發(fā)生時(shí)間，運(yùn)行300＊8＊60＊60／1000＝8640仿真時(shí)間單位，在透視圖的仿真運(yùn)行模型如圖5所示.

圖5 優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行圖

仿真運(yùn)行輸出結(jié)果如表4所示.

表4 優(yōu)化后的輸出狀態(tài)報(bào)告表Flexsim summary reportModel Clock：8644.769

由表4可以看出，切割機(jī)器Processor1668設(shè)備利用率為81.3%，且沒有積壓現(xiàn)象，說(shuō)明一臺(tái)切割機(jī)器完全能夠達(dá)到生產(chǎn)要求.鍛造機(jī)器組（Processor 1670、Processor 1671、Processor1672）的設(shè)備利用率在70%左右，沒有堆積現(xiàn)象.熱處理機(jī)器組（Processor1675、Processor1676）的設(shè)備利用率在70%左右，沒有堆積現(xiàn)象.表面處理機(jī)器組也沒有積壓現(xiàn)象發(fā)生.說(shuō)明改進(jìn)后的模型運(yùn)行流暢，消除了生產(chǎn)中的“瓶頸”.

在發(fā)生器和吸收器的屬性窗口中查看臨時(shí)實(shí)體的輸出和輸入量來(lái)對(duì)比產(chǎn)能.表5反映了模型改進(jìn)前后的產(chǎn)能對(duì)比.

表5 系統(tǒng)優(yōu)化前后的零件統(tǒng)計(jì)信息報(bào)表

由表5中可以看出，相同時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)優(yōu)化后的模型零件產(chǎn)量有了較大幅度地提高，機(jī)床的利用率得到提高，基本上消除了在制品積壓現(xiàn)象，通過(guò)模型仿真達(dá)到了理論上對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)優(yōu)化的目的，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)物流的改進(jìn)起到了指導(dǎo)作用.

5 結(jié) 論

本文以X公司為背景，分析了該公司生產(chǎn)作業(yè)的主要流程.通過(guò)設(shè)置完成的吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)模型參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行編譯運(yùn)行仿真模型，得到與生產(chǎn)管理相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)資料的研究分析，找到了生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的瓶頸問(wèn)題；接著通過(guò)對(duì)模型的改進(jìn)，分析了改進(jìn)生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型運(yùn)行后輸出的數(shù)據(jù)資料，對(duì)比前后兩模型產(chǎn)能，驗(yàn)證了優(yōu)化后的模型能夠提高生產(chǎn)效率.

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[8]http：／／wiki.mbalib.com／wiki／%E7%BA%A6%E6%9D%9F%E7%90%86%E8%AE%BA[EB／OL].