黃鵬鵬，張 云，魏 清

HUANG Peng-peng, ZHANG Yun, WEI Qing

(江西理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，贛州 341000)

0 引言

雜質(zhì)泵廣泛用于礦山、冶金、煤炭、石化，水利，食品、電力等行業(yè)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)對(duì)雜質(zhì)泵的需求量不斷增加[1]，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)性能要求也越來越高，如何合理安排各個(gè)工序中生產(chǎn)加工任務(wù)，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率，成為企業(yè)亟待解決的問題。

生產(chǎn)線仿真是對(duì)生產(chǎn)線及其生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬，在虛擬的環(huán)境中反應(yīng)出生產(chǎn)制造的全過程，從而有效的確定生產(chǎn)瓶頸位置，有針對(duì)性地進(jìn)行改善，解決流水線生產(chǎn)能力不平衡及效率等問題。Flexsim是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的三維生產(chǎn)系統(tǒng)仿真軟件，可以幫助使用者建立規(guī)劃、流程、設(shè)計(jì)的模型，依不同決策量的組合，分析設(shè)備使用率、產(chǎn)能、產(chǎn)出、前置時(shí)間、成本等策略，達(dá)到產(chǎn)能最大化、排程最佳化、半成品及庫(kù)存最小化、成本最小化等目標(biāo)[2]。

本文針對(duì)某雜質(zhì)泵生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，通過對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各工位加工數(shù)據(jù)的收集，運(yùn)用工業(yè)工程及生產(chǎn)系統(tǒng)建模的方法，采用Flexsim仿真軟件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬仿真，分析生產(chǎn)瓶頸，并提出相應(yīng)的解決方案，同時(shí)對(duì)所提出的方案進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，尋求最佳解決方案。

1 現(xiàn)有生產(chǎn)線仿真

1.1 產(chǎn)線現(xiàn)狀

某雜質(zhì)泵生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工件采用順序移動(dòng)方式，批量為5，其產(chǎn)品雜質(zhì)泵由一個(gè)蝸殼，一個(gè)泵殼，前護(hù)板和后護(hù)板等組成，車間基本設(shè)施為五臺(tái)機(jī)床，其中立式車床3臺(tái)，臥式鏜床1臺(tái)，搖臂鉆床1臺(tái)。主要加工工件為雜質(zhì)泵部件，包括泵殼、蝸殼、前護(hù)板、后護(hù)板、填料箱、葉輪等。圖1為該車間加工流程圖，表1為各車床加工時(shí)間，其中各個(gè)工位節(jié)拍時(shí)間的測(cè)量，是根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)抽樣調(diào)查及觀測(cè)得出的數(shù)據(jù)，通過抽取平均數(shù)得到各個(gè)工位的節(jié)拍時(shí)間?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及分析表明目前存在的問題主要有：加工周期長(zhǎng)，各工位的聯(lián)系不緊密，柔性化程度低，設(shè)備負(fù)荷不均衡，生產(chǎn)效率較低，難以滿足現(xiàn)在市場(chǎng)多變的供貨需求。

圖1 加工流程圖

表1 各車床的加工時(shí)間表

1.2 建模與仿真

根據(jù)圖1所示，模型中對(duì)象實(shí)體包括6個(gè)暫存區(qū)，5個(gè)處理器，1個(gè)發(fā)生器，1個(gè)吸收器，暫存區(qū)用于臨時(shí)存放加工工件，處理器代表各個(gè)加工機(jī)床，發(fā)生器代表原材料庫(kù)，吸收器代表倉(cāng)庫(kù)，所建立仿真模型如圖2所示。模型參數(shù)按照表1給出的各個(gè)車床的加工時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，為了更為客觀地再現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，選定仿真時(shí)間為1個(gè)月。該公司為單休企業(yè)，實(shí)際上班時(shí)間為26天/月，每天工作時(shí)間8小時(shí)，工人每天休息時(shí)間為50分鐘，即每天實(shí)際工作時(shí)間為430分鐘，一個(gè)月的時(shí)間為11180分鐘，因此將仿真時(shí)間設(shè)置為11180*60=670800秒[3]。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，原材料的到達(dá)方式按照時(shí)間到達(dá)表進(jìn)行，模型中給發(fā)生器添加一個(gè)標(biāo)簽來定義每批各5個(gè)工件到達(dá)緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)清空后接受下一批工件。

根據(jù)模型仿真得到仿真結(jié)果，如表2所示。

圖2 改善前仿真模型

1.3 仿真結(jié)果分析

由表2可知，鏜床和鉆床的閑置率較高，分別是34.56%和40.72%；而3臺(tái)立車加工率很高，接近100%，設(shè)備負(fù)荷差別較大，生產(chǎn)節(jié)拍不平衡，可以認(rèn)為立車工序是生產(chǎn)中的瓶頸；另外，根據(jù)仿真結(jié)果，在仿真時(shí)間內(nèi)，前后護(hù)板各加工40個(gè)，蝸殼80個(gè)，泵殼55個(gè)。因該生產(chǎn)為配套生產(chǎn)，能成套裝配的只有40套，剩余的40個(gè)蝸殼和15個(gè)泵殼成為庫(kù)存，導(dǎo)致車間生產(chǎn)能力總體不足且?guī)齑嬲加贸杀据^高。

2 改善方案

2.1 改善方案1

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的瓶頸，結(jié)合零件車削加工工藝，把護(hù)板和泵殼在立車上的工序進(jìn)行拆分，立車加工為前工序和后工序，同時(shí)增加一臺(tái)立車用于加工后工序，見表3所，總體加工時(shí)間不變，護(hù)板工序1的加工時(shí)間經(jīng)測(cè)得24209s，工序2為16321s，泵殼加工時(shí)間測(cè)得為工序1加工時(shí)間為33607s，工序2為22013s，時(shí)間設(shè)置如表4所示，然后對(duì)此進(jìn)行建模如圖3所示，仿真結(jié)果如表5所示。

圖3 方案1仿真模型

2.2 改善方案2

圖4 方案2仿真模型

表2 改善前仿真結(jié)果數(shù)據(jù)表

表4 改善方案各機(jī)床加工時(shí)間表

表5 改善方案1仿真結(jié)果數(shù)據(jù)表

表6 改善方案2仿真結(jié)果數(shù)據(jù)表

方案2在方案1的基礎(chǔ)上，對(duì)護(hù)板加工作業(yè)進(jìn)行細(xì)分，即前兩個(gè)護(hù)板按拆分工序加工，和方案1一樣。而第三個(gè)護(hù)板在立車1上完成全部工序后直接到暫存區(qū)3，等待鉆床的加工，然后按照參數(shù)設(shè)定循環(huán)，模型如圖4所示，對(duì)此模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表6所示。

3 改善效果分析

對(duì)比表2、5、6中數(shù)據(jù)可知，方案2的輸入量260，大于方案1輸入量240，兩個(gè)方案的輸入量均比改善前有所增加；從加工率看，方案2鏜床為85.23%，鉆床為86.96%，方案1鏜床為73.33%，鉆床為71.58%，比改善前有較大提升，兩個(gè)方案的產(chǎn)量均比改善前高，而暫存區(qū)的平均停滯時(shí)間也相對(duì)改善前減少。

考慮到實(shí)際生產(chǎn)是批量配套生產(chǎn)，最后的成品數(shù)量取決于三類零件的最少成品數(shù)量。根據(jù)仿真結(jié)果，仿真時(shí)間內(nèi)零件的產(chǎn)出數(shù)量見表7。

表7 仿真產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)比表

由表7可知，改善后前、后護(hù)板產(chǎn)量大于改善前，由于改善方案中沒有變動(dòng)蝸殼的生產(chǎn)，故蝸殼產(chǎn)量不變；方案2與方案1相比總產(chǎn)量有所增加，但主要是增加了泵殼產(chǎn)量，成套數(shù)量沒有變化；方案1成套數(shù)量為50套，相對(duì)于原方案增加了25%，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)庫(kù)存數(shù)量減少了27%，降低了庫(kù)存數(shù)量和庫(kù)存成本，經(jīng)濟(jì)效益有很明顯的改善[4]，綜合考慮可知方案1更為合理。

4 結(jié)束語

本文以某企業(yè)雜質(zhì)泵生產(chǎn)線為對(duì)象，運(yùn)用仿真軟件Flexsim對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)建立模型并進(jìn)行仿真模擬，確定了該生產(chǎn)線的生產(chǎn)瓶頸及產(chǎn)線不平衡的基本原因，針對(duì)性地提出改善方案，并通過仿真驗(yàn)證了改善方案的有效性，為企業(yè)提高產(chǎn)能、降低成本提供了有效途徑。

[1]李仁年,王麗晶.雜質(zhì)泵的研究概況與發(fā)展趨勢(shì)[J].水泵技術(shù),2001(6)：11-16.

[2]劉哲,孫先富.基于Flexsim的混合流水生產(chǎn)線的仿真研究[J].科技研發(fā),2009(11)：174-175.

[3]汪傳雷,李磊,劉宏偉.基于Flexsim的某生產(chǎn)線物流仿真優(yōu)化[J].物流技術(shù),2011(30)：58-60.

[4]王建青,邵延君,劉永姜.基于Flexsim的煉鎂生產(chǎn)線仿真與優(yōu)化[J].工業(yè)工程,2009.4(12)：78-81.