陳川，楊劍波，李恒，張雙慶

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定071000）

打包車間工藝方案仿真

陳川，楊劍波，李恒，張雙慶

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定071000）

在工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，通過DELMIA／Quest平臺(tái)，對(duì)車間的工藝方案、生產(chǎn)策略、排班的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)設(shè)備的利用率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，充分暴露出問題點(diǎn)，并分析造成這一問題點(diǎn)的原因。并在一定的優(yōu)化目標(biāo)下對(duì)策略或生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到設(shè)定的產(chǎn)能。

打包車間；仿真優(yōu)化；工藝方案

0 引言

在新的生產(chǎn)線建設(shè)中，工藝方案的合理性、設(shè)備利用率是否達(dá)到了最大化、產(chǎn)能是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，往往是規(guī)劃人員和管理人員最關(guān)心的事情。在傳統(tǒng)的規(guī)劃中，往往是需要規(guī)劃人員通過經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行預(yù)測(cè)。而靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，就往往存在很大的缺陷，這就造成了很多的線體在建成后設(shè)備利用率低、產(chǎn)能不足，需要對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行改造，造成了資源的浪費(fèi)。姚海風(fēng)等［1］通過仿真手段實(shí)現(xiàn)了設(shè)備和人員的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，驗(yàn)證了工藝方案的合理性，提升了設(shè)備利用率。文中以車間線體作為研究對(duì)象，利用Quest仿真軟件對(duì)工藝方案進(jìn)行分析、模擬、驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)工藝方案的瓶頸，統(tǒng)計(jì)設(shè)備的利用率，為車間工藝方案優(yōu)化提供依據(jù)。

1 項(xiàng)目系統(tǒng)規(guī)劃描述

以某汽車公司廢料打包車間為實(shí)例來進(jìn)行說明。該車間主要是接收一期和二期的車間廢料 （包括鍍鋅板、鋁板、普板），并進(jìn)行存儲(chǔ)。存儲(chǔ)的廢料經(jīng)過分揀線人工分揀，通過起重機(jī)將分揀后的廢料吊到打包機(jī)將廢料打包成包塊，存儲(chǔ)到相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)。當(dāng)存儲(chǔ)區(qū)達(dá)到一定容量后將包塊運(yùn)送到鋼廠。

1.1 線體工藝流程

該車間的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

1.2 生產(chǎn)線體設(shè)施布局

該車間共有線體一條，線體布局如圖2所示。

2 軟件選擇

在面向制造的仿真軟件中，Quest和UGS公司的Em-Plant都能較好地用于制造系統(tǒng)仿真建模和物流仿真。Quest具有出類拔萃的操作簡(jiǎn)便性和功能，后處理功能強(qiáng)大；豐富且強(qiáng)大的演示功能，具有真實(shí)感；能夠幫助規(guī)劃人員直觀地對(duì)物流線路進(jìn)行分析，分析物流的瓶頸點(diǎn)；軟件自帶的柱狀圖和餅狀圖等分析、統(tǒng)計(jì)工具［2］，可以直觀和方便地顯示出各個(gè)物流節(jié)點(diǎn)的工作負(fù)荷，幫助規(guī)劃人員對(duì)物流線路和物流負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。

Quest是數(shù)字化工廠及離散事件仿真軟件，是工廠生產(chǎn)系統(tǒng)集成、工藝流程設(shè)計(jì)和可視化解決方案，是用于對(duì)生產(chǎn)工藝流程的準(zhǔn)確性與生產(chǎn)效率進(jìn)行仿真與分析的全三維數(shù)字工廠環(huán)境［3－5］。Quest提供了一個(gè)規(guī)劃人員、制造工程師、管理人員協(xié)同的平臺(tái)，確保在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中有最好的生產(chǎn)工藝流程，在實(shí)際設(shè)施投資之前，優(yōu)化工藝方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少成本投入。

3 仿真模型建立

（1）仿真目標(biāo)的提出

主要是通過對(duì)新規(guī)劃的車間的工藝方案的合理性以及車間的產(chǎn)能進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)瓶頸點(diǎn)，對(duì)設(shè)備利用率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，針對(duì)工藝方案提出改進(jìn)方案。

（2）工藝數(shù)據(jù)的定義

對(duì)產(chǎn)品信息、設(shè)備信息、工位工藝信息進(jìn)行定義。將信息進(jìn)行整理形成參數(shù)文檔，在參數(shù)文檔中需要對(duì)邏輯進(jìn)行重點(diǎn)詳細(xì)的描述。參數(shù)文檔作為項(xiàng)目的一項(xiàng)重要依據(jù)。

（3）創(chuàng)建仿真模型

通過創(chuàng)建生產(chǎn)元、PNF軌道、Kin等元素進(jìn)行模型的創(chuàng)建。仿真模型見圖3。

（4）邏輯關(guān)系

零件只能在定義好邏輯關(guān)系的線體上進(jìn)行流動(dòng)、加工。需要將線體上的設(shè)備連接起來，連接好的設(shè)備關(guān)系就定義了零件的加工流程。

產(chǎn)品邏輯設(shè)置。SCL是Quest仿真軟件自身使用的語言，Quest模型中的各個(gè)邏輯實(shí)體的屬性都是由SCL程序構(gòu)成的，通過SCL語言編輯邏輯（Logic），可以在Quest仿真系統(tǒng)中控制獨(dú)立模型實(shí)體行為和動(dòng)作。例如通過對(duì)打包機(jī)設(shè)置兩個(gè)process，process1內(nèi)容包含普通板料通過打包機(jī)生產(chǎn)普通包塊；process2內(nèi)容包含鍍鋅板通過打包機(jī)生產(chǎn)鍍鋅包塊。

（5）工藝設(shè)置

在仿真交互界面中設(shè)置各個(gè)工藝的參數(shù)，包括廢料產(chǎn)出的時(shí)間和數(shù)量、輸送線的線體速度和工作時(shí)間、打包機(jī)的工作時(shí)間等。

4 仿真、分析、優(yōu)化

由布局圖可知其包括：一二期生產(chǎn)線、散料存儲(chǔ)區(qū)、分揀線、起重機(jī)、打包機(jī)、板料存儲(chǔ)區(qū)和包塊存儲(chǔ)區(qū)。

4.1 仿真

對(duì)模型運(yùn)行的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，一般運(yùn)行時(shí)間為一周。

通過設(shè)定表格，對(duì)設(shè)備的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，輸出設(shè)備的利用率、存儲(chǔ)區(qū)的實(shí)時(shí)容量等信息。

4.2 仿真結(jié)果及分析

仿真運(yùn)行結(jié)束后，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

（1）整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的容量，鍍鋅板和普板的存儲(chǔ)量在不斷地增大，廢料堵塞嚴(yán)重，是瓶頸工位，需要對(duì)瓶頸工位進(jìn)行優(yōu)化，提升生產(chǎn)節(jié)拍。

（2）設(shè)備的利用率

如圖5所示：整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備利用率起重機(jī)的利用率比較低，不足40%，其中43.9%是由于打包機(jī)工作造成的起重機(jī)工作的空閑，需要對(duì)打包機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，降低加工時(shí)間，提升設(shè)備的利用率。

通過以上的分析可以看出，該生產(chǎn)線存在以下問題：平均加工節(jié)拍慢；起重機(jī)的利用率低；打包機(jī)平均加工時(shí)間長；廢料的存儲(chǔ)量大，造成了存儲(chǔ)區(qū)的容量增大。

4.3 系統(tǒng)優(yōu)化

設(shè)定優(yōu)化的目標(biāo)：（1）優(yōu)化生產(chǎn)能力，通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化提升產(chǎn)能；（2）提升設(shè)備的整體利用率；（3）減少廢料的存儲(chǔ)量。遵循生產(chǎn)能力＞設(shè)備利用率＞庫存的原則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。系統(tǒng)的優(yōu)化將從以下3個(gè)方面進(jìn)行。

由平面圖可知，造成廢料堵塞的原因是起重機(jī)和打包機(jī)的工作時(shí)間長。通過適當(dāng)降低打包機(jī)的加工時(shí)間，提升了起重機(jī)的工作速度，整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力得到了提升。

對(duì)設(shè)備的利用率進(jìn)行統(tǒng)計(jì) （圖6），發(fā)現(xiàn)設(shè)備的利用率整體得到了提升，達(dá)到了優(yōu)化的目標(biāo)，廢料存儲(chǔ)區(qū)的容量有一定的下降。

5 結(jié)束語

通過建立的仿真模型進(jìn)行虛擬的仿真運(yùn)行，在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)瓶頸點(diǎn)，對(duì)設(shè)備的利用率和存儲(chǔ)區(qū)的容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)瓶頸工位，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出優(yōu)化方案，進(jìn)行優(yōu)化前后仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證方案的可行性。通過在虛擬化的環(huán)境中進(jìn)行模擬仿真，避免了規(guī)劃的工藝方案在設(shè)計(jì)完成后存在的產(chǎn)能不足、設(shè)備利用率低的問題。

【1】姚海風(fēng)，馮勛省，郭丁俊.基于eM-plant的汽車零部件生產(chǎn)線平衡技術(shù)的仿真研究［J］.企業(yè)物流，2010（12）：1－5.

【2】Tahar R B M，Adham A A J.Design and Analysis of Automobiles Manufacturing System Based on Simulation Model［J］.Modern Appliad Science，2010，4（7）：130－134.

【3】齊繼陽，竺長安.基于DELMIA＿QUEST制造系統(tǒng)仿真模型的研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010（4）：1－3.

【4】馬健萍，周新建.基于Melmia／Quest的數(shù)字化裝配線體仿真［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，23（2）：125－128.

【5】張曉光，林財(cái)興，趙翠蓮.基于Quest的生產(chǎn)線物流系統(tǒng)仿真［J］.上海大學(xué)學(xué)報(bào)2012，18（5）：500－505.

Process Simulation for Packing Workshop

CHEN Chuan，YANG Jianbo，LIHeng，ZHANG Shuangqing
（Hebei Province Motor Engineering Technical Graduate Center，GreatWall Motor Company Limited Technical Center，Baoding Hebei071000，China）

In the factory planning and design stage，through the DELMIA／Quest platform，the rationalities of process plan and scheduling strategy were verified.Statistical analysis of the equipment utilization was done，so the problem was fully exposed.The reasons causing the problem were analyzed.Then，under certain objective，strategy or production line was optimized，and the capacity was achieved.

Packing workshop；Simulation and optimization；Process plan

2014－02－22

陳川（1986—），男，學(xué)士，助理工程師，主要從事沖壓工藝方面工作。E-mail：chenchuan432＠126.com。