王偉， 路春光， 鄧程程， 周翠玉

（河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北唐山063009）

0 引言

系統(tǒng)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，使其得到了越來越廣泛的應(yīng)用。許多行業(yè)利用系統(tǒng)仿真軟件來規(guī)劃設(shè)計企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程，通過規(guī)劃出幾種不同的設(shè)計方案，比較不同方案之間的優(yōu)劣，并最終選擇最優(yōu)方案，以此來達(dá)到設(shè)計的最大合理化，從而減少企業(yè)的成本，提高效率，為企業(yè)帶來了更大的效益。本文利用Flexsim仿真軟件對電動游覽車的裝配工藝進(jìn)行建模與仿真，通過對運行結(jié)果的分析，驗證設(shè)計方案的合理性。

1 電動游覽車裝配線的規(guī)劃設(shè)計

1）裝配線工藝流程的制定。通過對電動游覽車裝配工藝的分析，初步制定了電動游覽車總裝線的工藝流程?？傃b線的工藝流程，就是電動游覽車裝配線的各個工位把來自不同配套廠家的零部件、通用件、標(biāo)準(zhǔn)件、自制件等按照生產(chǎn)工藝裝配到車架上的過程。電動游覽車車架由工位按照固定的節(jié)拍進(jìn)入裝配線，經(jīng)過若干工位的若干操作最終完成電動游覽車的總成。

工藝流程圖如圖1所示。

圖1 裝配工藝流程圖

2）作業(yè)元素的確定。通常我們把邏輯上不可再分的且必須由同一個人、同一工作站完成的作業(yè)單元稱為作業(yè)元素。電動游覽車的總裝配線工序繁多復(fù)雜，涉及多種零部件，在實際裝配過程中，我們常常將這些作業(yè)單元進(jìn)行劃分。作業(yè)單元的劃分過大或過細(xì)都會影響裝配線的效率，降低裝配質(zhì)量。

3）作業(yè)時間的確定。作業(yè)時間并不是理論上計算得來的，它是通過實踐經(jīng)驗分析確定的，測量作業(yè)時間一般是測量從事某裝配工序的熟練技術(shù)人員，為了使作業(yè)時間更加接近理論的精確值，我們用秒表多次測量并取其平均值。作業(yè)時間詳見表1。

4）裝配線工位的劃分。裝配線工位劃分主要以裝配線工藝流程為依據(jù)進(jìn)行劃分，將完成同一工藝步驟或相關(guān)聯(lián)工藝的作業(yè)元素分配到一起，組成一個工位，來完成相應(yīng)的工作任務(wù)。按此依據(jù)對電動游覽車裝配線工位進(jìn)行劃分，如表2所示。

表1 作業(yè)元素及作業(yè)時間表

表2 裝配線工位的劃分

2 電動游覽車裝配線的建模與仿真的基本流程

1）構(gòu)建模型布局。首先根據(jù)工藝要求，作業(yè)策略等，分析車間各部分的狀態(tài)變量和參數(shù)間的邏輯關(guān)系，建立生產(chǎn)車間的布局模型。再根據(jù)布局模型，搜集數(shù)據(jù)建立仿真模型，仿真系統(tǒng)的實際運行情況。

2）定義物流流程。Flexsim對象之間存在著層次關(guān)系和邏輯關(guān)系、輸入輸出端口和中間端口，根據(jù)這些關(guān)系來連接相應(yīng)的端口，定義模型的物流流程，實現(xiàn)仿真的目的。

3）編輯實體參數(shù)。根據(jù)模型中實體想要仿真模擬的實際系統(tǒng)中的功能來對實體對象進(jìn)行參數(shù)編輯，以完成系統(tǒng)的仿真。

4）重置運行仿真。選擇模擬系統(tǒng)的實體對象，通過連接對象實現(xiàn)仿真對象的流程，然后編輯各實體對象的參數(shù)，最后進(jìn)行重置仿真運行，直觀地觀察系統(tǒng)的運行情況。

5）分析仿真結(jié)果。通過模型的運行，可以得到各處理器的狀態(tài)圖、餅狀圖。分析仿真運行結(jié)果，通過仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的“瓶頸”，進(jìn)而解決“瓶頸”問題。

建模與仿真基本流程如圖2。

圖2 建模與仿真基本流程

3 電動游覽車裝配線建模與仿真的實現(xiàn)

1）Flexsim實體對象與裝配車間系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系。Flexsim是面向?qū)ο蟮慕７抡孳浖?。在?yīng)用此軟件進(jìn)行系統(tǒng)的仿真過程中，軟件中的實體對象與現(xiàn)實生活中的實際對象成一一對應(yīng)的關(guān)系，如表3所示。在對電動游覽車裝配生產(chǎn)線的建模過程中對象直接表示生產(chǎn)線中出現(xiàn)的各種機(jī)器實體。

表3 Flexsim實體與裝配線模型對應(yīng)關(guān)系表

2）裝配線建模仿真的原則——工位建模法。采用工位建模法，以工位為對象，以工位先后順序關(guān)系為約束，建立裝配線的工位邏輯關(guān)系圖，讓工件從第一道工位上線開始，遍歷裝配線上所有其它工位，直到下線。

3）電動游覽車裝配線模型的建立。用Flexsim仿真軟件按照工位建模法對電動游覽車裝配生產(chǎn)線中各工位建立仿真模型，其中包括1個發(fā)生器、8個暫存區(qū)、8個處理器、8個操作員和1個吸收器，如圖3所示。

圖3 裝配線模型圖

為了簡化建模過程，用工時來表示每個裝配工位裝配工件的過程，其中包括預(yù)置時間和處理時間，忽略裝配件在工位之間的傳送時間，使建模得到簡化。

4）Flexsim實體對象的參數(shù)設(shè)定。

（1）發(fā)生器的設(shè)定。電動游覽車裝配生產(chǎn)線的起點是空車架到達(dá)裝配車間，在Flexsim中用發(fā)生器來模擬裝配線中車架的供應(yīng)。用到達(dá)時間間隔來模擬裝配線中的生產(chǎn)節(jié)拍。生產(chǎn)節(jié)拍是由日生產(chǎn)計劃和日工作時間來決定的，這里我們將生產(chǎn)節(jié)拍定為48。

（2）暫存區(qū)的設(shè)定。暫存區(qū)用來表示電動游覽車裝配件的暫時存儲區(qū)，在實際的裝配生產(chǎn)線中，暫存區(qū)只存儲一定數(shù)量的裝配件，這里我們將最大容量設(shè)定為10。

（3）處理器的設(shè)定。在電動游覽車裝配線的所有工位的裝配工作都是由處理器和操作員來共同完成的。綜合利用表2完成對處理器加工時間、預(yù)置時間和操作員的設(shè)定，其中加工時間和預(yù)置時間都是指定的。勾選“預(yù)置時使用操作工人”“、加工時使用操作工人”來模擬裝配線上的操作技術(shù)人員。

（4）吸收器的設(shè)定。Flexsim中吸收器表示裝配線中的成品庫，所以在回收策略中我們選擇不循環(huán)實體流。

4 系統(tǒng)仿真的運行與結(jié)果分析

對Flexsim模型中各處理器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，重新運行模型，得到各處理器新的狀態(tài)報告表，如表4所示。其中處理器的空閑率基本維持在5%左右，而利用率維持在85%左右，數(shù)據(jù)顯示說明裝配線設(shè)計很合理。

為了更加直觀地觀察裝配線中各處理器的狀態(tài)，以數(shù)據(jù)統(tǒng)計報告中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，利用Excel作出各處理器的空閑率和利用率的折線圖，如圖4、圖5所示。

從各處理器的利用率和空閑率的折線圖中可以看出，折線基本處于同一個水平線上，沒有太大的波動。這說明電動游覽車裝配線上各個工位的空閑狀態(tài)和工作時間處在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，各工位都得到了很好的利用，既沒有過于空閑的工位，又沒有過于繁忙的工位，工位劃分合理，工作時間分配均衡，裝配線的規(guī)劃設(shè)計合理。

表4 處理器狀態(tài)報告表

圖4 處理器空閑率折線圖

圖5 處理器利用率折線圖

5 結(jié)語

本文以電動游覽車裝配線的規(guī)劃設(shè)計為例，利用Flexsim仿真軟件對電動游覽車裝配線進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計與建模仿真，通過對設(shè)計方案的仿真以及仿真運行結(jié)果的分析，驗證了設(shè)計方案的合理性，也表明了Flexsim仿真軟件解決此類問題的可行性。

［1］ 史文浩.閥門裝配車間的設(shè)施規(guī)劃與仿真［J］.中國制造業(yè)自動化，2012(17)：78-82.

［2］ 周鑫.基于SLP和Flexsim的車間設(shè)施布置改善設(shè)計［J］.機(jī)械制造與自動比，2010，39（3）：42-46，97.

［3］ 李波，王俊.汽車總裝線建模與仿真研究［J］.電子科技大學(xué)學(xué)報，2008（5）：789-792.

［4］ 舒國云，涂桂祿.基于Flexsim的轉(zhuǎn)彎型堆垛機(jī)作業(yè)效率仿真研究［J］.物流工程與管理，2009（5）：120-123.

［5］ 楊銀，路春光.基于Petri網(wǎng)的裝配生產(chǎn)過程建模與仿真分析［J］.機(jī)械工程師，2008（11）：88-90.