王 博 王 巍

(東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

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·計算機技術(shù)及應(yīng)用·

基于Flexsim的實木地板生產(chǎn)線仿真與優(yōu)化研究

王 博 王 巍*

(東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

根據(jù)實木地板的加工制造流程，運用仿真工具Flexsim，建立了實木地板生產(chǎn)仿真模型，針對生產(chǎn)系統(tǒng)中存在的加工瓶頸進行了優(yōu)化設(shè)計，使得實木地板生產(chǎn)效率得到了提高，證明了Flexsim仿真技術(shù)應(yīng)用于加工制造系統(tǒng)的有效性和可行性。

生產(chǎn)系統(tǒng)，建模仿真，F(xiàn)lexsim，優(yōu)化改善

0 引言

實木地板是人們常用的裝修材料之一，跟隨實木地板行業(yè)穩(wěn)定而高速發(fā)展的同時，受資源條件影響以及行業(yè)內(nèi)競爭的加劇，提高生產(chǎn)效率成為迫在眉睫的問題，這些對實木地板的加工制造系統(tǒng)提出了很高的要求。而原有的系統(tǒng)運行時間過長，系統(tǒng)設(shè)計主要依據(jù)數(shù)學建模和經(jīng)驗，生產(chǎn)系統(tǒng)具有復雜、不規(guī)律、實時、動態(tài)等特點，對整個系統(tǒng)進行建模，進而評價和優(yōu)化的難度很大[1,6,8]。運用Flexsim仿真建模技術(shù)，可以不需要對真實系統(tǒng)進行破壞，使一些系統(tǒng)的內(nèi)部問題更加清楚明顯的表示出來，有效地解決問題，為建立優(yōu)化方案打下基礎(chǔ)[2,3]。本文運用軟件Flexsim對實木地板加工制造的相應(yīng)環(huán)節(jié)進行仿真建模，分析取得的相應(yīng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)加工中的瓶頸環(huán)節(jié)并進行改善和優(yōu)化，使得生產(chǎn)系統(tǒng)的加工效率得到提升，增加了企業(yè)的競爭力。

1 實木地板加工流程

本文對刨光至淋漆環(huán)節(jié)進行仿真。整個工序根據(jù)狀況可以展示如下，從準備車間進入的原材料，首先經(jīng)過3臺銑床進行加工，每臺銑床的平均作業(yè)時間一般為300 s處理一件產(chǎn)品，然后通過傳輸帶傳輸?shù)较乱还ば?，整個傳輸過程為80 s。砂光機對傳輸過來的原料進行砂光處理，砂光機有2臺。兩種不同的砂光機處理效率不一樣，一臺可以對5個物料進行處理，另一臺可以對2個物料進行處理。為了使成本降低，公司規(guī)定每當暫存區(qū)有5個待處理的物料時，才開啟砂光機。處理5個物料的砂光機加工時間較長，一般為340 s，處理2個物料的砂光機加工時間平均為280 s，加工完將暫存區(qū)的半成品由2臺淋漆機進行上漆處理，每臺淋漆機一次可以處理一件半成品，加工時間為每次402 s，加工后的產(chǎn)品放置在另一個暫存區(qū)內(nèi)，當暫存區(qū)內(nèi)的數(shù)量達到10個，通過運輸車運送至下一個車間。系統(tǒng)中的實體具體如表1所示。

表1 系統(tǒng)中的實體

2 實木地板生產(chǎn)線仿真建模

1)構(gòu)建實體分布。根據(jù)各環(huán)節(jié)之間的內(nèi)在的關(guān)系，以及假設(shè)的布局分布圖。通過鼠標直接將所要建立的對象從實體庫中采取拖拽的方式，放在視圖窗口中合適的位置，也可以輸入相應(yīng)坐標，進行設(shè)定實體的位置[4,5,7]。

2)連接實體。將視圖里存在的實體對象，用連接線將輸出與輸入端口連接在一起，表示實體的加工順序。

3)加入?yún)?shù)。仿真的重點就是參數(shù)的設(shè)置，根據(jù)系統(tǒng)里所描述的對象的物理特征，可設(shè)置對象的各個條件如加工時間、加工效果等。也可以直接編程輸入，使其滿足用戶的特有需求。

根據(jù)Flexsim建模要求，將參數(shù)輸入到相應(yīng)實體內(nèi)。一類型的實體參數(shù)設(shè)置方法大體相同，不做過多介紹。現(xiàn)將個別難度較高的實體參數(shù)設(shè)置展示如下：

暫存區(qū)1的參數(shù)設(shè)置。因為暫存區(qū)1負責將在制品進行砂光處理工序，按公司規(guī)定，需暫存區(qū)的在制品數(shù)量達到5時，才可以開啟砂光機。進行如下設(shè)置，暫存區(qū)的最大數(shù)量設(shè)置為10，如圖1所示。

設(shè)置好各實體的相應(yīng)參數(shù)，檢查是否出現(xiàn)輸入錯誤，或者在連接方面存在問題。檢查無誤后的模型如圖2所示。

3 模型的運行與優(yōu)化

3.1 運行模型和仿真結(jié)果的分析

以設(shè)置模型的運行時間1 d為限，即8×60×60=28 800 s。設(shè)置停止時間最大為28 800 s，單擊Run按鈕啟動模型，當運行結(jié)束時點擊Statistics按鈕輸出仿真結(jié)果。

從整體上可以明確直觀的看出，在暫存區(qū)2存在著物料堵塞的現(xiàn)象。在銑床階段，模型設(shè)置的前提和條件就是保證原材料的充足，所以在銑床階段機器一直處于工作狀態(tài)。

砂光機階段，機器運行的狀況如圖3，圖4所示。

從圖3，圖4中分析可以得出同樣作業(yè)于砂光階段，砂光機1的工作時間占總時間的60.4%，而砂光機2的工作時間占總時間的比例僅為14.9%。公司為了降低生產(chǎn)成本決定在砂光階段采用定額生產(chǎn)的方式。為了達到機器開啟的條件，機器很長時間都是空置的，即使等到加工任務(wù)，也先由砂光機1進行作業(yè)，砂光機2的作用在這一階段很小，這使本階段資源配置不合理，不僅影響生產(chǎn)效率，還造成了浪費。

在淋漆階段，機器的狀況如圖5，圖6所示。

淋漆機的生產(chǎn)效率隨著時間的增加而不斷增加。在開始的時候因為等待上面工序，所以機器的利用率低，之后，負荷增加，機器的有效工作時間增加，等待時間減少。

通過仿真模擬建模，獲取的數(shù)據(jù)具體如上文所示，可以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中存在如下問題：

1)砂光機的利用率低，砂光機1的利用率僅為60.4%，而砂光機2的利用率僅為14.9%。砂光機2幾乎在生產(chǎn)系統(tǒng)中不產(chǎn)生作用。

2)在砂光工序之后和淋漆工序之間的暫存區(qū)存在很多待加工產(chǎn)品，影響整個系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，是整個系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)，應(yīng)該進行優(yōu)化與改善。

3)淋漆機1和淋漆機2的使用率過高，說明在淋漆階段的工作任務(wù)量重，現(xiàn)有的機器數(shù)量不能滿足生產(chǎn)需要，有待改進。

3.2 模型的優(yōu)化

針對系統(tǒng)存在的問題，采取具體措施如下：1)可以將并行的2臺砂光機中的一次加工5個半成品的機器去掉，只用一次加工2個產(chǎn)品的砂光機。2)增加淋漆機的數(shù)量。由原來2臺淋漆機增加至3臺淋漆機，增大淋漆環(huán)節(jié)可以處理的產(chǎn)品數(shù)量。優(yōu)化后模型如圖7所示。

3.3 優(yōu)化性驗證

通過運行優(yōu)化模型發(fā)現(xiàn)，原來暫存區(qū)2存在的大量堆積現(xiàn)象已不見。對系統(tǒng)中各個實體的工作效率進行比較，可獲得以下數(shù)據(jù)，具體如表2所示。

表2 優(yōu)化后各設(shè)備運行狀況 %

1)在閑置率方面，優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 設(shè)備閑置率比較 %

由表3可以看出，原來設(shè)備的閑置率不是過大就是過小，過大表明設(shè)備利用率低，生產(chǎn)效率低，過小表明設(shè)備生產(chǎn)負荷重，影響整個生產(chǎn)的流暢性。優(yōu)化后設(shè)備的閑置率為10%～15%，這表明機器處于合適的工作狀態(tài)，生產(chǎn)效率最佳。

2)在使用率方面，優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)如表4所示。

與設(shè)備閑置率相反，在原來砂光階段，機器的使用明顯過低，造成了生產(chǎn)上的資源浪費，在淋漆階段則使用率過高，造成了設(shè)備的過度使用。在優(yōu)化后各種設(shè)備的使用率均在80%～90%，處于最佳使用狀態(tài)，不僅能保證生產(chǎn)能力，還能合理使用設(shè)備。

3)在阻塞率方面，優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)如表5所示。

表4 設(shè)備使用率比較 %

表5 設(shè)備阻塞率比較 %

由表5可以看出，經(jīng)優(yōu)化后整個系統(tǒng)的阻塞率大大降低，接近零阻塞的狀態(tài)，表明設(shè)備生產(chǎn)過程正常且有效。整個系統(tǒng)生產(chǎn)流程流暢，之前生產(chǎn)中存在的瓶頸已經(jīng)得到很好地解決。綜合以上多個方面，證明了優(yōu)化方案的有效性和可行性。

4 結(jié)語

本文根據(jù)系統(tǒng)建模步驟和方法對實木地板生產(chǎn)線系統(tǒng)進行了建模仿真和優(yōu)化，通過模型仿真輸出結(jié)果發(fā)現(xiàn)實木地板加工系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)。增加淋漆階段的生產(chǎn)設(shè)備，調(diào)整砂光階段設(shè)備的數(shù)量，以及改變相應(yīng)參數(shù)，使得實木地板生產(chǎn)線系統(tǒng)的效率和物料流通程度得以提升，證明了優(yōu)化方案的可行性。利用Flexsim軟件進行實木地板仿真與優(yōu)化成果應(yīng)用于具體公司取得了成功，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，提升了企業(yè)的競爭力。

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Study on solid wood floor production line simulation and optimization on the basis of Flexsim

Wang Bo Wang Wei*

(Northeast University of Forestry, Harbin 150040, China)

According to solid wood floor manufacture procedures, the paper establishes solid wood floor production simulation model by applying Flexsim, carries out processing bottleneck optimization of production system, improves the solid wood floor producing efficiency, and proves the efficiency and feasibility of applying simulation technology in manufacture system.

production system, modeling and simulation, Flexsim, optimized improvement

1009-6825(2016)34-0254-03

2016-09-28

王 博(1994- )，男，在讀碩士

王 巍(1975- )，女，博士，副教授

F406.2

A