吳隆，王風(fēng)崗

(中原工學(xué)院，河南鄭州 450007)

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基于Witness的混合流水線系統(tǒng)仿真研究

吳隆，王風(fēng)崗

(中原工學(xué)院，河南鄭州 450007)

結(jié)合某公司凸輪軸裝配線的生產(chǎn)實(shí)際，利用Witness軟件進(jìn)行多品種混合流水線的系統(tǒng)仿真，通過觀察仿真系統(tǒng)的運(yùn)行過程，分析其輸出結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的問題，并提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。

多品種; 混合流水線;Witness仿真

0 引言

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈以及用戶對(duì)產(chǎn)品的多樣化、個(gè)性化要求，基于訂單的多品種、小品量混合生產(chǎn)模式已成為當(dāng)今制造企業(yè)的主要生產(chǎn)模式。特別是以汽車及其零部件生產(chǎn)為主的企業(yè)，多采用混合生產(chǎn)線。這些企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品多是一個(gè)系列、多個(gè)類型，產(chǎn)品的生產(chǎn)作業(yè)方式以及工藝流程基本相同或相似[1]。

為便于分析，可將多品種混合生產(chǎn)模式簡(jiǎn)化為多品種流水線生產(chǎn)，它有兩種基本形式：一種是可變產(chǎn)品流水線，其特點(diǎn)是在計(jì)劃期內(nèi)，按照一定的間隔期，成批輪番生產(chǎn)多種產(chǎn)品；在間隔期內(nèi)，只生產(chǎn)一種產(chǎn)品；在完成規(guī)定的批量后，轉(zhuǎn)生產(chǎn)另一種產(chǎn)品。另一種是混合流水線，其特點(diǎn)是：在同一時(shí)間內(nèi)，流水線上混合生產(chǎn)多種產(chǎn)品。按照固定的混合產(chǎn)品組組織生產(chǎn)，即將不同的產(chǎn)品按固定的比例和生產(chǎn)順序編成產(chǎn)品組，一個(gè)組一個(gè)組地在流水線上進(jìn)行生產(chǎn)[2]。

1 基于Witness的混合流水線模型構(gòu)建

Witness是英國(guó)Lanner公司推出的一款功能強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真軟件，可用于離散事件系統(tǒng)的仿真，同時(shí)也可用于連續(xù)流體系統(tǒng)的仿真，目前已被國(guó)際上上千家公司成功運(yùn)用于企業(yè)的解決方案項(xiàng)目中。Witness軟件使用模型中的元素模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中相同的事物，通過一定時(shí)間的仿真運(yùn)行研究系統(tǒng)中存在的問題，并尋找相應(yīng)的解決方案，即系統(tǒng)分析優(yōu)化。

凸輪軸分為進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)，它的裝配也分為兩條線，每條線的裝配分為去毛刺、信號(hào)盤壓裝、壓銷壓堵和激光標(biāo)記4道工序，4道工序分別對(duì)應(yīng)OP10、OP20、OP30和OP40 4臺(tái)設(shè)備。該企業(yè)主要產(chǎn)品有4種：A、B、C和D；每種產(chǎn)品都要經(jīng)過4道工序，且順序不得調(diào)整。產(chǎn)品的工藝路線及各工序加工時(shí)間見表1。該訂單的產(chǎn)品數(shù)量為200件A、500件B、800件C、1000件D。

表1 產(chǎn)品工藝路線及各工序加工時(shí)間 s

1.1 元素定義

表2 實(shí)體元素定義

利用Witness軟件建立的多品種混合流水線仿真系統(tǒng)，由產(chǎn)品(Part)、設(shè)備組(Machine)、設(shè)備組對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)(Buffer)和統(tǒng)計(jì)各個(gè)設(shè)備最大在制品的變量(Variable)等元

素組成。此系統(tǒng)的元素定義如表2所示。

1.2 元素可視化的設(shè)置

各個(gè)實(shí)體元素的顯示特征定義設(shè)置如圖1所示。

圖1 各個(gè)實(shí)體元素的顯示特征

1.3 各個(gè)元素細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)

表3 Buffer的General頁(yè)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

1.4 模型運(yùn)行與數(shù)據(jù)分析

4種產(chǎn)品的投產(chǎn)順序總共有24種，通過改變投產(chǎn)順序，運(yùn)用Witness仿真得出生產(chǎn)這批訂單需要的時(shí)間最長(zhǎng)為tmax=9 872 min，最短為tmin=9 074 min。仿真結(jié)果說(shuō)明改變產(chǎn)品的投產(chǎn)順序在一定程度上能夠縮短總加工時(shí)間。

2 生產(chǎn)線優(yōu)化的改進(jìn)建議

通過觀察該企業(yè)的各工序時(shí)間(表4)可知，加工工藝的瓶頸出現(xiàn)在OP10工位上面，雖然可以通過改變產(chǎn)品的投產(chǎn)順序來(lái)縮短總加工時(shí)間，但是不能改變?cè)摴ば驗(yàn)槠款i工序的事實(shí)，并且其他工序的負(fù)荷也存在很大的不平衡。

表4 機(jī)床Statistics統(tǒng)計(jì)報(bào)表

OP10工位為去毛刺設(shè)備，設(shè)備的工序復(fù)雜，由表4可知設(shè)備的利用率為99.87%；而OP40工位為激光標(biāo)記工位，由表4可知設(shè)備利用率僅為13.17%，設(shè)備利用率相差很多。設(shè)備利用率的極為不平衡將導(dǎo)致工人閑忙不均，增加管理難度，浪費(fèi)資源。

鑒于以上分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際中多品種流水線的特點(diǎn)，提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)建議：

(1)在保持現(xiàn)有設(shè)備的前提下，培訓(xùn)多能工。在設(shè)備空閑時(shí)，協(xié)助繁忙工位，減小流水線上工人的勞動(dòng)不平衡感。培訓(xùn)多能工的過程，既調(diào)動(dòng)了工人學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，又可以增加工人的熟練程度。同時(shí)公司對(duì)工作人員的選擇也要慎重，要挑選那些操作熟練、效率高、水準(zhǔn)高的工人負(fù)責(zé)關(guān)鍵工位和復(fù)雜工位。公司還要盡量熟悉工人的具體情況，保證工人的工作既不太重也不太輕。

(2)作業(yè)共享。將相鄰的工位多少進(jìn)行一些共享，這樣，緊鄰的工位就能分擔(dān)該工位的部分作業(yè)，同時(shí)還能增加工人的協(xié)作性[3]。

(3)可以考慮將兩個(gè)工作量不是很重的工序合并，可以安排一個(gè)工人在其工位內(nèi)負(fù)責(zé)兩個(gè)不同的工序，當(dāng)然也可以安排工人在兩個(gè)不同的工位負(fù)責(zé)兩種工作。

(4)增加瓶頸工位的設(shè)備數(shù)量。從根本上來(lái)說(shuō)，凸輪軸生產(chǎn)線不平衡的現(xiàn)象是由于各個(gè)工序之間的復(fù)雜程度造成的，像去毛刺工位，本身工序就比其他工位復(fù)雜得多，而且對(duì)設(shè)備的要求也比較高，而激光標(biāo)記工位，工序簡(jiǎn)單，并且激光標(biāo)記速度快，所以在場(chǎng)地及資金合理的范圍內(nèi)增加瓶頸工位設(shè)備數(shù)量是解決流水線平衡的重要手段。

3 結(jié)論

運(yùn)用Witness仿真軟件，結(jié)合某企業(yè)凸輪軸生產(chǎn)線的生產(chǎn)實(shí)際，針對(duì)多品種混合生產(chǎn)模式進(jìn)行了仿真研究，通過觀察仿真系統(tǒng)的運(yùn)行過程和仿真結(jié)果，分析了系統(tǒng)存在的問題，并提出了改進(jìn)建議，希望可以為采用類似生產(chǎn)模式的企業(yè)提供相應(yīng)的參考。

【1】李培根.制造系統(tǒng)性能分析建?！碚撆c方案[M]．武漢：華中理工大學(xué)出版社，1998．

【2】王亞超，馬漢武．生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真——Witness系統(tǒng)及應(yīng)用[M]．北京：科學(xué)出版社，2006．

【3】孫亞斌．精益生產(chǎn)實(shí)戰(zhàn)手冊(cè)[M]．深圳：海天出版社，2006．

Simulation Research of Mixed Production Line System Based on Witness

WU Long, WANG Fenggang

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou Henan 450007,China)

Combining a company’s camshaft assembly line production practice, the Witness software was used to do the system simulation of multi-species mixed production line. By observing the running process of the simulation system and analyzing the output results, the problems of the existing production system were found, and the corresponding improvement suggestions were put forward.

Multi-species; Mixed production line; Witness simulation

2015-10-29

吳隆(1962—)，男，教授，研究方向?yàn)楦咚偾懈罴庸ぜ夹g(shù)、生產(chǎn)過程模擬與仿真。E-mail:weiyan198812@126.com。

U461.91

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1674-1986(2016)02-052-02