文/包偉華 王蕾娜

總裝，作為汽車生產(chǎn)的四大工藝（沖壓、焊接、涂裝、總裝）之一，也是汽車由零配件到整車的最后環(huán)節(jié)?？傃b生產(chǎn)線能否正常運(yùn)行，關(guān)系到整車能否按節(jié)拍下線。

汽車總裝線主要由輸送系統(tǒng)和眾多相應(yīng)的工序站點(diǎn)組成，其中輸送系統(tǒng)承擔(dān)著各個(gè)工序站點(diǎn)之間的輸送任務(wù)?？傃b線輸送系統(tǒng)，包括PBS（Painted Body Store）車身存儲(chǔ)線、內(nèi)飾輸送線、底盤輸送線、車門輸送線、輪胎輸送線、最終裝配線等。輸送線上的載具作為車身或者車門等被輸送零部件的載體，其數(shù)量直接關(guān)系到整條輸送線能否滿足設(shè)計(jì)節(jié)拍。載具數(shù)量過(guò)少，會(huì)拉低節(jié)拍；載具數(shù)量過(guò)多，會(huì)造成線體堵塞，也會(huì)影響節(jié)拍，而且會(huì)提高投資，造成資金浪費(fèi)。合理的規(guī)劃輸送線各段載具的數(shù)量，不僅可以在滿足節(jié)拍要求的前提下使設(shè)備投資最小化，而且可以通過(guò)在非工藝段適當(dāng)布置緩存載具，增加總裝線體的抗局部故障能力。

用Flexsim仿真求解汽車總裝線上載具數(shù)量方法，更加嚴(yán)謹(jǐn)直觀

一、問題描述

在仿真軟件出現(xiàn)之前，線體上載具的數(shù)量主要通過(guò)公式計(jì)算得到，如學(xué)者胡利杰等在其文獻(xiàn)中對(duì)總裝輸送系統(tǒng)底盤吊具數(shù)量進(jìn)行了核算分析，給出了底盤吊具的計(jì)算公式；李五興等對(duì)滑板數(shù)量引起的總裝車間輸送線車滿車欠問題進(jìn)行了具體分析，最后給出了解決辦法。公式計(jì)算雖然能較快計(jì)算出輸送線上載體的數(shù)量，但是只能應(yīng)用于簡(jiǎn)單線體上載體數(shù)量的計(jì)算，比較適合用于規(guī)劃階段的估算。如果線體之間有轉(zhuǎn)接，或者像學(xué)者戈北京在其文獻(xiàn)中提到的間歇式輸送設(shè)備、交叉工位等，通過(guò)公式計(jì)算載體數(shù)量的方法將變得十分復(fù)雜。仿真軟件的出現(xiàn)，解決了復(fù)雜輸送系統(tǒng)線上載具數(shù)量計(jì)算的難題。

Flexsim是美國(guó)Flexsim公司開發(fā)的一款具有3D可視化的離散型仿真軟件，下面將用Flexsim軟件對(duì)總裝輸送線進(jìn)行建模，并通過(guò)仿真耒計(jì)算線上載體的數(shù)量。

二、案例介紹

以某汽車總裝車間的內(nèi)飾線和底盤線為例，內(nèi)飾線和底盤線之間有轉(zhuǎn)接，內(nèi)飾線采用滾床加滑板的輸送方式，底盤線采用EMS吊具的輸送方式，線體布局如圖1，整體節(jié)拍84s，工藝參數(shù)及工序時(shí)間見表1和表2。

表1 線體工藝參數(shù)

表2 設(shè)備工藝參數(shù)及工序時(shí)間

表3 部分建模過(guò)程中用到的模塊

圖1 總裝內(nèi)飾線和底盤線工藝布局

三、系統(tǒng)模型的建立

根據(jù)內(nèi)飾線盒底盤線輸送的特點(diǎn)，主要利用Flexsim中的Conveyor進(jìn)行建模，同時(shí)用到了仿真軟件中的Kinematic（運(yùn)動(dòng)學(xué)）、TaskExecuter（任務(wù)執(zhí)行器）、Motor、Network、Process Flow等內(nèi)容，主要設(shè)備及其用到的模塊見表3，部分Process Flow編程見圖2。按圖1工藝布局建模，并按表1和表2中的參數(shù)設(shè)置模型，另外在各上下線的位置以及工藝段的前后設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，便于后續(xù)仿真過(guò)程中，對(duì)模型的的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，建成后的仿真模型見圖3。

仿真模型建立過(guò)程中主要有以下幾個(gè)難點(diǎn)和需要注意的地方：

1.升降機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)的銜接。

Flexsim本身的Elevator模塊不能滿足要求，需要用Process Flow編程，如圖3，編程的過(guò)程中注意Process Flow中token的流轉(zhuǎn)跟3D Model中i t e m 的流轉(zhuǎn)之間的先后問題，雖然Process Flow中代碼的執(zhí)行理論上是不需要消耗時(shí)間的，但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，token和item的流轉(zhuǎn)是有先后之分的，如果順序不對(duì)，模型運(yùn)行會(huì)出錯(cuò)，這點(diǎn)需要注意。

2.填線問題

在仿真各緩存段最大數(shù)量的時(shí)候，需要對(duì)緩存段填充一定數(shù)量的空載具或者滿載載具，填線的方法有兩種：一種是線性填線，即從一個(gè)地方開始，讓載具在線體上按實(shí)際流程正常流轉(zhuǎn)，對(duì)每一段通過(guò)的空載具或者滿載載具計(jì)數(shù)，達(dá)到填線所需的該段允許通過(guò)的累積數(shù)量以后，禁止后續(xù)載具通過(guò)，所有緩存段和工藝段達(dá)到要求的數(shù)量以后，再同時(shí)放行，整線運(yùn)行；另外一種分段填線，就是對(duì)應(yīng)每段緩存或者工藝段分別用生成器生成相應(yīng)數(shù)量的空載具或者滿載載具，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體情況使用，這里不再贅述。

3.極限仿真問題

因?yàn)楸敬畏抡娴氖歉鞫巫畲?、最小?shù)量的極限問題，對(duì)模型邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性要求很高，建模的時(shí)候，一定要全面考慮到線體實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可能存在的各種問題，比如擁堵、載具跟不上等各種問題，并用設(shè)置或者代碼保證模型在極限情況下的動(dòng)作跟實(shí)際運(yùn)行動(dòng)作一致。

圖2 Process Flow

圖3 總裝內(nèi)飾線底盤線仿真模型

四、運(yùn)行模型及結(jié)果分析

運(yùn)行模型以前，為了排除來(lái)料對(duì)輸送線節(jié)拍的影響，將車身上線節(jié)拍、內(nèi)飾線滑板上線節(jié)拍和底盤線吊具上線節(jié)拍均設(shè)置成84s，然后按以下步驟運(yùn)行模型并對(duì)結(jié)果分析。

1.線上最小載具的數(shù)量

（1）將底盤線吊具發(fā)生器的生成數(shù)量設(shè)置成30個(gè)，保證底盤線有充足的吊具，不會(huì)影響內(nèi)飾線的正常運(yùn)行，此處底盤線設(shè)置的吊具數(shù)量的原則是只要保證內(nèi)飾線上的車身能及時(shí)轉(zhuǎn)接即可。

（2）運(yùn)行模型，內(nèi)飾線上滑板形成完整回路時(shí)，滑板生成器生成的數(shù)量即為內(nèi)飾線上滑板的最小數(shù)量，此時(shí)內(nèi)飾線上滑板數(shù)量為100個(gè)。

（3）減小內(nèi)飾線滑板生成器生成數(shù)量，對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

圖4中的a和b分別是內(nèi)飾線滑板數(shù)量99和100時(shí)線上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相鄰兩個(gè)滑板通過(guò)的時(shí)間間隔，從圖4可以看出，內(nèi)飾線上滑板數(shù)量99時(shí)，曲線出現(xiàn)周期性波動(dòng)，而滑板數(shù)量為100時(shí)，曲線穩(wěn)定在84s。圖4 b中，在模型運(yùn)行到8000s～10000s之間的時(shí)候，工藝4段和工藝1段之間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)相鄰兩個(gè)滑板的時(shí)間間隔有一次小于84s，這是最后一個(gè)上線的滑板和第一個(gè)上線的滑板之間的時(shí)間間隔，小于84s是正?，F(xiàn)象，運(yùn)行完一個(gè)循環(huán)以后，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)處相鄰兩個(gè)滑板之間的時(shí)間間隔都會(huì)穩(wěn)定在84s。

從圖4的a和b兩張圖，可以看出內(nèi)飾線最小滑板數(shù)量為100個(gè)。

同樣的方法，運(yùn)行模型，可以得到底盤線上吊具的最小數(shù)量為28個(gè)。

當(dāng)載具數(shù)量最小的時(shí)候，運(yùn)行模型，可以觀察到內(nèi)飾線和底盤線各工藝和緩存段載具的最小數(shù)量。

圖4 不同滑板數(shù)量時(shí)，線上不同位置相鄰兩個(gè)滑板之間的時(shí)間間隔曲線

圖5 不同滑板數(shù)量時(shí)，線上不同位置相鄰兩個(gè)滑板之間的時(shí)間間隔曲線

2.線上最大載具的數(shù)量

（1）將內(nèi)飾線滑板生成器生成的數(shù)量設(shè)置的盡量大，在緊靠滑板上線處的上游設(shè)置決策點(diǎn)將運(yùn)行到此處的滑板阻擋下來(lái)，運(yùn)行模型可以得到線上可容納滑板的最大數(shù)量。

（2）從線上可容納滑板的最大數(shù)量開始，依次減小滑板的數(shù)量并運(yùn)行模型，直到節(jié)拍等于84s。

通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)，內(nèi)飾線上可容納的滑板的最大數(shù)量為131個(gè)，圖5的a和b分別是線上滑板數(shù)量126和125時(shí)，線上不同位置相鄰兩個(gè)滑板之間的時(shí)間間隔曲線。

從圖5可以看出，滑板數(shù)量等于126時(shí)，內(nèi)飾線上節(jié)拍大于84s；滑板數(shù)量等于125時(shí)，內(nèi)飾線節(jié)拍等于84s。所以滿足節(jié)拍的內(nèi)飾線上滑板的最大數(shù)量是125個(gè)。

同樣的方法，運(yùn)行仿真模型，得到底盤線上吊具的最大數(shù)量為50個(gè)。

內(nèi)飾線和底盤線線上各工藝段和緩存段載具的最大數(shù)量，可以在模型穩(wěn)定運(yùn)行以后觀察得到。

五、結(jié)語(yǔ)

本文用Flexsim建立了總裝內(nèi)飾線和底盤線的模型，并用仿真的方法仿真出線上載具的最小、最大數(shù)量，介紹了建模的過(guò)程和遇到的問題，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。用Flexsim仿真求解線上載具數(shù)量的方法，嚴(yán)謹(jǐn)直觀。公式計(jì)算的方法較快一些。這兩種求解線上載具數(shù)量的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，可以采用兩種方法相結(jié)合的方式，在規(guī)劃階段可通過(guò)公式計(jì)算快速求解線上載具的數(shù)量，在方案確定以后，可用仿真的方法對(duì)線上的載具數(shù)量進(jìn)行驗(yàn)證，這樣得到的結(jié)果，不僅有強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)佐證，而且有形象生動(dòng)的仿真動(dòng)畫。