朱明 ，林天強 ，楊飛周 ，王哲

（1.中機第一設(shè)計研究院有限公司，合肥 230601；2.中鐵四局管理研究院，合肥 233022）

1 引言

涂裝生產(chǎn)線大都是非標(biāo)設(shè)備，生產(chǎn)線一旦建成就很難再改變。所以，前期設(shè)計階段的工藝布局，物流系統(tǒng)設(shè)計就顯得尤為重要，決定了涂裝生產(chǎn)線的成功與否。最初，不管是設(shè)計單位還是工廠的工藝人員都是靠人力計算、反復(fù)推敲來確定產(chǎn)線的工藝布局和物流走向，遇到復(fù)雜的生產(chǎn)線將十分耗時耗力，還特別容易出錯。

近年來，隨著科技的進步，設(shè)計手段和工具層出不窮，F(xiàn)lexsim 就是一款經(jīng)典的系統(tǒng)仿真軟件，建?？旖荨⒑唵吻曳抡娣治瞿芰姶?。Flexsim 可以幫助工程師和規(guī)劃人員在系統(tǒng)的涉及和操作過程中做出明智的決策。使用Flexsim 可以創(chuàng)建真實系統(tǒng)的3D 計算機模型，然后使用比現(xiàn)實系統(tǒng)更短的時間和更少的成本進行研究。使用Flexsim 模擬（在現(xiàn)實中實施之前）的系統(tǒng)，或者在現(xiàn)實中執(zhí)行操作政策之前對它們進行測試，將避免新系統(tǒng)實施初期可能發(fā)生的很多風(fēng)險。之前通過幾個月甚至幾年才能摸索出來的經(jīng)驗和優(yōu)化方式，現(xiàn)在使用Flexsim 幾天和幾個小時就能獲得。

本文中針對筆者單位承擔(dān)設(shè)計的某塔機結(jié)構(gòu)件涂裝生產(chǎn)線，通過使用Flexsim 對設(shè)計方案進行建模和分析，發(fā)現(xiàn)工藝流程中的瓶頸環(huán)節(jié)，驗證和優(yōu)化了設(shè)計的正確性。

2 Flexsim 仿真流程

Flexsim 仿真的基本流程有以下幾步【1】：

1）仿真模型規(guī)劃：對生產(chǎn)線實際調(diào)研，完成相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，然后建立生產(chǎn)線物流模型，確定生產(chǎn)線布局，構(gòu)建模型布局。

2）仿真模型設(shè)計：根據(jù)生產(chǎn)線各工序特點，選擇所需要的實體對象，從對象庫中拖到建模視圖中的適當(dāng)位置。

3）編輯對象參數(shù)：定義產(chǎn)品的流出、設(shè)置緩存區(qū)參數(shù)、設(shè)置檢測設(shè)備參數(shù)等。

4）仿真模型運行：重置模型、控制速度、運行仿真。

5）仿真模型優(yōu)化：根據(jù)輸出的仿真結(jié)果，對系統(tǒng)方案進行優(yōu)化。

6）仿真結(jié)果分析：分析仿真結(jié)果，根據(jù)需要對模型進行修改直至滿足工藝要求的生產(chǎn)線。

3 塔機結(jié)構(gòu)件涂裝生產(chǎn)線的構(gòu)成

3.1 塔機結(jié)構(gòu)件涂裝線簡介

本生產(chǎn)線工序多、工藝復(fù)雜，包括拋丸、前處理、電泳、電泳固化、強冷、噴粉、粉末固化、強冷等環(huán)節(jié)；本生產(chǎn)線采用懸掛積放輸送方式，工件的停止、放行通過停止器控制，系統(tǒng)各設(shè)備管理要求為可編程自動控制；工件的上掛和下件、拋丸后清理、噴粉、烘干是在工件停止?fàn)顟B(tài)下完成的；工件拋丸是在工件連續(xù)運行通過拋丸室時進行并完成的；工件前處理噴淋在工件連續(xù)運行通過相應(yīng)室體時進行并完成。在拋丸段前后，設(shè)置有積放鏈平移機構(gòu)，在處理硅烷前后，設(shè)有積放鏈升降機，依次完成硅烷后的純水洗、電泳、UF1、UF2，以及部分轉(zhuǎn)接工位。其工藝流程見表1。

表1 塔機涂裝工藝流程表

根據(jù)工藝時間要求，從脫脂工藝到吹水，時間最長的是電泳，故本案例只取電泳來分析，其余各工位時間很短，均視為緩存，簡化后各工序及其加工時間見表2。

表2 各工序加工時間

3.2 仿真模型建立

根據(jù)各工位實際情況，從Flexsim 實體庫中選擇發(fā)生器模擬上件、處理器模擬各工位操作、傳送帶模擬緩存區(qū)、起重機模擬平移換軌機構(gòu)、吸收器模擬下件。塔機涂裝線建模實體圖如圖1 所示。

圖1 塔機涂裝線建模實體圖

建模完成后，依據(jù)工藝要求，模型參數(shù)設(shè)置見表3。

表3 模型實體設(shè)計表

4 仿真與優(yōu)化

4.1 仿真分析

建模完成后，將系統(tǒng)連續(xù)運行時間設(shè)置為6×24h，模擬該生產(chǎn)線周一～周六連續(xù)運轉(zhuǎn)，周日停線檢修的狀態(tài)。運行Flexsim 建立的涂裝生產(chǎn)線模型，運行結(jié)束后可得到該模型的運行狀態(tài)見表4。

表4 模型運行狀態(tài)

從表4 可以得出以下結(jié)論：

1）從現(xiàn)有工件數(shù)可以看出，所有的緩存區(qū)幾乎都被占滿，說明系統(tǒng)中存在瓶頸；

2）從平均處理時間可以看出，幾乎所有的工序時間都超過了設(shè)定時間，也說明系統(tǒng)中存在瓶頸；

3）從設(shè)備空閑率可以看出，電泳的空閑率最大，說明沒有滿負荷運轉(zhuǎn)，有能力富余；

4）從設(shè)備處理效率可以看出，粉末固化的處理效率最高，幾乎滿負荷運轉(zhuǎn)，而其他的設(shè)備處理效率不平均，說明粉末固化有可能就是系統(tǒng)的瓶頸。

4.2 流程優(yōu)化

針對之前的仿真結(jié)果，提出了針對該系統(tǒng)問題的解決方案，即將系統(tǒng)瓶頸電泳焙干增加1～7 個工位，重新設(shè)置模型參數(shù)并運行后，得到優(yōu)化后的運行狀態(tài)表（見表5）。

從表5 中可以看出：

1）每個緩存區(qū)在仿真時間結(jié)束后仍然沒有裝滿，顯示該系統(tǒng)不存在瓶頸；

表5 優(yōu)化后的運行狀態(tài)

2）每個工序的平均處理時間比優(yōu)化之前均有提升，說明系統(tǒng)在優(yōu)化后得到了整體改善；

3）電泳的設(shè)備空閑率仍然最高，說明該工序的能力富余比較大；

4）有一半以上的設(shè)備處理效率達到了95%以上，說明系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率很高。

5 結(jié)語

本文以某塔機涂裝生產(chǎn)線為例，運用Flexsim 仿真軟件進行建模對其工藝設(shè)計進行驗證，并成功找出系統(tǒng)的瓶頸，且提出了有效的改善方案，改善后系統(tǒng)運行效率大大提高。Flexsim仿真軟件對以人工計算為主要設(shè)計方法的工藝設(shè)計是一個很好的補充，其仿真結(jié)果可以幫助設(shè)計人員更好地規(guī)劃和設(shè)計涂裝生產(chǎn)線。