裴雨霞， 馬 濤， 喬道云， 趙 富， 張 磊， 郝慧慧

（內蒙古第一機械集團股份有限公司 特種車輛及其傳動系統(tǒng)國家重點實驗室， 內蒙古 包頭 014030）

0 引言

傳動系統(tǒng)作為履帶車輛行業(yè)的基礎， 是支撐軍隊裝備現(xiàn)代化建設的必要因素。 但對于制造行業(yè)中的仿真研究問題，我國開展的工作并不深入，特別是對于傳動系統(tǒng)整個裝配過程研究甚少，現(xiàn)有的多是從轉向特性、液壓系統(tǒng)、 變速機構等方向出發(fā)進行探討。 所以本文通過AutoMod 仿真平臺對履帶車輛傳動系統(tǒng)裝配生產線進行仿真分析，從而建立一種可視化的動態(tài)顯示界面。

傳統(tǒng)的生產線設計方法只有在項目實施以后才能做出評價，然后再改造完善，往往造成較高的建設成本和較長的設計周期。 采用計算機仿真技術對傳動系統(tǒng)裝配線進行建立、驗證、運行、分析仿真模型，既可以避免資金、人力和時間的浪費，也可以分析其不同頻次、不同數(shù)量所提供的零件對裝配線產生的影響， 找出裝配線潛在的作業(yè)瓶頸，為生產實際提供決策依據(jù)[1]。

1 傳動系統(tǒng)裝配生產線仿真方案

1.1 仿真流程

傳動系統(tǒng)裝配生產線系統(tǒng)仿真策略見圖1。

圖1 生產線系統(tǒng)仿真策略

（1）描述問題，確定仿真目標。 根據(jù)傳動系統(tǒng)裝配生產線的基本資料對問題進行描述， 提出生產線建模中不可確定的問題，明確仿真的目標。

（2）采集生產線所需的規(guī)格參數(shù)。 構建裝配生產線的實體模型，采集生產結構及系統(tǒng)運行信息，確定系統(tǒng)的布局，描述對系統(tǒng)仿真目的有用的實體及相互關系等信息。

（3）模型確認。 根據(jù)收集到的生產資料，確定系統(tǒng)物理模型中各實體參數(shù)及相互關系， 并在模型中輸入相關參數(shù)，將概念模型轉化為計算機模型。

（4）仿真模型運行。 分析仿真輸出結果，由于仿真過程隨機性較強，需進行多次仿真運行，找出生產線中瓶頸問題，并對生產線的平衡狀況進行分析。

（5）模型優(yōu)化處理。根據(jù)實驗需求和仿真目的對生產線提出優(yōu)化策略，運行優(yōu)化模型，分析結果。 再對整條生產線進行整體優(yōu)化，最終得出最有效的優(yōu)化方案。

（6）總結仿真結果。 對模型仿真過程進行總結闡述。

1.2 傳動系統(tǒng)裝配生產線工藝流程

本文所研究的傳動系統(tǒng)裝配生產線工藝流程圖見圖2。傳動系統(tǒng)裝配系統(tǒng)共組裝18 個組件，分布在四個工位完成，內部物流系統(tǒng)由AGV 完成。 其中，工位一、工位三、工位四采用工作臺旋轉方式進行裝配， 工位二采用箱體旋轉方式進行裝配，并配置兩個分裝工位。

圖2 生產線工藝流程圖

2 基于AutoMod 的傳動系統(tǒng)裝配生產線仿真建模

2.1 AutoMod 軟件介紹

AutoMod 是美國Brooks Automation，Inc. 開發(fā)的離散事件系統(tǒng)仿真軟件，是成熟的離散事件系統(tǒng)仿真軟件，已在國外一些大型物流企業(yè)得到成功應用。 應用該仿真軟件可完成對制造系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)、物料處理、企業(yè)內部物流、港口、車站、空港、配送中心以及控制系統(tǒng)等的仿真分析、評價和優(yōu)化設計等[2]。

2.2 模型布局

傳動系統(tǒng)裝配生產線主要由旋轉工作臺、天車與AGV 組成， 而在AutoMod 軟件里有所需要的各種運動模塊， 直接編輯各模塊即可。生產線系統(tǒng)模型搭建具體步驟如下：

（1）建立子系統(tǒng)模型。 根據(jù)傳動系統(tǒng)裝配生產線布局數(shù)據(jù)在AutoMod 中建立Path Mover系統(tǒng)，根據(jù)工位設備組成建立Kinimatics 系統(tǒng)，根據(jù)天車系統(tǒng)建立Bridge Crana 系統(tǒng)。

（2）定義各單元及其屬性。 定義系統(tǒng)中的load、queue、resourse、process、實體單元和邏輯單元及其屬性， 并把所要用到的三維模塊導入AutoMod 中。

（3）編制三維場景驅動程序。 根據(jù)傳動系統(tǒng)裝配生產線工藝流程與AutoMod 語法要求在Source File 中編制相應的驅動程序。

（4）搭建仿真測試平臺。假定傳動系統(tǒng)裝配生產線工作時間為每年250d，每天8h，仿真所需時間是2000h。

2.3 建立仿真模型

仿真的目的是對仿真結果進行分析， 所以要有針對性地建立與生產過程相關的模型， 而對于與生產過程無關或對生產過程影響不大的設備、過程等應進行簡化，使得仿真模型確切地反映實際情況[3]。由于傳動系統(tǒng)裝配生產線工序比較多，其中每個工位相似的裝配工序較多，所以在不影響仿真結果的前提下，可折算成加工時間，忽略部分裝配工序，簡化仿真流程[4]。在生產線初始階段，為了節(jié)省仿真時間，假設原料充足，假設待裝配零件充足，完成四個工位的裝配工序后，將成品入庫。

根據(jù)各個裝配單元之間的關聯(lián)性建立仿真模型，并確定各個模塊的參數(shù)，編寫模型程序的邏輯代碼，建立系統(tǒng)的各三維模型并導入，以增加視覺效果。傳動系統(tǒng)裝配生產線系統(tǒng)仿真運行模型見圖3。

圖3 仿真模型

3 仿真結果分析

重置模型、編譯模型并運行仿真模型，主要對設備和操作員的空閑時間、工作時間、產品在設備等待運輸時間等百分比進行輸出，輸出仿真結果見表1。

表1 仿真結果

在仿真運行中，可以實時觀察模型運行情況。仿真時間為250d，8h 工作制，基本滿足年產量需求。 分析輸出仿真結果表格，工位一的利用率偏低，原因是旋轉工作臺裝配方式不同，導致裝配工序分配不均造成的；分裝工位的利用率也不高，原因主要是裝配工序少、時間短；四個操作員相比，操作員3最忙，原因是工位三的裝配工序最多、時間最長。另外，從三維可視化圖中可以清晰地看出， 除工位二的半成品緩沖區(qū)被利用，其余工位的緩沖區(qū)基本處于空閑狀態(tài)，建議減少緩沖工位。

4 結束語

本文研究表明，通過仿真分析，可以及時發(fā)現(xiàn)工藝規(guī)劃方案中不合理的部分及各工位工序作業(yè)的均衡協(xié)調。另外， 建模仿真分析能夠為傳動系統(tǒng)裝配能力建設規(guī)劃提供理論依據(jù)和決策參考， 為工業(yè)生產的效益提高有著極其重要的作用，實現(xiàn)裝配能力建設規(guī)劃的科學性、合理性和經濟性。