打包车间工艺方案仿真

陈川，杨剑波，李恒，张双庆

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000）

打包车间工艺方案仿真

陈川，杨剑波，李恒，张双庆

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000）

在工厂规划设计阶段，通过DELMIA／Quest平台，对车间的工艺方案、生产策略、排班的合理性进行验证，对设备的利用率进行统计分析，充分暴露出问题点，并分析造成这一问题点的原因。并在一定的优化目标下对策略或生产线进行优化，达到设定的产能。

打包车间；仿真优化；工艺方案

0 引言

在新的生产线建设中，工艺方案的合理性、设备利用率是否达到了最大化、产能是否达到了设计要求，往往是规划人员和管理人员最关心的事情。在传统的规划中，往往是需要规划人员通过经验来进行预测。而靠经验进行预测，就往往存在很大的缺陷，这就造成了很多的线体在建成后设备利用率低、产能不足，需要对生产线进行改造，造成了资源的浪费。姚海风等［1］通过仿真手段实现了设备和人员的稳定运转，验证了工艺方案的合理性，提升了设备利用率。文中以车间线体作为研究对象，利用Quest仿真软件对工艺方案进行分析、模拟、验证，发现工艺方案的瓶颈，统计设备的利用率，为车间工艺方案优化提供依据。

1 项目系统规划描述

以某汽车公司废料打包车间为实例来进行说明。该车间主要是接收一期和二期的车间废料 （包括镀锌板、铝板、普板），并进行存储。存储的废料经过分拣线人工分拣，通过起重机将分拣后的废料吊到打包机将废料打包成包块，存储到相应的存储区。当存储区达到一定容量后将包块运送到钢厂。

1.1 线体工艺流程

该车间的生产工艺流程如图1所示。

1.2 生产线体设施布局

该车间共有线体一条，线体布局如图2所示。

2 软件选择

在面向制造的仿真软件中，Quest和UGS公司的Em-Plant都能较好地用于制造系统仿真建模和物流仿真。Quest具有出类拔萃的操作简便性和功能，后处理功能强大；丰富且强大的演示功能，具有真实感；能够帮助规划人员直观地对物流线路进行分析，分析物流的瓶颈点；软件自带的柱状图和饼状图等分析、统计工具［2］，可以直观和方便地显示出各个物流节点的工作负荷，帮助规划人员对物流线路和物流负荷进行调整。

Quest是数字化工厂及离散事件仿真软件，是工厂生产系统集成、工艺流程设计和可视化解决方案，是用于对生产工艺流程的准确性与生产效率进行仿真与分析的全三维数字工厂环境［3－5］。Quest提供了一个规划人员、制造工程师、管理人员协同的平台，确保在整个产品设计开发过程中有最好的生产工艺流程，在实际设施投资之前，优化工艺方案，优化设计，减少成本投入。

3 仿真模型建立

（1）仿真目标的提出

主要是通过对新规划的车间的工艺方案的合理性以及车间的产能进行验证，发现瓶颈点，对设备利用率进行统计，针对工艺方案提出改进方案。

（2）工艺数据的定义

对产品信息、设备信息、工位工艺信息进行定义。将信息进行整理形成参数文档，在参数文档中需要对逻辑进行重点详细的描述。参数文档作为项目的一项重要依据。

（3）创建仿真模型

通过创建生产元、PNF轨道、Kin等元素进行模型的创建。仿真模型见图3。

（4）逻辑关系

零件只能在定义好逻辑关系的线体上进行流动、加工。需要将线体上的设备连接起来，连接好的设备关系就定义了零件的加工流程。

产品逻辑设置。SCL是Quest仿真软件自身使用的语言，Quest模型中的各个逻辑实体的属性都是由SCL程序构成的，通过SCL语言编辑逻辑（Logic），可以在Quest仿真系统中控制独立模型实体行为和动作。例如通过对打包机设置两个process，process1内容包含普通板料通过打包机生产普通包块；process2内容包含镀锌板通过打包机生产镀锌包块。

（5）工艺设置

在仿真交互界面中设置各个工艺的参数，包括废料产出的时间和数量、输送线的线体速度和工作时间、打包机的工作时间等。

4 仿真、分析、优化

由布局图可知其包括：一二期生产线、散料存储区、分拣线、起重机、打包机、板料存储区和包块存储区。

4.1 仿真

对模型运行的时间进行设置，一般运行时间为一周。

通过设定表格，对设备的使用情况进行统计，输出设备的利用率、存储区的实时容量等信息。

4.2 仿真结果及分析

仿真运行结束后，对仿真结果进行统计和分析。

（1）整个存储区的容量，镀锌板和普板的存储量在不断地增大，废料堵塞严重，是瓶颈工位，需要对瓶颈工位进行优化，提升生产节拍。

（2）设备的利用率

如图5所示：整个系统的设备利用率起重机的利用率比较低，不足40%，其中43.9%是由于打包机工作造成的起重机工作的空闲，需要对打包机进行优化，降低加工时间，提升设备的利用率。

通过以上的分析可以看出，该生产线存在以下问题：平均加工节拍慢；起重机的利用率低；打包机平均加工时间长；废料的存储量大，造成了存储区的容量增大。

4.3 系统优化

设定优化的目标：（1）优化生产能力，通过对系统进行适当优化提升产能；（2）提升设备的整体利用率；（3）减少废料的存储量。遵循生产能力＞设备利用率＞库存的原则对系统进行优化。系统的优化将从以下3个方面进行。

由平面图可知，造成废料堵塞的原因是起重机和打包机的工作时间长。通过适当降低打包机的加工时间，提升了起重机的工作速度，整个系统的生产能力得到了提升。

对设备的利用率进行统计 （图6），发现设备的利用率整体得到了提升，达到了优化的目标，废料存储区的容量有一定的下降。

5 结束语

通过建立的仿真模型进行虚拟的仿真运行，在运行过程中发现瓶颈点，对设备的利用率和存储区的容量进行统计，发现瓶颈工位，并对数据进行分析，提出优化方案，进行优化前后仿真数据的对比，验证方案的可行性。通过在虚拟化的环境中进行模拟仿真，避免了规划的工艺方案在设计完成后存在的产能不足、设备利用率低的问题。

【1】姚海风，冯勋省，郭丁俊.基于eM-plant的汽车零部件生产线平衡技术的仿真研究［J］.企业物流，2010（12）：1－5.

【2】Tahar R B M，Adham A A J.Design and Analysis of Automobiles Manufacturing System Based on Simulation Model［J］.Modern Appliad Science，2010，4（7）：130－134.

【3】齐继阳，竺长安.基于DELMIA＿QUEST制造系统仿真模型的研究［J］.机械设计与制造，2010（4）：1－3.

【4】马健萍，周新建.基于Melmia／Quest的数字化装配线体仿真［J］.华东交通大学学报，2006，23（2）：125－128.

【5】张晓光，林财兴，赵翠莲.基于Quest的生产线物流系统仿真［J］.上海大学学报2012，18（5）：500－505.

Process Simulation for Packing Workshop

CHEN Chuan，YANG Jianbo，LIHeng，ZHANG Shuangqing
（Hebei Province Motor Engineering Technical Graduate Center，GreatWall Motor Company Limited Technical Center，Baoding Hebei071000，China）

In the factory planning and design stage，through the DELMIA／Quest platform，the rationalities of process plan and scheduling strategy were verified.Statistical analysis of the equipment utilization was done，so the problem was fully exposed.The reasons causing the problem were analyzed.Then，under certain objective，strategy or production line was optimized，and the capacity was achieved.

Packing workshop；Simulation and optimization；Process plan

2014－02－22

陈川（1986—），男，学士，助理工程师，主要从事冲压工艺方面工作。E-mail：chenchuan432＠126.com。