基于Witness的混合流水线系统仿真研究

吴隆，王风岗

(中原工学院，河南郑州 450007)



基于Witness的混合流水线系统仿真研究

吴隆，王风岗

(中原工学院，河南郑州 450007)

结合某公司凸轮轴装配线的生产实际，利用Witness软件进行多品种混合流水线的系统仿真，通过观察仿真系统的运行过程，分析其输出结果，可发现现有生产系统的问题，并提出相应的改进建议。

多品种; 混合流水线;Witness仿真

0 引言

随着市场竞争的日益激烈以及用户对产品的多样化、个性化要求，基于订单的多品种、小品量混合生产模式已成为当今制造企业的主要生产模式。特别是以汽车及其零部件生产为主的企业，多采用混合生产线。这些企业生产的产品多是一个系列、多个类型，产品的生产作业方式以及工艺流程基本相同或相似[1]。

为便于分析，可将多品种混合生产模式简化为多品种流水线生产，它有两种基本形式：一种是可变产品流水线，其特点是在计划期内，按照一定的间隔期，成批轮番生产多种产品；在间隔期内，只生产一种产品；在完成规定的批量后，转生产另一种产品。另一种是混合流水线，其特点是：在同一时间内，流水线上混合生产多种产品。按照固定的混合产品组组织生产，即将不同的产品按固定的比例和生产顺序编成产品组，一个组一个组地在流水线上进行生产[2]。

1 基于Witness的混合流水线模型构建

Witness是英国Lanner公司推出的一款功能强大的系统仿真软件，可用于离散事件系统的仿真，同时也可用于连续流体系统的仿真，目前已被国际上上千家公司成功运用于企业的解决方案项目中。Witness软件使用模型中的元素模拟现实系统中相同的事物，通过一定时间的仿真运行研究系统中存在的问题，并寻找相应的解决方案，即系统分析优化。

凸轮轴分为进气侧和排气侧，它的装配也分为两条线，每条线的装配分为去毛刺、信号盘压装、压销压堵和激光标记4道工序，4道工序分别对应OP10、OP20、OP30和OP40 4台设备。该企业主要产品有4种：A、B、C和D；每种产品都要经过4道工序，且顺序不得调整。产品的工艺路线及各工序加工时间见表1。该订单的产品数量为200件A、500件B、800件C、1000件D。

表1 产品工艺路线及各工序加工时间 s

1.1 元素定义

表2 实体元素定义

利用Witness软件建立的多品种混合流水线仿真系统，由产品(Part)、设备组(Machine)、设备组对应的缓冲区(Buffer)和统计各个设备最大在制品的变量(Variable)等元

素组成。此系统的元素定义如表2所示。

1.2 元素可视化的设置

各个实体元素的显示特征定义设置如图1所示。

图1 各个实体元素的显示特征

1.3 各个元素细节的设计

表3 Buffer的General页细节设计

1.4 模型运行与数据分析

4种产品的投产顺序总共有24种，通过改变投产顺序，运用Witness仿真得出生产这批订单需要的时间最长为tmax=9 872 min，最短为tmin=9 074 min。仿真结果说明改变产品的投产顺序在一定程度上能够缩短总加工时间。

2 生产线优化的改进建议

通过观察该企业的各工序时间(表4)可知，加工工艺的瓶颈出现在OP10工位上面，虽然可以通过改变产品的投产顺序来缩短总加工时间，但是不能改变该工序为瓶颈工序的事实，并且其他工序的负荷也存在很大的不平衡。

表4 机床Statistics统计报表

OP10工位为去毛刺设备，设备的工序复杂，由表4可知设备的利用率为99.87%；而OP40工位为激光标记工位，由表4可知设备利用率仅为13.17%，设备利用率相差很多。设备利用率的极为不平衡将导致工人闲忙不均，增加管理难度，浪费资源。

鉴于以上分析，结合生产实际中多品种流水线的特点，提出以下几点改进建议：

(1)在保持现有设备的前提下，培训多能工。在设备空闲时，协助繁忙工位，减小流水线上工人的劳动不平衡感。培训多能工的过程，既调动了工人学习的积极性和主动性，又可以增加工人的熟练程度。同时公司对工作人员的选择也要慎重，要挑选那些操作熟练、效率高、水准高的工人负责关键工位和复杂工位。公司还要尽量熟悉工人的具体情况，保证工人的工作既不太重也不太轻。

(2)作业共享。将相邻的工位多少进行一些共享，这样，紧邻的工位就能分担该工位的部分作业，同时还能增加工人的协作性[3]。

(3)可以考虑将两个工作量不是很重的工序合并，可以安排一个工人在其工位内负责两个不同的工序，当然也可以安排工人在两个不同的工位负责两种工作。

(4)增加瓶颈工位的设备数量。从根本上来说，凸轮轴生产线不平衡的现象是由于各个工序之间的复杂程度造成的，像去毛刺工位，本身工序就比其他工位复杂得多，而且对设备的要求也比较高，而激光标记工位，工序简单，并且激光标记速度快，所以在场地及资金合理的范围内增加瓶颈工位设备数量是解决流水线平衡的重要手段。

3 结论

运用Witness仿真软件，结合某企业凸轮轴生产线的生产实际，针对多品种混合生产模式进行了仿真研究，通过观察仿真系统的运行过程和仿真结果，分析了系统存在的问题，并提出了改进建议，希望可以为采用类似生产模式的企业提供相应的参考。

【1】李培根.制造系统性能分析建模——理论与方案[M]．武汉：华中理工大学出版社，1998．

【2】王亚超，马汉武．生产物流系统建模与仿真——Witness系统及应用[M]．北京：科学出版社，2006．

【3】孙亚斌．精益生产实战手册[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

吴隆(1962—)，男，教授，研究方向为高速切割加工技术、生产过程模拟与仿真。E-mail:weiyan198812@126.com。

U461.91

B

1674-1986(2016)02-052-02