基于Plant Simulation的SPS物流模式可行性分析

任运通

（1.同济大学 机械与能源工程学院，上海 201804；2.浙江吉利汽车有限公司，浙江 宁波 315800）

基于Plant Simulation的SPS物流模式可行性分析

任运通1,2

（1.同济大学 机械与能源工程学院，上海 201804；2.浙江吉利汽车有限公司，浙江 宁波 315800）

汽车企业小批量、多品种的战略符合当前的市场需求，但也使得主机厂线边物料不断增加，错装、漏装及停线时有发生，给正常生产、订单交付造成极大影响。为了解决上述问题,当前越来越多的汽车企业通过导入SPS物流供线模式进行物流改善，而前期的可行性分析将为最终导入提供决策依据因而成为企业的重要课题。以G汽车制造企业的总装车间动力合成线改造以及SPS物流供线模式导入为例，运用Plant Simulation仿真建模，分析与评估导入后的运行状态，并以此为实际改造提供决策依据。

Plant Simulation；SPS；可行性分析

1 引言

汽车企业生产线受现场随机因素影响较大，各部门、各工序之间工艺要求不同，具有离散性，而传统方法往往依靠人工经验对生产线设计进行优化，实际生产中再进行验证调试。由于理论依据及系统性分析的缺失使得实际效果不如预期且每一次验证需付出实际成本。系统仿真是用模型来研究对象系统的方法，通过对模型的实验来达到研究实际系统或尚未建立的系统的目的。目前PlantSimulation，Flexsim等众多仿真软件逐步应用于汽车生产线，仿真技术日益成为汽车企业解决和分析问题的重要工具。该类软件均采用了面向对象的方法来建立仿真模型，并可以进行系统数据统计与仿真模型优化，模型的动态显示也便于决策者更直观地对生产线的各个环节实施跟踪分析以达到找出系统瓶颈、提高生产效率、缩短生产周期的目的。

2 仿真实例概况

G汽车公司是以市场为导向的生产线柔性改造的典型案例，该公司生产两款车型，Z与D两款车型混流装配，物流供线采取看板供线模式。由于混流装配后车型、配置、颜色的增加，生产线线边物料不断增加，装配工活动空间越来越小而物料搬运的次数与距离不断增加，物料配送出错率增大，错装、漏装及停线时有发生，给正常生产、订单交付造成极大影响。为了解决上述问题，G公司准备实施SPS（Set Part Supply）物流供线模式。本文通过仿真软件对总装车间动力合成线原有的看板供线模式及准备导入的SPS供线模式进行了仿真建模，对模型输出数据进行分析。可以看到SPS模式的实施可削减工时损失，达到在相同资源配置前提下产能的提升、物流量的减少以及设备利用率的提升，初步验证了其预期效果及可行性。

图1 看板供线模式操作流程

汽车装配线的两种物流供线模式如下：

（1）看板供线模式。看板供线是指供料人员根据生产线看板需求，将所需零部件按收容器具数量送至生产线的一种配送模式。不考虑物料与产品的对应关系，只是将产品需要的零部件按照组装工位需求的类别全部配送至生产线，差异性的零部件由组装人员按照配置的要求来选择对应的零部件。操作流程图如图1所示。

（2）SPS供线模式。SPS（Set Parts Supply）零部件成套供应是向生产线单台份成套供料的一种零部件配送方式，操作流程如图2所示。

相比看板供线模式，SPS供线模式在生产线防错、减少线边占用面积、提高生产效率等方面有较直观的优势。但对于实际案例，需要进行仿真验证，从数据上分析利弊。

3 仿真验证流程及系统建模

对动力合成线进行仿真分析，拟定流程如图3所示。

3.1 仿真要素抽象与过程数据采集

在明确本文仿真实例基本概况后，需要根据仿真分析目标的要求对真实系统的要素抽象简化。在本文实例中仿真要素抽象即动力合成线各类实体的属性。主要包括：①物流量：本文简化为搬运量和搬运距离的乘积；②生产周期：按12h/d标准设定生产时间；③工时测定：工时进行现场多次测定并进行初步处理后，拟合成随机分布函数；④线边暂存区：物料经叉车或牵引车配送至线边储位（通过对象Placebuffer表示，移动中的物料将设置在空闲单元）；⑤物流车辆配送路径。根据仿真目标的要求还需采集仿真过程产生的数据，作为决策的参考。本实例中主要包括：①混流生产的Z、D车型月产量（初始值为零）；②设备平均利用率。

图3 仿真验证流程

3.2 仿真系统建模

根据仿真要素抽象与数据采集，将动力合成线的基本信息利用Plant Simulation中的实例资源逐一对应，设置系统逻辑结构，最终建立现有仿真模型。动力合成线装配过程是以发动机、变速器为装配基体，传动链带动分装台以一定速度移动并按既定的路径完成方向移动，最终完成对前副车架、后桥的分总成，各分装线上的基本单元是工位，其作业时间满足一定的生产节拍要求以避免其他工位上任务堆积或工时流失。根据物流量的大小及对总体布局的影响程度，选择对发动机分装、前副车架分装及后桥分分别建立子模型，嵌套在整个仿真主模型内。结构关系如图4所示。

图4 仿真模型结构关系图

为减少模型复杂程度并快速找出优化方案，在不影响仿真结果前提下对模型中运行规则进行了以下简化与假设：①线边暂存区物料充足；②物料在各工位装配过程中的输送时间忽略不计；③生产线工作前，各工位状态为空；④模型未加入设备故障维修时间；⑤各工位工时取均值而不考虑随机分布状况。

（1）原动力合成线及线边物流仿真，如图5所示。

图5 原动力合成线及线边物流仿真逻辑图

（2）导入SPS物流供线模式后动力合成线仿真，如图6所示。

图6 导入SPS物流供线模式后动力合成线仿真逻辑图

通过对车间的原有设施及物料布局进行仿真模型建立并运行，再对生产线改造同时导入SPS物流供线模式后得到的结果建立新的仿真模型并重新运行，根据运行结果得出产能、物流量改变情况。从而为生产线实际改造及SPS物流模式导入提供可行性分析与决策依据。

4 仿真模型检验及结果分析

4.1 仿真模型检验

缺乏可信度的仿真模型可能导致错误的决策，因此检验模型自身的可信度至关重要。因受到随机因素的影响，一次试验所得到的结果无法保证其准确性与代表性，所以仿真实验必须运行多次。本文通过模拟动力合成线运行状态30次，采集模型中衡量指标（每日产量）与历史真实数据作相关性分析，见表1，以此验证本文所建立模型的可靠性。

表1 仿真与实际日产量数据对比

以X表示仿真模型得出的日产量，Y表示历史实际生产日产量，使用上述公式检验得出标准差D(X)=26.854 367，D (Y)=23.256 572；相关系数ρxy=0.492 662，根据相关系数检定表，自由度n-2=28。根据1%危险率得出rα(1%)= 0.463，ρxy=0.493＞rα(1%)=0.463，X与Y属正相关，验证了仿真模型有效可靠。

4.2 仿真结果分析

本文前后两个仿真模型均采用相对时间模式设定运行时间30d，完成后采集各项关键指标数据见表2。

表2 仿真前后数据对比

通过上述仿真结果数据分析可以看到，对动力合成线导入SPS物流供线模式后，生产线平衡率从85.56%提升到92.78%，从而削减了工时损失。其它各项指标也得到了不同程度的提高,包括线边空间大幅增加；缩短物料拣选拿取距离，减少工位走动浪费；物流车辆路线实现统一并缩短，有效降低物流量。

图7 SPS导入前各工位运行状况

图8 SPS导入后各工位运行状况

5 结论

仿真结果表明，汽车总装生产车间混流生产采用SPS供线模式进行物流系统改善是可行的，同时采用仿真建模验证方案可行性具有方便快捷、成本较低以及与实际情况结合程度高等优点。在汽车行业内同类并线项目中具有一定程度的参考价值。

[1]周金平.生产系统仿真：Plant Simulation应用教程[M].北京:电子工业出版社,2011.

[2]秦天宝,周向阳.实用系统仿真建模与分析：使用Flexsim[M].北京:清华大学出版社,2013.

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[5]郑国荣,庞振泽,江禄晓.汽车总装车间SPS实施运行探讨[J].硅谷,2013,(12).

Feasibility Analysis of SPS Logistics Mode Based on Plant Simulation

Ren Yuntong1,2
(1.School of Mechanical&Energy Engineering,Tongji University,Shanghai 201804; 2.Zhejiang Geely Automobile Co.,Ltd.,Ningbo 315800,China)

The small-batch and multi-variety strategy currently popular with the carmakers fits well with the market demand.However it also brings a lot of pressure on the normal production and order delivery of these enterprises.In this paper,in view of such situation,we found that more and more car manufacturers had introduced the SPS mode to improve their logistics system.Next,in the empirical case of a car-making enterprise G,we simulated the reengineering of its production line and the introduction of the SPS mode,and analyzed the operational status of the production line after the introduction,which hopefully could be of practical referential value to the enterprise decision-makers.

Plant Simulation;SPS;feasibility analysis

F253.9

A

1005-152X(2016)11-0094-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.11.021

2016-10-08

任运通（1986-），男，硕士，浙江吉利汽车有限公司生产物流部副部长，研究方向：生产与物流管理、工业工程、精益生产。