基于Flexsim的后纺车间棉纱生产及入库系统建模研究

孙成卫 王家彬

摘  要：为了合理安排棉纺企业后纺车间的生产计划，提升传统的只靠数据计算进行生产计划安排的方法，利用Flexsim建模仿真技术，建立后纺生产及入库流程仿真模型。通过仿真每天的生产，找出满意的生产安排方案，实现了精准、合理调配车间人员和设备，用好国家峰谷用电政策，达到最大程度避开高峰用电和提高人员和设备效率的效果，即承担了社会责任，又降低企业用工和用电费用，提升企业的竞争力。

关键词：Flexsim；建模仿真；络筒；入库

中图分类号：TP391.9    文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）06-0172-04

Research on Modeling of Cotton Yarn Production and Warehousing System in

Post Spinning Workshop Based on Flexsim

SUN Chengwei1， WANG Jiabin2

（1.Shandong Huayu University of Technology， Dezhou  253034， China; 2.Dezhou Xingdemian Weaving Co.， Ltd.， Dezhou  253002， China）

Abstract： In order to reasonably arrange the production plan of the post spinning workshop of a cotton spinning enterprise and improve the traditional method of production plan arrangement by only relying on data calculation， a simulation model of post spinning production and warehousing process is established by using Flexsim modeling and simulation technology. Through the simulation of daily production， it finds a satisfactory production arrangement scheme， realizes the accurate and reasonable deployment of workshop personnel and equipment， makes good use of the national peak valley power policy， and achieves the effect of avoiding peak power consumption to the maximum extent and improving the efficiency of personnel and equipment， which not only assumes social responsibility， but also reduces the cost of enterprise labor and electricity， and improves the competitiveness of enterprises.

Keywords： Flexsim; modeling and simulation; spooling; warehousing

0  引  言

棉紡行业是我国传统的劳动密集型行业，随着我国人口红利逐步消失，用工成本不断上升，对具有劳动密集型特点的棉纺行业发展提出挑战。同时，为了缓解用电紧张的状况，我国出台了峰谷用电政策。棉纺企业作为用工和用电大户，管理上就要采取新技术安排生产，通过技术和管理的创新来达到降低成本的目的。

由于后纺车间生产及入库过程中存在众多不确定性因素，传统的管理方法无法根据生产变化情况快速、准确的进行综合预测性。因此，需要借助较为先进的计算机建模仿真技术，建立后纺车间生产及入库模型，利用仿真技术快速、准确的仿真实际生产，制定较为理想的生产计划及入库安排方案。

1  Flexsim建模仿真概述

F1exsim是美国Flexsim公司开发的一个基于Windows的，面向对象的仿真软件。该软件擅长构建生产、仓储、分拣、配送物料处理等离散事件的仿真模型。通过可视化操作可快速实现模型布局和连接，输入反映实际工作的相关参数，建立一个仿真模型。运行仿真模型，借助于运行数据和仪表，可方便的发现问题的瓶颈，分析原因，提出改进措施，并借助模型仿真验证措施实施效果，确定较为理想的工作方案。

2  棉纺企业后纺车间生产及入库系统简介

2.1  后纺车间生产及入库流程简介

棉纺企业后纺车间是棉纱生产的最后一个车间，后纺车间的工作流程主要包括络筒和打包入库两个环节。

该车间主要任务是将细纱车间生产的容量较小的管纱通过络筒机的络纱加工，将管纱加工成质量和大小均符合要求的筒纱。为了防止错支和混入异性纤维，完成络筒的棉纱用车辆运到检验设备进行检验，检验完成后被送到产成品存放区分品种存放，等待打包。后纺车间要将筒纱按客户要求进行打包，打包后的产品通过小型运输车辆送入成品库。

在通常情况下，后纺车间的生产能力大于主机车间的生产能力，每天的工作时间具有一定的弹性，合理安排络筒机、叉车、操作员的工作时间，能达到节约用工和降低用电成本的目的。

2.2  Y公司后纺车间生产系统简介

本文以山东德州某棉纺企业一条3万锭的生产线为研究背景。公司实行每天三班工作制，每班工作8小时，每天工作1 440分钟。该条生产线细纱车间同时生产J14.6、T/JC13、J9.7、J7.3、J5.8五个棉纱品种，日产棉纱5吨左右。细纱机生产的管纱通过一条公用的传送带送到后纺车间各机台上。后纺车间共有7台络筒机，由于J14.6和T/JC13棉纱产量较大，在络筒工序各占用2台络筒机，J9.7、J7.3以及J5.8各占用一台络筒机。车间实行的早、中、夜三班工作制，每班工作8小时。车间只有一台打包机，每班需要一名操作员进行打包。

2.3  生产工艺参数分析整理

后纺车间每天收到350包左右管纱包，每包包含120个管纱，每个管纱重约60克，经后纺车间络筒机络成筒纱，每个筒纱重约1.67公斤。通常每包15个筒纱，折标准重量25公斤，每天打包200包左右。公司统一调配搬运工，每天上午8：00和16：00各办理一次棉纱入库。

由于生产计划和工艺不同，每个品种产出一包管纱和每台络筒机络成一个筒纱的加工时间也各不相同。各品种细纱工序日均下机量、产出一包管纱的时间，络筒机平均生产一个筒纱的时间等基本生产数据如表1所示。

3  模型布局及连接

3.1  模型布局及连接

细纱工序生产的管纱装入管纱包，通过传送带送到后纺车间，将不同的品种管纱倒入对应车位的储备箱中，络筒机将管纱合成指定重量的筒纱，经过检验，不合格品送入人工处理处，合格品送入筒纱存放区，按照打包要求打包后送入成品包存放处，由小型运输车辆运送仓库。根据车间设备及操作员配置情况，后纺车间生产及入库模型布局及连接如图1所示。

3.2  模型实体功能说明

根据棉纱生产入库流程，模型中主要涉及到发生器、传送带、分解器、暂存区、合成器、叉车、操作员、吸收器等，为了明确实体功能，对模型实体进行了重命名。各模型实体功能和作用如表2所示。

4  參数设置

由于每个建模实体根据实际生产情况都有自己的参数，根据其重要性和复杂性，对部分关键实体的参数进行如下设置。

4.1  生产整包管纱的参数设置

细纱管纱包平均每包120个管纱，每包纱到达后纺车间的时间间隔服从指数分布，以J40为例，结合表1中产出管纱包的时间间隔，J40纱产出发生器参数设置如图2所示。同时，为了区分各品种管纱包，对存放不同品种管纱的管纱包设置不同的类型和颜色。J40管纱包类型和颜色的参数设置如图3所示。

4.2  传送带输出端口的参数设置

由于各品种管纱包是通过一条共同的传送带输送到后纺车间的，因此，后纺车间要根据管纱包的种类将其输送到不同的车位上。以传送带7为例，管纱包到达传送带7尾部的离开衔接点时，需要送往2个方向，运用Case语句根据管纱包的类型和对应络筒车的参数设置如图4所示。表示管纱包类型为“1”的J40管纱包和类型为“5”的涤棉45管纱包均送往端口1，其余类型的管纱包送往端口2。送往新的传送带上后，运用同样的方法，将各品种管纱包类型送到各自对应的络筒机车位上。

4.3  拆包的参数设置

将管纱包中的管纱倒出来后才能在络筒机上进行进一步的加工。该过程需要用分解器进行模拟。由于一个管纱包中有120个管纱，再加上一个包套。因此，将一包纱拆解成121份，其中一份为包套，占比0.8%，并被送往包套存放处，以备循环使用。管纱则被送到络筒机头的暂存区，拆包设置如图5所示。

4.4  络筒机的参数设置

络筒机是后纺车间主要的棉纱生产设备，需要用约28个管纱加工合成一个筒纱。需要用合成器模拟络筒机，并选择合成模式，根据表1中加工筒纱的时间，J40络筒机参数设置如图6所示。

4.5  提供筒纱包发生器的参数设置

检验合格后的筒纱需要根据不同的筒纱包套进行打包。由于车间只有一台筒纱打包机，并且打包操作员在筒纱包入库时协助办理入库手续，需要一定的空闲时间。因此，提供筒纱包的时间及数量设置采用到达时间表进行设置，240分钟一循环，每班对每个品种实行两轮的打包，期望达到合理安排打包人员和及时入库的目的。提供筒纱包发生器的参数设置如图7所示。筒纱包类型和颜色的设置如图8所示。

4.6  全局表的参数设置

为实现筒纱包套类型与打包要求对应，建立了一个5行5列的全局表。其中行对应产品的种类，列对应包套的类型，5列对应5种类型的打包要求。由于每种筒纱包里只有一种类型的筒纱，因此，创建的全局表如表3所示。

4.7  打包器的参数设置

打包时按照订单要求进行打包。采用合成器模拟打包是合成器的典型运用，合成器根据输入端口1进入的包套类型更新棉纱打包清单，其参数设置如图9所示。

5  仿真运行及分析

5.1  仿真运行

由于企业生产不断变化，一个生产安排稳定时间一般小于10天，因此，设定仿真运行时间为14 400分钟，运行图如图10所示。

模型仿真运行10天后，设备及操作人员运行状况主要数据如表4所示。

5.2  系统分析

结合模型仿真运行图和运行数据表可以看出，1～3号络筒机加工时间占比为40%多，7号络筒机加工时间占比71.35%，均有不少的空闲时间。可以根据空闲时间占比，科学安排络筒机在用电高峰期停车时间。打包操作员也有较多的空闲时间，说明有时间办理入库手续。打包设备用较多的时间用来收集筒纱，打包操作员有时间办理入库手续。由于质量检验机比较忙碌，而且用电较少，可以让质量检验机随时工作。络筒及入库工作在按照该计划安排生产时，能够做到各工序不造成积压，生产流畅。

6  结  论

后纺车间的棉纱加工及入库作业流程虽然不是很复杂，但工作弹性较大。通对后纺车间生产及入库作业系统的建模仿真，可以做到较准确核算各环节工作量，对企业挖潜改造，提升管理起到了重要作用。

参考文献：

[1] 郝慧慧，马涛，张鹏，等.基于Flexsim的扭杆生产线仿真分析研究 [J].机电产品开发与创新，2022，35（2）：68-70.

[2] 魏井波，沈孝芹，邵洪波，等.基于Flexsim的纸托盘生产线设计与平衡优化研究 [J].机械设计与制造工程，2022，51（3）：43-46.

[3] 孙成卫，张燕茹.基于Flexsim的自动化立体仓库仿真研究 [J].现代信息科技，2021，5（21）：155-158.

[4] 王辉，张仲凤，张继娟.基于Flexsim的木门扇生产工艺优化 [J].林产工业，2023，60（1）：45-50.

[5] 梁庆宝，初铭畅.基于Flexsim仿真的辽宁制药企业生产物流精益化研究 [J].辽宁工业大学学报：社会科学版，2022，24（4）：39-43.

作者简介：孙成卫（1968—），男，汉族，山东德州人，高级统计师，教师，研究方向：智慧物流与供应链。

收稿日期：2022-10-26

基金项目：2023年度智慧物流与供应链研究中心研究成果（2022HYWL15）;2021-2022学年第一学期校级课堂教学改革试点课程（2021KG-29）