基于Witness的混合流水線系統仿真研究

吳隆，王風崗

(中原工學院，河南鄭州 450007)

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基于Witness的混合流水線系統仿真研究

吳隆，王風崗

(中原工學院，河南鄭州 450007)

結合某公司凸輪軸裝配線的生產實際，利用Witness軟件進行多品種混合流水線的系統仿真，通過觀察仿真系統的運行過程，分析其輸出結果，可發現現有生產系統的問題，并提出相應的改進建議。

多品種; 混合流水線;Witness仿真

0 引言

隨著市場競爭的日益激烈以及用戶對產品的多樣化、個性化要求，基于訂單的多品種、小品量混合生產模式已成為當今制造企業的主要生產模式。特別是以汽車及其零部件生產為主的企業，多采用混合生產線。這些企業生產的產品多是一個系列、多個類型，產品的生產作業方式以及工藝流程基本相同或相似[1]。

為便于分析，可將多品種混合生產模式簡化為多品種流水線生產，它有兩種基本形式：一種是可變產品流水線，其特點是在計劃期內，按照一定的間隔期，成批輪番生產多種產品；在間隔期內，只生產一種產品；在完成規定的批量后，轉生產另一種產品。另一種是混合流水線，其特點是：在同一時間內，流水線上混合生產多種產品。按照固定的混合產品組組織生產，即將不同的產品按固定的比例和生產順序編成產品組，一個組一個組地在流水線上進行生產[2]。

1 基于Witness的混合流水線模型構建

Witness是英國Lanner公司推出的一款功能強大的系統仿真軟件，可用于離散事件系統的仿真，同時也可用于連續流體系統的仿真，目前已被國際上上千家公司成功運用于企業的解決方案項目中。Witness軟件使用模型中的元素模擬現實系統中相同的事物，通過一定時間的仿真運行研究系統中存在的問題，并尋找相應的解決方案，即系統分析優化。

凸輪軸分為進氣側和排氣側，它的裝配也分為兩條線，每條線的裝配分為去毛刺、信號盤壓裝、壓銷壓堵和激光標記4道工序，4道工序分別對應OP10、OP20、OP30和OP40 4臺設備。該企業主要產品有4種：A、B、C和D；每種產品都要經過4道工序，且順序不得調整。產品的工藝路線及各工序加工時間見表1。該訂單的產品數量為200件A、500件B、800件C、1000件D。

表1 產品工藝路線及各工序加工時間 s

1.1 元素定義

表2 實體元素定義

利用Witness軟件建立的多品種混合流水線仿真系統，由產品(Part)、設備組(Machine)、設備組對應的緩沖區(Buffer)和統計各個設備最大在制品的變量(Variable)等元

素組成。此系統的元素定義如表2所示。

1.2 元素可視化的設置

各個實體元素的顯示特征定義設置如圖1所示。

圖1 各個實體元素的顯示特征

1.3 各個元素細節的設計

表3 Buffer的General頁細節設計

1.4 模型運行與數據分析

4種產品的投產順序總共有24種，通過改變投產順序，運用Witness仿真得出生產這批訂單需要的時間最長為tmax=9 872 min，最短為tmin=9 074 min。仿真結果說明改變產品的投產順序在一定程度上能夠縮短總加工時間。

2 生產線優化的改進建議

通過觀察該企業的各工序時間(表4)可知，加工工藝的瓶頸出現在OP10工位上面，雖然可以通過改變產品的投產順序來縮短總加工時間，但是不能改變該工序為瓶頸工序的事實，并且其他工序的負荷也存在很大的不平衡。

表4 機床Statistics統計報表

OP10工位為去毛刺設備，設備的工序復雜，由表4可知設備的利用率為99.87%；而OP40工位為激光標記工位，由表4可知設備利用率僅為13.17%，設備利用率相差很多。設備利用率的極為不平衡將導致工人閑忙不均，增加管理難度，浪費資源。

鑒于以上分析，結合生產實際中多品種流水線的特點，提出以下幾點改進建議：

(1)在保持現有設備的前提下，培訓多能工。在設備空閑時，協助繁忙工位，減小流水線上工人的勞動不平衡感。培訓多能工的過程，既調動了工人學習的積極性和主動性，又可以增加工人的熟練程度。同時公司對工作人員的選擇也要慎重，要挑選那些操作熟練、效率高、水準高的工人負責關鍵工位和復雜工位。公司還要盡量熟悉工人的具體情況，保證工人的工作既不太重也不太輕。

(2)作業共享。將相鄰的工位多少進行一些共享，這樣，緊鄰的工位就能分擔該工位的部分作業，同時還能增加工人的協作性[3]。

(3)可以考慮將兩個工作量不是很重的工序合并，可以安排一個工人在其工位內負責兩個不同的工序，當然也可以安排工人在兩個不同的工位負責兩種工作。

(4)增加瓶頸工位的設備數量。從根本上來說，凸輪軸生產線不平衡的現象是由于各個工序之間的復雜程度造成的，像去毛刺工位，本身工序就比其他工位復雜得多，而且對設備的要求也比較高，而激光標記工位，工序簡單，并且激光標記速度快，所以在場地及資金合理的范圍內增加瓶頸工位設備數量是解決流水線平衡的重要手段。

3 結論

運用Witness仿真軟件，結合某企業凸輪軸生產線的生產實際，針對多品種混合生產模式進行了仿真研究，通過觀察仿真系統的運行過程和仿真結果，分析了系統存在的問題，并提出了改進建議，希望可以為采用類似生產模式的企業提供相應的參考。

【1】李培根.制造系統性能分析建模——理論與方案[M]．武漢：華中理工大學出版社，1998．

【2】王亞超，馬漢武．生產物流系統建模與仿真——Witness系統及應用[M]．北京：科學出版社，2006．

【3】孫亞斌．精益生產實戰手冊[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

吳隆(1962—)，男，教授，研究方向為高速切割加工技術、生產過程模擬與仿真。E-mail:weiyan198812@126.com。

U461.91

B

1674-1986(2016)02-052-02