汽車裝配車間布局優化設計

程瓊　楊立峰

摘要：隨著市場上客戶需求的轉變，汽車行業的多品種小批量生產已經成為了市場的主導方向。計算機系統仿真是通過將現實中的生產系統抽象成為計算機仿真軟件中的模型，運行該模型并對輸出的數據進行分析和處理的一種技術手段。通過這種方法可以實現對生產系統的運行狀況的預測，幫助決策者找到系統中的問題，進而實現對生產系統改善和優化的目的。通過定量分析與定性分析相結合的方法進行系統、全面地分析，生產線布局改善項目進行了旨在提高生產效率、降低成本的改進研究。本文的主要討論的內容是生產車間車間布局的建模與仿真。

關鍵詞：車間布局；FLEXSIM；建模；仿真

一、FlexSim仿真系統

FlexSim是美國flexsim公司開發的，迄今為止世界上第一個在圖形環境中集成了C++IDE和編譯器的仿真軟件。Flexsim具有一個非常高效的仿真引擎，該引擎可同時運行仿真和模型視圖（可視化），并且可以通過關閉模型視圖來加速仿真的運行速度。仿真運行時，利用該引擎和Flexscript語言準許用戶在仿真進行期間，改變模型的部分屬性。

Flexsim能一次進行多套方案的仿真實驗。這些方案能自動進行，其結果存放在報告、圖表里，這樣很容易的把結果輸出到象微軟的Word、Excel等大眾應用軟件里，利用ODBC（開放式數據庫連接）和DDEC（動態數據交換連接）可以直接對數據庫進行讀寫數據。

二、車間布局類型

汽車生產車間設備布局設計是將加工設備、物料輸送設備、工作單元和通道走廊等布局實體合理地放在一個有限的生產車間內的過程。按照不同的分類標準及基于設備位置之間的關系，汽車生產車間設備布局主要有產品布局、工藝布局、固定位臵布局、單元布局和混合布局等幾種車間布局方法。其中產品布局，又稱為生產線布局，是指在固定制造某種部件或產品的封閉車間，設施按加工或裝配的工藝順序放臵形成生產線。

三、系統仿真的步驟

由于汽車生產車間設備布局仿真是基于模型的設計，所以應該先建立系統的模型。在建模與形式化這一步需要依據研究和分析的目的和意義，確定車間模型的邊界問題，為了使模型更加具有可信性，具備系統的實驗知識和必要的試驗數據是必需的條件，根據系統的特點和仿真的要求選擇合適的算法，使建立的仿真模型在計算精度、計算速度和穩定性方面滿足仿真的需要。再進行設計程序，即將仿真模型用計算機能執行的代碼描述，程序中包括仿真實驗的一系列的要求，如控制參數、輸出要求、仿真運行參數等。最后是對仿真模型進行校驗，一方面是檢驗所選擇的仿真模型方法的合理性，另一方面是再次對程序進行調試。最后是對系統仿真的輸出進行分析。

四、Flexsim仿真軟件在汽車裝配上的運用

在現代社會發展中，在廠房建設中，汽車車間規劃起著至關重要的作用。尤其在密度大，材料吞吐量高的裝配車間，較優的優化設計方案不僅保障了生產物料的準時配送，還能減少設備的浪費，使得配送作業合理化。

項目調研及準備院

首先，項目調研以確定項目的范圍，了解模型所涉及的產品，及產品原料的各種流程，繪制流程圖等。其次，分析現實系統及仿真系統的邏輯關系，對比以確定所需收集基礎數據。

建模內容院

其一，建立生產線模型反應各種原料的消耗情況。由于產品原料種類繁多，使用臨時實體一一模擬這些原料將導致模型過于龐大，因此提出“虛擬實體”的概念，在模型中虛擬實體僅表示在表格數據中，當生產需要時，使用insertcopy（）函數將其釋放。前期準備為建模提供了設備和原料的信息表，原料在模型中每消耗一件，使用settablenum（）函數來反饋到信息表中。影響原料消耗速度的數據來自于設備的CycleTime數據及原料的“單車用量”數據。產品根據工藝從初始工序流向下游，產能也隨之得出。產能反映了產線的生產水平，用來檢驗模型的準確性。

其二，編寫出庫邏輯，當線旁原料的庫存少于安全庫存（SS）時，系統觸發補貨，補貨需考慮物流設備的裝載率。為提高裝載率，庫存量較低的原料優先出庫；另外，考慮到廠內面積有限，出庫量又不能超過庫位最大存放量（MS）。

其三，由拖車與操作員實施配送任務。每次配送的目的站點由車上裝載的原料決定，站點配送的先后順序則由線路信息表確定出來，整個配送中包含了原料補貨及空箱回收等過程。

其四，定制化的GUI面板，為模型添加說明文本及原料信息的修改功能，同時為模型提供了快捷的操作按鈕等。

其五，模型輸出Excel表，每次補貨任務系統自動記錄出庫的原料，拖車每完成一次任務，系統自動計算其使用率，并將這些數據輸出到一張訂制的Excel表中。

通過仿真項目在安亭廠北區的應用，模擬了新廠物流模式，為方案的實施提供依據，其作用有：

1、驗證了物流設備的數量，原料上線配送級產品下線配送各安排5臺拖車。

2、為配送線路的重組提供了優化的方案，把原方案4條線路改成3條線路，將線路覆蓋情況優化后，在保證正常生產的條件下，原料配送的拖車每臺每天（8h）平均減少700多米，減少了由于線路不合理帶來的浪費。

3、輸出配送明細表，提供了配置原料工位存量及安全庫存的數據依據。

總之，通過Flexsim仿真技術在安亭廠北區的應用，驗證了匯眾公司的物流方案，以及優化了該方案的部分內容，達到了良好的效果。為項目的實施提供了指導作用。

五、基于FLEXSIM的生產車間布局優化

工藝布局，又稱為功能布局。功能布局是將所有相同類型的資源放臵于同一區域的一種布局形式。工藝布局根據資源的功能特征對其進行分組，當產品品種多而生產批量小時，工藝布局將能提供最大的制造柔性。它適用于同類產品多，產量低，中小批量的生產車間。這種布局方法有利于降低運輸成本，平衡同組設備的負荷并且該布局方法設備成本較低且易維護，但它的物流流動時間長，工序相互沖突，會造成大量制造成本的浪費。

固定位置布局十分適用于車間的建造和裝配，時刻可以了解工人和制造設施沿著產品移動。其特點為產品不動，制造設備與人員沿著產品移動，但它缺乏存貨空間，控制系統復雜，管理負擔高。和工藝布局相對應的是單元布局，其中單元布局是將車間內的設施劃分成若干個制造單元，以單元為基本單位組織生產。

混合布局是指在車間內，并非只有單一的布局形式存在，而是存在產品布局、工藝布局和固定位臵布局并存的一種布局形式。這種布局形式發揮多種布局形式的優點，避免各自的缺點。

通過對車間原布局進行了FLEXSIM的建模與仿真，從仿真能夠中分析出了不足之處并提出合理的改善方案。最后在FLEXSIM中建立了更加優化的布局方案的模型，并進行了仿真。才能夠擁有適量的緩存容量、正確的仿真策略、準確的調度原則可以提高現有設備布臵條件下車間生產系統的整體效率。