基于 Tecnomatix Plant Simulation 進行車身焊裝線的物流仿真

摘 要：物流仿真是目前對汽車焊裝生產線進行投資、規劃、生產、調度的一種有效工具。選用仿真軟件Tecnomatix Plant Simulation作為仿真平臺，通過汽車車身焊裝線工藝流程的研究，建立層次清晰的系統仿真模型；根據仿真結果，進行瓶頸分析、設備利用率分析以及故障分析，對緩存區域，評估生產線的能力為生產調度策略的制定以及生產線的規劃與布局提供依據。

關鍵詞：焊裝線；仿真建模；Tecnomatix Plant Simulation

一、仿真模型的分析

（一）物流仿真現狀簡介。物流仿真是借助計算機技術，數學手段，采用虛擬現實方法，對物流系統進行實際模仿的一項應用技術，它需要借助計算機仿真技術對現實物流系統進行系統建模與求解算法分析，通過仿真實驗得到各種動態活動及其過程的瞬間仿效記錄，進而研究物流系統的性能和輸出效果。 物流仿真技術最大的優點就是不需要實際設備的安裝，不需要實際實施相應的方案，即可驗證如下目標：①增加新設備后給公司或企業帶來的效應；②設計新的生產線的預期產能和開動率；③比較各種設計方案的優劣等等。物流仿真對降低整個物流投資成本，是不可或缺的。國外的汽車主機廠和配套廠商，已經在Tecnomatix Plant Simulation開發出集成度非常高2次開發產品，可以對焊裝生產線模塊化建模，和經驗重復利用，

（二）焊裝生產線的組成。車身焊裝生產線的組成 車身焊裝生產線是汽車白車身裝配生產線，由許多焊裝工位組成。每個工位由許多定位加緊夾具、自動焊接裝置及檢測裝置等設備以及供電供氣供水裝置組成。線間、工位間通過搬送機（自行葫蘆、電動葫蘆等）、機器人等搬送設備實現上下料和零部件的傳送，以保證生產線內各工位工作的連貫性。

該系統包括的內容有：

1.地板線， 地板總成線完成發動機室、前地板和后地板的裝配焊接。根據自動化程度不同，地板總成線上設置有工位間傳送機構、 焊裝夾具、機器人點焊系統、涂膠設備、升降機等.

2.側圍總成線，側圍總成線完成側圍內外板的結合，一般它有左右對稱的兩條生產線。在側圍總成線上布置有工位間的傳輸機構、焊裝夾具、機器人點焊系統、涂膠設備、自動輸送機械等。

3.主焊線主焊線完成車身幾大大分總成，地板、左右側圍、頂蓋等的焊接，該區域通常有點焊 涂膠 激光焊接 滾邊等工藝

4.門蓋線 主要指車門焊裝線發動機罩和行李廂焊裝線，翼子板焊狀線，車門、發動機罩、行李廂蓋焊裝線都是經過涂膠、折邊、焊接、完成等工序實現內外板的結合。它的主要設備有折邊機，轉換壓模，涂膠設備，鉸鏈裝配夾具，二氧化碳焊機等等。

5.裝焊調整線 由車身總成生產線和許多分總成線組成，通過鉸鏈連接方式分別將焊裝好的前后車門、翼子板、發動機罩，行李廂或背門與車身本體連接裝配，形成白車身BIW（BODY IN WHITE），同時對車身焊接質量進行檢測和修磨。

6.傳輸系統 包括 擺桿式往復輸送線， 升降機 ，雪橇式輸送系統，ems ， fds， AGV 傳輸等等

（三）焊裝生產線的常見工藝包括 點焊 涂膠 激光焊接 滾邊 鉚接 螺柱 凸焊等 ，針對不同的工藝設備，設備具有不同的開通率和平均故障恢復時間

二、建立焊裝線的仿真模型

（一）生產線的布局生產。利用Tecnomatix Plant Simulation提供的模型庫，建立系統的仿真模型。對于復雜的系統，先將系統分解成若干個模塊，如 地板，側圍 ，總拼和四門兩蓋，對單元進行單獨建模、測試；再將各個模塊組成依據工藝走向，串聯生成復雜的整個車身車間的系統仿真模型。

（二）開通率計算及安全區域的劃分。各個模塊（區域）中的最小單元，以工位為單位，先進行工位的開通率計算；工位的開通率來源于該工位的所有設備，如機器人，焊槍，夾具等等，設備開通率是各個車企，長期統計的結果。安全區域是指在自動區域內，觸動安全產品，如打開安全門鎖，最小的停止區域， 安全區域的劃分需要和生產線的規劃人員；電氣人進行反復的驗證和協商，安全區域劃分太大會造成，一處設備故障整個大的安全區域都因此停產；而如果太小，會造成設備的浪費.

（三）傳輸系統建模。Tecnomatix Plant Simulation中的建模工具可以穿件上述：桿式往復輸送線 ，升降機， 雪橇式輸送系統，ems fds ， AGV等傳輸系統，而且可以一次建模多次使用

（四）buffer的容量計算方法。buffer容量在某一區間內對產量影響明顯，超出這一區間將對對產量影響不明顯

利用物流仿真軟件可以，計算出這樣的區間，比如容量（1，2，3）密集計算，驗證buffer容量對產量的影響較大， 到容量（5，7，10，15 ，...）的稀松取件計算對產量的影響較大。

當廠房空間容許的情況下，可考慮適當配備這樣的區間，可以提高產能

當空間受限，或其他原因受限，需求出滿足產能要求的buffer容量最小值

（五）多車型的生產指令。目前，隨著汽車生產廠新車型的不斷推出，每條生產線生產（混線生產）的車型越來越多。隨著用戶選擇自由度的不斷提高，同一車型的配置不斷增加，同時，汽車生產廠產量的不斷增加，生產節拍越來越快，過去只能生產特定車型的傳統流水線已被柔性生產線所取代，所有這些都導致車輛的生產控制和物流管理越來越復雜，這對汽車生產廠的生產管理和物流管理提出了很高的要求。

在Tecnomatix Plant Simulation物流仿真軟件中，可以對車型變量進行設定，通過建模和編程，設定各種生產比例，以及不同車型對應的不同的物流走向和不同種工藝流程

（六）拉動式生產和推動式生產。拉動式生產。相對于過去的推動式生產，前一作業將零件生產出來“推給”后一作業加工，在拉式生產中，是后一作業根據需要加工多少產品，要求前一作業制造正好需要的零件。“看板”就是在各個作業之間傳遞這種信息、運營這種系統的工具。 與拉動式生產相對應的是推進式生產。在推進式生產中，每一工序都根據生產計劃，盡其所能地生產，盡快完成生產任務，不管下一工序當時是否需要。傳統的生產系統一般為推進式生產，推進式生產將造成物品的堆積。

三、仿真結果運用于分析

（一）單獨區域仿真結果輸出（standalone）的應用

Tecnomatix Plant Simulation 提供excel 等軟件的接口，當建立整工廠的仿真模型時，通過這樣的接口應用，先進行單個區域的仿真結果驗證輸出，可進行快速方便的統計。

（二）plant產能和瓶頸的分析

通過軟件，可以看到那一段的工作效率偏低，而且堵塞嚴重，需要重新布局規劃。直方圖是分析系統發生故障后再恢復生產的各個單元的工作情況，不同的顏色代表不同的信息，如灰色代表等待，綠色代表工作，黃色代表堵塞，紅色代表發生故障，藍色代表停止。

四、結語

通過對汽車焊裝線系統的仿真，為焊裝線的規劃和調整提供了決策參考。仿真結果表明：通過對汽車裝焊線的仿真運行，能夠對生產線進行產能與設備負荷分析，從而診斷出生產中的瓶頸環節，這樣可以節省大量的物資資源，減少資金的浪費，并為生產線的優化提供科學的依據；通過對生產線故障的仿真和分析，檢測輸送線體的緩沖能力，減少故障發生時不必要的時間等待，提高生產效率。