基于Flexsim的生產線仿真與精益優化

摘 要：針對某電池生產公司分選線目前存在的生產效率低下、勞動成本上升的問題，依據作業測定技術所獲得的數據，應用Flexsim仿真軟件，對現有生產線進行分析。在系統分析仿真數據的基礎上，以精益生產設計、生產線平衡、物流優化設計為理論，對生產線進行優化，得出相應數據證明優化方案的可行性。研究結果表明，精益生產線設計、生產平衡、物流優化對提高生產線效率有著重要的意義。

關鍵詞：精益生產;Flexsim仿真;生產平衡;物流優化設計

中圖分類號：F062.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1008-4428（2018）03-153 ?-02

隨著全球經濟的迅猛發展，面對復雜多變的市場環境，生產制造型企業面臨著如何快速響應客戶需求，提高生產運作效率，縮短交貨期，提升產品質量等一系列挑戰。Flexism仿真軟件是一個集系統仿真、模型設計、制作與分析的三維生產系統仿真軟件，可以幫助企業建立生產線的三維虛擬生產環境，分析設備和人員的空閑時間、加工時間、產品等待時間、輸入和輸出的產品數等。文章以某生產車間為例，基于精益思想與工業工程的方法，對其進行建模與仿真，分析其生產瓶頸工位，并提出相應的改善方案。

一、生產線作業流程

文章的研究對象是某公司生產的鋰離子電池，文章對存在較多人工操作的半自動分選車間進行研究分析，盡可能地減少浪費，提高生產效率。具體工藝流程及加工時間如表1 所示。

二、仿真模型的建立

Flexsim仿真軟件是面向制造、物流等領域的系統仿真模型機、制作與分析的工具軟件。在建模、仿真和流程可視化方面都具有明顯優勢。基于以上優勢，文章將該軟件應用于裝配物流自動化生產線上，建立仿真模型。

（一）模型建立

模型中的設備都被抽象為離散實體，與Flexsim建模構件一一對應。根據生產車間當前設備及人員的數量與結構，從對象庫中將各建模構件放置到仿真視圖窗口中的適當位置，之后依照對象之間的流程關系連接相應的端口，定義仿真模型的邏輯流程，模型構建如圖1所示。

（二） 參數設置及運行

在實際生產過程中，“原材料”的供給并非采取“一次性投料”方式，而是采取“交替班備料”的投料方式，各班組在與下一班組交接前，提前準備相應數量的“原材料”（Qprepare），給分選車間設定為2000套“原材料”，而供給時間（Tsupply）則根據該生產線中工位最少的加工時間計量，得到分選車間的供給時間間隔6000s。

各個工位之間會存在產品暫存區，用于緩沖生產。當其中某個暫存區產品超過最大值時，將會影響其上下游工位的正常生產，考慮到公司產品的特殊性，模型中暫存區最大值（Maximum Content）設置均設置為“10000”。不同工藝之間的區分，主要體現在預置時間（Setup Time）與加工時間（Process Time）上，其中預置時間是工件夾裝與設備啟動時間，但是本研究中僅使用一種產品型號作為研究對象，且實際生產過程中的設備幾乎是24小時運轉，啟動時間可以忽略不計。

點擊“Resert”按鍵，更新設置并重置模型。公司生產線一個單位的有效生產時間630min，設置模型運行時間“Run Time”為37800s，點擊“Run”開始運行模型，并生成仿真數據。

三、運行結果分析

（一）數據采集與分析

通過運行仿真模型，利用“Dashboad”輸出數據，如圖2所示。

其中，設備的餅狀圖中包含加工時間，空閑時間，故障時間，等待操作員時間，等待運輸時間，啟動時間。圖中數值為除空閑時間外所有時間（生產時間）占總時間的百分比（設置時間忽略不計）;人員的餅狀圖中包含利用時間，空閑時間，裝載時間，卸載時間，空載時間，負載時間，補償空載時間，負載時間，圖中數值為除空閑時間外所有時間（生產時間）占總時間的百分比。

系統運行后得出，分選線設備利用率在46.5%—100%，其中尺寸、掃碼、包裝暫存區的“當前容量”較高，其設備利用率均達到了100%;而分選工序的人員、設備利用率分別為47.7%、46.7%，利用率相對較低。

（二） 生產線優化

基于以上分析，確定對原系統進行優化。優化設計的結果應該是化成過程中各工作區域不會出現貨物長時間的堵塞，同時設備效率較高，得到充分利用同時不成為系統的瓶頸。

文章主要通過作業改善、分擔轉移、重排工序以及分解合并等方式，使各工序的作業時間接近，從而有效利用人員、設備等生產要素平衡各工位的工作負載，實現“連續流”的生產。通過對分選生產線各工位的分析，其中外觀檢查、尺寸檢查兩個工序，在實際生產流動過程中，并沒有發生物質形態等方面的改變，且均為檢查類型的工序，所以可以將其合并為一道工序，一方面可以將不合格的產品一次性流入問題件處理區域，以便集中操作并處理，另一方面可以消除其中大量的等待、停滯等非操作時間以及搬運頻次。“包裝”工序的生產節拍約為25s左右，通過對其作業改善，使其拆分為兩個部分，一為“內包裝”，一為“外包裝”工序。其中“內包裝”工序與“掃碼”工序結合。優化結果見表2：

通過計算可以得出優化后分選線的平衡率如下：LE（sort）=（5+9+5+12+12）÷（5×12）×100%=71.7%，平衡損失率=1-平衡率=1-71.7%=28.3%

四、結論

文章運用工業工程中技術的作業測定和方法研究，結合Flexsim仿真建模技術，對鋰電池分選車間生產中存在的問題進行分析，合并了一些冗余的工位和人員，有效提高了生產線的精益程度，同時實現各工序作業負荷均衡。從本案例分析改善的效果看，仿真技術與精益思想相結合，對制造企業生產系統進行循序漸進的改善，可使其更加可靠、有效。

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作者簡介：

王旻玥，女，江蘇無錫人，江南大學商學院碩士研究生，研究方向：企業物流管理與運作。