基于Flexsim的生產線仿真及優化

摘要：介紹了計算機仿真技術的概念及作用，并以電子式定時器產品裝配線為例，從生產系統可視化角度出發，運用工業工程思想對生產線優化問題進行研究，建立生產工藝流程程序得出基礎信息，利用可視化仿真軟件建立模型，對生產線運行狀況進行模擬仿真，并展望計算機仿真技術在今后生產制造業中的應用發展。

關鍵詞：計算機仿真技術;生產線優化;工業工程

1? ? 計算機仿真技術的概念及作用

1.1? ? 仿真的概念

仿真在生成數值和邏輯模型的基礎上，模擬真實世界的問題，并用計算機模仿找到解決問題的方法與不同的方案。對于高風險或不可能實際測試的復雜問題，計算機仿真技術提供了一種有效的工具來幫助解決問題以及分析和評價不同的選擇。計算機硬件和軟件的不斷完善和更新，使計算機仿真軟件計算效率和精度大大提高。近年來許多研究表明，通過整合優化算法，計算機仿真可以更迅速、更有效地決定最佳的組合。在計算機仿真中常見的優化算法有禁忌搜索、神經網絡、模擬退火算法和遺傳算法等。

1.2? ? 計算機仿真的作用

隨著經濟的發展，制造企業結構日益復雜，生產線是一個大型的離散的動態系統，對于復雜性、快節奏和柔性的要求越來越高，這就要求生產管理者謹慎考慮每一個決策問題并預測每一個決策所造成的結果。這種情況下，如果僅僅是憑借以往老的經驗或感覺來判斷，顯然可能出現許多疏漏，往往需要付出高昂的代價。而計算機仿真技術則恰恰彌補了這一不足，從而成為生產管理者的得力助手。決策者可以通過電腦模擬現實的結果，得出方案或設計的可行性，從而做出合理的決定。計算機仿真技術對于企業在提高效率、縮短研究開發周期、保證安全、節約開支、提高質量等方面有著不可或缺的作用。

利用仿真技術能夠對企業生產系統進行分析、檢驗、判斷，最終做出科學合理的決策。而對于企業來說，利用仿真技術在計算機中建立一個虛擬模型來測試各種方案，就可以避免進行物理試驗所需要投入的大量資金，減少了設計研發成本。最關鍵的是，通過對模型運行過程及結果的驗證分析，可以大大提高方案的可行性，極大地降低決策的風險。

2? ? 基于Flexsim的電子式定時器生產線優化

2.1? ? Flexsim仿真系統

Flexsim是一款離散事件仿真軟件，它可以根據特定事件發生的結果，在離散時間點改變相應狀態，包容了輸入/輸出變量的隨機性以及狀態變化的不確定性，使得仿真結果科學可靠。軟件具有原始數據擬合、輸入建模、圖形化的模型構建、虛擬現實顯示、運行模型進行仿真試驗、對結果進行優化、生成3D動畫影像文件等功能，在圖形建模環境中集成了C++、IDE和編譯器，并具備與其他工具軟件的接口，是一款在生產、物流、交通等各個領域使用非常廣泛的軟件。

2.2? ? 電子式定時器生產線仿真優化

2.2.1? ? 工業工程思想介紹

工業工程以企業生產系統為研究對象，運用作業測定和方法研究等技術，對生產系統中的人員操作動作及設備運行狀態進行分析，找出過程中影響生產效率的各種因素并制定改善策略，以優化工作方法，提高生產效率和整體效益。由于具有投入小、見效快、易推廣、能精益求精等優點，工業工程在現代企業管理與運作中非常活躍。

工業工程的宗旨在于通過進行作業研究、時間測定，找出瓶頸工序，依據所得數據合理地劃分和重組生產作業要素，使生產線各工序的作業時間盡可能相近，從而推動生產線實現更高水平的平衡及產出;并在新的水平發現新的瓶頸，然后持續改進及完善，促使企業生產效率不斷提高。

2.2.2? ? 電子式定時器生產線程序分析及仿真優化

由作業方法表可知，組裝由組裝簧片、裝引出片、裝中間座及鉚接、組裝、內觀檢查、組裝上下蓋、測通斷等7個工位組成。根據實際操作所獲得的數據，可得出其組裝流程程序（表1），再運用Flexsim軟件建立模型，根據生產基礎信息設置其各模塊的參數及屬性，建立定時器裝配生產線模型，通過運行模型1 h獲得各工位物流量及利用率（表2）。

通過模型可以看到，對比組裝上下蓋和測通斷兩個工序的使用率，組裝上下蓋的使用率比測通斷大較多，說明測通斷工序比較空閑，設備利用不夠充分，還有可以提高使用率的空間，因此可以增加一個組裝簧片及組裝上下蓋工位（處理時間減少到原來的一半），通過運行模型1 h獲得各工位物流量及利用率（表3）。

比較可得，經過操作人員的工作優化及設備參數的調整之后，相同時間內輸出量增加，測通斷工位設備利用率提升，即設備得到了更充分的利用，流水線得到優化配置。建模仿真后的運行結果，為優化方案的制定以及決策提供了理論依據和數據支持，使管理者能更有針對性地對產線問題進行優化改善。同時，仿真獲得的數據及結果也使得生產線設計方案能更符合管理者的要求。

3? ? 計算機仿真技術在今后生產制造業中的應用發展

運用計算機仿真技術對生產系統進行建模和仿真，根據運行結果獲得制造上和管理上不同要求的數據資料，為生產線的設計提供了理論依據，并使得設計方案可以更好地滿足管理者的要求。眾所周知，建立一個生產成本低、產品質量高的生產線需要花費很大的投資，且方案設計及投入過程周期較長，而計算機仿真技術的投入使用，為企業降低設計成本，縮短設計時間提供了很好的途徑，因而對生產線的建模和仿真是必不可少的。

隨著計算機的普及發展，計算機仿真在制造業生產線中的應用也越來越普遍。對于某些復雜的生產線，特別是對于新設計的生產線，通過仿真就可以在未能確定它的優劣情況之前對其可行性和效率提出明確的評價判斷，從根本上避免了無根據地花費大量的投資來實行。通過建立生產線的仿真模型，有助于描述生產線的各種已經出現和有可能出現的現象，加強生產管理者的直觀感，從而使他們能夠更深刻地理解和分析生產線。在沒有實際的物理模型的情況下，把生產線規劃轉換成仿真模型，通過運行虛擬模型，就可以評價規劃方案的優劣并根據實際情況修改方案，最終使生產線得到優化，提高企業效益。

[參考文獻]

[1] 宋華明，韓玉啟.多目標裝配線平衡的優化算法[J].運籌與管理，2002，11（3）：55-62.

[2] 易樹平，郭伏.基礎工業工程[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3] 姚海鳳，馮勛省，郭丁俊.基于eM-Plant的汽車零部件生產線平衡技術的仿真研究[J].物流技術，2010，29（12）：114-117.

[4] 采峰，曾鳳章.一種流程型企業主生產計劃優化方法研究[J].工業工程與管理，2006，11（4）：16-20.

[5] 馬云，李躍宇.混流生產線的Flexsim仿真應用研究[J].微計算機信息，2009，25（1）：232-234.

[6] KUO R J，YANG C Y.Simulation optimization using particle swarm optimization algori-thm with application to assembly line design[J].Applied Soft Computer，2011（11）：605-613.

收稿日期：2020-05-27

作者簡介：黃云笑（1987—），男，浙江慈溪人，工程師，研究方向：機電一體化生產制造。