Flexsim 在塔機結構件涂裝線設計中的應用

朱明 ，林天強 ，楊飛周 ，王哲

（1.中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601；2.中鐵四局管理研究院，合肥 233022）

1 引言

涂裝生產線大都是非標設備，生產線一旦建成就很難再改變。所以，前期設計階段的工藝布局，物流系統設計就顯得尤為重要，決定了涂裝生產線的成功與否。最初，不管是設計單位還是工廠的工藝人員都是靠人力計算、反復推敲來確定產線的工藝布局和物流走向，遇到復雜的生產線將十分耗時耗力，還特別容易出錯。

近年來，隨著科技的進步，設計手段和工具層出不窮，Flexsim 就是一款經典的系統仿真軟件，建模快捷、簡單且仿真分析能力強大。Flexsim 可以幫助工程師和規劃人員在系統的涉及和操作過程中做出明智的決策。使用Flexsim 可以創建真實系統的3D 計算機模型，然后使用比現實系統更短的時間和更少的成本進行研究。使用Flexsim 模擬（在現實中實施之前）的系統，或者在現實中執行操作政策之前對它們進行測試，將避免新系統實施初期可能發生的很多風險。之前通過幾個月甚至幾年才能摸索出來的經驗和優化方式，現在使用Flexsim 幾天和幾個小時就能獲得。

本文中針對筆者單位承擔設計的某塔機結構件涂裝生產線，通過使用Flexsim 對設計方案進行建模和分析，發現工藝流程中的瓶頸環節，驗證和優化了設計的正確性。

2 Flexsim 仿真流程

Flexsim 仿真的基本流程有以下幾步【1】：

1）仿真模型規劃：對生產線實際調研，完成相關參數的數據采集，然后建立生產線物流模型，確定生產線布局，構建模型布局。

2）仿真模型設計：根據生產線各工序特點，選擇所需要的實體對象，從對象庫中拖到建模視圖中的適當位置。

3）編輯對象參數：定義產品的流出、設置緩存區參數、設置檢測設備參數等。

4）仿真模型運行：重置模型、控制速度、運行仿真。

5）仿真模型優化：根據輸出的仿真結果，對系統方案進行優化。

6）仿真結果分析：分析仿真結果，根據需要對模型進行修改直至滿足工藝要求的生產線。

3 塔機結構件涂裝生產線的構成

3.1 塔機結構件涂裝線簡介

本生產線工序多、工藝復雜，包括拋丸、前處理、電泳、電泳固化、強冷、噴粉、粉末固化、強冷等環節；本生產線采用懸掛積放輸送方式，工件的停止、放行通過停止器控制，系統各設備管理要求為可編程自動控制；工件的上掛和下件、拋丸后清理、噴粉、烘干是在工件停止狀態下完成的；工件拋丸是在工件連續運行通過拋丸室時進行并完成的；工件前處理噴淋在工件連續運行通過相應室體時進行并完成。在拋丸段前后，設置有積放鏈平移機構，在處理硅烷前后，設有積放鏈升降機，依次完成硅烷后的純水洗、電泳、UF1、UF2，以及部分轉接工位。其工藝流程見表1。

表1 塔機涂裝工藝流程表

根據工藝時間要求，從脫脂工藝到吹水，時間最長的是電泳，故本案例只取電泳來分析，其余各工位時間很短，均視為緩存，簡化后各工序及其加工時間見表2。

表2 各工序加工時間

3.2 仿真模型建立

根據各工位實際情況，從Flexsim 實體庫中選擇發生器模擬上件、處理器模擬各工位操作、傳送帶模擬緩存區、起重機模擬平移換軌機構、吸收器模擬下件。塔機涂裝線建模實體圖如圖1 所示。

圖1 塔機涂裝線建模實體圖

建模完成后，依據工藝要求，模型參數設置見表3。

表3 模型實體設計表

4 仿真與優化

4.1 仿真分析

建模完成后，將系統連續運行時間設置為6×24h，模擬該生產線周一～周六連續運轉，周日停線檢修的狀態。運行Flexsim 建立的涂裝生產線模型，運行結束后可得到該模型的運行狀態見表4。

表4 模型運行狀態

從表4 可以得出以下結論：

1）從現有工件數可以看出，所有的緩存區幾乎都被占滿，說明系統中存在瓶頸；

2）從平均處理時間可以看出，幾乎所有的工序時間都超過了設定時間，也說明系統中存在瓶頸；

3）從設備空閑率可以看出，電泳的空閑率最大，說明沒有滿負荷運轉，有能力富余；

4）從設備處理效率可以看出，粉末固化的處理效率最高，幾乎滿負荷運轉，而其他的設備處理效率不平均，說明粉末固化有可能就是系統的瓶頸。

4.2 流程優化

針對之前的仿真結果，提出了針對該系統問題的解決方案，即將系統瓶頸電泳焙干增加1～7 個工位，重新設置模型參數并運行后，得到優化后的運行狀態表（見表5）。

從表5 中可以看出：

1）每個緩存區在仿真時間結束后仍然沒有裝滿，顯示該系統不存在瓶頸；

表5 優化后的運行狀態

2）每個工序的平均處理時間比優化之前均有提升，說明系統在優化后得到了整體改善；

3）電泳的設備空閑率仍然最高，說明該工序的能力富余比較大；

4）有一半以上的設備處理效率達到了95%以上，說明系統的運轉效率很高。

5 結語

本文以某塔機涂裝生產線為例，運用Flexsim 仿真軟件進行建模對其工藝設計進行驗證，并成功找出系統的瓶頸，且提出了有效的改善方案，改善后系統運行效率大大提高。Flexsim仿真軟件對以人工計算為主要設計方法的工藝設計是一個很好的補充，其仿真結果可以幫助設計人員更好地規劃和設計涂裝生產線。