基于Flexsim的后紡車間棉紗生產及入庫系統建模研究

孫成衛 王家彬

摘? 要：為了合理安排棉紡企業后紡車間的生產計劃，提升傳統的只靠數據計算進行生產計劃安排的方法，利用Flexsim建模仿真技術，建立后紡生產及入庫流程仿真模型。通過仿真每天的生產，找出滿意的生產安排方案，實現了精準、合理調配車間人員和設備，用好國家峰谷用電政策，達到最大程度避開高峰用電和提高人員和設備效率的效果，即承擔了社會責任，又降低企業用工和用電費用，提升企業的競爭力。

關鍵詞：Flexsim；建模仿真；絡筒；入庫

中圖分類號：TP391.9? ? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）06-0172-04

Research on Modeling of Cotton Yarn Production and Warehousing System in

Post Spinning Workshop Based on Flexsim

SUN Chengwei1， WANG Jiabin2

（1.Shandong Huayu University of Technology， Dezhou? 253034， China; 2.Dezhou Xingdemian Weaving Co.， Ltd.， Dezhou? 253002， China）

Abstract： In order to reasonably arrange the production plan of the post spinning workshop of a cotton spinning enterprise and improve the traditional method of production plan arrangement by only relying on data calculation， a simulation model of post spinning production and warehousing process is established by using Flexsim modeling and simulation technology. Through the simulation of daily production， it finds a satisfactory production arrangement scheme， realizes the accurate and reasonable deployment of workshop personnel and equipment， makes good use of the national peak valley power policy， and achieves the effect of avoiding peak power consumption to the maximum extent and improving the efficiency of personnel and equipment， which not only assumes social responsibility， but also reduces the cost of enterprise labor and electricity， and improves the competitiveness of enterprises.

Keywords： Flexsim; modeling and simulation; spooling; warehousing

0? 引? 言

棉紡行業是我國傳統的勞動密集型行業，隨著我國人口紅利逐步消失，用工成本不斷上升，對具有勞動密集型特點的棉紡行業發展提出挑戰。同時，為了緩解用電緊張的狀況，我國出臺了峰谷用電政策。棉紡企業作為用工和用電大戶，管理上就要采取新技術安排生產，通過技術和管理的創新來達到降低成本的目的。

由于后紡車間生產及入庫過程中存在眾多不確定性因素，傳統的管理方法無法根據生產變化情況快速、準確的進行綜合預測性。因此，需要借助較為先進的計算機建模仿真技術，建立后紡車間生產及入庫模型，利用仿真技術快速、準確的仿真實際生產，制定較為理想的生產計劃及入庫安排方案。

1? Flexsim建模仿真概述

F1exsim是美國Flexsim公司開發的一個基于Windows的，面向對象的仿真軟件。該軟件擅長構建生產、倉儲、分揀、配送物料處理等離散事件的仿真模型。通過可視化操作可快速實現模型布局和連接，輸入反映實際工作的相關參數，建立一個仿真模型。運行仿真模型，借助于運行數據和儀表，可方便的發現問題的瓶頸，分析原因，提出改進措施，并借助模型仿真驗證措施實施效果，確定較為理想的工作方案。

2? 棉紡企業后紡車間生產及入庫系統簡介

2.1? 后紡車間生產及入庫流程簡介

棉紡企業后紡車間是棉紗生產的最后一個車間，后紡車間的工作流程主要包括絡筒和打包入庫兩個環節。

該車間主要任務是將細紗車間生產的容量較小的管紗通過絡筒機的絡紗加工，將管紗加工成質量和大小均符合要求的筒紗。為了防止錯支和混入異性纖維，完成絡筒的棉紗用車輛運到檢驗設備進行檢驗，檢驗完成后被送到產成品存放區分品種存放，等待打包。后紡車間要將筒紗按客戶要求進行打包，打包后的產品通過小型運輸車輛送入成品庫。

在通常情況下，后紡車間的生產能力大于主機車間的生產能力，每天的工作時間具有一定的彈性，合理安排絡筒機、叉車、操作員的工作時間，能達到節約用工和降低用電成本的目的。

2.2? Y公司后紡車間生產系統簡介

本文以山東德州某棉紡企業一條3萬錠的生產線為研究背景。公司實行每天三班工作制，每班工作8小時，每天工作1 440分鐘。該條生產線細紗車間同時生產J14.6、T/JC13、J9.7、J7.3、J5.8五個棉紗品種，日產棉紗5噸左右。細紗機生產的管紗通過一條公用的傳送帶送到后紡車間各機臺上。后紡車間共有7臺絡筒機，由于J14.6和T/JC13棉紗產量較大，在絡筒工序各占用2臺絡筒機，J9.7、J7.3以及J5.8各占用一臺絡筒機。車間實行的早、中、夜三班工作制，每班工作8小時。車間只有一臺打包機，每班需要一名操作員進行打包。

2.3? 生產工藝參數分析整理

后紡車間每天收到350包左右管紗包，每包包含120個管紗，每個管紗重約60克，經后紡車間絡筒機絡成筒紗，每個筒紗重約1.67公斤。通常每包15個筒紗，折標準重量25公斤，每天打包200包左右。公司統一調配搬運工，每天上午8：00和16：00各辦理一次棉紗入庫。

由于生產計劃和工藝不同，每個品種產出一包管紗和每臺絡筒機絡成一個筒紗的加工時間也各不相同。各品種細紗工序日均下機量、產出一包管紗的時間，絡筒機平均生產一個筒紗的時間等基本生產數據如表1所示。

3? 模型布局及連接

3.1? 模型布局及連接

細紗工序生產的管紗裝入管紗包，通過傳送帶送到后紡車間，將不同的品種管紗倒入對應車位的儲備箱中，絡筒機將管紗合成指定重量的筒紗，經過檢驗，不合格品送入人工處理處，合格品送入筒紗存放區，按照打包要求打包后送入成品包存放處，由小型運輸車輛運送倉庫。根據車間設備及操作員配置情況，后紡車間生產及入庫模型布局及連接如圖1所示。

3.2? 模型實體功能說明

根據棉紗生產入庫流程，模型中主要涉及到發生器、傳送帶、分解器、暫存區、合成器、叉車、操作員、吸收器等，為了明確實體功能，對模型實體進行了重命名。各模型實體功能和作用如表2所示。

4? 參數設置

由于每個建模實體根據實際生產情況都有自己的參數，根據其重要性和復雜性，對部分關鍵實體的參數進行如下設置。

4.1? 生產整包管紗的參數設置

細紗管紗包平均每包120個管紗，每包紗到達后紡車間的時間間隔服從指數分布，以J40為例，結合表1中產出管紗包的時間間隔，J40紗產出發生器參數設置如圖2所示。同時，為了區分各品種管紗包，對存放不同品種管紗的管紗包設置不同的類型和顏色。J40管紗包類型和顏色的參數設置如圖3所示。

4.2? 傳送帶輸出端口的參數設置

由于各品種管紗包是通過一條共同的傳送帶輸送到后紡車間的，因此，后紡車間要根據管紗包的種類將其輸送到不同的車位上。以傳送帶7為例，管紗包到達傳送帶7尾部的離開銜接點時，需要送往2個方向，運用Case語句根據管紗包的類型和對應絡筒車的參數設置如圖4所示。表示管紗包類型為“1”的J40管紗包和類型為“5”的滌棉45管紗包均送往端口1，其余類型的管紗包送往端口2。送往新的傳送帶上后，運用同樣的方法，將各品種管紗包類型送到各自對應的絡筒機車位上。

4.3? 拆包的參數設置

將管紗包中的管紗倒出來后才能在絡筒機上進行進一步的加工。該過程需要用分解器進行模擬。由于一個管紗包中有120個管紗，再加上一個包套。因此，將一包紗拆解成121份，其中一份為包套，占比0.8%，并被送往包套存放處，以備循環使用。管紗則被送到絡筒機頭的暫存區，拆包設置如圖5所示。

4.4? 絡筒機的參數設置

絡筒機是后紡車間主要的棉紗生產設備，需要用約28個管紗加工合成一個筒紗。需要用合成器模擬絡筒機，并選擇合成模式，根據表1中加工筒紗的時間，J40絡筒機參數設置如圖6所示。

4.5? 提供筒紗包發生器的參數設置

檢驗合格后的筒紗需要根據不同的筒紗包套進行打包。由于車間只有一臺筒紗打包機，并且打包操作員在筒紗包入庫時協助辦理入庫手續，需要一定的空閑時間。因此，提供筒紗包的時間及數量設置采用到達時間表進行設置，240分鐘一循環，每班對每個品種實行兩輪的打包，期望達到合理安排打包人員和及時入庫的目的。提供筒紗包發生器的參數設置如圖7所示。筒紗包類型和顏色的設置如圖8所示。

4.6? 全局表的參數設置

為實現筒紗包套類型與打包要求對應，建立了一個5行5列的全局表。其中行對應產品的種類，列對應包套的類型，5列對應5種類型的打包要求。由于每種筒紗包里只有一種類型的筒紗，因此，創建的全局表如表3所示。

4.7? 打包器的參數設置

打包時按照訂單要求進行打包。采用合成器模擬打包是合成器的典型運用，合成器根據輸入端口1進入的包套類型更新棉紗打包清單，其參數設置如圖9所示。

5? 仿真運行及分析

5.1? 仿真運行

由于企業生產不斷變化，一個生產安排穩定時間一般小于10天，因此，設定仿真運行時間為14 400分鐘，運行圖如圖10所示。

模型仿真運行10天后，設備及操作人員運行狀況主要數據如表4所示。

5.2? 系統分析

結合模型仿真運行圖和運行數據表可以看出，1～3號絡筒機加工時間占比為40%多，7號絡筒機加工時間占比71.35%，均有不少的空閑時間。可以根據空閑時間占比，科學安排絡筒機在用電高峰期停車時間。打包操作員也有較多的空閑時間，說明有時間辦理入庫手續。打包設備用較多的時間用來收集筒紗，打包操作員有時間辦理入庫手續。由于質量檢驗機比較忙碌，而且用電較少，可以讓質量檢驗機隨時工作。絡筒及入庫工作在按照該計劃安排生產時，能夠做到各工序不造成積壓，生產流暢。

6? 結? 論

后紡車間的棉紗加工及入庫作業流程雖然不是很復雜，但工作彈性較大。通對后紡車間生產及入庫作業系統的建模仿真，可以做到較準確核算各環節工作量，對企業挖潛改造，提升管理起到了重要作用。

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作者簡介：孫成衛（1968—），男，漢族，山東德州人，高級統計師，教師，研究方向：智慧物流與供應鏈。

收稿日期：2022-10-26

基金項目：2023年度智慧物流與供應鏈研究中心研究成果（2022HYWL15）;2021-2022學年第一學期校級課堂教學改革試點課程（2021KG-29）