基于Flexsim仿真技术在生产线上应用研究

浙江科技学院学报,第21卷第1期,2009年3月Journal of Zhejiang University of Science and Technology Vol.21No.1,Mar.2009收稿日期:2008211222基金项目:全国高校物流教改教研课题(J Y J081043)作者简介:曹玉华(1976—　),女,内蒙古赤峰人,讲师,硕士,主要从事物流系统仿真研究。

基于Flexsim 仿真技术在生产线上应用研究曹玉华,彭鸿广,马杭育(浙江科技学院经济与管理学院,杭州310023)摘　要:制造企业的生产系统越来越复杂,为了科学地规划与布局生产线,越来越有效的方法是计算机仿真。

为此,基于Flexsim 仿真软件对浙江某有限公司炼漂车间生产系统进行仿真分析,以发现现有生产系统中的问题,进而对其进行改造,并对改造前后的生产线进行对比分析,得到生产系统仿真优化后的结果。

关键词:仿真技术;生产线;Flexsim中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:167128798(2009)0120010205Application of simulation technology based onFlexsim on production lineCAO Yu 2hua ,PEN G Hong 2guang ,MA Hang 2yu(School of Economics and Management ,Zhejiang University of Science and T echnology ,Hangzhou 310023,China )Abstract :The production system of manufact uring enterprises becomes more and more com 2plex.For t he scientific plan and layout of p roduction line ,comp uter simulation is an effective met hod.We carried out t he simulation analysis based on t he Flexsim simulation software to t he p roduction system ,and discovered t he p roblems in t he existing p roduction system.Thus we made t he t ransformation to it ,compared t he production lines before and after t he t ransformation ,and o btained t he result s of t he production system simulation and optimization.K ey w ords :simulation technology ;production line ;Flexsim 随着生产自动化水平的不断提高,生产系统越来越复杂,生产节奏越来越快,使生产管理者对生产线改进的每一决策都需谨慎考虑。

如果措施不当,往往会付出高昂的代价。

而要在这么复杂的系统中找到瓶颈,人的大脑已经无法胜任,于是,越来越多的企业依靠仿真技术。

系统仿真是通过建立仿真模型,在计算机上再现真实系统,并模拟真实系统的运行过程而得到系统解的研究方法。

作为分析评价现有系统运行状态或设计优化未来系统性能与功能的一种技术手段,它通过运行具体仿真模型和对计算机输出信息的分析,实现对实际系统运行状态和变化规律的综合评估与预测,进而实现对真实系统设计与结构的改善或优化,起到为决策者提供辅助支持的作用[1]。

仿真技术应用范围广泛,其中在制造业中的应用,主要有以下几方面:一是生产系统的规划设计。

在一个新的生产系统建立时,往往要对该生产系统的方案设计进行评价。

通过对新系统建立模型,动态运行此模型,从而找到系统方案存在的问题,并多次修改参数与运行,可以寻求一个较优的设计方案。

二是物料的管理。

复杂、快节奏的生产系统,物料的管理往往是十分复杂的。

不同的物料管理策略会产生不同的效果。

策略得当,可以保证生产系统均衡的生产,保证物料适时、适量的供应;反之,会造成生产物流的失调,或出现积压浪费,或出现供料不足。

通过物料管理策略仿真,可以确定最恰当的物料管理方案。

三是生产系统的协调。

多工序、多设备的复杂生产线,各加工工序生产节奏一般是不协调的,这种不协调会严重影响生产系统整体效率。

协调各工序的生产节拍,充分发挥所有生产设备和人力资源的潜力,力求系统生产的总体高效率。

通过仿真可以找到生产的瓶颈,然后采取相应措施,消除瓶颈,达到协调生产的目的。

四是生产计划的摸拟。

生产企业在制订计划时,为了预测计划下达后的效果,一般采用仿真技术这一定量分析的方法,通过分析来评价计划的合理性。

五是生产成本分析。

生产过程是动态过程,如果将成本作为一个基本变量,生产过程的模拟可以得到生产成本的统计性能。

改变参数,多次仿真可以寻求降低成本、提高生产率的较优方案。

1　仿真软件目前流行的仿真软件有Arena,Automod, Wit ness和Flexsim等,每款软件有其独特的特点和适用的对象[2]。

Flexsim主要应用于系统建模、仿真以及实现业务流程可视化。

Flexsim中的对象参数可以表示现实中所有存在的实物对象,如传送带、操作人员等,同时数据信息可以用Flexsim丰富的模型库表示出来。

Flexsim是面向对象的开放式软件,由于Flexsim的对象是开放的,所以这些对象可以在不同的用户、模型之间进行交换,再结合对象的高度可自定义性,可以大大提高建模的速度。

Wit ness是面向工业系统、商业系统流程的动态系统建模仿真软件平台,是离散型的仿真软件,它提供了大量描述工业系统的模型元素,如生产线上的加工中心、传送设备、缓冲存储装置等。

Arena将计算机仿真与可视化有机集成,具备高级仿真器的易用性和专用仿真语言的柔性。

在物流中的主要运用有:在生产过程方面,进行设备布置,实现工件加工轨迹的可视化仿真等;在生产管理方面,进行生产计划、库存管理、生产控制和产品市场的预测和分析等;在生产价值分析方面,进行生产系统的经济性、风险性分析,从而改进生产、降低成本或辅助企业投资决策;可实现企业流程再造的可视化仿真优化,可实现敏捷供应链管理的可视化仿真决策等。

Auto mod提供给用户一系列的物流系统模块来仿真现实世界中的物流自动化系统,提供统计分析工具,由用户定义测量和实验的标准,自动在模型上执行统计分析,并通过模型定义场景和摄像机的移动,产生高质量的AV I格式的动画,用户可以缩放或者平移视图,或者使摄像机跟踪一个物体的移动。

Auto mod是目前市面上比较成熟的三维物流仿真软件。

浙江科技学院经济管理学院购买了Flexsim仿真软件,笔者利用该软件对制造企业的生产线进行了应用研究。

2　案例分析2.1　问题的陈述浙江某有限公司的炼漂车间生产线(仿真模型见图1)主要由2台坯布打卷机、2台脱脂漂白高压锅炉、2台烘筒组成,每台机器由一个工人操作。

整条生产线工作流程如下:首先,将原料仓库的外购坯布输送到2台坯布打卷器进行坯布打卷处理,中性规格的坯布打卷一般是每台机器每5.5h处理出一个大卷,然后用输送机运送进高压锅炉进行脱脂漂白的煮炼,整个输送过程需要8min。

其次,2台脱脂漂白高压锅炉进行脱脂漂白,两种不同型号高压炉可以分别处理3个和2个大卷,其中处理3个大卷的煮炼时间为5.7h,处理2个大卷的煮炼时间为5h。

由于脱脂漂白高压锅炉运行成本的关系,每次都是上游达到3个大卷存货时才开启其中一个脱脂漂白高压锅炉,煮炼结束之后由输送机把高压锅炉内取出的纱布卷输送至烘筒,输11第1期曹玉华,等:基于Flexsim仿真技术在生产线上应用研究送时间为4min 。

最后,将布卷在烘筒机器上进行展开烘干后细分打卷,每台烘筒只能处理一个大卷坯布,处理时间为每台机器6.8h ;细分打成的小卷暂时搁置在机器旁边的运输车内,当运输车装满两大卷坯布后运送至码布车间。

图1　浙江某有限公司炼漂车间生产线仿真模型Fig.1　S imulation m odel of production line in refining and bleachingworkshop of some limited companies in Zhejiang Province2.2　仿真时间设置浙江某有限公司炼漂车间生产原料布匹,生产量巨大,车间是24h 工作,采用班组轮换制进行运作。

考虑到整个车间工作时间长,本次仿真时间以一个星期工作时间量为单位即6个工作日每天24h ,总计144h 。

在Flexsim 里通过实验控制器来完成仿真时间的设置,如图2所示。

图2　仿真时间设置Fig.2　Simulation time setup2.3　仿真结果与分析炼漂车间生产线仿真后可以直观地看出,在烘筒工序和脱脂漂白工序之间的暂存区内产生了待加工产品积压的情况,并通过饼图可直观地了解每台机器的工作状况。

2.3.1　坯布打卷机　由于在该生产线仿真模型中,假设原料供应是得到充分保证的,所以如图3所示2台坯布打卷机的处理几乎都是满负荷,即未产生运作闲置。

图3　坯布打卷机的工作状况Fig.3　Work state of the greige cloth coiling machine2.3.2　脱脂漂白高压锅炉　2台脱脂漂白高压锅炉中(工作状况如图4),可同时加工3卷的1号机有35.5%的工作闲置,工作效率有64.5%,而可加工2卷的2号机,其工作效率只有27.4%。

造成这种现象的很大原因是公司因为考虑到高压锅炉的运作成本而采取的额定批量加工的方法所致,机器很大一部分闲置时间是花在等待上游产品的积累到额定量。

而之所以1号机比2号机工作效率高,是因为额定的批量是3卷,1号机刚好可以满足加工需求,所以很多时候上游产生的工作量由1号机来承担,只有当额外很少的加工量产生时,2号机才承担工作任务。

这一仿真现象与现实情况极其接近,现实中大部分时间都是由1号机器完成坯布的脱脂漂白,而2号机闲置时间较长。

21浙江科技学院学报第21卷图4　脱脂漂白高压锅炉的工作状况Fig.4　Work state of the lipid2removing and bleaching high2pressure boiler2.3.3　烘　筒　2台烘筒的工作状况如图5所示,从图中不难看出2台烘筒有着很大的工作空闲比例,其实这一部分的空闲时间是由于上游的加工时间和第一道工序和第二道工序之间的产品积累所产生的时间所致。