汽車裝配線平衡仿真研究

汽車裝配線平衡仿真研究

精細(xì)生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)線的節(jié)奏平衡。只有當(dāng)生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏達(dá)到均勻，即生產(chǎn)線各部分的生產(chǎn)節(jié)奏達(dá)到一致時(shí)，才能最大限度地減少因生產(chǎn)線各部分的節(jié)段不平衡造成的勞動(dòng)力和設(shè)備能力浪費(fèi)。使生產(chǎn)線保持平衡、連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)，獲得所需的生產(chǎn)效果。隨著精益生產(chǎn)方式在汽車行業(yè)的廣泛運(yùn)用,如何提高裝配線的整體效率,減少工序間的在制品,以及追求同步化生產(chǎn),越來越受到人們的重視。近年來,國內(nèi)外運(yùn)用仿真技術(shù)對(duì)裝配線平衡進(jìn)行了仿真研究。目前的仿真軟件種類比較多,具有代表性的主要有:eM_Plant、witness、SLMAN、AUDITION等,其中Tecnomatix公司所開發(fā)的eM_Plant仿真軟件,是目前比較成熟的功能強(qiáng)大的作業(yè)系統(tǒng)仿真軟件,十分適合裝配線這樣的離散事件系統(tǒng)的仿真。1在分析生產(chǎn)線平衡時(shí)1.1不穩(wěn)定工作時(shí)間流水生產(chǎn)線平衡,就是將所有作業(yè)單元(task)分派到生產(chǎn)線各個(gè)工作站(station),使每個(gè)工作站在工作周期內(nèi),都處于繁忙狀態(tài),以完成最多的操作量,從而使各工作站未工作時(shí)間(閑置時(shí)間)最少。由于各作業(yè)單元受工藝技術(shù)要求對(duì)其先后作業(yè)順序的限制,因此生產(chǎn)線平衡時(shí),不僅要滿足工序循環(huán)時(shí)間的限制,還要滿足工序先后順序的要求。1.2提高生產(chǎn)線的效率生產(chǎn)線平衡的目的,就是盡量使各工作站的負(fù)荷(即工作站上所有作業(yè)時(shí)間之和)相等,以避免因工時(shí)相差太大,而造成某些工作站產(chǎn)品堆積;而另外一些工作站,卻因等待而流失工時(shí),從而減少總的閑置時(shí)間,提高整條生產(chǎn)線的效率。通過生產(chǎn)線平衡,還可以提高重要設(shè)備的利用率,減少工人由于工作量不平衡而引起的情緒問題。1.3各溫度的平衡(1)產(chǎn)量與產(chǎn)品的配比發(fā)生了變化,使得原先本來平衡的各工位變得不平衡;(2)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)發(fā)生改變或者新產(chǎn)品的投入;(3)操作工人對(duì)工作的熟練程度不一樣或發(fā)生變化;(4)現(xiàn)場(chǎng)的布置發(fā)生了變化2算法的有效性生產(chǎn)線平衡問題是典型的NP問題,求解此類問題的方法有:最優(yōu)化方法(線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法)、啟發(fā)式方法(遺傳算法、禁忌搜索算法)等等。最優(yōu)化算法和啟發(fā)式算法,雖然能在理論上得到最優(yōu)解,但是在實(shí)際中,生產(chǎn)線上經(jīng)常改變計(jì)劃時(shí),往往重要的不是求最優(yōu)解,而是在短時(shí)間內(nèi)得到相對(duì)滿意的解法。人工平衡法是以邏輯和常識(shí),而不是以數(shù)學(xué)論證為依據(jù)。這種方法不能保證得到理論上最佳的方案,不過可以產(chǎn)生一些較好的方法,接近真正的最佳狀況。裝配線是一種典型的生產(chǎn)線,并且其生產(chǎn)自動(dòng)化水平高、生產(chǎn)設(shè)備簡單、也比較容易調(diào)整,所以適宜用人工平衡法解決平衡問題。3評(píng)估系統(tǒng)的類型某乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線,是基于英國ROVER公司750系列規(guī)劃工藝的,包含31個(gè)工位,其中手動(dòng)工位18個(gè),半自動(dòng)工位10個(gè),自動(dòng)工位3個(gè)(如表1)。3.1裝配線出現(xiàn)堵塞模型仿真運(yùn)行一年后,四種數(shù)據(jù)相應(yīng)的輸出值見表2,從表中可以明顯的發(fā)現(xiàn),生產(chǎn)量只有175臺(tái)/天,而且在制品產(chǎn)量為221臺(tái),發(fā)動(dòng)機(jī)在線時(shí)間為3h15min,這兩個(gè)值也偏高,初步判定裝配線肯定存在問題。通過eM_Plant特有的Chart分析圖(圖1)可以看出,造成這一差距的原因之一是由于自動(dòng)、半自動(dòng)工位機(jī)器發(fā)生故障等待維修,該工位處于停止?fàn)顟B(tài),導(dǎo)致前面工位加工好的零件無法移至該工位進(jìn)行加工,產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象,影響生產(chǎn)量。采取的改進(jìn)措施:在自動(dòng)、半自動(dòng)工位旁邊增加在線緩沖區(qū)域,緩解裝配線的堵塞現(xiàn)象。改進(jìn)后發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)均有了相應(yīng)的提高(見表3),說明該措施是有效果的。3.2改善前后內(nèi)部溫度對(duì)比通過增加在線緩沖之后,生產(chǎn)量有了明顯的提高,但是距理想情況還有一定的差距,說明應(yīng)該會(huì)有瓶頸工位或者區(qū)域存在。運(yùn)用eM_Plant的瓶頸分析表(表4)看出工位240,250,320有堵塞現(xiàn)象,3個(gè)工位的堵塞時(shí)間分別為1.71%,2.43%,6.26%(表中深色區(qū)域),說明存在瓶頸工位。觀察3個(gè)工位與其前后工位的加工時(shí)間,發(fā)現(xiàn)其與后面一個(gè)工位的加工時(shí)間之間落差很大,這說明是由于前后工位時(shí)間差距比較大造成瓶頸的產(chǎn)生,在無法修改工藝流程的情況下,考慮在瓶頸工位和其后面的工位之間增加緩沖區(qū)域,緩解堵塞現(xiàn)象。改善后的數(shù)據(jù)結(jié)果與改善前做一下比較,發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象基本消失,各項(xiàng)數(shù)據(jù)又有了相應(yīng)的提高(表5),說明這一措施也達(dá)到了改進(jìn)的效果。綜上各種分析和比較,通過對(duì)裝配線的數(shù)次改進(jìn),改變了原有的不平衡現(xiàn)象,生產(chǎn)能力得到大幅度提高。4種人工平衡法目前,裝配線不平衡問