基于flexsim的流水線生產(chǎn)物流仿真優(yōu)化

基于flexsim的流水線生產(chǎn)物流仿真優(yōu)化

1生產(chǎn)線企業(yè)會出現(xiàn)瓶頸該公司的生產(chǎn)物流優(yōu)化目標是提高產(chǎn)量，降低成本，最終實現(xiàn)最大利潤。根據(jù)“木桶原理”,一條生產(chǎn)線形如木桶盛水,其“盛水量”取決于構成該木桶的那塊最短木板的長度。若木桶盡量盛多水,就必須加長那塊最短板。對于一條生產(chǎn)線而言,整條生產(chǎn)線的產(chǎn)量取決于該生產(chǎn)線中生產(chǎn)總耗時間最長的那道工序,即瓶頸工序。因此若想提高生產(chǎn)率首先要找到這條生產(chǎn)線的瓶頸工序,對瓶頸工序進行優(yōu)化處理。因此,對于流水線生產(chǎn)物流優(yōu)化最重要的一個問題就是找出瓶頸工序,并對這道工序進行改進處理。生產(chǎn)流水線為連續(xù)生產(chǎn)線,則為理想狀態(tài),生產(chǎn)線會趨于平衡。而如果是離散流水線,由于各工序加工時間的差異,產(chǎn)品加工過程中經(jīng)常會出現(xiàn)停歇等待現(xiàn)象,生產(chǎn)能力不平衡,因此這類生產(chǎn)線中經(jīng)常看到有的工序很忙沒有停歇時間,而有的工序空閑率很高,在生產(chǎn)中的大部分時間處于空閑狀態(tài),從而生產(chǎn)設備和人員的利用率不高,生產(chǎn)能力懸殊,比例失調(diào),整條生產(chǎn)線最終產(chǎn)量不理想。因此,生產(chǎn)能力平衡是流產(chǎn)線生產(chǎn)物流優(yōu)化的另一個重要問題。2基于flexsim線程的模擬優(yōu)化2.1模型仿真及結(jié)果分析FLEXSIM(flexiblesimulation)是一種面向?qū)ο蟮碾x散事件仿真軟件?？梢杂脕韺﹄x散系統(tǒng)進行建模,系統(tǒng)根據(jù)特定事件發(fā)生的結(jié)果在離散時間點改變狀態(tài)。在FLEXSIM軟件中可以建立一個抽象的模型,進行仿真,并對輸出結(jié)果進行分析。它的特點是,在仿真過程中可以看到生產(chǎn)加工整個過程,如暫存區(qū)的貨物堆積情況、操作員的忙閑和各實體間的相互聯(lián)系等,而且能夠輸出完整的運作績效報告。在FLEXSIM的逼真圖形動畫顯示和廣泛的運作績效報告支持下,可以在短時間內(nèi)識別問題并對可選方案做出評估。在系統(tǒng)建立之前,使用FLEXSIM來建立系統(tǒng)的模型,或在系統(tǒng)真正實施前試驗其運作策略,可以使決策者在更短的時間內(nèi),以更低的成本,更高的效率對實際系統(tǒng)進行優(yōu)化。以前需要花費幾個月甚至幾年時間來進行查錯試驗以對系統(tǒng)進行改進,使用FLEXSIM可以在幾天甚至幾小時內(nèi)取得效果。2.2系統(tǒng)布局和仿真基于FLEXSIM對生產(chǎn)線進行仿真優(yōu)化的一般步驟如圖1所示。(1)描述問題,確定仿真目標。根據(jù)系統(tǒng)基本資料和對系統(tǒng)的了解情況對問題進行描述,提出模糊或不確定的問題,明確仿真目標的過程。(2)收集資料,建立流水線生產(chǎn)物理模型。收集生產(chǎn)結(jié)構和系統(tǒng)工作流程信息,確定系統(tǒng)布局圖表。即描述對系統(tǒng)仿真目的有意義的實體及相互關系等。(3)建立仿真模型。根據(jù)收集到的資料,確定系統(tǒng)物理模型中每個實體的參數(shù)以及相互間的關系,并把相關參數(shù)輸入到所建好的模型中,實現(xiàn)概念模型向計算機模型的轉(zhuǎn)化。(4)運行仿真模型,分析輸出結(jié)果。由于一般仿真過程隨機性比較強,通過多次仿真運行,分析輸出結(jié)果,找出生產(chǎn)線瓶頸問題,并對生產(chǎn)線平衡狀況進行分析研究。(5)模型優(yōu)化處理。根據(jù)實驗要求和仿真目的首先對每條生產(chǎn)線提出優(yōu)化方案,運行優(yōu)化模型,分析結(jié)果。再對整個生產(chǎn)系統(tǒng)整體進行優(yōu)化處理,最終確定最有效的優(yōu)化方案。(6)總結(jié)仿真結(jié)果。對模型仿真進行總結(jié)說明?，F(xiàn)以實際應用實例來說明基于FLEXSIM的生產(chǎn)物流優(yōu)化過程。3機加企業(yè)的生產(chǎn)模式某機械廠是我國生產(chǎn)某重要軍工產(chǎn)品的定點軍工企業(yè),具有三十多年的發(fā)展歷史,是國家重點扶持的科工集團所屬機加企業(yè)。由于原有生產(chǎn)模式偏重于為科研開發(fā)新產(chǎn)品而服務,所以,原有產(chǎn)品生產(chǎn)大多屬于多品種小批量生產(chǎn)類型。近年來,隨著市場需求增加,企業(yè)調(diào)整了其產(chǎn)品的生產(chǎn)方式,由多品種小批量改為多品種大批量生產(chǎn)?，F(xiàn)需要對企業(yè)生產(chǎn)四種產(chǎn)品的四條生產(chǎn)線進行優(yōu)化。3.1生產(chǎn)線加工時間(1)根據(jù)市場需求,企業(yè)要把原來的多品種小批量生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)換為多品種大批量生產(chǎn)方式,因此本次仿真的首要目標為提高企業(yè)生產(chǎn)效率,增加產(chǎn)量。(2)本企業(yè)四條生產(chǎn)線的各道工序間生產(chǎn)加工時間差異很大,很明顯,是離散型生產(chǎn)流水線。因此,本次研究的次要目標為生產(chǎn)流水線工序能力平衡(根據(jù)實際情況,確定工序生產(chǎn)能力標準差小于等于480s時生產(chǎn)線達到平衡)。3.2生產(chǎn)線仿真模型的建立目前企業(yè)四條生產(chǎn)線都以“一個流”的原則進行布置。其中第一條生產(chǎn)線有18道工序(GX101~GX118),第二條生產(chǎn)線有9道工序(GX201~GX209),第三條生產(chǎn)線有20道工序(GX301~GX320),第四條生產(chǎn)線有14道工序(GX401~GX414),每道工序只有一臺設備和一名操作員進行加工和裝夾。因此,整個生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)有61臺加工設備和61位操作員參加生產(chǎn)。根據(jù)仿真模型的建立和仿真目標,已測出四條生產(chǎn)線每道工序的生產(chǎn)加工類型、加工時間、裝夾時間以及各臺設備故障次數(shù)和故障時間。其中部分資料和計算結(jié)果如表1所示。3.3實驗過程的仿真根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)情況和收集到的資料,建立生產(chǎn)系統(tǒng)的物理模型,并對模型中的各實體建立關系并進行相關參數(shù)設置。由企業(yè)性質(zhì)決定,原材料的購進主要由最低庫存量決定,受市場需求的影響比較小。于是,假設原材料是以固定時間間隔購進的。而通過故障次數(shù)最多的工序GX310進行概率統(tǒng)計分析后,可知此設備故障時間近似服從正態(tài)分布,其均值μ=39.6(min),。根據(jù)實際情況,為了簡化建模過程,其它設備的故障時間也近似假設服從偏差為3/8均值的正態(tài)分布。本論文仿真研究企業(yè)15天(一班制)的生產(chǎn)加工過程,其中假設預熱時間為10000s,因此在實驗控制器中設定仿真時間為10000+432000(15×8×3600=432000s)=442000s。把各參數(shù)輸入到仿真模型的裝夾時間、加工時間、MTTR和MTBF和Experimener相關位置中。“編譯”和修改模型以保證仿真的正常運行建立的仿真模型如圖2所示。3.4生產(chǎn)線輸出量、生產(chǎn)率和產(chǎn)出量的量測由于生產(chǎn)系統(tǒng)受到很多不確定因素的影響,在其仿真運行過程中用到隨機數(shù)的產(chǎn)生,當隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的隨機變量驅(qū)動仿真模型時,輸出結(jié)果呈現(xiàn)出隨機特性。因此,不能把單次仿真獲得的系統(tǒng)參數(shù)值視為“真值”,而是應該用若干次重復運行的仿真結(jié)果來估計系統(tǒng)參數(shù)的真值。通過計算可得最佳仿真次數(shù)n=10,其仿真結(jié)果如表2所示。求出每條生產(chǎn)線產(chǎn)出量的樣本均值為于是,可以計算出每條生產(chǎn)線的生產(chǎn)率為從計算結(jié)果可知,四條生產(chǎn)線生產(chǎn)率都很低。分析原因發(fā)現(xiàn),流產(chǎn)線中每道工序的加工時間不均衡,很多半成品堆積到加工時間長的那幾道工序,從而影響了整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)率。因此,確定每條生產(chǎn)線中總耗時間最長的工序為瓶頸工序。如GX110,GX304,GX310,GX311,GX408,GX409,GX411等,這些工序的加工時間都很長(50min左右),接近其他工序的兩倍,因此通過在這些工序上增加一臺設備和一位操作員(總共68臺設備,68位操作員)來提高產(chǎn)量。優(yōu)化后的仿真模型如圖3所示。統(tǒng)計各條生產(chǎn)線的產(chǎn)量。結(jié)果如下表3所示:根據(jù)表中數(shù)據(jù)算出,每條生產(chǎn)線輸出量為:θ′1=189.1,θ′2=204,θ′3=215.7,θ′4=220.5。生產(chǎn)率為η′1=35.01%,η′2=37.77%,η′3=39.94%,η′4=40.83%。各生產(chǎn)線的產(chǎn)量增幅分別為,,,。此次優(yōu)化后,雖然各生產(chǎn)線產(chǎn)量提高了很多,但是流水線中各道工序間負荷率不均衡,很多加工設備與操作人員的空閑率比較高,而且最終裝配到一起的四條生產(chǎn)線的產(chǎn)出量不均衡。為了提高加工設備的利用率,使各工序間的負荷率達到均衡。在上次優(yōu)化的基礎上,對四條生產(chǎn)線整體進行優(yōu)化。主要采取空閑率高的不同生產(chǎn)線的相同工序進行合并的方法。首先根據(jù)四條生產(chǎn)線加工內(nèi)容,把原來的第二條生產(chǎn)線布置到第四條生產(chǎn)線后面,第三和第四條生產(chǎn)線往前移,既優(yōu)化后四條生產(chǎn)線的布局排序為2,3,4,1。再根據(jù)每道工序的加工內(nèi)容、加工時間和負荷率,把四條生產(chǎn)線的各工序進行合并。如四條生產(chǎn)線的第一道工序合并為一道工序由一臺設備和一位操作員完成,即可以表示為GX101+GX201+GX301+GX401(1),其它合并工序為GX203+GX403(1),GX103+GX303(1),GX109+GX309+GX111(1),GX112+GX315(1),GX116+GX317(1),GX207+GX410(1),GX413+GX319(1),GX118+GX209+GX320+GX414(1),優(yōu)化后的仿真模型如圖4所示(為了看圖清楚,把物料的流動過程用傳送帶表示)。計算每條生產(chǎn)線輸出量為:θ1″=183,θ2″=200,θ3″=221,θ4″=229。生產(chǎn)率為η1″=33.88%,η2″=37.04%,η3″=40.92%,η4″=42.41%。通過此次優(yōu)化后,在一些工序上兩條生產(chǎn)線或四條生產(chǎn)線共用一臺設備來加工產(chǎn)品。因此在上次優(yōu)化后的產(chǎn)量沒有多大變化的情況下,提高了生產(chǎn)線平衡率,減少了加工設備與操作人員的數(shù)量(原四條生產(chǎn)線共需61臺設備,第一次優(yōu)化后68臺設備,現(xiàn)第二次優(yōu)化后變?yōu)?5臺設備及55位操作員),降低了成本,創(chuàng)造了利潤。本次優(yōu)化前后各道工序空閑率排序后畫出直方圖進行比較,如下圖5所示。從圖5中可以知道,優(yōu)化后除了個別工序以外大部分工序的空閑率都小于40%,生產(chǎn)線各工序生產(chǎn)能力基本達到了平衡?？紤]到一些工序工作性質(zhì)的不同和操作員的技術水平,為了避免操作員在不同機床上工作而容易出錯,雖然幾道工序的空閑率在80%左右,但沒有進行合并。如果操作員水平比較高,機床的柔性比較好,也可以對這幾道工序進行更進一步的優(yōu)化處理。經(jīng)過計算后,原各條生產(chǎn)線的工序能力方差分別為885153.6,1035342,814724.4,992389.9,標準差為940.83,1017.52,902.62,996.19,滿足不了生產(chǎn)線平衡要求。而第二次優(yōu)化后,各條生產(chǎn)線的工序能力方差為60563.99,172707.4,66126.5,15204.4,標準差為246.10,415.58,257.15,387.56,都小于要求的標準差值480,因此生產(chǎn)線達到了平衡。經(jīng)過兩次優(yōu)化處理后,企業(yè)流水線的生產(chǎn)物流系統(tǒng)不但節(jié)