基于flexsim的水龙头生产线平衡优化研究

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摘要：运用模拟技术对X工厂的水龙头生产流水线进行模拟，通过模拟结果进行分析，找出该生产系统中的瓶颈问题并提出可行的改善方案，再次利用Flexsim建模，对改善方案进行多次改进，得到最终的改善方案，同时比较改善前后的模拟结果，验证改善方案的可行性，为X工厂生产系统的改善提供有效参考。

Abstract： Flexsim simulation technology is used in American straight faucet production line simulation of X factory， and the bottleneck problem in production system is found out through analyzing the simulation results， then the feasible improvement scheme is put forward. Using the Flexsim modeling again， we improve the scheme for many times， get the final improvement plan. At the same time， we compare the simulation results before and after the improvement， verify the feasibility of the improved scheme， offer valid reference to improve the production system for X factory.

关键词：Flexsim；流水线；模拟；改善

Key words： Flexsim；production line；simulation；improvement

中图分类号：P15；TP319.9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）21-0219-04

0 引言

模拟技术始于20世纪40年代末，伴随着计算机技术的发展而快速发展。本文使用Flexsim[1]软件对X水阀生产厂水龙头生产线进行建模和仿真，通过模型的运行找到生产线中的瓶颈工序，并提出优化方案，以提高生产线的生产效率。

X水阀生产厂生产水龙头生产线包含红冲、抛沙、闸阀、组装以及仓库五个班组，由于闸阀生产线的生产效率不高，导致上游生产在线产品积压，以及下游生产线空置，造成资源的浪费，因此，应用Flexsim对闸阀生产进行模拟研究，寻找生产线所存在的瓶颈，以提高设备和工时的利用率，节约物资消耗，同时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩序，以保证产品质量和安全生产，降低生产成本。

1 企业现行生产线分析

1.1 现行生产流程简介

X工厂的水龙头加工及组装流水线主要加工流程为：对主阀体打孔，包括用升降机对主阀体的右端进行打粗孔和对主阀体左端打内孔，对主阀体右端端面进行切削打内螺纹，对主阀体左端进行切削打外螺纹，对主阀体中孔用车床进行精车处理，对加工好的产品进行检验，对主阀体、阀杆以及阀球进行组装操作。

1.2 数据采集

1.2.1 数据采集方法（d2值法）

为了建立仿真模型和量化分析，需要获得水阀生产加工过程中升降机1、升降机2、升降机3、车床、检验台、组装机等工位的参数。为了确保所收集的数据量足够，又不在数据采集上浪费太多时间，本文采用d2值法[2]来确定各个工位所需的观测次数。

1.2.2 原始资料

根据上述方法，确定出各个工位的观测次数分别为50次、80次、150次、24次、76次和20次，然后利用秒表测量每一个工位上的操作时间，以升降机1为例观测到的每一次加工的总时间如表1所示（单位：秒）。各个工序观测到的加工时间采用折线图处理，如图2所示。

1.2.3 资料分析

应用Minitab软件等统计软件对数据进行分析，找出数据的分布规律，使用总体比例的检验[3]、Anderson-Darling检验[4]以及K-S检验[5]对数据进行拟合度检验，得到各组数据的分布如表2所示。

2 现有加工流程的Flexsim建模仿真

本研究应用Flexsim仿真软件对水龙头生产线进行建模仿真[6][7]。

2.1 模型的建立

根据加工工序流程图，在Flexsim中建立仿真模型，其中需要定义的对象包括：2个原材料发生器，3台升降机，1台车床，1个检验台，1台组装机以及8个暂存区。通过对实体的属性定义、分配布局、确立联系和设置参数，构造现行流程的仿真模型，如图3所示。

2.2 模拟结果分析

将各个实体参数都设置好以后，假设生产线一天工作8小时，运行仿真模型，进行仿真分析，模型中，每一台处理器或是合成器在一次仿真结束后，记录工位的加工效率，用加工效率值可以确定每台机器仿真样本量，然后对比整个工序中各台机器的仿真样本量，取它们当中的最大值作为本仿真模型样本量。首先拟仿真30次，记录每一次仿真后各个机器的加工效率，其折线图如图4所示。

根据拟定仿真次数后，仿真得到的资料，我们算出每个加工工位上加工率的平局数和标准偏差分别为0.998867和0.0003，0.623800和0.0009，0.249133和0.0009，0.995433和0.0005，0.165200和0.0031，0.576567和0.0037。然后再根据估计总体均值时样本量确定的方法[2]，取置信水平a=0.05，估计误差假定为0.002，求出样本量为13.23，即模拟次数确定为14次。模拟时发现当升降机1的处理效率已经是接近百分之百时，暂存区1仍有大量的实力积压，而下游的升降机2有较大的空闲，因此判断升降机1的处理能力不够。往下发现当车床的处理效率接近百分之百时，暂存区3有较大的临时实体积压，说明车床的处理能力也不够。仿真结果表明现行生产线存在瓶颈环节，使系统无法达到流畅。现行的加工流程需要改进。

3 生产加工流程的改进设计

3.1 改进方案一

改进方案一，增加一台升降机1，使原升降机1工位处有两台机器分别为升降机1A和升降机1B；在原车床工位增加一台车床。运行改进模型一，收集每个加工工位上机器的加工率数据，计算各工位加功率平均值，升降机1A的加工率为0.870369，升降机1B的加工率为0.869467，升降机2的加工率为0.997533，升降机3的加工率为0.398700，车床1的加工率为0.994967，车床2的加工率为0.994200，检验台的工作率为0.331733，组装机的加工率为0.991900。改进方案一所需的模拟次数为15次。从模拟结果可以看出升降机2的加工率有了明显的提升，升降机3的加工率仍然很低，而升降机1工位的产能虽然提高了，暂存区2却出现了实体积压的现象，降机1工位的加工率也不是很理想，因此考虑是否将升降机1上的部分加工内容转移给升降机3来处理，这样既能提高升降机3的加工率，又能减小升降机1的压力，从而设计了改进模型二。

3.2 改进方案二

在方案一中升降机1上有两个工作内容，给主阀体右端打粗孔和给主阀体左端打内孔，这两个操作的时间分别为25秒左右和15秒左右，并且都是服从整数均匀分布的，而升降机3的加工时间在10秒左右，因此可以把升降机1给主阀体左端打内孔的操作移到升降机3上，设计出改进模型二。运行仿真模型二，收集每个加工工位上机器的加工率数据，计算各工位叫功率平均值，升降机1的加工率为0.998567，升降机2的加工率为0.996700，升降机3的加工率为0.994400，车床1的加工率为0.995367，车床2的加工率为0.994433，检验台的工作率为0.332033，组装机加工率为0.991933。改进方案二所需的模拟次数为18次。从模型中各个处理器的加工率看出，检验台上游的处理器都处于一个高效的运行状态，但暂存区3临时实体积压问题仍没解决，检验台工作率也仍然较低，说明车床工位的产能仍然不够，因此还需在增加一台车床以提高产能。同时暂存区5也出现了临时实体积压的情况，说明组装机存在加工能力不足，因此也需要增加一台组装机，从而提高总体的产能。

3.3 改进方案三

改进方案三是基于改进方案二的进一步改进，在车床工位增加一台车床，在组装工位增加一台组装机，方案中有3台升降机，3台车床，1个检验台，2太组装机。改进法案三的流水线布局图如图5所示。

运行仿真模型三，升降机1的加工率为0.998800，升降机2的加工率为0.996900，升降机3的加工率为0.993967，车床1的加工率为0.807133，车床2的加工率为0.792667，车床3的加工率为0.781707，检验台的工作率为0.398367，组装机1的加工率为0.736767，组装机2的加工率为0.643233。改进方案三所需的模拟次数为34次。从各个工位的加工率可以看到升降机处于高效运转的状态，车床和组装机的产能也有明显提高了，模拟时生产线运行顺畅，有效的改善了各个暂存区临时实体积压现象。

3.4 改进方案总体评价

按上确定的模拟次数再次运行各个仿真模型，观察最终产品个数的变化，从模拟结果可以看出，每一个改进方案都提高了生产线的生产能力，产能从初始模型中平均476件，改善方案一819，改善方案二820，到改善方案三1140件，提高了664件，提高1.4倍，可以说改进方案对于生产线产能的改善起到了明显的作用。根据装配线平衡率的计算方法，计算出每个仿真模型的节拍，工时之和，工序总数以及各装配线的平衡率，如表3所示。

从表3中可以看出，现有生产线的平衡率为49.2%，改进方案一生产线的平衡率为64.3%，改进方案二生产线的平衡率为73.5%，改进方案三生产线的平衡率为80%，改善后生产线的平衡率比改善前也有明显的改进。

4 结论

本文使用flexsim软件对水龙头加工及组装流水线进行了模拟和分析。模拟结果表明升降机1生产率很高的情况下，整条生产线的加工率却较低下，分析原因可能是升降机1工位处的产能不足所致。对此本文分别采用增加升降机1工位处和车床工位处的机器、调整升降机1和升降机3的作业内容以及增加车床工位处和组装机工位出机器的3种流程改进方案，并分别进行模拟分析，解决了原生产线平衡率低、产能低的问题，使生产线的平衡率提高30.8%，产能提高1.4倍。

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