基于Flexsim 的混流生產(chǎn)線平衡優(yōu)化

彭 軍

(南京工業(yè)大學 工業(yè)工程系，南京 211816)

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，在制造企業(yè)進行產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中，大多數(shù)企業(yè)采用混流生產(chǎn)線?；炝魃a(chǎn)線是指能夠在一段時間內(nèi)生產(chǎn)出幾種不同型號規(guī)格產(chǎn)品的流水線。它能夠?qū)崿F(xiàn)對企業(yè)的資源的高效利用，同時能夠避免過量生產(chǎn)，可以根據(jù)客戶的需求而改變。但它不同于一般的可變流水線，混流生產(chǎn)線可以進行幾種產(chǎn)品的交替生產(chǎn)。混流生產(chǎn)線的平衡作為混流生產(chǎn)線規(guī)劃中最重要的一部分，逐漸成為學者的研究重點。利用Flexsim 軟件對混流生產(chǎn)線投產(chǎn)順序問題進行建模與仿真，可以預(yù)先為企業(yè)的混流生產(chǎn)線設(shè)計方案進行分析、評估，減少不必要的浪費

1 設(shè)計混流生產(chǎn)線平衡

(1)把綜合作業(yè)順序圖按照作業(yè)的先后次序分別劃出不同的區(qū)間，用流程圖表示。

(2)確定生產(chǎn)線節(jié)拍(C)，由每天計劃班產(chǎn)量與實際生產(chǎn)時間確定，如下:

C:生產(chǎn)線節(jié)拍;Fe:生產(chǎn)線每天的實際生產(chǎn)時間:計劃期內(nèi)產(chǎn)品組的產(chǎn)量，即計劃班產(chǎn)量。

(3)求出符合節(jié)拍要求的最少工作站(S)理論值，取最小整數(shù)表示:

Ni:i類產(chǎn)品的計劃總產(chǎn)量;Fi:每加工一件i類產(chǎn)品需要的時間。由上式可以得出生產(chǎn)線的節(jié)拍:

(4)進行作業(yè)元素分配，分配原則為:①按區(qū)間順序進行分配;②優(yōu)先考慮占用作業(yè)時間較大的元素。③發(fā)生無法繼續(xù)分配的情況時，考慮調(diào)整作業(yè)元素。

(5)平衡混流生產(chǎn)線，分配流水線作業(yè)給工作站。具體方法:首先分配給工作站1，將作業(yè)依次添加，直到所需時間和節(jié)拍相等，或者由于其他方面的原因，比如時間，操作順序等，導(dǎo)致其他作業(yè)不能繼續(xù)添加。按照這種方法將所有的作業(yè)分配到后續(xù)的工作站。

(6)算出平衡生產(chǎn)線效率，如下公式。

其中，Ni:i類產(chǎn)品的計劃總產(chǎn)量;Fi:每加工一件i類產(chǎn)品需要的時間;C:混合流水線的平均節(jié)拍，S:符合節(jié)拍要求的最少工作站;E表示工作效率。

2 案例分析

2.1 電視機包裝的流程和布局圖

蘇州某企業(yè)電視機主要分兩種不同的類型:FG 和SKD，以下簡稱F 和S。他們的包裝流程和布局圖分別如圖1，圖2，圖3 所示。

圖1 F 和S 型電視機的包裝流程

圖2 F 包裝流程的Layout 圖

圖3 S 包裝流程的Layout 圖

2.2 混流生產(chǎn)線設(shè)計

根據(jù)秒表測量法測出了兩種機種每個步驟的加工時間，每個測量十次取平均值，時間上考慮10%的寬放率，最后得出兩機種包裝步驟的定額時間，如表1 所示。

(1)把綜合作業(yè)順序圖按照作業(yè)的先后次序分別劃出不同的區(qū)間。

根據(jù)F、S 電視機的包裝流程及其標準時間，表1寫出兩種電視機裝配的所有作業(yè)元素，并畫出產(chǎn)品的作業(yè)流程圖，如圖4，圖5，圖6 所示。

表1 包裝所需作業(yè)元素

圖4 F 型電視機作業(yè)流程圖

圖5 S 型電視機作業(yè)流程圖

圖6 綜合作業(yè)順序圖

(2)確定生產(chǎn)節(jié)拍(C)。假設(shè)工作站為7，兩種機型中F 型電視機計劃生產(chǎn)30 臺，S 型電視機計劃生產(chǎn)20 臺，根據(jù)公式求得節(jié)拍:

(3)選擇作業(yè)分配:根據(jù)作業(yè)分配原則與實際情況綜合考慮，實際的各個工作站作業(yè)安排如下:

(4)生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍為30(秒/臺)。由表2 中可以看出工作站1、2、6 的總加工時間超過30。由于是采用固定節(jié)拍，同時不能繼續(xù)細分作業(yè)，并且有著先后順序，所以此處增加一名員工，能夠避免工時的損失以及瓶頸現(xiàn)象，使得流水線能夠順利運行。

(5)計算流水線負荷率:

從上面E的值可以看出，流水線能夠達到高效率的狀態(tài)，滿足生產(chǎn)要求。

表2 工作站作業(yè)元素分配

3 電視機包裝路程的仿真分析

3.1 模型的建立

以電視機包裝線中的一條生產(chǎn)線為例，假設(shè)該條生產(chǎn)線要包裝F、S 兩種機種的電視機，需求量分別為30、20 臺。圖7 是一條混流包裝線，負責F、S 的包裝，是根據(jù)蘇州某企業(yè)的現(xiàn)場實際情況模擬的。工作臺一是附件包裝工位，工作臺二是附件稱重檢查包裝主板工位，工作臺三是紙箱加工貼紙箱標簽工位，工作臺四是拆底座工位，工作臺五是套紙箱工位，工作臺六是包裝底座貼標簽放置附件工位，工作臺七是封箱抱機臺工位。電視機由工作臺一到工作臺七，結(jié)束包裝過程。

圖7 混流包裝線模擬圖

利用Flexsim 軟件建立模型時，首先確定兩種加工實體:F、S，然后更改每個工作臺的加工時間，如表3。最后為了使模擬仿真結(jié)果更有代表性，結(jié)合實際情況，將F、S 的加工比例設(shè)置為3:2。

表3 各機種各工位加工時間(s)

3.2 仿真分析

通過對隨機生成的加工順序進行模擬，并對總加工時間進行分析，發(fā)現(xiàn)主要有三個因素影響總加工時間:①投產(chǎn)的首批次機種，②投產(chǎn)的順序，③加工數(shù)量，運用Flexsim 軟件分別對這三個因素進行仿真研究以得到較優(yōu)的投產(chǎn)組合。

(1)不同首選批次對總加工時間的影響

首批次總加工時間為該機種的非瓶頸工位的總工時加上瓶頸工時與批量數(shù)P的乘積。F 的總加工時間為208.69s，非瓶頸工位的總加工時間為171.69s，S 機種總加工時間為230.98s，非瓶頸工位的總加工時間為197.98s。F 機種作為首批次機種的非瓶頸工位加工時間最短。圖8，圖9 為Flexsim 仿真得到的報告，圖示位置為總加工時間。

圖8 首批次為F 機種的Flexsim 仿真報告

圖9 首批次為S 機種Flexsim 仿真報告

(2)投產(chǎn)順序?qū)偧庸r間的影響

首先從最小的組合開始研究，研究過程中不計首批次的影響。假設(shè)批量為12 臺/批，分別模擬FS、SF兩種組合，算出總加工時間和節(jié)約時間，如表4 所示:

表4 FS、SF 的加工時間

從節(jié)約時間可以看出，當兩機種組合生產(chǎn)時，某些情況下會節(jié)約加工時間，某些情況也可能導(dǎo)致加工時間的增加。

在FS、SF 兩種不同組合情況下，產(chǎn)生加工時間差異主要是由于前一批次對后面的影響。不考慮首批次對加工的影響，從FS、SF 的總加工時間計算式中可以看出，F(xiàn)對S 影響因子大于S 對F 的影響因子。對于FS 組合，S機種的加工時間從原來的444s(37×12)，減到了438s(35×4+2+37÷8)，節(jié)約了6s;對于SF 組合，F(xiàn) 機種的總加工時間從原來的444s(37×12)，增加到446s(37×12+2)，增加了2s。通過對這兩機種組合的比較，觀察FS 組合，對照兩機種的加工時間表，F(xiàn)S 組合節(jié)約的加工時間最大，所以應(yīng)優(yōu)先選擇較優(yōu)的FS 組合，見圖10，圖11。

圖10 FS 仿真報告

圖11 SF 仿真報告

(3)加工數(shù)量對總加工時間的影響

比較FS 和SF 兩個組合，對比當加工數(shù)量的大小發(fā)生變化時加工時間的變化。用Flexsim 軟件依次模擬加工量為3、6、9、12 等兩機種組合的情況，此處仿真結(jié)果圖略，結(jié)果如表5 所示?？梢钥闯鲭S著加工量的增長，F(xiàn)S 組合的加工時間也呈增長的趨勢，并且都符合等差數(shù)列的增長。

表5 FS 組合不同加工量大小的加工時間

然后選取組合SF 進行模擬，結(jié)果為:不管加工量的大小，總加工時間同樣隨著加工量的增長而增大，同樣符合等差數(shù)列的增長趨勢。

3.3 仿真結(jié)果

通過上文對影響總加工時間的三個要素進行分析，可以確定較優(yōu)的生產(chǎn)組合。首先，在首批次選擇上面，F(xiàn)機型優(yōu)于S 機型。其次，企業(yè)中F、S 兩種產(chǎn)品的生產(chǎn)比例為3:2，F(xiàn) 的產(chǎn)量高于S，同時從節(jié)約的加工時間來看，F(xiàn)S 更占優(yōu)勢。再次，根據(jù)加工量對時間的影響以及企業(yè)的情況，將加工批量設(shè)置為12 臺為較合理的數(shù)字。運用軟件進行分析后，可以發(fā)現(xiàn)很多組合能滿足這些條件，再對他們進行模擬仿真，能夠確定最合適的幾種組合。本次結(jié)果中組合FSFSFS 為最優(yōu)組合之一。

3.4 電視機包裝流程改善方案

電視機包裝流程中存在的問題:①附件包裝站離附件稱重站較遠，需要物料員將包裝好的附件運到稱重站前，浪費人力;②自動封箱機處有一個人專門在封箱，浪費人力;③紙箱加工工位時間較短，人員閑置時間較長;④機臺包裝完后由拖車拉到暫存區(qū)，待OOB抽檢完畢再送至裹膜包裝機處進行裹膜，再送至倉庫，暫存區(qū)區(qū)域閑置較多，浪費資源。

改善方案:①將附件包裝站移至附件稱重站前，節(jié)省搬運時間;②自動封箱機處由放置附件的人員進行作業(yè)，節(jié)省人力;③紙箱加工站安排在線外加工，避免人力閑置;④需要抽檢的機臺直接送至OOB 處進行抽檢，其它機臺直接送至裹膜包裝機處進行裹膜。

3.5 改善前后對比

改善后比改善前節(jié)省了3 個人，節(jié)省了人力;采取線外加工的方式，避免了人員閑置，節(jié)省了時間;取消暫存區(qū)，增加了空間位置，見圖12，圖13。

圖12 改善前仿真圖

圖13 改善后仿真圖

4 結(jié)束語

本文主要針對混流生產(chǎn)線平衡的問題，給出了混流生產(chǎn)線平衡的具體方法及步驟，運用Flexsim 對首批次機種、投產(chǎn)順序組合、生產(chǎn)量的大小這三個因素對總加工時間的分析，來尋找較優(yōu)的投產(chǎn)組合。并對蘇州某企業(yè)電視機混流包裝生產(chǎn)線改善前后進行仿真研究，發(fā)現(xiàn)改善后確實能為該公司帶來一定的效益。

［1］倪衛(wèi)紅，樊樹海.物流及供應(yīng)鏈管理［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009.

［2］王進，樊樹海.混流生產(chǎn)線平衡設(shè)計［J］.現(xiàn)代制造工程，2010(8):12 -14.

［3］蔡靖.基于Flexsim 的某自動化倉儲系統(tǒng)的仿真結(jié)果和分析［J］.制造業(yè)自動化，2012(9):107 -109.

［4］冉茂華，張躍剛，章萬銀，等.基于Flexsim 的生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真研究［J］.機械，2013(6):57 -60.

［5］王雪蘭，常治斌，唐秋華，等.基于Flexsim 的混流生產(chǎn)線生產(chǎn)順序仿真［J］.湖北汽車工業(yè)學院學報，2007(4):50-52.

［6］雷衛(wèi)東，車阿大.帶時間窗口的自動化混流生產(chǎn)線調(diào)度方法［J］.工業(yè)工程，2011(5):110 -115.

［7］王福鑫，向號.基于Flexsim 軟件的生產(chǎn)線仿真優(yōu)化［J］.機械工程師，2010(11):88 -89.

［8］馬云，李躍宇.混流生產(chǎn)線的Flexsim 仿真應(yīng)用研究［J］.微計算機信息，2009(1):232 -234.