基于仿真的串行生產(chǎn)線緩沖區(qū)容量優(yōu)化配置

梁子財

【摘 要】針對多級串行生產(chǎn)線不平衡、設(shè)備故障導(dǎo)致生產(chǎn)線堵塞與生產(chǎn)停滯等問題，通過在合理位置設(shè)置緩沖區(qū)并優(yōu)化配置緩沖區(qū)容量是個有效的生產(chǎn)線優(yōu)化途徑。文中將多級串行生產(chǎn)線劃分成多個兩級串行生產(chǎn)線進(jìn)行研究，建立了兩級串行生產(chǎn)線可用度與緩沖區(qū)容量之間的數(shù)學(xué)模型，基于該模型可以指導(dǎo)緩沖區(qū)容量進(jìn)行優(yōu)化配置。最后運(yùn)用Plant Simulation仿真軟件建立仿真模型并驗(yàn)證該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，結(jié)果證明該緩沖區(qū)容量配置方法是可行的。

【關(guān)鍵詞】多級串行生產(chǎn)線;生產(chǎn)線平衡;設(shè)備故障;緩沖區(qū)配置;Plant Simulation

中圖分類號： TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）22-0033-003

0 引言

隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的提出與實(shí)施，多級串行生產(chǎn)線在其中發(fā)揮著至關(guān)的作用。目前，許多串行生產(chǎn)線都存在著生產(chǎn)效率低下、設(shè)備利用率低、生產(chǎn)物流堵塞等問題，嚴(yán)重制約企業(yè)的生產(chǎn)效益。生產(chǎn)線平衡及改善的常用途徑是對生產(chǎn)線中的全部工序進(jìn)行節(jié)拍匹配，以使作業(yè)時間盡可能相近。但工序的節(jié)拍匹配只能盡量使各設(shè)備加工時間相近，并不能完全消除生產(chǎn)線不平衡現(xiàn)象，各設(shè)備之間的運(yùn)行時間仍存在差異[1]。此外，串行生產(chǎn)線存在由于設(shè)備故障、人員操作時間變化等原因造成的生產(chǎn)波動對生產(chǎn)線的影響。因此在對生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化時，需采用輔助方法，如緩沖區(qū)設(shè)置、人因工程等措施。

現(xiàn)有的針對生產(chǎn)線緩沖區(qū)容量分配的技術(shù)中，計算緩沖區(qū)容量的方法較為復(fù)雜，相關(guān)因素太多導(dǎo)致計算精度受限、計算量較大。如林?jǐn)?shù)和呂文元提出的兩級串行生產(chǎn)線可用度與緩沖區(qū)容量之間的數(shù)學(xué)模型中可用度與故障率、修復(fù)率、生產(chǎn)率以及緩沖區(qū)容量有關(guān)[2]，而實(shí)際應(yīng)用中，故障率、修復(fù)率、生產(chǎn)率在統(tǒng)計過程中往往結(jié)果精度不高。多個精度不高的值累加計算得出的結(jié)果精度更低，計算麻煩。

文章提出了新的兩級串行生產(chǎn)線可用度與緩沖區(qū)容量之間的數(shù)學(xué)模型，基于該模型可以對緩沖區(qū)容量進(jìn)行優(yōu)化配置。最后運(yùn)用Plant Simulation仿真軟件建立仿真模型并驗(yàn)證該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，結(jié)果驗(yàn)證該緩沖區(qū)容量配置方法是可行的。

2 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證兩級串行生產(chǎn)線的可用度與緩沖區(qū)容量之間的數(shù)學(xué)模型在對多級串行生產(chǎn)線優(yōu)化研究中對緩沖區(qū)容量配置的指導(dǎo)效果，利用Plant Simulation仿真平臺建立多級串行生產(chǎn)線仿真模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真模型如圖4所示。

將多級串行生產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)備的有效率65%、故障率35%、？棕i=？棕i+1代入式（9），得到：

A=0.4875+0.425K/（K+1）

通過設(shè)定緩沖區(qū)容量K值從0到150，畫出可用度A關(guān)于緩沖區(qū)容量K的曲線，如圖5所示。通過該圖可知，當(dāng)K大于50之后，可用度A值幾乎不再變化，因此緩沖區(qū)最佳容量為50。

通過使用Plant? Simulation的實(shí)驗(yàn)管家對象，設(shè)置一組實(shí)驗(yàn)，分別取K值為1，10，20，30，50，100，200，300，400，500，進(jìn)行十組實(shí)驗(yàn)，觀察不同K值對應(yīng)的產(chǎn)量如何變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后得到的結(jié)果如表1所示，描點(diǎn)圖如圖6所示。

通過描點(diǎn)圖，發(fā)現(xiàn)當(dāng)緩沖區(qū)容量大于50之后，產(chǎn)能之后不再隨著緩沖區(qū)容量的變大而變化，與圖5可用度A的變化規(guī)律一致。因此，緩沖區(qū)的最佳容量為50，驗(yàn)證了文章提出的兩級串行生產(chǎn)線的可用度與緩沖區(qū)容量之間的數(shù)學(xué)模型在對多級串行生產(chǎn)線優(yōu)化研究中對緩沖區(qū)容量配置的指導(dǎo)效果。

3 總結(jié)

文章針對多級串行生產(chǎn)線不平衡、設(shè)備故障導(dǎo)致生產(chǎn)線堵塞與生產(chǎn)停滯等問題，研究通過在合理位置設(shè)置緩沖區(qū)并優(yōu)化配置緩沖區(qū)容量進(jìn)行生產(chǎn)線優(yōu)化。文中將多級串行生產(chǎn)線劃分成多個兩級串行生產(chǎn)線進(jìn)行研究，分析了設(shè)備和緩沖區(qū)在不同狀態(tài)下串行生產(chǎn)線正常工作的概率，建立了兩級串行生產(chǎn)線可用度與緩沖區(qū)容量之間的數(shù)學(xué)模型，基于該模型可以對緩沖區(qū)容量進(jìn)行優(yōu)化配置。最后運(yùn)用Plant Simulation仿真軟件建立仿真模型并驗(yàn)證該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，結(jié)果證明該緩沖區(qū)容量配置方法是可行的。

【參考文獻(xiàn)】

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