Flexsim 在塔機(jī)結(jié)構(gòu)件涂裝線(xiàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

朱明 ，林天強(qiáng) ，楊飛周 ，王哲

（1.中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥 230601；2.中鐵四局管理研究院，合肥 233022）

1 引言

涂裝生產(chǎn)線(xiàn)大都是非標(biāo)設(shè)備，生產(chǎn)線(xiàn)一旦建成就很難再改變。所以，前期設(shè)計(jì)階段的工藝布局，物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，決定了涂裝生產(chǎn)線(xiàn)的成功與否。最初，不管是設(shè)計(jì)單位還是工廠的工藝人員都是靠人力計(jì)算、反復(fù)推敲來(lái)確定產(chǎn)線(xiàn)的工藝布局和物流走向，遇到復(fù)雜的生產(chǎn)線(xiàn)將十分耗時(shí)耗力，還特別容易出錯(cuò)。

近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，設(shè)計(jì)手段和工具層出不窮，F(xiàn)lexsim 就是一款經(jīng)典的系統(tǒng)仿真軟件，建?？旖?、簡(jiǎn)單且仿真分析能力強(qiáng)大。Flexsim 可以幫助工程師和規(guī)劃人員在系統(tǒng)的涉及和操作過(guò)程中做出明智的決策。使用Flexsim 可以創(chuàng)建真實(shí)系統(tǒng)的3D 計(jì)算機(jī)模型，然后使用比現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)更短的時(shí)間和更少的成本進(jìn)行研究。使用Flexsim 模擬（在現(xiàn)實(shí)中實(shí)施之前）的系統(tǒng)，或者在現(xiàn)實(shí)中執(zhí)行操作政策之前對(duì)它們進(jìn)行測(cè)試，將避免新系統(tǒng)實(shí)施初期可能發(fā)生的很多風(fēng)險(xiǎn)。之前通過(guò)幾個(gè)月甚至幾年才能摸索出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化方式，現(xiàn)在使用Flexsim 幾天和幾個(gè)小時(shí)就能獲得。

本文中針對(duì)筆者單位承擔(dān)設(shè)計(jì)的某塔機(jī)結(jié)構(gòu)件涂裝生產(chǎn)線(xiàn)，通過(guò)使用Flexsim 對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建模和分析，發(fā)現(xiàn)工藝流程中的瓶頸環(huán)節(jié)，驗(yàn)證和優(yōu)化了設(shè)計(jì)的正確性。

2 Flexsim 仿真流程

Flexsim 仿真的基本流程有以下幾步【1】：

1）仿真模型規(guī)劃：對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際調(diào)研，完成相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，然后建立生產(chǎn)線(xiàn)物流模型，確定生產(chǎn)線(xiàn)布局，構(gòu)建模型布局。

2）仿真模型設(shè)計(jì)：根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)各工序特點(diǎn)，選擇所需要的實(shí)體對(duì)象，從對(duì)象庫(kù)中拖到建模視圖中的適當(dāng)位置。

3）編輯對(duì)象參數(shù)：定義產(chǎn)品的流出、設(shè)置緩存區(qū)參數(shù)、設(shè)置檢測(cè)設(shè)備參數(shù)等。

4）仿真模型運(yùn)行：重置模型、控制速度、運(yùn)行仿真。

5）仿真模型優(yōu)化：根據(jù)輸出的仿真結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行優(yōu)化。

6）仿真結(jié)果分析：分析仿真結(jié)果，根據(jù)需要對(duì)模型進(jìn)行修改直至滿(mǎn)足工藝要求的生產(chǎn)線(xiàn)。

3 塔機(jī)結(jié)構(gòu)件涂裝生產(chǎn)線(xiàn)的構(gòu)成

3.1 塔機(jī)結(jié)構(gòu)件涂裝線(xiàn)簡(jiǎn)介

本生產(chǎn)線(xiàn)工序多、工藝復(fù)雜，包括拋丸、前處理、電泳、電泳固化、強(qiáng)冷、噴粉、粉末固化、強(qiáng)冷等環(huán)節(jié)；本生產(chǎn)線(xiàn)采用懸掛積放輸送方式，工件的停止、放行通過(guò)停止器控制，系統(tǒng)各設(shè)備管理要求為可編程自動(dòng)控制；工件的上掛和下件、拋丸后清理、噴粉、烘干是在工件停止?fàn)顟B(tài)下完成的；工件拋丸是在工件連續(xù)運(yùn)行通過(guò)拋丸室時(shí)進(jìn)行并完成的；工件前處理噴淋在工件連續(xù)運(yùn)行通過(guò)相應(yīng)室體時(shí)進(jìn)行并完成。在拋丸段前后，設(shè)置有積放鏈平移機(jī)構(gòu)，在處理硅烷前后，設(shè)有積放鏈升降機(jī)，依次完成硅烷后的純水洗、電泳、UF1、UF2，以及部分轉(zhuǎn)接工位。其工藝流程見(jiàn)表1。

表1 塔機(jī)涂裝工藝流程表

根據(jù)工藝時(shí)間要求，從脫脂工藝到吹水，時(shí)間最長(zhǎng)的是電泳，故本案例只取電泳來(lái)分析，其余各工位時(shí)間很短，均視為緩存，簡(jiǎn)化后各工序及其加工時(shí)間見(jiàn)表2。

表2 各工序加工時(shí)間

3.2 仿真模型建立

根據(jù)各工位實(shí)際情況，從Flexsim 實(shí)體庫(kù)中選擇發(fā)生器模擬上件、處理器模擬各工位操作、傳送帶模擬緩存區(qū)、起重機(jī)模擬平移換軌機(jī)構(gòu)、吸收器模擬下件。塔機(jī)涂裝線(xiàn)建模實(shí)體圖如圖1 所示。

圖1 塔機(jī)涂裝線(xiàn)建模實(shí)體圖

建模完成后，依據(jù)工藝要求，模型參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表3。

表3 模型實(shí)體設(shè)計(jì)表

4 仿真與優(yōu)化

4.1 仿真分析

建模完成后，將系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間設(shè)置為6×24h，模擬該生產(chǎn)線(xiàn)周一～周六連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，周日停線(xiàn)檢修的狀態(tài)。運(yùn)行Flexsim 建立的涂裝生產(chǎn)線(xiàn)模型，運(yùn)行結(jié)束后可得到該模型的運(yùn)行狀態(tài)見(jiàn)表4。

表4 模型運(yùn)行狀態(tài)

從表4 可以得出以下結(jié)論：

1）從現(xiàn)有工件數(shù)可以看出，所有的緩存區(qū)幾乎都被占滿(mǎn)，說(shuō)明系統(tǒng)中存在瓶頸；

2）從平均處理時(shí)間可以看出，幾乎所有的工序時(shí)間都超過(guò)了設(shè)定時(shí)間，也說(shuō)明系統(tǒng)中存在瓶頸；

3）從設(shè)備空閑率可以看出，電泳的空閑率最大，說(shuō)明沒(méi)有滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，有能力富余；

4）從設(shè)備處理效率可以看出，粉末固化的處理效率最高，幾乎滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，而其他的設(shè)備處理效率不平均，說(shuō)明粉末固化有可能就是系統(tǒng)的瓶頸。

4.2 流程優(yōu)化

針對(duì)之前的仿真結(jié)果，提出了針對(duì)該系統(tǒng)問(wèn)題的解決方案，即將系統(tǒng)瓶頸電泳焙干增加1～7 個(gè)工位，重新設(shè)置模型參數(shù)并運(yùn)行后，得到優(yōu)化后的運(yùn)行狀態(tài)表（見(jiàn)表5）。

從表5 中可以看出：

1）每個(gè)緩存區(qū)在仿真時(shí)間結(jié)束后仍然沒(méi)有裝滿(mǎn)，顯示該系統(tǒng)不存在瓶頸；

表5 優(yōu)化后的運(yùn)行狀態(tài)

2）每個(gè)工序的平均處理時(shí)間比優(yōu)化之前均有提升，說(shuō)明系統(tǒng)在優(yōu)化后得到了整體改善；

3）電泳的設(shè)備空閑率仍然最高，說(shuō)明該工序的能力富余比較大；

4）有一半以上的設(shè)備處理效率達(dá)到了95%以上，說(shuō)明系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率很高。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某塔機(jī)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)為例，運(yùn)用Flexsim 仿真軟件進(jìn)行建模對(duì)其工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，并成功找出系統(tǒng)的瓶頸，且提出了有效的改善方案，改善后系統(tǒng)運(yùn)行效率大大提高。Flexsim仿真軟件對(duì)以人工計(jì)算為主要設(shè)計(jì)方法的工藝設(shè)計(jì)是一個(gè)很好的補(bǔ)充，其仿真結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)人員更好地規(guī)劃和設(shè)計(jì)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)。