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    基于ProModel轴类零件生产线

    摘 要:以生产轴类零件的小型企业为例,用ProModel软件构建了该企业生产线仿真模型.在此基础上,运用ECRS原则对该生产线进行改进和优化,提出了四个改进方案.综合生产线平衡、成本和产量这三个因素,找到了相对最优方案,为该企业生产线扩建提供了理论性参考,从而验证了ProModel仿真技术的重要作用.

    关键词:ProModel;生产线;优化

    中图分类号:TG801 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2013)18-0028-02

    本文以某一生产轴类零件的中小型企业为例,运用ProModel对该企业生产线进行建模和仿真,结合ECRS原理对生产线进行优化,为该企业提供生产线较平衡、成本较低的扩建方案.

    1 轴类零件线生产现状

    某企业轴类零件生产线属于单一品种、小批量生产.生产计划是毛坯成批到达毛坯存放处,然后单个进行粗加工、半精加工、精加工、抛光、检验工序,检验合格后放入成品仓库,否则重新进行抛光.随着订单量的增多,负责人发现即使由原来的一班制变成了两班制也不能满足需求,根据预测,该企业轴类零件年需求量为3 200个,为使生产线达到相应的生产能力且成本最低,负责人决定对该生产线进行扩建并寻求最佳的扩建方案.

    2 仿真建模及优化

    2.1 生产线优化改进原理

    最优的扩建方式并不是单纯的增加机床,而是在生产线平衡及生产成本最低的前提上增加机床设备.生产线平衡即各个工序的生产节拍基本一致,生产中等待时间很少,这时生产效率最高,生产线处于均衡生产状态.要使成本最低,可以在生产能力满足需求的基础上,运用工业工程原理—ECRS(Eliminate,Combine,Rearrange,Simplify)四大原则,对生产线进行优化改进.

    2.2 现行生产线问题分析

    企业现行生产线加工流程及各工序加工时间(min)分布如图1所示.据估算,90%轴类零件检验合格,10%轴类零件不合格需要重新抛光.

    现用ProModel对生产线进行建模, 建模过程如下:

    ①Locations 在ProModel中为模型设置加工地点、临时存放点和仓库等,可以为每一个location定义相应的加工能力(cap.)、单位数量(units)等.本系统中设置的工位有“毛坯”、“粗加工”、“半精加工”、“精加工”、“抛光”、“检验”、“临时存放区”、“成品”.“毛坯”区的加工能力设置为无限(inf),“临时存放区”为5,其余为1.

    ②Entities设置被加工对象,在制造系统中为零部件,服务系统中一般为顾客.本系统中只需设置一种“零件”.

    ③PathNetworks 设置被加工零件在各工位的被搬运的运行路线,也是资源(resource)的运行路线,每条路线节点需要连接到对应的工位才有效.本系统中每类工位间设置一条路线,共7条.

    ④Resources相当于现实系统的叉车,员工等作为搬运被加工零件的载体.本系统中设置7位员工,分别设置在每条路线上.

    ⑤Arrivals可以设置零件到达该系统的规律.本系统假定待加工零件不缺货,其到达规律为每分钟到达“毛坯”一个.

    ⑥Processing 这是建模过程中较为复杂部分,需要进行部分的编程语言进行设置.

    建模完成后平面如图2所示.

    工厂目前采用一班制工作,全年工作254 d,工人年时基数1 810 h.系统仿真时,将ProModel软件的simulation选项下的options设置系统仿真时间为1 810 h,仿真结束后对主要工位的性能数据进行统计,如表1所示.

    仿真结果中生产线年产量为1 570个.粗加工工序加工率较高,达到了86.41%,而其他工序加工率多数不到30%.导致零件在粗加工处等待很久,粗加工机床超负荷工作,而其它机床空闲率很高,生产线严重不平衡,粗加工为本生产线的瓶颈工序.年产量只有预测的49.06%.可以初步断定,由于生产线不平衡和生产规模的限制,导致生产能力达不到要求.为使生产能力达到要求可以从粗加工和半精加工着手改进.

    2.3 轴类生产线改进方案

    由于轴类零件生产线上各工序都不可缺少,以及该企业工厂布局和技术水平的限制,对工序进行删除(Eliminate)、重组(Rearrange)、简化(Simplify)难以实现,所以改进方案主要从增加机床数量、对机床进行改造和对工序进行合并方面来考虑.

    据估算购买一台粗加工机床费用为8万,一台半精加工机床需10万;改造一台粗加工机床需1.5万,改造后零件在粗加工机床加工时间所服从的分布从exp(60)min变为exp(50) min;合并抛光和检验可减少员工数量,合并后零件在抛光及检验工序的加工时间服从U(28,4) min分布;工人每小时工资为20元,即每个工人一年成本为36 200元.

    根据ECRS原则和经济性因素,针对瓶颈工序拟定了如下四种种改进方案.

    方案一:增加2台粗加工机床和1台半精加工机床,成本为44.10万元.

    方案二:增加1台半精加工机床和1台粗加工机床并将2台粗加工机床改造,成本为39.10万元.

    方案三:增加2台粗加工机床和1台半精加工机床并将抛光和检验工序合并,成本为40.48万元.

    方案四:增加1台半精加工机床和1台粗加工机床并将2台粗加工机床改造,同时将抛光和检验工序合并,成本为35.48万元.

    将四种方案分别用ProModel软件进行仿真,每种方案各个工序的机床性能如表2~表6所示.

    用各工序加工率的标准差来初步定量判定生产线的平衡情况.如对于方案一的生产线,计算粗加工、半精加工、精加工、抛光和检验这5个工序加工率的标准差,其结果如表6所示.计算值越小,则生产线越平衡.

    从表6可以看出生产线平衡情况从好到差的分别是方案一、方案四、方案二、方案三.将四种方案产量、成本和生产线平衡情况汇总如表7所示.

    四种方案的年产量都符合要求,综合生产线平衡和成本这两个因素,方案四最优,即该企业可以增加1台半精加工机床和1台粗加工机床并将2台粗加工机床改造,同时将抛光和检验工序合并.

    3 结 语

    企业在生产线扩建时不应盲目增加机器设备,综合考虑生产线平衡和经济性原则,并且要对这两方面进行权衡,以选择相对最优的扩建方案.本文利用promodel软件对某企业轴类零件生产线系统进行建模和仿真,并且结合ECRS原则对现行生产线进行分析和改进,为该企业生产线扩建提供了理论参考.从而验证了ECRS原则和ProMdel仿真的实用性.

    参考文献:

    [1] 朱琼.基于仿真技术的生产线平衡优化研究和应用[J].工业工程和管理,2008,(2).

    [2] 兰秀菊. T生产线平衡的持续改进分析[J].工业工程和管理,2006,(3).

    [3] 郭伏.工作研究在轿车装配流水线能力平整中的应用[J].工业工程和管理,2006,(5).

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