基于自由产能的固定节拍混流线平衡仿真

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真技术来确定瓶颈资源。至今还未见到同-节拍下不同产品在同-生产线的平衡研究。本文以同- 节拍下不同产品在同-生产线的平衡为研究对象，采用自由产能的方式实现同-节拍下的混流生产，并用Flexsim仿真软件进行验证。

1 问题描述假设1条装配生产线需要生产同-族的n种产品，装配每种产品的工序数相同，但是产品结构不同，即每种产品的作业顺序不同。若更换不同类型的产品，不需要转换时间。

2 实例验证2.1自行车混流装配线实验现以本班级的流水线产能平衡实验为研究对象。该混流装配线实验上有9个工位，各工位按次序排成U型。装配产品为 I型、Ⅱ型两种自行车。

运用秒表测时法测定白行车装配流水线各工位的作业时间。

运用混流装配线平衡的方法对实验现厨行生产线平衡设计，利用Flexsim软件对 自行车混流装配线实验流程进行仿真建模，对 自行车混流装配线实验流程提出改善方案，并对改进前、后结果进行比较分析。

本次 自行车混流装配线实验具体流程如下所收稿日搠：2013-03-08基金项目：201 1年江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目：同-节拍下多品种混流装配线平衡及生产组织理论与实践 (559)作者简介：葛红玉 (1989-)，女，江苏南通人，硕士研究生，研究方向为工业工程和物流工程。

42 第35卷 第8期 2013-08(下) I 訇 化述 ：1)以 I型、Ⅱ型自行车模型为操作对象，两条流水线分别组装-辆 自行车模型。熟悉 自行车模型的零部件组成，分好各个工序，将各个工序划分到每-工位。

2)将每个工位所需的零部件摆放到位，调整好传送带的运输速度，准备开始实验。

4)研究自行车混流装配线的瓶颈位置，在现场运用5W1H分析法、ECRS原则对实验进行改善，进行多次流水线实验，得到比较合理的实验时间。

5)实验后，对所得数据进行整理，将 自行车混流装配线的物理模型转化为逻辑模型，运用Flexsim软件模拟此次实验流程，用计算机技术对自行车混流装配线进行优化改进。

各工序内容如表l所示，图1、2分别为 I型、Ⅱ型自行车装配线的作业顺序图。

图1 I型自行车作业顺序图图2 Ⅱ型自行车作业顺序图实验后，得到各工序的作业时间，记录如表2所示，从中不难看出 I型自行车装配线上D、F、M三道工序的作业时间较长，可视为瓶颈时间。

Ⅱ型自行车装配线上A、J两道工序时间最长，I、K、L三道工序次之。

实验过程较简单，宽放率设为0.2，则标准时间如表3所示。

表2 各工序作业时间表3 各工序作业时间 (含宽放时间)工序 A B C D E F G H I J K L M N O型号I型自行车 24 12 l2 55 24 54 19 43 24 36 24 30 50 36 121I型自行车 58 24 24 31 24 12 42 18 54 58 54 52 36 12 122.2自行车混流装配线平衡本次实验的生产节拍已经确定，与传送带的运输速度相同，为60s。

I型：Stain 4丽55758：8个Ⅱ型：Sm1. 8519个实验中，传送带上有9个工位，符合理论工位数。根据作业分配原则和实际情况综合考虑，改进前各工位分配情况如图3、4所示。

表1 自行车混流装配线工序图3 I型 自行车装配线工位划分图I型自行车 Ⅱ型 自行车A 组装前后轮 将车座后骨架固定到主身并摆好链条位置B 组装前叉与前轮 组装前刹车线支撑机构C 后轮与后骨架连接 组装后刹车线支撑机构D 车座与后骨架固定到主车并摆好链条位置 组装前后轮E 组装后刹车线支撑机构 组装前叉与前轮F 安装脚踏系统 固定刹车操纵柄G 将后刹压轮部分固定后骨架位置 组装前刹压轮部分H 固定刹车操纵柄和手把架 固定手把架固定片I 组装前刹车线支撑机构 将后轮固定于车身J 前刹压轮部分 将后刹压轮部分固定到后骨架对应位置K 安装前刹车线 安装脚踏系统L 安装后刹车线 将车头及组装好的前轮与前叉固定于车身M 将车头组装好，前叉部分固定于车身 安装前刹车线N 固定脚撑 安装后刹车线O 完工检验 固定脚撑，完工检验第35卷 第8期 2013-08(下) I431务l 匐 似图4 Ⅱ型自行车装配线工位划分图2.3改善前自行车混流装配线Flexsim仿真及分析2.3.1自行车混流装配线建模建立Flexsim模型，定义各车型在各工位的加工时间，如表4所示。得到Flexsim仿真平面图，如图5所示。

表4 I型、Il型自行车各工位加工时间，sI型 Ⅱ型1 48 582 55 793 24 364 73 605 67 1126 60 547 30 528 50 369 48 24图5 改善前仿真平 面图2.3.2仿真分析模型中绿色实体代表 I型 自行车，红色实体代表 Ⅱ型 自行车。仿真速度为40s，根据得到的Flexsim标准状态报告，仿真时间为3600s，发生器的运作时间为682.6769s。暂存区Queuel、Queue2的平均停留时间别为分271.4s、233.84s， I型实体停留时间相对较长。

图6各工位Flexsim仿真数据折线图图7各条传送带Flexsim仿真数据折线图[441 第35卷 第8期 2013-08(下)为了便于制作折线图，所以将-些数据做了处理，缩till0或100倍。

根据图6分析，工位5的平均停留时间为76.23s最长，工位4、2次之。工位9的空闲时间最长，工位8、70：之。有三个工位产生阻塞，工位4阻塞时间866.05s，工位1阻塞时间577.55s，工位3阻塞时间439.55s。

从这两幅图看来，总体而言，该状态下混流装配线较不平衡，需要改善优化。

3 自行车混流装配线Flexsim优化31工位优化后Flexsim仿真及分析改善后的作业分配如图8、9N示。

图8 I型自行车装配线改善后工位划分图图9 1I型 自行车装配线改善后工位划分图图l0 改善后各工位仿真 图1 1改善后各条传送带仿真数据折线图 数据折线图从图中看来，平均停留时间明显降低，且比较均匀≌闲时间也明显减少，工作效率提高。

加工时间比较平衡，波动不大，即装配线上的工作负荷比较平衡了。改善后只有工位1稍有阻塞情况 出现。

改善后，传送带上的平均停留时 间大幅降低，阻塞的情况也减少了，意味着传送带的使用率提高了，装配线上的运作也较为流畅。

3.2首批次车型对装配线平衡的影响通过对Flexsim仿真实体中参数的修改，模拟l型、Ⅱ型自行车分别首批进行装配下的过程。

l 匐秒似图12首批次不 同车型 图13首批次不 同车型处理 器仿真平面图 处理时间折线图分析得到的数据报告， I型 自行车首先生成时，发生器多生成-个实体，但最终完成的实体，即吸收器吸收的实体相等，这意味着两种情况下的产能相等。首批次车型对 处理器”的平均停留时间影响不大，差别可以忽略不计 。其 中只有处理器1”产生阻塞， 处理器1”的阻塞时间稍有不同， I型自行车首先生成时为77.85s，另-种情况为80s。

图l3中的数据进行了处理，缩小了100倍。从上图可以看出，首批次车型不同对本次混流装配线实验的影响微乎其微，这主要是两种自行车装配工序的时间差别不大，所以区别不明显。这不是本文研究的重点，可以留待后面研究。

3.3 自由人”对装配线平衡的影响在实验中，我们发现由于每个同学的学习曲线不同，所以操作的熟练程度有些差别，而且-些工序可能较难-些，在个别工位上会有-些堵塞。我们提出了增加-个 自由人”的想法。

自由人”即是装配线上的-个动态单元，实质上是-个可移动的工人。 自由人”可以在忙碌的工位给予帮助，协同操作，或者在发生故障时第-时间进行解决。

f- 麓～ 翠篡 ～- Ⅲ m ～粤絮 自/ 。 z 。 图14增加 自由人”后 图15处理器停留时问折线图仿真平面图在仿真时发现工位I和工位2之间的传送带明显阻塞，考虑在工位2处增加-个工人帮助操作 ，增加-个 处理器”代表该工人。编译运行Flexsim软件后发现，瓶颈位置产生漂移，所以考虑将增加的该工人变为可移动的 自由人”，当哪个工位忙碌产生阻塞时，即移动到该工位帮助。在Flexsim中同样用 处理器”实现，与前-个方法不同的是，增加该 处理器”与不同传送带的端口连接，并修改其 通过端口”参数，该处理器”的加工时间处于平均水平。

分析上图可看出，增加 自由人”后工位5、6的平均停留时间有所降低。在Flexsim的标准状态报告中，各个 处理器”均无阻塞时间。

图16 传送带空闲时问折线图图17 传送带阻塞时间折线图上两图显示，增加-个 自由人”有所缓解传送带的拥堵情况，提高了传送带的使用效率。

表5 暂存区的仿真数据 Stats input output staytimeavg Queue J lQueuel 29 I 30 33 25 30 l 30 218 2l2 174Queue2 31 J 33 36 30 30 l 35 197 192 170 stats colecting empty OueHeQueuel 2657 2627 245O l150 973 943Queue2 2258 250o 2450 1342 1150 1l00表5中，i、i、ii分别代表三种情况--未增加、在工位2处增加-个工人、将增加的工人变为自由人”。根据表4的仿真数据，三种情况下，暂存区的输入总量分别为60、63、69。在相同的3600s的仿真时间里，增加-个 自由人”可以提高产量。暂存区的平均停留时间减少，空闲时间减少。总体而言，增加-个 自由人”后，自行车混流装配线的生产情况有所优化改善。

4 结论在同-节拍下，工位相同、同-族产品结构不同的装配线平衡设计，由于瓶颈在不断漂移，因而影响生产线效率 。采用 自由人 ”能够明显改善系统性能。但是 自由人”使用有限制条件 ，如多技能、工位距离等等 。在多技能培训下，工位距离是影响装配线运行的主要因素，其影响程度和改善有待进-步研究。

下转第55页第35卷 第8期 2013-08(下) [451程带来的困扰，提出了基于贪心-遗传算法的新型加工路径优化算法，编写MATLAB仿真程序表明优化效果明显。

2)以VC6.0为平台，设计开发了基于DXF文件的数控自动编程应用软件。

3)通过VC调用DLL的方式实现MATLAB与VC的混合编程，并以该编程方法实现了GGA算法，将智能优化算法应用到数控机床加工的控制软件中。

4)应 用软 件 的运 行 表 明 ，基 于D L L的MATLAB与VC混合编程开发周期短，应用软件运行速度快，为其他人工智能算法的实际编程应用提供了参考价值。