汽车装配车间布局优化设计

摘要：随着市场上客户需求的转变，汽车行业的多品种小批量生产已经成为了市场的主导方向。计算机系统仿真是通过将现实中的生产系统抽象成为计算机仿真软件中的模型，运行该模型并对输出的数据进行分析和处理的一种技术手段。通过这种方法可以实现对生产系统的运行状况的预测，帮助决策者找到系统中的问题，进而实现对生产系统改善和优化的目的。通过定量分析与定性分析相结合的方法进行系统、全面地分析，生产线布局改善项目进行了旨在提高生产效率、降低成本的改进研究。本文的主要讨论的内容是生产车间车间布局的建模与仿真。

关键词：车间布局；FLEXSIM；建模；仿真

一、FlexSim仿真系统

FlexSim是美国flexsim公司开发的，迄今为止世界上第一个在图形环境中集成了C++IDE和编译器的仿真软件。Flexsim具有一个非常高效的仿真引擎，该引擎可同时运行仿真和模型视图（可视化），并且可以通过关闭模型视图来加速仿真的运行速度。仿真运行时，利用该引擎和Flexscript语言准许用户在仿真进行期间，改变模型的部分属性。

Flexsim能一次进行多套方案的仿真实验。这些方案能自动进行，其结果存放在报告、图表里，这样很容易的把结果输出到象微软的Word、Excel等大众应用软件里，利用ODBC（开放式数据库连接）和DDEC（动态数据交换连接）可以直接对数据库进行读写数据。

二、车间布局类型

汽车生产车间设备布局设计是将加工设备、物料输送设备、工作单元和通道走廊等布局实体合理地放在一个有限的生产车间内的过程。按照不同的分类标准及基于设备位置之间的关系，汽车生产车间设备布局主要有产品布局、工艺布局、固定位Z布局、单元布局和混合布局等几种车间布局方法。其中产品布局，又称为生产线布局，是指在固定制造某种部件或产品的封闭车间，设施按加工或装配的工艺顺序放Z形成生产线。

三、系统仿真的步骤

由于汽车生产车间设备布局仿真是基于模型的设计，所以应该先建立系统的模型。在建模与形式化这一步需要依据研究和分析的目的和意义，确定车间模型的边界问题，为了使模型更加具有可信性，具备系统的实验知识和必要的试验数据是必需的条件，根据系统的特点和仿真的要求选择合适的算法，使建立的仿真模型在计算精度、计算速度和稳定性方面满足仿真的需要。再进行设计程序，即将仿真模型用计算机能执行的代码描述，程序中包括仿真实验的一系列的要求，如控制参数、输出要求、仿真运行参数等。最后是对仿真模型进行校验，一方面是检验所选择的仿真模型方法的合理性，另一方面是再次对程序进行调试。最后是对系统仿真的输出进行分析。

四、Flexsim仿真软件在汽车装配上的运用

在现代社会发展中，在厂房建设中，汽车车间规划起着至关重要的作用。尤其在密度大，材料吞吐量高的装配车间，较优的优化设计方案不仅保障了生产物料的准时配送，还能减少设备的浪费，使得配送作业合理化。

项目调研及准备院

首先，项目调研以确定项目的范围，了解模型所涉及的产品，及产品原料的各种流程，绘制流程图等。其次，分析现实系统及仿真系统的逻辑关系，对比以确定所需收集基础数据。

建模内容院

其一，建立生产线模型反应各种原料的消耗情况。由于产品原料种类繁多，使用临时实体一一模拟这些原料将导致模型过于庞大，因此提出“虚拟实体”的概念，在模型中虚拟实体仅表示在表格数据中，当生产需要时，使用insertcopy（）函数将其释放。前期准备为建模提供了设备和原料的信息表，原料在模型中每消耗一件，使用settablenum（）函数来反馈到信息表中。影响原料消耗速度的数据来自于设备的CycleTime数据及原料的“单车用量”数据。产品根据工艺从初始工序流向下游，产能也随之得出。产能反映了产线的生产水平，用来检验模型的准确性。

其二，编写出库逻辑，当线旁原料的库存少于安全库存（SS）时，系统触发补货，补货需考虑物流设备的装载率。为提高装载率，库存量较低的原料优先出库；另外，考虑到厂内面积有限，出库量又不能超过库位最大存放量（MS）。

其三，由拖车与操作员实施配送任务。每次配送的目的站点由车上装载的原料决定，站点配送的先后顺序则由线路信息表确定出来，整个配送中包含了原料补货及空箱回收等过程。

其四，定制化的GUI面板，为模型添加说明文本及原料信息的修改功能，同时为模型提供了快捷的操作按钮等。

其五，模型输出Excel表，每次补货任务系统自动记录出库的原料，拖车每完成一次任务，系统自动计算其使用率，并将这些数据输出到一张订制的Excel表中。

通^仿真项目在安亭厂北区的应用，模拟了新厂物流模式，为方案的实施提供依据，其作用有：

1、验证了物流设备的数量，原料上线配送级产品下线配送各安排5台拖车。

2、为配送线路的重组提供了优化的方案，把原方案4条线路改成3条线路，将线路覆盖情况优化后，在保证正常生产的条件下，原料配送的拖车每台每天（8h）平均减少700多米，减少了由于线路不合理带来的浪费。

3、输出配送明细表，提供了配置原料工位存量及安全库存的数据依据。

总之，通过Flexsim仿真技术在安亭厂北区的应用，验证了汇众公司的物流方案，以及优化了该方案的部分内容，达到了良好的效果。为项目的实施提供了指导作用。

五、基于FLEXSIM的生产车间布局优化

工艺布局，又称为功能布局。功能布局是将所有相同类型的资源放Z于同一区域的一种布局形式。工艺布局根据资源的功能特征对其进行分组，当产品品种多而生产批量小时，工艺布局将能提供最大的制造柔性。它适用于同类产品多，产量低，中小批量的生产车间。这种布局方法有利于降低运输成本，平衡同组设备的负荷并且该布局方法设备成本较低且易维护，但它的物流流动时间长，工序相互冲突，会造成大量制造成本的浪费。

固定位置布局十分适用于车间的建造和装配，时刻可以了解工人和制造设施沿着产品移动。其特点为产品不动，制造设备与人员沿着产品移动，但它缺乏存货空间，控制系统复杂，管理负担高。和工艺布局相对应的是单元布局，其中单元布局是将车间内的设施划分成若干个制造单元，以单元为基本单位组织生产。

混合布局是指在车间内，并非只有单一的布局形式存在，而是存在产品布局、工艺布局和固定位Z布局并存的一种布局形式。这种布局形式发挥多种布局形式的优点，避免各自的缺点。

通过对车间原布局进行了FLEXSIM的建模与仿真，从仿真能够中分析出了不足之处并提出合理的改善方案。最后在FLEXSIM中建立了更加优化的布局方案的模型，并进行了仿真。才能够拥有适量的缓存容量、正确的仿真策略、准确的调度原则可以提高现有设备布Z条件下车间生产系统的整体效率。