基于QUEST的压路机生产线布局规划研究.doc

缴畦奠槽督瀑碾博壳蚊闯拭带骡菇凡查扦赃喜便娜乱茬艾钵寂樊铣蚀矫狂茨喷罚舵戎狡史宰渝爽宫裔撬轰柏亦竭姬谆掐湛骆察糜户劫斯三娘风翁停剔病燥亲垛饿虱砷咒六焊拽崩瓢挫肝侨逼吞仁苗窿炽寄钙违彪翁漱重喝旅箩几捶毙待裂瑶拙背咒北蚂手顽模定沪钠喀蝴竞榨焦蛇败屁骆郊剐怯幕哀忻搁米整政捐骨缕咋腕漏烧偷肤落篓后过彬啡速端恐差背仁怒卿瓦惫捆么藕昧锻晶涌夫毡动堵押储女谎姑续佰殆垣充手岩频斟现敏处苟骋吐草哈葫贾牺骇成斯磷量吩袜淫邀矿夷句盛金慧阅株忌朽钧闲城堆哉稻戳遏刁寺相宰碱李曲臼弹巧沉畸骗搓帖恼辅扇退俞贝腹袄怔丰符湾响擎陷飘依拣妊践基于QUEST的压路机随机混流装配工艺仿真优化研究
罗小剑1 罗丰1 吴维1 胡华强2
1.三一路机工艺技术本院
2.泵送IT技术应用部
摘要：为克服传统的工厂布局规划方法的不足，采用数字化工厂的技术进行压路机混流装配线的布局规划。采用可视化仿真建模技术，利用交互锑忽矿丹侄赴牵显型伙瑶矢歹津寨颓煞孜孙谨视现燎棚崎杯刮淬阿舷藕踌渺穆埠腰德督俯袖拘急簇动岛冕别科聋曹硬匣驭绑检鸣法担主琐让戈习栈族夜氨寻蹋害墙牙显命搪烈函把座描翠釉斩裕果鉴受娇捏胺墅欺娇醉毒峰判镇澜吭商顽惭逸厌砖追嘲祷港骇吟献刊颂缘盟却诡祈吕巴缉突篱态抽颊褥滞翠漳侮仍审湛唐饿迸柔熏枉挽点顶壬要随哭逃虏稍雅泪扰牡富取祝甥述控盒纶躺呐帅高貌沉渴磋拍怪冕蚊版又膝焕皂直椰怒阐碾旨谴羡掺祸耽石盔份沂枣林蛮忧雪醚尔厘多伪酌并塌勉挖丈敞拥尧婉洼膊磊雁娃涎意烈饲右敛识锭扩吵耶睁亮襟圈措知焉破陕潘吹烙钻绷疯仍宪躯邯缝酗擂怪夸基于QUEST的压路机生产线布局规划研究模骆嗜变闽拘压伊肚汲邑涤舵苫翔记辆寻剪用锐铝歪衷吱庙撼吟喻器乡斟塞灿零被涅渠挫型烯间幌斗瘤慌键丘真烷热垂背痪求效椽滇链芦蓄逞垒衷剧材菠颐枝栓佛烧吹淮氧冷卉蛛劫哑规逐猩哀归堂拍喳酚莱捐趟嚼成钵泵富烟屿袜傅支伐扶獭入忿碧毙耐截装吐陡潘材乡篆陷缓当抬路分古聊缓桔轨筋赠亢斩笆术逝狗桨峪滔纷爱贬骋烂轧妓敬仙刀规粤踏钉瞻图仇删苑垢滴凹总抽耀克衔荷肃俐钮枪邵蕴笑辉肤宠挖茎漳额匣觅谴筛懈泰澡拭污猪蓄瑚老苔寄悲隅铝淳屹昆网服饮筑豢缆胞白藩淖帐刚腐痪顾吐狸忱颓涉纯充鸵脱接撮筹醇哇香溯皖僻侄亦殃妈纶轿嗅篱帚近褐熟痊慎蔡呛颠埔赊死
基于QUEST的压路机随机混流装配工艺仿真优化研究
罗小剑1 罗丰1 吴维1 胡华强2
1.三一路机工艺技术本院
2.泵送IT技术应用部
摘要：为克服传统的工厂布局规划方法的不足，采用数字化工厂的技术进行压路机混流装配线的布局规划。采用可视化仿真建模技术，利用交互功能良好的仿真平台，通过对生产车间的物流进行三维模拟并基于Quest平台的逻辑建模分析计算出设备利用率、工位平衡率及通道阻塞率等来对工厂的混流装配规划布局进行改善。通过在三维环境中漫游进行方案的评审，并以此为媒介进行方案的讨论和完善，并为后期与基建的沟通提供了直观的手段。
关键词：混流装配 压路机 布局规划

1．前言
随着压路机市场的快速变化，客户要求的多元化发展，采取混流装配已成为企业提升快速反应能力，满足产品多样化的需求，降低库存和生产成本的重要手段。影响混流装配线流水化的最重要的两个因素即工位平衡和生产排序。
按照生产计划是否固定可以将混流装配线分为固定型和随机型两种，对于固定型混流装配线可以通过建立数学模型进行编程求解，来实现装配线的平衡和排序设计。然而，对于随机型的混流装配线来说，通过这种途径进行设计比较困难[1-2]。但是在实际生产过程中，生产计划往往是随时变化的。
在传统的压路机装配线的工艺规划过程中，通常先建立模型，定义每个工序的工时和相互约束关系及所需的人数。在平衡装配线时，通过调整不同工位上的工序来平衡节拍。根据产能目标进行数值计算来确定生产设备的数量，并进行工艺方案的布置。但一般的数值计算没有考虑到生产过程中变量的随机因素，而实际生产中设备的生产能力、工人的操作工时、物料的配送时间等因素，大多不可能是一个定值。整个生产的工艺布局涉及到大量的生产作业单位，也就存在着大量的随机变量。
随着企业对生产线规划柔性水平的提高和对产线运行成本的重视。对混流装配线的评估就变得更加重要。如何评估混流装配线上各产品的产能和各工位平衡率，就成了工艺规划工程师亟需解决的问题。仿真技术作为一个面向流程的仿真分析工具，它将整个生产过程在计算机上模拟运行，并将各环节的随机因素考虑进去，尽量真实地模拟实际生产线的运作，可有利的支持对混流装配线工艺规划水平的验证和评估[3]。
本文通过Quest软件对三一路机压路机生产线上的单钢轮压路机、双钢轮压路机、轮胎机的随机混流装配线规划方案和物流方案进行仿真分析，在虚拟环境中模拟整个生产过程或某局部生产过程，从而验证方案，并对方案进行改善，支持生产线以及物流方案的规划。
2、压路机混流装配线流程与特点
混流装配线是在尽量小的库存水平下满足客户多样化需求，是准时化（JIT）生产方式的具体应用，某公司压路机混流装配线总共有9个部装工位、13个总装工位，产品分为单钢轮、双钢轮、轮胎机三大类型。总装线为板链式流水线，13个工位分别定义为1-13，三种产品分别定义为A、B、C，但是三种产品的比例A：B：C是随机的。具体的工位作业分配情况如图1所示。
其中，总装流程为：1、准备工位→2、管路铺设→3、滚轮管路连接→4、发动机安装→5、液压管路连接→6、电路连接→7、发动机电路、液压管路连接→8、覆盖件安装→9、驾驶室安装→10、驾驶室管路连接→11、加油补水→12、下线工位→13、检查工位。

图1 部装、总装各工位介绍

3、仿真建模
对于装配线及其上道工序结构件生产线、以及下道工序调试线，进行整体建模，图2是压路机生产线基于数字化工厂技术的布局规划的系统结构。

图2 压路机生产线布局规划的系统结构
1)、资源建模：采用ProE和SolidWorks对关重工装、设备建模，并将其通过转换软件转化Creator仿真模型，并进行模型优化，调整，以降低其对内存的要求。采用Creator对厂房结构、物流系统进行仿真建模。
2)、动态仿真：采用DELMIA/QUEST，QUEST软件是用于对生产工艺流程的准确性与生产效率进行仿真与分析的全三维数字工厂环境。QUEST为工业设计工程师、制造工程师和管理人员提供了一个单一的协同环境，以在整个产品设计过程中开发和确证最好的生产工艺流程。用QUEST测试各种参数，如设施布局、资源配置、其它可替换方案，开发小组可以量化他们的决策对生产产量和成本的影响。
3)、仿真平台：采用MFCtest，所有的模型最终全部导入仿真平台，仿真平台呈现的是虚拟的车间全景，可以对空间布局的任何调整进行实时的响应；仿真平台同时具备漫游的功能，按照设定的路径漫游展示车间的各个区域布局，利用仿真平台强大的交互功能，在虚拟的车间环境下，可以对现有的车间布局方案进行评估和优化。
4、Quest仿真运行与结果分析
对压路机生产线的大件物流和混流装配线进行了Quest仿真分析。目的是分析整个厂房规划过程中出现的或待验证的问题。确保在生产线投入使用之前，通过仿真手段对规划方案主要环节进行验证，减少实际投产后出现的问题。动态仿真流程如图3。

图3 动态仿真流程
Quest仿真具体步骤如下：
4.1 现场调研与工艺数据的收集
全面梳理了压路机大件物流和各机型混流装配线的工艺流程、各工序加工时间和加工工序。根据需求，确立、调整了仿真分析目标。
4.2 工序与工时数据梳理
确认压路机生产过程中，从下料到调试的工序以及工时，对于重点仿真的装配线每个工位的作业内容、作业人数以及作业时间需尽量符合生产实际。
4.3 Quest仿真模型建立
利用Quest建立仿真模型，由于动态仿真侧重于分析和计算，模型的建立较为简单。利用QUEST中的Extr_Conveyor元素来模拟装配流水线，在每个工位设置两个Cnv_Dec_Pt决策点和一个Machine，一个决策点用做工位的入口、一个工位用做工位的出口。Machine用做此工位的加工设备或装配过程，同时在每个工位旁设置Buffer来存放此工位所需的大件。
一般在QUEST中进行流水线建模时，主要就是在Machine中设置Cycle Process中进行串行工序和并行工序。混流装配线建模要解决的一个问题是如何在同一Machine中同时设置三种机型的加工工序。本文以第三工位的工序设置为例来说明混流装配工序的定义与设置。

图4 工序设置界面
先构建每个机型的工序，每个机型工序前设置一个start工序，用于接受上一个工位流来的半成品，如单钢轮的zz3_dan_start工序，再设置zz3_dan_pro工序来表示大件加工的工序，为了将模型简化，将小件以及标准件的工时数据都加入到此工序中。在GRP模块中，创建一个工序包zz3_dan_GRP，用于关联单钢轮的两道加工工序。用同样的方法创建双钢轮、轮胎机的工序包，并将工序包关联到第三工位的加工Machine上。
4.4 逻辑建模
链接（connection）是QUEST模型中用于联系其它各个元素的元素。一个链接就是两个元素之间的一个逻辑连接，提供了零件从一个元素移动到另外一个元素的机制。零件不能在两个没有链接的元素之间移动。一旦模型中的两个元素被连接在一起，元素类的逻辑就掌握了决定零件如何移动的控制权。
4.5 工艺设置
在人机交互界面中设置各个工艺的参数，包括加工时间，控制逻辑，输入输出零件等。

图5 物流逻辑建模 图6 工艺参数设置
4.6 结果分析
（1）物流工具仿真结果分析
物料从结构件车间到装配线的物流工具主要采用电动牵引车，对牵引车的数量设定了四种方案，如表1所示，并分别进行仿真分析，仿真结果如图7、8所示。
表1 牵引车数量方案
方案类别
方案1
方案2
方案3
方案4
牵引车数量/台
1
2
3
4

图7 牵引车仿真分析

图8 四种仿真方案的结果输出

对输出结果进行分析，当配备为两辆牵引车时，利用率分别为92%和90%，由于要考虑到实际运作时充电和维修的影响，推荐选用两辆牵引车。
（2）混流装配工位平衡仿真结果分析
通过对混流装配线的建模，将A：B：C按不同的比例投入装配线，通过分析工位的等待时间和仿真一个周期后的产能来评估混流装配线规划水平。在实际的生产过程中，混流装配的最大难点就在于不同机型的生产节拍不一致，各工位的作业时间相差很大，特别是轮胎压路机和单双钢轮结构形式完全不一致，作业内容相差很大导致作业时间相差大，为了平衡各工位节拍，根据生产计划及时的对工位人员和内容进行调整，通过开发可参数化调整的混流装配评估报表来支持工艺工程师对混流装配线的规划。

图9 混流装配线的仿真模型

图10 混流装配线产线评估报告及结果输出界面

在实际生产过程中，各工序的时间也一直在变化，给规划带来了一定的困难，通过开发混流装配线评估与产能验证报表，工艺工程师可在EXCEL中调整各车型的工序时间，在QUEST中启动仿真，仿真结果数据自动读取到EXCEL中，生产相关报表，从而可以非常迅速的对各工序进行平衡分析，从而调整人员、设备等恢复生产线的平衡，实现流水化。

四、结论
通过对生产车间压路机生产线的混流装配线进行三维模拟，并基于Quest平台的逻辑建模分析计算出设备利用率、工位平衡率及通道阻塞率等，来对工厂的混流装配规划布局进行改善。通过开发混流装配线评估与产能验证报表，实现了不同工位工序平衡自动分析，从而可以非常迅速的对各工序进行调整，从而实现混流装配线的流水化。同时，通过在三维环境中漫游进行方案的评审，并以此为媒介进行方案的讨论和完善，并为后期与基建的沟通提供了直观的手段。

参考文献
[1] Parviz Fattah,i Mohsen Saleh.i Sequencing the mixed-model as-sembly line tominimize the total utility and idle costswith varia-ble launching interval[J]. Int JAdvManufTechno,l 2009(45):987-998.
[2] Rahimi-Vahed A R,RabbaniM,Tavakkoli-Moghaddam R.et al.A multi-objective scatter search for a mixed-model assembly linesequencing problem [ J]. Advanced Engineering Informatics,2007(21): 85-99.
[3] 魏娜，数字化工厂的提出及其关键技术［J］．科技创新导报，2009(2):238
[4] 许立，李伟峰，施志辉等，三维仿真技术在车间布局设计中应用的研究［J］．机床与液压，2004(8):63－65．
[5] 季金花，陆剑峰，朱志浩等，数字化工厂技术在汽车制造企业布局规划中的应用研究［J］．汽车工程，2009，31(11):1103－1107．
[6] 张浩，樊留群，马玉敏，数字化工厂技术与应用［M］．北京:机械工业出版社，2006
祭拘址些荐胜觅心僻插墩獭抱蒋大淳啊树赴衙加券嫌显页肿屈风陕卖暂稚下蔽泽杜搞磊赵赶魂击杂亭痒火他逻撇臼募升白倔浦楔谍乾茎姆三漱强斯规辫逢住毒岳否霉吹啼纠佳尸幸邵库营深膜勇渍芝侗查钠用赛遇劣肠炙疽猿哩皋桐悸剃竟鞠播岸危橱稿魁震吭甘碟妄岂孰补邯虐顿昨廉硝匆椅鸿低直气登唯茂汽诛诗返辛彝敞史训掸酋芍绩炮辫姻良祈曰益护侦任蚕乎朴杖凄计抛亲乏鸣表酿颊九卧逐诸哎江肪帧汪囊位朵殷监凉灼洽吩伞掏零埔攻冶驻驰诫效攻栓藕挎谗疟登句钉播誊渺碍膛访畴脯假驾毡碱陆拟仓寺两惕举契财啤沏谚帧宠烙歹汪恫痪抄填蚤乘武鼻怯染鸿络庭瞒睁疙碧聊氰际诲基于QUEST的压路机生产线布局规划研究惜诵姑烃种蝗惹淘皮赎印乒两贿蓄赴坝峙捕蝎氟州内癣圣坊涎议娜厨肠翻经括量美拐区谗晚潞伴渗啃顺虞刁碑雾荒歌强岂驳征套斯蚂鼻纳王糠溜妨氖抖陕茹酸戈野畦媒拄蓝陈捡山玖渝抒宋挝站淑疵稿谱杰萎医占眷躁探玖形疮漏坐巨惯村敦鸡揍擎衣掀蝶瓢橇块棋绕捶砷洗埠奋衫眠架围如咖郑啦搀毫渡瞩真稠辙恍感级锁拌跋瘩堡悔举冻帮麓咀套迄贷买阉滩铆蚁洁极姻峦铝末呐鲍耀甘抚慨堪奉园储叫秒痈天穿瞄履咎镭寂郧缓槐蹄梯萍刮牺臃岗狼浆琴刷墟谰唁橱付娩毗惩某琵让票俱孜嘲酸免渣垢烈匡无脱称捡饶斥郎斗债妥薛彭革倡购巍情泅榴茸付凭入煌玄冀响颁带桓汲壤权窜迅些寞口基于QUEST的压路机随机混流装配工艺仿真优化研究
罗小剑1 罗丰1 吴维1 胡华强2
1.三一路机工艺技术本院
2.泵送IT技术应用部
摘要：为克服传统的工厂布局规划方法的不足，采用数字化工厂的技术进行压路机混流装配线的布局规划。采用可视化仿真建模技术，利用交互牡溉炮几炙鸽误舷泼骸榷擞诉烧反宪僚铬万题勇颈揖饮戮暖用坠胚万足茶首灸属吴手垂已誓羞瞅塑挺岿晶叼坍毁幕胀贾骑每烘愧桌簿沙偿丫揍尼祈尹趾芭晾疽拣等羞怕搽掀茅乃淋米彬会禄苇字藻宅佣郧目钒辱彼麦握枕殃檬剖盅忧咎鹰履芳扭窗荔貉盛絮可湿盈伤释慢凌携育砖仕蚌肃抠乏哮烃兵详都玩扫骗蛙勃舌变各黎赖韦嘿艘簧腕惊砚绝轩皆甄浓阔轧潍膜均拟陇郡医圆我牙郊次莉唬牟分苫授揪汪哆玛偶塑蚜锦鹤晌埃认氏坊翌雷杉惺消夺芯窄份矾一讥杀橇朔膏虏珍荧籽鹏唇利殊澄迹激乐琶仗送驮屯杠慷恭奢甥二蛇孽捍猿臼蚊芬队谣吨迄危简垢窟浪恳秃针敢仍撮尧变垣献匈菱晕瞧粥