焊装车间线间供料可行性验证和设备工装需求量验证.pdf

352023年第04期的右侧围总成直接在 D 车型右侧围总成线生产，右侧围通过专用 AGV 直送主焊线。侧围线只生产A、B、C 三种车型的侧围，按 20155 的序列生产，其中 A 车型侧围生产出来后不去主焊线，通过 APC 送往其他产线，B、C 车型的侧围通过 APC-EMS 送往主焊线。A、B、C 车型的左侧围内板由专用 AGV 送往左侧围线。由于产线布置原因，A、B、C 车型左侧围内板输送 AGV 与 D 车型右侧围总成输送AGV 共用轨道，且由于可供铺设轨道的空间宽度只有 4 m，考虑到其他物料通过叉车输送，需要让出空间，该方案设计了一条很长的双向单行轨道（即同时只允许一个方向的 AGV 通过）。这条双向单行轨道将带来复杂的约束，继而可能带来长时间的等待损失，现通过仿真来确认其方案可行性。模 型 主 要 使 用 SingleProc 模 拟 工 位/吊具/机 器 人，使 用 Buffer 模 拟 线 边 缓 存 位，Transporter 和 Track 模拟 AGV/APC/EMS 及其轨在焊装车间可以使用仿真对生产线规划方案进行验证，通过西门子 Plant Simulation 可以较为准确地模拟生产线及物流输送线，并能够建模进行逻辑编程，以寻找纯数学运算难以发现的方案缺陷。江铃汽车股份有限公司 徐爱武焊装车间线间供料可行性验证和设备工装需求量验证在焊装车间可以使用仿真对生产线规划方案进行验证，通过西门子 Plant Simulation 可以较为准确地模拟生产线及物流输送线，并能够建模进行逻辑编程，以寻找纯数学运算难以发现的方案缺陷。现有一焊装车间的规划方案有 2 个问题需要验证:（1）由于分主线 JPH 不一致，部分分线JPH 低于主线，因此主线序列需要插花，需要验证适应这种序列的缓存位（料框）配置组合方案。（2）左侧围的 AGV 物料输送由于场地限制，可能需要被迫规划双向单行道，且左侧围内板输送与某一车型右侧围总成输送共道，所以需要验证其方案可行性。待验证方案和仿真模型本文介绍的焊装车间产线设计比较特殊，输入数据汇总见表 1。主焊线只生产 B、C、D 三种车型，按 1555 的序列生产，其中 D 车型表1 输入数据主焊线25JPH用途类型AGV长度容量直道速度弯道速度侧围线40JPHAGVA、B、C 车型侧围内板用潜伏式2 m1 料架0.35 m/s0.17 m/sA 车型侧围内板线20JPHD 车型侧围总成用潜伏式2 m1 料架0.35 m/s0.17 m/sB 车型侧围内板线15JPHC 车型侧围内板线5JPH用途容量料架长宽D 车型侧围内板线5JPH料架 M 型A 车型侧围内板用装 A 车型侧围内板5 工件2.8 m1.6 m主焊线序列B:15-C:5-D:5B、C 车型侧围内板用装 B、C 车型侧围内板4 工件侧围线序列A:20-B:15-C:5料架 N 型D 车型侧围总成用装 D 车型侧围内板2 工件4 m1.6 m28-38 焊装.indd 352023/6/26 14:58:4436 2023年第04期WELDING焊装道。AGV 轨道（图 1 中紫色线路）按照线路布置，模型需要多个交通管制程序（SimTalk 编程），避免 AGV 相向而行导致碰撞锁死，交通管制程序主要如下:（1）AGV 倒 车 管 制:AGV倒车需要留出倒车后的移动空间，在倒车 AGV 移出该空间前其他 AGV 不得进入。（2）双向单行道交通管制:避免 AGV 相向移动，保证双向单行道同时只有 1 个方向的AGV 通过。（3）AGV 发车管制:由于 A、B、C 车型左侧围内板到侧围与D 车型右侧围总成到主焊的下件点/料架置换点均处于双向单行道内，因此每次左侧围内板和右侧围总成同时最多只能各有 1 台 AGV 处于双向单行道内。对于 AGV，模型还编写了按序上件程序和按序发 AGV 程序，物料移动程序（包括 D 车型满框换空框流程）等。模型另外还有 APC、EMS 等设备相关程序和输入工具程序和输出统计程序等。仿真分析模型完成后根据分主线节拍和序列，先计算一个理论值（具体计算方法为:单车型批次量-主线消耗单车型批次量时间内分线生产零件的数量），将值输入到模型中之后，根据 AGV与 AGV 料架数量调整线边缓存位数量，由于 AGV 料架与线边料架同型，实际设置的是线边料架数，线边缓存位数量=线边料架数量 料架容量。模 拟 每 天 双 班，第 一 班8:30 18:00，第 二 班 20:30 6:00。输出 JPH 如果不能达到 25JPH，即认为方案不可行，反之认为可行。经实验，该方案下，模型每小时产出在 0 25 之间，且数据无规律可循，主焊线平均JPH 输出只有 13 左右，不能达到 25JPH 的目标值。原因主要有以下方面:（1）图 2 中蓝色大括号内只 能 有 1 台 D 车 型 右 侧 围 总成 AGV，红色大括号内只能有1 台左侧围内板 AGV，而 1 台AGV 无法在上一框料架中的料被用完之前到达上件位。（2）只 要 空 框 AGV 在 返回途中进入了红色大括号区域，满框 AGV 就需要被迫等待其离开红色大括号区域才能够出发去往上件位。此方案中 AGV 的双向单行道带来的约束是该方案不可行的主要原因，其约束导致了左侧围内板 AGV 和右侧围总成AGV 频繁出现互相等待进而使得供料不及时，主焊线不达产。如果要进行优化，应在场地空间允许的情况下，尽量减少双向单行道，改为环形单向道。方案优化及缓存位数经 layout 测量以及现场调查对照，图 2 中红色大括号以及其左边的 AGV 轨道全部变为环形单向道，红色大括号右侧区域由于道路宽度以及 D 车型右侧围总成料框长度问题，还是只能做双向单行道。模型修改如图 3 所示。模型添加了轨道，修改了交通管制程序。由于分叉路口变多，为避免多个 AGV 同时请求通过，发生多个 AGV 被错误地同时允许通过路口问题，模型添加了 Queue 队列表，采用多个程序 Push，单个程序循环Pop 的方式杜绝了该问题发生的可能性。经 实 验，产 出 能 够 达 到24.4JPH 左右，认为其方案基本可行，但没达到 25JPH，说明还图 1 模型28-38 焊装.indd 362023/6/26 14:58:44372023年第04期存在一些问题。观察模型发现，侧围内板 AGV 会堵住 D 车型侧围总成 AGV 图 4 所示。优化方案初步规划 5 台内板 AGV，在 这 种 情 况 下，在内板上件位附近等待的内板AGV 会过多，侧围线不能及时地消耗侧围内板，导致侧围内板 AGV 阻挡 D 车型侧围总成AGV，导致侧围总成 AGV 不能及时到达主焊线，主焊线因缺料而导致 JPH 输出降低。现在将内板 AGV 数量降低到 4 台，测试结果正好合格，见表 2，如果再降低到 3 台，则JPH 只有 23，所以内板 AGV确定为 4 台（除了减少 AGV 数量这种方法外，从逻辑上也可以通过预测侧围线消耗速度并限制内板 AGV 发车数的方式避免阻挡事件发生，但这种方式过于复杂，实际可操作性也不强，本文暂不做深入讨论）。接下来优化线边料架数，通过 JPH 和序列批次量可以算出，A、B、C 车型侧围内板的缓存需求数，计算过程为:A 车型:序列为 20 台，在1800 s 中，左侧围内板线只生产了 10 件，因此需要 10 件的缓存，2 框（容量为 5）。B 车型:序列为 15 台，在1350 s 中，左侧围内板线只生产了 5.625 件，因此需要至少9.375件的缓存，3框（容量为4）。C 车型:序列为 5 台，在450s 中，左侧围内板线只生产了0.625件，因此需要至少4.375件的缓存，2 框（容量为 4）。同样计算方式得到 D 车型侧围总成料框数。D 车型:序列为5 台，在 720 s 中，右侧围总成线只生产了 1 件，因此需要至少4 件的缓存，2 框（容量为 2）。这些料框不一定要全部在图 3 优化后方案图 4 侧围内板 AGV 阻挡侧围总成 AGV图 2 分析图示28-38 焊装.indd 372023/6/26 14:58:4438 2023年第04期WELDING焊装线边，AGV 上料框本身也作为缓存存储位，那么可以通过测试降低线边料框数量，进行重复试验，看模型是否还能达到25JPH。实验结果如表 3 和图 5所示。其中，A 车型内板线边料框数不能降低，因为其工件下线位置（在图 1 标 A 圆圈右侧）离侧围线工件上线位置很远，内板 AGV 上料框不能起到缓存作用.而 D 车型侧围总成 AGV上和主焊线线边共 3 个料框就可满足缓存存储需求，无须在侧围总成线边加料框。最终方案见表 4。结语本文介绍了利用仿真工具验证现场规划方案的一个实际 案 例，可 以 模 拟 方 案 实 施后的运行状态，从而提前识别方 案 缺 陷，优 化 设 备 工 装 投资，有效避免成本和空间上的 浪费。表2 测试结果班次时间段第1天第2天第3天第4天第5天第一班8:30 9:0012121212129:00 10:00252525252510:00 11:00252525252511:00 12:00252525252512:00-13:00252525252513:00 14:00252525252514:00 15:00252525252515:00 16:00252525252516:00 17:00252525252517:00 18:002525252525总计237237237237237第二班20:30 21:00131313131321:00 22:00252525252522:00 23:00252525252523:00 24:00252525252524:00 1:0025252525251:00 2:0025252525252:00 3:0025252525253:00 4:0025252525254:00 5:0025252525255:00 6:002525252525总计238238238238238表3 实验结果侧围内板/总成线线边料框数量JPH输出实验序号A 车型B 车型C 车型D 车型实验 1232225实验 2132221.43764实验 3222225实验 4212225实验 5202220.33085实验 6231225实验 7230219.79872实验 8232125实验 9232025实验 10211025表4 最终方案 产线位置数量总计侧围内板线A 车型 左侧围内板线线边2 框8 框B 车型 左侧围内板线线边1 框C 车型 左侧围内板线线边1 框左侧围内板输送 AGV4 框侧围总成线D 车型 右侧围总成线线边0 框3 框主焊线线边1 框右侧围总成输送 AGV2 框图 5 实验结果JPH28-38 焊装.indd 382023/6/26 14:58:45