冰箱箱體發(fā)泡工段仿真分析

引言

家電行業(yè)是我國近40年來發(fā)展最為迅速、市場競爭最激烈的行業(yè)。從20世紀(jì)80年代至今,家電企業(yè)競爭經(jīng)歷了從質(zhì)量到成本到規(guī)模再到市場的發(fā)展過程。隨著"中國制造2025"的提出,國內(nèi)家電工廠開始從自動(dòng)化向智能化、信息化方向發(fā)展,工藝、設(shè)備快速更新?lián)Q代,新建工廠規(guī)劃方案出現(xiàn)跨越式、突破性變化,原有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)難以應(yīng)對新的形勢。

三維仿真技術(shù)自20世紀(jì)90年代傳入中國后迅速發(fā)展,并得到了廣泛應(yīng)用,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,其在設(shè)施布局、物流規(guī)劃中逐步得到應(yīng)用,顯示出強(qiáng)大的優(yōu)勢。筆者將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合,為工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)、系統(tǒng)的解決方案。

1三維仿真技術(shù)介紹

家電工廠三維仿真是將家電工廠規(guī)劃方案模型化,通過建立三維模型,搭建模型的生產(chǎn)邏輯,設(shè)定生產(chǎn)參數(shù),通過仿真運(yùn)行,輸出仿真結(jié)果,根據(jù)輸出結(jié)果判定家電工廠規(guī)劃方案的合理性。同時(shí),通過仿真結(jié)果,可以對多個(gè)規(guī)劃方案進(jìn)行對比、分析,評(píng)判優(yōu)劣。

工廠規(guī)劃仿真流程如圖1所示。

2基于仿真分析的布局優(yōu)化案例

本文以某工廠冰箱箱體發(fā)泡工段從預(yù)裝下線進(jìn)發(fā)泡系統(tǒng),到發(fā)泡完成進(jìn)入初裝線的過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)三維模擬,旨在確認(rèn)冰箱箱體發(fā)泡工段是否會(huì)發(fā)生擁堵。以箱體發(fā)泡實(shí)際運(yùn)行邏輯搭建仿真模型,仿真參數(shù)(設(shè)備參數(shù)、節(jié)拍等）均為實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)。仿真范圍示意圖如圖2所示。

圖2仿真范圍示意圖

2.1模型假設(shè)與約束

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)邏輯,假設(shè)和約束條件如下:

(1）箱體發(fā)泡線的起點(diǎn)按設(shè)定的生產(chǎn)節(jié)拍持續(xù)給發(fā)泡系統(tǒng)供應(yīng)箱體。

(2）箱體進(jìn)夾具規(guī)則:本仿真模型中采用順序循環(huán)進(jìn)箱的規(guī)則。

(3）箱體出夾具規(guī)則:按設(shè)備運(yùn)行規(guī)則設(shè)定,存在空閑、等待、運(yùn)行3種狀態(tài)。

2.2模型參數(shù)

仿真模型的輸入?yún)?shù)如下:

(1）箱體發(fā)泡線共配置16個(gè)夾具:

(2）發(fā)泡周期時(shí)間為320s(箱體完全進(jìn)入夾具320s后可執(zhí)行出夾具操作）:

(3）各傳送帶速度按要求設(shè)定:

(4）發(fā)泡線進(jìn)箱節(jié)拍初始設(shè)定為18s:

(5）所有頂升線體的上升時(shí)間和下降時(shí)間均為2s:

(6）模型長度單位為米,時(shí)間單位為秒,仿真模型運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為8h。

在仿真模型中共為夾具設(shè)定了以下7種狀態(tài):

(1）Itemin//第二個(gè)緩存位頂升開始計(jì)時(shí),直到箱體完全進(jìn)入夾具:

(2）Processing//箱體發(fā)泡時(shí)間(一個(gè)周期為320s）:

(3）Itemout//箱體從開始運(yùn)動(dòng)到完全出夾具:

(4）Blockout//發(fā)泡完成可以出夾具,但是被其他箱體暫時(shí)堵住:

(5）Blockin1//夾具可以進(jìn)新箱體,但是被里面剛出去的箱體堵住:

(6）Blockin2//可以進(jìn)新箱體,但是被其他箱體堵住:

(7）Idle//夾具處于空閑狀態(tài)。

2.3仿真運(yùn)行與分析

發(fā)泡系統(tǒng)仿真運(yùn)行圖如圖3所示。

設(shè)定進(jìn)箱節(jié)拍為18～22s,運(yùn)行仿真模型可發(fā)現(xiàn),在部分進(jìn)箱節(jié)拍下箱體發(fā)泡系統(tǒng)進(jìn)箱線會(huì)發(fā)生擁堵,具體情況如表1所示。

根據(jù)以上運(yùn)行情況,確定進(jìn)箱節(jié)拍為22s,運(yùn)行仿真模型8h,整個(gè)運(yùn)行過程中箱體發(fā)泡出箱線未發(fā)生明顯擁堵情況。統(tǒng)計(jì)各夾具整個(gè)運(yùn)行過程中的情況如表2所示。

各夾具時(shí)間浪費(fèi)情況如表3所示,主要包括Idle＋+lockout＋+lock+i2的狀態(tài)。

其中由于擁堵造成的效率損失情況如表4所示,主要包括+lockout＋+lock+i2的狀態(tài)。

根據(jù)仿真結(jié)果可知,在模型假設(shè)與約束、模型輸入?yún)?shù)條件下,設(shè)定進(jìn)箱節(jié)拍為22s,整個(gè)仿真運(yùn)行過程中,出箱線未發(fā)生明顯擁堵,且由于堵塞造成的效率損失平均為2.96%。

3結(jié)語

綜上所述,筆者采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),利用生產(chǎn)仿真數(shù)據(jù),整理出仿真報(bào)告,為解決復(fù)雜的生產(chǎn)、物流問題提供參考依據(jù)。由于家電工廠工藝流程復(fù)雜,參數(shù)選擇對規(guī)劃結(jié)果有很大影響,因此需要詳細(xì)的數(shù)據(jù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)加以輔助。

工廠生產(chǎn)仿真模型通過設(shè)定仿真速度,可以直觀、動(dòng)態(tài)地觀察工廠運(yùn)行情況,并通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能,分析工廠數(shù)據(jù),形成仿真報(bào)告,使用者可以參考仿真分析報(bào)告對各廠房的工藝布局進(jìn)行評(píng)價(jià),對自動(dòng)化設(shè)備、物流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,提高工廠的生產(chǎn)效率。