论文部分内容阅读
摘要：在汽车工业高速发展的中国，为使线体更加合理、高效，在规划时不但要考虑工位的节拍，还需要把线体的整体效率值考虑在内，要考虑整体效率值就要考虑线体的故障和线体抢修时间，但是这是一个随机出现的情况，无法提前预知，因此需要使用Plant simulation的软件建立生产模型并模拟计算，把发生故障的时间做一个统计然后输入软件，软件会自动计算出线体的初步效率值，通过不停的改进，使其达到所需的效率值。
关键词：线体效率值， 生产线建模
说起汽车焊装生产线的效率值，很多人都没什么概念，即使作为在汽车焊装线生产领域工作多年的专家也无法解释清楚，即使能解释清楚也无法说明这个值是如何得出的，但是要是和他们提起节拍，大家都能说的头头是道。
节拍通常我们也称为JPH，是Jobs Per Hour的缩写，这是汽车制造业中的一个重要变量，是反映单个工艺设备或流水生产线甚至整个工厂的理论生产能力，它是把年产量换算为小时产量。这些都很清楚，但是当我们把JPH转换为秒数时出现了一个问题，当我们把JPH转换为秒数后，无法保证每个工位按所需秒数设计后能达到设计的节拍，因为还需要考虑操作工的休息时间、设备的维修时间、工位与工位之间的等待时间等等。因此我们会在所需秒数上乘上一个系数，这个系数就是我们所说的效率值。
当前的习惯做法是定义人工工位效率值是90%，自动化工位是85%，但是这两个值是如何得到的无法给出有力的证据来说明。
所以我将提供一种方式来模拟工位的运行和失效模式，以期达到推算出这个效率值的目的。在这里我们使用EM-plant的Flow simulation来模拟线体的失效模式。
焊装线体布置
首先我们要根据工艺布置平面布置图：如下图选择了一条简单的自动线作为例子：
■
如图是一条机器人补焊线，线体是由两端的两台升降机，中间的5个补焊工位，还有一个定位焊工位组成的。
工位理论效率值
在完成了线体平面布置图后，需使用设备停线计算表计算出线体每个工位的理论效率值。
■
此表是根据设备在现场的使用情况得出的一个参考值，第一列（Pos.）是序号；第二列（Type of installation）是设备名称；第三列（MTBF）是理论失效时间；第四列（MTTR）是每次出现故障的维修时间；第五列（DEV.MTTR）是拆除更换维修的时间，一般都是与故障维修时间是一致的，当然不同的公司对这一项的定义会有不同，第六列（DISP.）及时此设备的理论效率值。它的计算公式如下：
MTBF/（MTBF+MTTR）
其中第一行的机器人第七轴的理论效率值是0.9992871，即意味着每7013.61分钟，会出现5分钟的维修时间。这并不是说每次维修是五分钟，有可能每次维修需要十分钟，但是它14027.22分钟才出现一次，只是为了统计方便，才把MTTR统一的。
要计算工位的理论效率值，需计算本工位的设备数量，并从表中选择相关数据后相乘并得到此工位的理论效率值。
根据每个工位设备数量和种类，得出此线各工位的理论效率值：
■
在计算出各工位理论效率值后，就需要进行仿真建模，成功的计算机仿真能够通过对模型的研究，直接或者间接地反复再现真实系统的各种静态、动态活动，记录系统动态过程的瞬时状况，提供系统研究所需的数据，从而使研究者通过分析模型，了解和把握系统运行的规律。
焊接生产线工艺仿真建模
计算机仿真中的建模关系和仿真关系分别对应着不同的活动。建模关系对应的活动是建模活动，即用数学方法描述模型。仿真关系对应的活动有3种，首先，建立仿真模型，即把数学模型以计算机能够识别的方式展现出来；其次，进行仿真实验；再次，分析仿真数据。伴随计算机仿真技术的进步，建立系统的数学模型和建立对应的仿真模型两者之间的界限变得越来越模糊。特别是“所见即所得”的计算机建模环境，使建模者可以一边抽象思考，一边直接在计算机中建立相应的仿真模型。
这是一条相对简单的多的补焊线，因为没有需要匹配的地方，因此只需如下图建立这条线：
■
图标■是仿真控制器，这是每个仿真模型都要使用的对象，它不但负责仿真的开始、中断和停止，还负责控制仿真运行的时间长度和时间坐标。另外，通过它还可以观察和调试仿真事件。
图标■是参数录入器，它是为了简化数据录入的工作量，把所有需要录入的参数都统一用它进行输入。
图标■是PLC控制器，它可以把划分在一个安全区的设备进行统筹计算。
图标■是编程器，是用来控制系统活动，是由simTalk程序代码构成。
图标■是图表，是用来观察模拟结果的。
图标■是资源生成器，是用来生成对象的。
图标■是资源回收器，是用来回收对象的。
图标■是工作工位，是用来处理对象的。
介绍完了上排图标，我们再来看表Part_control。如下图：
■
表的作用是用来为其他对象提供和储存信息。
这张表是对四种车型在生产中所占的比重进行定义，其中我们定义A车占比40%，B车占比10%，C车占比20%，D车占比30%。当然表中得所有的数据都是可以修改的，根据不同车型的生产比例，可以随时调整。
当然表的作用只能是储存信息，它不能使资源自动生成，因此需要配合资源生成器source使用。双击source，出现下图：
■
在attributes的页面，把红框处的选择改为Random，把前面的表一直接拖入绿框中，这样前纵梁资源生成器生成的对象就会自动按表一中的车型比例随机生成。
使用参数录入器■：
■
Netw是线体名称；
name是工位名称；
type是种类；
time是时间，这是重要的参数，是根据每个工位的节拍得出的。Distance是间距，是间隔多久生成一个对象；
Cap是容量；
Eff就是效率值；
Mttr是失效时间；
Mttr.stream是失效模拟器。
焊接生产线工艺仿真
当完成上述工作后就可以开始模拟并输出结果了，要输出结果就要使用到图表，图表能形象地反映数据的变化规律，在这套软件中，chart对象是功能最全面的图对象。我们把最后一个工位UB90拖入图表中，因为一条线的最后一个工位的输出效率值就是这条线的线体效率。打开chart：
■
在Display选项如上图填选各项。
在eventcontroller中输入模拟30天，点选start开始模拟。
■
上图为模拟过程。
最后的仿真结果为84.77%，等待时间14.87%，工位维修时间为0.36%。
■
结论
最后得到的线体仿真结果为84.77%，但是一条线的效率值也无法反映整个车间的效率值，因此需要对整个车间建模并仿真计算，才能得到整个车间或一个区域的线体效率值。
关键词：线体效率值， 生产线建模
说起汽车焊装生产线的效率值，很多人都没什么概念，即使作为在汽车焊装线生产领域工作多年的专家也无法解释清楚，即使能解释清楚也无法说明这个值是如何得出的，但是要是和他们提起节拍，大家都能说的头头是道。
节拍通常我们也称为JPH，是Jobs Per Hour的缩写，这是汽车制造业中的一个重要变量，是反映单个工艺设备或流水生产线甚至整个工厂的理论生产能力，它是把年产量换算为小时产量。这些都很清楚，但是当我们把JPH转换为秒数时出现了一个问题，当我们把JPH转换为秒数后，无法保证每个工位按所需秒数设计后能达到设计的节拍，因为还需要考虑操作工的休息时间、设备的维修时间、工位与工位之间的等待时间等等。因此我们会在所需秒数上乘上一个系数，这个系数就是我们所说的效率值。
当前的习惯做法是定义人工工位效率值是90%，自动化工位是85%，但是这两个值是如何得到的无法给出有力的证据来说明。
所以我将提供一种方式来模拟工位的运行和失效模式，以期达到推算出这个效率值的目的。在这里我们使用EM-plant的Flow simulation来模拟线体的失效模式。
焊装线体布置
首先我们要根据工艺布置平面布置图：如下图选择了一条简单的自动线作为例子：
■
如图是一条机器人补焊线，线体是由两端的两台升降机，中间的5个补焊工位，还有一个定位焊工位组成的。
工位理论效率值
在完成了线体平面布置图后，需使用设备停线计算表计算出线体每个工位的理论效率值。
■
此表是根据设备在现场的使用情况得出的一个参考值，第一列（Pos.）是序号；第二列（Type of installation）是设备名称；第三列（MTBF）是理论失效时间；第四列（MTTR）是每次出现故障的维修时间；第五列（DEV.MTTR）是拆除更换维修的时间，一般都是与故障维修时间是一致的，当然不同的公司对这一项的定义会有不同，第六列（DISP.）及时此设备的理论效率值。它的计算公式如下：
MTBF/（MTBF+MTTR）
其中第一行的机器人第七轴的理论效率值是0.9992871，即意味着每7013.61分钟，会出现5分钟的维修时间。这并不是说每次维修是五分钟，有可能每次维修需要十分钟，但是它14027.22分钟才出现一次，只是为了统计方便，才把MTTR统一的。
要计算工位的理论效率值，需计算本工位的设备数量，并从表中选择相关数据后相乘并得到此工位的理论效率值。
根据每个工位设备数量和种类，得出此线各工位的理论效率值：
■
在计算出各工位理论效率值后，就需要进行仿真建模，成功的计算机仿真能够通过对模型的研究，直接或者间接地反复再现真实系统的各种静态、动态活动，记录系统动态过程的瞬时状况，提供系统研究所需的数据，从而使研究者通过分析模型，了解和把握系统运行的规律。
焊接生产线工艺仿真建模
计算机仿真中的建模关系和仿真关系分别对应着不同的活动。建模关系对应的活动是建模活动，即用数学方法描述模型。仿真关系对应的活动有3种，首先，建立仿真模型，即把数学模型以计算机能够识别的方式展现出来；其次，进行仿真实验；再次，分析仿真数据。伴随计算机仿真技术的进步，建立系统的数学模型和建立对应的仿真模型两者之间的界限变得越来越模糊。特别是“所见即所得”的计算机建模环境，使建模者可以一边抽象思考，一边直接在计算机中建立相应的仿真模型。
这是一条相对简单的多的补焊线，因为没有需要匹配的地方，因此只需如下图建立这条线：
■
图标■是仿真控制器，这是每个仿真模型都要使用的对象，它不但负责仿真的开始、中断和停止，还负责控制仿真运行的时间长度和时间坐标。另外，通过它还可以观察和调试仿真事件。
图标■是参数录入器，它是为了简化数据录入的工作量，把所有需要录入的参数都统一用它进行输入。
图标■是PLC控制器，它可以把划分在一个安全区的设备进行统筹计算。
图标■是编程器，是用来控制系统活动，是由simTalk程序代码构成。
图标■是图表，是用来观察模拟结果的。
图标■是资源生成器，是用来生成对象的。
图标■是资源回收器，是用来回收对象的。
图标■是工作工位，是用来处理对象的。
介绍完了上排图标，我们再来看表Part_control。如下图：
■
表的作用是用来为其他对象提供和储存信息。
这张表是对四种车型在生产中所占的比重进行定义，其中我们定义A车占比40%，B车占比10%，C车占比20%，D车占比30%。当然表中得所有的数据都是可以修改的，根据不同车型的生产比例，可以随时调整。
当然表的作用只能是储存信息，它不能使资源自动生成，因此需要配合资源生成器source使用。双击source，出现下图：
■
在attributes的页面，把红框处的选择改为Random，把前面的表一直接拖入绿框中，这样前纵梁资源生成器生成的对象就会自动按表一中的车型比例随机生成。
使用参数录入器■：
■
Netw是线体名称；
name是工位名称；
type是种类；
time是时间，这是重要的参数，是根据每个工位的节拍得出的。Distance是间距，是间隔多久生成一个对象；
Cap是容量；
Eff就是效率值；
Mttr是失效时间；
Mttr.stream是失效模拟器。
焊接生产线工艺仿真
当完成上述工作后就可以开始模拟并输出结果了，要输出结果就要使用到图表，图表能形象地反映数据的变化规律，在这套软件中，chart对象是功能最全面的图对象。我们把最后一个工位UB90拖入图表中，因为一条线的最后一个工位的输出效率值就是这条线的线体效率。打开chart：
■
在Display选项如上图填选各项。
在eventcontroller中输入模拟30天，点选start开始模拟。
■
上图为模拟过程。
最后的仿真结果为84.77%，等待时间14.87%，工位维修时间为0.36%。
■
结论
最后得到的线体仿真结果为84.77%，但是一条线的效率值也无法反映整个车间的效率值，因此需要对整个车间建模并仿真计算，才能得到整个车间或一个区域的线体效率值。