基于Quest的车间物流建模和仿真

李晓峰，王晓枫

（合肥工业大学 机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009）

基于Quest的车间物流建模和仿真

李晓峰，王晓枫

（合肥工业大学 机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009）

在生产线规划设计过程中，通过计算机仿真，可以在规划、设计阶段就对生产线系统的静、动态性能进行充分的预测，以便尽早地发现系统布局、配置及调度控制策略方面的问题，从而更快、更好地改善系统设计。因此，利用Delmia/Quest，针对车间物流的建模和仿真等进行了探讨和分析。

Quest；车间物流；建模；仿真

0 引 言

车间物流即是将车间内的所有设备、工具、原料、工作台、附属设施 （如工具室、更衣室、厕所、升降机等）和各种作业 （如仓储、品检、搬运等），依照生产流程，作适当的安排与布置，使工厂的生产活动能顺利而流畅。

简而言之，车间物流是指：车间内各制造部门合理的划分，将机器设备、工具、生产器具适当的安排，物料合理运输，产品的工艺过程依照生产流程而互相配合，以做到最经济、最有效的组合而进行生产。

实践证明，采用科学的方法合理地进行企业厂区与车间平面布局设计可以使人流和物流有序的进行流动，缩短路径、避免人流与物流的交叉和折返，减少搬运时间，提高工作效率。

1 物流仿真软件Quest

1.1 仿真软件的选择

在面向制造的仿真语言中，Quest，Arena和Witness都能较好地用于制造系统仿真建模。作为制造业生产线的仿真器，Quest具有出类拔萃的操作简便性和功能。演示性能强大，富有现实感，几乎独一无二，可以设置逻辑命令语言，所以熟练掌握后可以实现相当高难度的仿真，并且由于Quest的强大的可视化和健壮的导入、导出功能，使其成为对生产工艺流程仿真和分析的工程与管理首选解决方案。

1.2 Quest软件简介

Delmia/Quest是数字化工厂及离散事件仿真软件，是工厂生产系统集成、工艺流程设计和可视化解决方案，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，以便在整个产品设计开发中确保最好的生产工艺流程，在为实际设施投资之前，改善设计，减少风险与成本，可使产品从一开始就能尽如人意。用Quest测试各种参数，例如设施布局、资源配置、其它可替换方案，产品开发小组可以量化他们的决策对生产产量和成本的影响。

Quest提供了一套全面的三维物流仿真方案，物流规划工程师可以直观地进行物流线路的分析，分析物流的瓶颈点，并提供柱状图或饼状图的分析工具，可以进行很方便的物流线路的调整以及物流负荷的调整。因此，它被广泛地应用于各种过程的建模、试验、分析设备的布局和过程流。

2 Quest建模流程

在这里，以某工厂搅拌机车间的物流建模为实例来进行说明。

2.1 建模前的调研工作

调研是建模的基础。只有准确地采集到工艺、物流等各方面的信息，并以此为基础建立仿真模型，才能保证模型的准确性，并最终保证仿真模型的可信度。一般说来，调研内容涉及以下几个方面：①产品信息：产品的几何属性及可能影响产品工艺或物流流向的其他属性等。②设备信息：物流设备的分布、参数等。③工艺信息：各台设备上的工艺内容、工时、工艺对行车等资源的占用及一台设备上的串并行工艺等。④物流规则：零件按什么规则流向下道工艺、采用什么运输设备、是单个运输还是多件打包后进行运输等。调研结束后，形成规范的调研文档，作为建模的一项依据。

2.2 Quest仿真模型建立

（1）布局图的导入

布局图是元素建模的基准。由于Quest不支持CAD下常见的DWG格式，所以首先我们需要将DWG格式的车间或者生产线布局图转化为Quest可以识别的DXF格式，然后导入即可。

本实例中的部工艺流程如图1～4所示。

（2）元素建模，在Quest定义以下的元素：

①创建和接收零件的要素：

来源 （sources）：用来生成零件并使零件进入到仿真系统的要素；接收 （sinks）：用来接收零件的要素。

②储存零件的要素：

缓冲 （buffers）：储存零件的要素。

③处理器要素：

机器 （machines）：加工零件的要素。

④物流传递要素：

传送带 （conveyor）：标准的或者PNF（抓起和释放）型的传送带都能运送零件。AGV（Automatic Guided Vehicles）：该要素能够在预先定义的轨道上运行并运送零件。劳动力 （Labor）：搬运零件或做其他工作的人。

（3） 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链接，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） 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。

（5） 结果分析

仿真结果可以仿真过程中以柱状图、饼状图等动态显示机器利用率等结果，也可以在仿真结束之后形成报告文档。

3 仿真条件及仿真结果分析

搅拌机车间由布局图可知包括：主机缸体线、控制室、滚筒、平台、粉罐立柱、支腿横梁、主楼斜撑和配料站。

3.1 仿真条件

（1）仿真参数输入：物流仿真模型输入的工时数据如下，仿真时间为30天，一天16小时，一月共工作28 800分钟。Process时间输入按照所给的工艺表格数据填写。仿真模型初始化时上车线及下车线各工位分有一台车架作为备料。

（2）节拍：主机缸体80分钟，控制室80分钟，滚筒30分钟，平台140分钟，粉罐立柱30分钟，支腿横梁30分钟，主楼斜撑15分钟，配料站420分钟。其中，节拍的时间为加工时间和吊装时间的总和。

（3）叉车规律按照工艺表上所分好的类，可以实现混合配送。共配备7辆叉车，车速为60 000mm/min,行车速度为6 000mm/min，装卸载时间均为5分钟。

3.2 仿真结果及分析

仿真建模所做的工作：

（1）完成车间内所有重要物料从高位货架、立体仓库、其他车间到装配线的流动过程进行模拟。

（2）完成物流设备，含AGV、RGV、平板车、配送小车、行车等，在车间内运行过程模拟。

（3）对建立的物流仿真模型进行仿真分析，分析是否存在物流通道阻塞、节拍不平衡等问题，提交物流仿真分析报告。

下面给出仿真的部分柱状图 （如图5～8所示）。

（1）零件阻塞情况严重的设备/工位如下：

（2）利用率较为突出的机器如下：

（3）利用率较为突出的叉车如下：

（4）主要产品的成品数量：

（5）仿真结果分析和优化

根据流程运行结果，进行分析，系统是否存在瓶颈，流程是否畅通，物流量能否满足需求。根据最后的数据统计结果，分析物流量能否满足需求。如果系统运行后，结果有不理想之处，要根据相应的原因，调整方案或者改变参数，直至满足物流系统的生产需求。生成三维动画输出结果及仿真报告，提交给自动化物流系统的管理者和设计者，进一步优化和完善。

在本例中，从仿真数据中可以看出，每个机器的利用率都比较高，数值比较均匀，说明机器的利用比较充分和平衡。叉车的利用率也在一个合理的数值范围。产能也基本上达到了所规定的产能。拥堵的工位由于一部分产品要外协的零件进行装配焊接，所以此处是合理的。

4 结束语

通过建立的初步物流仿真模型分析，发现了部分物流规划问题，为工厂的前期规划提供了优化建议。为车间工艺布局的调整方案提供评估依据。

随着制造系统的复杂化和高度自动化，仿真方法可以与解析法相结合，利用共同的优点，来达到更好的优化仿真目的。

[1]张晓萍，石伟.物流系统仿真[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]吴重光.仿真技术[M].北京：化学工业出版社，2000.

[3]傅培华，彭扬.物流系统模拟与仿真[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]丁立言，张铎.物流系统工程[M].北京：清华大学出版社，2000.

[5]晓意.物流仿真及典型仿真软件[J].中国学术期刊电子出版社，2009(6)：39-45.

[6]马健萍，周新建.基于Delmia/Quest的数字化装配线仿真[J].华东交通大学学报，2006,23(2)：125-128.

[7]李永先.物流系统仿真研究综述[J].系统仿真学报，2007,19(7)：1411-1416.

Quest Software-Based Workshop Logistics'Modeling and Simulation

LI Xiao-feng,WANG Xiao-feng

(Hefei University of Technology,School of Mechanical and Automotive Engineering,Hefei 230009,China)

In the line planning and design process,we can fully predict the static and dynamic performance of production line system by computer simulation in planning and design stages,so as to find the problems of system layout,configuration and scheduling control strategies early and improve system design better and faster.Therefore,this paper discusses and analyses modeling and simulation of logistics workshop by Delmia/Quest.

quest;workshop logistics;modeling;simulation

F273

A

1002-3100(2011)11-0085-05

2011-09-08

李晓峰（1985-），男，河南南阳人，合肥工业大学机械与汽车工程学院硕士研究生，研究方向：计算机集成制造系统；王晓枫（1956-），男，安徽合肥人，合肥工业大学，副教授，硕士研究生导师，研究方向：计算机集成制造系统。