基于ProModel的轴类零件生产线研究

白佳 呙明森

摘 要：以生产轴类零件的小型企业为例，用ProModel软件构建了该企业生产线仿真模型。在此基础上，运用ECRS原则对该生产线进行改进和优化，提出了四个改进方案。综合生产线平衡、成本和产量这三个因素，找到了相对最优方案，为该企业生产线扩建提供了理论性参考，从而验证了ProModel仿真技术的重要作用。

关键词：ProModel；生产线；优化

中图分类号：TG801 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0028-02

本文以某一生产轴类零件的中小型企业为例，运用ProModel对该企业生产线进行建模与仿真，结合ECRS原理对生产线进行优化，为该企业提供生产线较平衡、成本较低的扩建方案。

1 轴类零件线生产现状

某企业轴类零件生产线属于单一品种、小批量生产。生产计划是毛坯成批到达毛坯存放处，然后单个进行粗加工、半精加工、精加工、抛光、检验工序，检验合格后放入成品仓库，否则重新进行抛光。随着订单量的增多，负责人发现即使由原来的一班制变成了两班制也不能满足需求，根据预测，该企业轴类零件年需求量为3 200个，为使生产线达到相应的生产能力且成本最低，负责人决定对该生产线进行扩建并寻求最佳的扩建方案。

2 仿真建模及优化

2.1 生产线优化改进原理

最优的扩建方式并不是单纯的增加机床，而是在生产线平衡及生产成本最低的前提上增加机床设备。生产线平衡即各个工序的生产节拍基本一致，生产中等待时间很少，这时生产效率最高，生产线处于均衡生产状态。要使成本最低，可以在生产能力满足需求的基础上，运用工业工程原理—ECRS（Eliminate，Combine，Rearrange，Simplify）四大原则，对生产线进行优化改进。

2.2 现行生产线问题分析

企业现行生产线加工流程及各工序加工时间（min）分布如图1所示。据估算，90%轴类零件检验合格，10%轴类零件不合格需要重新抛光。

现用ProModel对生产线进行建模， 建模过程如下：

①Locations 在ProModel中为模型设置加工地点、临时存放点和仓库等，可以为每一个location定义相应的加工能力（cap.）、单位数量（units）等。本系统中设置的工位有“毛坯”、“粗加工”、“半精加工”、“精加工”、“抛光”、“检验”、“临时存放区”、“成品”。“毛坯”区的加工能力设置为无限（inf），“临时存放区”为5，其余为1。

②Entities设置被加工对象，在制造系统中为零部件，服务系统中一般为顾客。本系统中只需设置一种“零件”。

③PathNetworks 设置被加工零件在各工位的被搬运的运行路线，也是资源（resource）的运行路线，每条路线节点需要连接到对应的工位才有效。本系统中每类工位间设置一条路线，共7条。

④Resources相当于现实系统的叉车，员工等作为搬运被加工零件的载体。本系统中设置7位员工，分别设置在每条路线上。

⑤Arrivals可以设置零件到达该系统的规律。本系统假定待加工零件不缺货，其到达规律为每分钟到达“毛坯”一个。

⑥Processing 这是建模过程中较为复杂部分，需要进行部分的编程语言进行设置。

建模完成后平面如图2所示。

工厂目前采用一班制工作，全年工作254 d，工人年时基数1 810 h。系统仿真时，将ProModel软件的simulation选项下的options设置系统仿真时间为1 810 h，仿真结束后对主要工位的性能数据进行统计，如表1所示。

仿真结果中生产线年产量为1 570个。粗加工工序加工率较高，达到了86.41%，而其他工序加工率多数不到30%。导致零件在粗加工处等待很久，粗加工机床超负荷工作，而其它机床空闲率很高，生产线严重不平衡，粗加工为本生产线的瓶颈工序。年产量只有预测的49.06%。可以初步断定，由于生产线不平衡和生产规模的限制，导致生产能力达不到要求。为使生产能力达到要求可以从粗加工和半精加工着手改进。

2.3 轴类生产线改进方案

由于轴类零件生产线上各工序都不可缺少，以及该企业工厂布局和技术水平的限制，对工序进行删除（Eliminate）、重组（Rearrange）、简化（Simplify）难以实现，所以改进方案主要从增加机床数量、对机床进行改造和对工序进行合并方面来考虑。

据估算购买一台粗加工机床费用为8万，一台半精加工机床需10万；改造一台粗加工机床需1.5万，改造后零件在粗加工机床加工时间所服从的分布从exp（60）min变为exp（50） min；合并抛光和检验可减少员工数量，合并后零件在抛光及检验工序的加工时间服从U（28，4） min分布；工人每小时工资为20元，即每个工人一年成本为36 200元。

根据ECRS原则和经济性因素，针对瓶颈工序拟定了如下四种种改进方案。

方案一：增加2台粗加工机床和1台半精加工机床，成本为44.10万元。

方案二：增加1台半精加工机床和1台粗加工机床并将2台粗加工机床改造，成本为39.10万元。

方案三：增加2台粗加工机床和1台半精加工机床并将抛光和检验工序合并，成本为40.48万元。

方案四：增加1台半精加工机床和1台粗加工机床并将2台粗加工机床改造，同时将抛光和检验工序合并，成本为35.48万元。

将四种方案分别用ProModel软件进行仿真，每种方案各个工序的机床性能如表2～表6所示。

用各工序加工率的标准差来初步定量判定生产线的平衡情况。如对于方案一的生产线，计算粗加工、半精加工、精加工、抛光和检验这5个工序加工率的标准差，其结果如表6所示。计算值越小，则生产线越平衡。

从表6可以看出生产线平衡情况从好到差的分别是方案一、方案四、方案二、方案三。将四种方案产量、成本和生产线平衡情况汇总如表7所示。

四种方案的年产量都符合要求，综合生产线平衡和成本这两个因素，方案四最优，即该企业可以增加1台半精加工机床和1台粗加工机床并将2台粗加工机床改造，同时将抛光和检验工序合并。

3 结 语

企业在生产线扩建时不应盲目增加机器设备，综合考虑生产线平衡和经济性原则，并且要对这两方面进行权衡，以选择相对最优的扩建方案。本文利用promodel软件对某企业轴类零件生产线系统进行建模与仿真，并且结合ECRS原则对现行生产线进行分析和改进，为该企业生产线扩建提供了理论参考。从而验证了ECRS原则和ProMdel仿真的实用性。

参考文献：

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