基于 Tecnomatix Plant Simulation 进行车身焊装线的物流仿真

摘 要：物流仿真是目前对汽车焊装生产线进行投资、规划、生产、调度的一种有效工具。选用仿真软件Tecnomatix Plant Simulation作为仿真平台，通过汽车车身焊装线工艺流程的研究，建立层次清晰的系统仿真模型；根据仿真结果，进行瓶颈分析、设备利用率分析以及故障分析，对缓存区域，评估生产线的能力为生产调度策略的制定以及生产线的规划与布局提供依据。

关键词：焊装线；仿真建模；Tecnomatix Plant Simulation

一、仿真模型的分析

（一）物流仿真现状简介。物流仿真是借助计算机技术，数学手段，采用虚拟现实方法，对物流系统进行实际模仿的一项应用技术，它需要借助计算机仿真技术对现实物流系统进行系统建模与求解算法分析，通过仿真实验得到各种动态活动及其过程的瞬间仿效记录，进而研究物流系统的性能和输出效果。 物流仿真技术最大的优点就是不需要实际设备的安装，不需要实际实施相应的方案，即可验证如下目标：①增加新设备后给公司或企业带来的效应；②设计新的生产线的预期产能和开动率；③比较各种设计方案的优劣等等。物流仿真对降低整个物流投资成本，是不可或缺的。国外的汽车主机厂和配套厂商，已经在Tecnomatix Plant Simulation开发出集成度非常高2次开发产品，可以对焊装生产线模块化建模，和经验重复利用，

（二）焊装生产线的组成。车身焊装生产线的组成 车身焊装生产线是汽车白车身装配生产线，由许多焊装工位组成。每个工位由许多定位加紧夹具、自动焊接装置及检测装置等设备以及供电供气供水装置组成。线间、工位间通过搬送机（自行葫芦、电动葫芦等）、机器人等搬送设备实现上下料和零部件的传送，以保证生产线内各工位工作的连贯性。

该系统包括的内容有：

1.地板线， 地板总成线完成发动机室、前地板和后地板的装配焊接。根据自动化程度不同，地板总成线上设置有工位间传送机构、 焊装夹具、机器人点焊系统、涂胶设备、升降机等.

2.侧围总成线，侧围总成线完成侧围内外板的结合，一般它有左右对称的两条生产线。在侧围总成线上布置有工位间的传输机构、焊装夹具、机器人点焊系统、涂胶设备、自动输送机械等。

3.主焊线主焊线完成车身几大大分总成，地板、左右侧围、顶盖等的焊接，该区域通常有点焊 涂胶 激光焊接 滚边等工艺

4.门盖线 主要指车门焊装线发动机罩和行李厢焊装线，翼子板焊状线，车门、发动机罩、行李厢盖焊装线都是经过涂胶、折边、焊接、完成等工序实现内外板的结合。它的主要设备有折边机，转换压模，涂胶设备，铰链装配夹具，二氧化碳焊机等等。

5.装焊调整线 由车身总成生产线和许多分总成线组成，通过铰链连接方式分别将焊装好的前后车门、翼子板、发动机罩，行李厢或背门与车身本体连接装配，形成白车身BIW（BODY IN WHITE），同时对车身焊接质量进行检测和修磨。

6.传输系统 包括 摆杆式往复输送线， 升降机 ，雪橇式输送系统，ems ， fds， AGV 传输等等

（三）焊装生产线的常见工艺包括 点焊 涂胶 激光焊接 滚边 铆接 螺柱 凸焊等 ，针对不同的工艺设备，设备具有不同的开通率和平均故障恢复时间

二、建立焊装线的仿真模型

（一）生产线的布局生产。利用Tecnomatix Plant Simulation提供的模型库，建立系统的仿真模型。对于复杂的系统，先将系统分解成若干个模块，如 地板，侧围 ，总拼和四门两盖，对单元进行单独建模、测试；再将各个模块组成依据工艺走向，串联生成复杂的整个车身车间的系统仿真模型。

（二）开通率计算及安全区域的划分。各个模块（区域）中的最小单元，以工位为单位，先进行工位的开通率计算；工位的开通率来源于该工位的所有设备，如机器人，焊枪，夹具等等，设备开通率是各个车企，长期统计的结果。安全区域是指在自动区域内，触动安全产品，如打开安全门锁，最小的停止区域， 安全区域的划分需要和生产线的规划人员；电气人进行反复的验证和协商，安全区域划分太大会造成，一处设备故障整个大的安全区域都因此停产；而如果太小，会造成设备的浪费.

（三）传输系统建模。Tecnomatix Plant Simulation中的建模工具可以穿件上述：杆式往复输送线 ，升降机， 雪橇式输送系统，ems fds ， AGV等传输系统，而且可以一次建模多次使用

（四）buffer的容量计算方法。buffer容量在某一区间内对产量影响明显，超出这一区间将对对产量影响不明显

利用物流仿真软件可以，计算出这样的区间，比如容量（1，2，3）密集计算，验证buffer容量对产量的影响较大， 到容量（5，7，10，15 ，...）的稀松取件计算对产量的影响较大。

当厂房空间容许的情况下，可考虑适当配备这样的区间，可以提高产能

当空间受限，或其他原因受限，需求出满足产能要求的buffer容量最小值

（五）多车型的生产指令。目前，随着汽车生产厂新车型的不断推出，每条生产线生产（混线生产）的车型越来越多。随着用户选择自由度的不断提高，同一车型的配置不断增加，同时，汽车生产厂产量的不断增加，生产节拍越来越快，过去只能生产特定车型的传统流水线已被柔性生产线所取代，所有这些都导致车辆的生产控制和物流管理越来越复杂，这对汽车生产厂的生产管理和物流管理提出了很高的要求。

在Tecnomatix Plant Simulation物流仿真软件中，可以对车型变量进行设定，通过建模和编程，设定各种生产比例，以及不同车型对应的不同的物流走向和不同种工艺流程

（六）拉动式生产和推动式生产。拉动式生产。相对于过去的推动式生产，前一作业将零件生产出来“推给”后一作业加工，在拉式生产中，是后一作业根据需要加工多少产品，要求前一作业制造正好需要的零件。“看板”就是在各个作业之间传递这种信息、运营这种系统的工具。 与拉动式生产相对应的是推进式生产。在推进式生产中，每一工序都根据生产计划，尽其所能地生产，尽快完成生产任务，不管下一工序当时是否需要。传统的生产系统一般为推进式生产，推进式生产将造成物品的堆积。

三、仿真结果运用于分析

（一）单独区域仿真结果输出（standalone）的应用

Tecnomatix Plant Simulation 提供excel 等软件的接口，当建立整工厂的仿真模型时，通过这样的接口应用，先进行单个区域的仿真结果验证输出，可进行快速方便的统计。

（二）plant产能和瓶颈的分析

通过软件，可以看到那一段的工作效率偏低，而且堵塞严重，需要重新布局规划。直方图是分析系统发生故障后再恢复生产的各个单元的工作情况，不同的颜色代表不同的信息，如灰色代表等待，绿色代表工作，黄色代表堵塞，红色代表发生故障，蓝色代表停止。

四、结语

通过对汽车焊装线系统的仿真，为焊装线的规划和调整提供了决策参考。仿真结果表明：通过对汽车装焊线的仿真运行，能够对生产线进行产能与设备负荷分析，从而诊断出生产中的瓶颈环节，这样可以节省大量的物资资源，减少资金的浪费，并为生产线的优化提供科学的依据；通过对生产线故障的仿真和分析，检测输送线体的缓冲能力，减少故障发生时不必要的时间等待，提高生产效率。