基于Flexsim的生产线仿真与精益优化

摘 要：针对某电池生产公司分选线目前存在的生产效率低下、劳动成本上升的问题，依据作业测定技术所获得的数据，应用Flexsim仿真软件，对现有生产线进行分析。在系统分析仿真数据的基础上，以精益生产设计、生产线平衡、物流优化设计为理论，对生产线进行优化，得出相应数据证明优化方案的可行性。研究结果表明，精益生产线设计、生产平衡、物流优化对提高生产线效率有着重要的意义。

关键词：精益生产;Flexsim仿真;生产平衡;物流优化设计

中图分类号：F062.4                     文献标识码：A               文章编号：1008-4428（2018）03-153  -02

随着全球经济的迅猛发展，面对复杂多变的市场环境，生产制造型企业面临着如何快速响应客户需求，提高生产运作效率，缩短交货期，提升产品质量等一系列挑战。Flexism仿真软件是一个集系统仿真、模型设计、制作与分析的三维生产系统仿真软件，可以帮助企业建立生产线的三维虚拟生产环境，分析设备和人员的空闲时间、加工时间、产品等待时间、输入和输出的产品数等。文章以某生产车间为例，基于精益思想与工业工程的方法，对其进行建模与仿真，分析其生产瓶颈工位，并提出相应的改善方案。

一、生产线作业流程

文章的研究对象是某公司生产的锂离子电池，文章对存在较多人工操作的半自动分选车间进行研究分析，尽可能地减少浪费，提高生产效率。具体工艺流程及加工时间如表1 所示。

二、仿真模型的建立

Flexsim仿真软件是面向制造、物流等领域的系统仿真模型机、制作与分析的工具软件。在建模、仿真和流程可视化方面都具有明显优势。基于以上优势，文章将该软件应用于裝配物流自动化生产线上，建立仿真模型。

（一）模型建立

模型中的设备都被抽象为离散实体，与Flexsim建模构件一一对应。根据生产车间当前设备及人员的数量与结构，从对象库中将各建模构件放置到仿真视图窗口中的适当位置，之后依照对象之间的流程关系连接相应的端口，定义仿真模型的逻辑流程，模型构建如图1所示。

（二） 参数设置及运行

在实际生产过程中，“原材料”的供给并非采取“一次性投料”方式，而是采取“交替班备料”的投料方式，各班组在与下一班组交接前，提前准备相应数量的“原材料”（Qprepare），给分选车间设定为2000套“原材料”，而供给时间（Tsupply）则根据该生产线中工位最少的加工时间计量，得到分选车间的供给时间间隔6000s。

各个工位之间会存在产品暂存区，用于缓冲生产。当其中某个暂存区产品超过最大值时，将会影响其上下游工位的正常生产，考虑到公司产品的特殊性，模型中暂存区最大值（Maximum Content）设置均设置为“10000”。不同工艺之间的区分，主要体现在预置时间（Setup Time）与加工时间（Process Time）上，其中预置时间是工件夹装与设备启动时间，但是本研究中仅使用一种产品型号作为研究对象，且实际生产过程中的设备几乎是24小时运转，启动时间可以忽略不计。

点击“Resert”按键，更新设置并重置模型。公司生产线一个单位的有效生产时间630min，设置模型运行时间“Run Time”为37800s，点击“Run”开始运行模型，并生成仿真数据。

三、运行结果分析

（一）数据采集与分析

通过运行仿真模型，利用“Dashboad”输出数据，如图2所示。

其中，设备的饼状图中包含加工时间，空闲时间，故障时间，等待操作员时间，等待运输时间，启动时间。图中数值为除空闲时间外所有时间（生产时间）占总时间的百分比（设置时间忽略不计）;人员的饼状图中包含利用时间，空闲时间，装载时间，卸载时间，空载时间，负载时间，补偿空载时间，负载时间，图中数值为除空闲时间外所有时间（生产时间）占总时间的百分比。

系统运行后得出，分选线设备利用率在46.5%—100%，其中尺寸、扫码、包装暂存区的“当前容量”较高，其设备利用率均达到了100%;而分选工序的人员、设备利用率分别为47.7%、46.7%，利用率相对较低。

（二） 生产线优化

基于以上分析，确定对原系统进行优化。优化设计的结果应该是化成过程中各工作区域不会出现货物长时间的堵塞，同时设备效率较高，得到充分利用同时不成为系统的瓶颈。

文章主要通过作业改善、分担转移、重排工序以及分解合并等方式，使各工序的作业时间接近，从而有效利用人员、设备等生产要素平衡各工位的工作负载，实现“连续流”的生产。通过对分选生产线各工位的分析，其中外观检查、尺寸检查两个工序，在实际生产流动过程中，并没有发生物质形态等方面的改变，且均为检查类型的工序，所以可以将其合并为一道工序，一方面可以将不合格的产品一次性流入问题件处理区域，以便集中操作并处理，另一方面可以消除其中大量的等待、停滞等非操作时间以及搬运频次。“包装”工序的生产节拍约为25s左右，通过对其作业改善，使其拆分为两个部分，一为“内包装”，一为“外包装”工序。其中“内包装”工序与“扫码”工序结合。优化结果见表2：

通过计算可以得出优化后分选线的平衡率如下：LE（sort）=（5+9+5+12+12）÷（5×12）×100%=71.7%，平衡损失率=1-平衡率=1-71.7%=28.3%

四、结论

文章运用工业工程中技术的作业测定和方法研究，结合Flexsim仿真建模技术，对锂电池分选车间生产中存在的问题进行分析，合并了一些冗余的工位和人员，有效提高了生产线的精益程度，同时实现各工序作业负荷均衡。从本案例分析改善的效果看，仿真技术与精益思想相结合，对制造企业生产系统进行循序渐进的改善，可使其更加可靠、有效。

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作者简介：

王旻玥，女，江苏无锡人，江南大学商学院硕士研究生，研究方向：企业物流管理与运作。