工业工程毕业设计（论文）-基于EM-plant的火车机体生产线仿真研究.doc

摘 要生产线平衡是制造企业底层生产流程设计规划和重组优化的重要方法，它满足作业要素之间的优先关系，提高生产线的生产效率。应用工业工程管理方法中的工艺流程分析和作业测定技术来确定生产线平衡的两个基本数据，然后，针对现有生产线瓶颈进行建模，仿真，改善，优化。借助于仿真软件EM-plant的仿真模拟研究了火车机体生产线；接着，阐述了仿真优化的意义及优势，及具体方法步骤；最后，先介绍应用于仿真的EM-plant仿真软件，并利用该仿真软件模拟了机体加工的工艺流程,利用它构建了机体生产线离散型仿真模型，给出了详细的仿真流程。通过改善了生产线平衡，提高了生产线平衡率，利用EM-plant对机体加工生产线建模，优化和仿真可以节省建模时间，提高仿真效果和提高生产平衡率。对本文提出的机体生产线物流仿真优化进行了实际的研究，为进一步研究提供了参考。关键字：生产线平衡 EM-plant仿真优化 工业工程ABSTRACTThe balance of the production line is optimization of the design planning and restructuring of the underlying production process of manufacturing enterprises, It to meet the priority relationship between the operating elements, to improve the efficiency of the production line. Management methods in industrial engineering process analysis and work measurement techniques to determine the basic data of the balance of the two production lines, then, for the existing production line bottlenecks modeling, simulation, improve optimization. With the help of simulation software EM-plant simulation to train the body production line; then on the significance and advantages of the simulation optimization, and the specific method steps; finally, the first description is applied to the simulation of the EM-plant simulation software, and using the simulation software to simulate the bodys processing of the process, and use it to build a discrete simulation model of the bodys production line, gives a detailed simulation process. By improving the balance of the production line to improve the rate of line balancing, EM-plant on the bodys processing production line modeling, optimization and simulation modeling time can be saved to improve the simulation results and to improve the production rate of balance. In this paper, the production line of the body physics simulation optimized to conduct the actual research, and provides a reference for further research.Keywords: Line Balancing EM-plant simulation optimization Industrial Engineering 目 录第一章 绪论11.1课题研究的背景及意义11.2国内外的发展状况21.3课题研究的主要内容3第二章 装配线优化的基本理论42.1 “节拍”、“瓶颈”、“空闲时间”、“工艺平衡”的基本概念42.2生产线平衡的意义52.3工艺平衡率的计算52.4生产线平衡的优化方法52.5生产线不平衡现象产生原因的分析6第三章 装配生产线的优化方法73.1实现装配生产线优化应考虑的因素73.2传统的生产线优化方法73.3生产线优化的系统仿真方法83.3.1离散事件系统仿真方法83.3.2离散事件系统仿真的一般步骤103.3.3 eM-plant介绍101. eM-plant软件简介10第四章机体生产线的仿真与优化124.1 16V24OZJ机体装配线简介124.2对生产现场的分析及改进124.2.1进行生产线分析124.2.2进行生产线改进154.3生产线线仿真与优化154.3.1建立生产线模型154.3.2运行仿真模型并进行分析194.3.3生产线优化并运行234.3.4生产线平衡率的计算27第五章 总结与展望285.1总结285.2展望28谢 辞29参考文献30附 录31大连交通大学2012届本科生毕业设计（论文）第一章 绪论1.1课题研究的背景及意义随着经济的不断发展、科学技术的不断进步，制造业面临新的挑战，制造模式和制造技术的变革深刻的影响着制造系统的规划，设计和运作管理。一方面，制造企业必须根据市场需求以及企业现有和潜在生产能力，选择，确定合适的制造方式。应用先进制造技术提高企业的核心竞争力；另一方面，又要求企业加强生产与运作管理，是企业的人员，资源，信息，设备和能源得到合理优化配置，减少浪费，节约成本，运用工业工程的管理手段提高企业持续改善和应对变化的能力1。使全球制造业日益追求生产自动化、柔性化、敏捷、准时制乃至虚拟制造。科技发展大大缩短了产品的更新周期，而经济全球化更使得企业间的竞争日趋激烈。制造技术向着系统化、柔性化、可重组化、集成化、智能化等方向发展，其目的在于提高制造生产效率、效益，缩短制造周期，保证产品和服务的质量，以持续提高企业竞争力。自从福特发明流水装配线以来，这一生产方式几乎在所有生产领域得到了广泛的推广，其优点在于将所需的组装作业拆分为许多局部作业，分配至各工位，其作业时间较短，并可由技术不高的工人或专用设备快速机械的完成。组装工人基本不允许串位，各司其职。装配线平衡则是指所有这些局部作业分配至各工位的这一过程。对于发动机机体行业来说，由于其在制品必须在上一工位完成所有作业后才能推进至下一工位，即意味着工序时间最长的工位决定着整条组装线的节拍时间，其装配线平衡目标是使组装线节拍最小，在这基础上分配至各工位的作业所需要的总作业时间大致相等，这使得生产线上的闲置时间最少，提高工人和设备的利用率，防止频繁出现快工位等待加工或被迫闲置下来以免在制品在慢工位上继续堆积的现象，缓解工人的情绪问题，充分发挥企业的生产能力。装配线现状的优化对于企业提高生产能力和竞争力有着重要的影响。在世界竞争加剧、客户需求多样性和信息技术被广泛应用的背景下，装配生产线优化已经成为企业生产管理的一大重要课题，对企业的生存与发展起着十分重要的作用。而在激烈的市场竞争中，传统的优化方式不仅花费时间多，而且成本高，很难满足企业当前的生存与发展的需要。系统仿真技术的飞速发展，给装配生产线的设计与优化分析带来了巨大的帮助，是解决制造领域规划与优化问题的一种有效的途径。制造企业在采用细分化之后的多工序连续作业生产线时，由于分工作业，简化了作业难度，使操作人员的作业熟练度易于提高，从而提高了作业效率。然而，经过了这样的作业的细分化之后，各工序的作业时间在理论上、现实上都不能完全相同，这样势必存在工序间作业负荷不平衡的现象。除了造成无谓的工时损失之外，还造成大量的工序堆积，导致生产系统的物流阻塞，严重时会造成生产线的中止【1】。生产线优化就是为了解决上述问题而提出的，它是现场IE(Industrial Engineering，工业工程)的一种管理手法，也是解决整个流水线负荷平均化这一影响生产线效率关键问题的重要方法之一。它对各工序的作业时间进行平均化，同时对作业进行研究、对时间进行测定，通过合理地划分和重组生产作业要素，使得各个工位作业时间具有尽可能相近的技术手段与方法【】【】。装配生产线优化是解决企业资源优化配置的一个有效手段，其优化问题一直是生产组织中长期关注的问题，对企业生产秩序的正常运作起着重要的作用。装配线的平衡问题是一个发现问题、分析问题、改善问题的过程。通过改善，从而使生产线在更高的水平上达到新的平衡，并在新的环境条件下发现新的瓶颈、不断优化、不断完善，这样才能提高企业生产效率。这是企业真正追求的目标，也是工业工程的宗旨所在【4】。计算机仿真作为一种系统建模和实验分析方法，能把生产资源、产品工艺数据、物流等信息动态的结合起来，以系统过程的“复现”代替以往的数学等方法单纯的抽象描述，表达形式易于理解，能全面反映生产系统动态活动过程和特征，因而成为实现上述目标的重要工具【5】。而eM-plant作为仿真软件家族的一员，能够很好的解决生产系统的规划设计问题。采用eM-plant对装配生产线进行仿真研究，能使组织结构得到优化、并确定工序能力、找出制约瓶颈、提高设备效率以及持续提高生产线生产能力，最终实现规划目标。在此背景下，提出了本课题的研究。通过研究，不仅要求学生能够掌握eM-plant仿真软件和生产线平衡相关知识，还能够利用该软件对生产线进行不断优化，为其数据化管理奠定基础【6】。本课题依据目前国内外生产管理理念的先进思想和企业发展现状以热水器为例，分析了16V240ZJ型机体生产线的现状，在对生产线物流进行平衡优化的过程中，主要通过面向对象的仿真建模方法进行生产线建模，并基于生产线平衡优化方法对仿真模型的分析、改善，模拟实际生产系统中的生产情况。为16V240ZJ型机体生产线实际改造提供依据，其研究成果可为那些对生产线进行传统优化方式的企业提供参考。1.2国内外的发展状况装配线平衡一直是工业工程的一个重要问题。由于全球化的竞争，以及制造技术的飞速发展，它变得越来越重要。当今生产系统的特点为产品和生产系统生命周期缩短，自动化水平提高，新的制造装备和技术的出现以及构造现代生产系统的高投资。这些特点导致了新的设计问题，更频繁的设计和重新设计生产系统。因此在生产系统设计中需要新的方法和工具。这些问题已经引起了越来越多学者研究者的注意。然而，很多科学问题仍然没有得到充分的关注。尚没有有效的将企业战略决策及各功能单元运行特点考虑在内的设计方法学。因此对此类工具的研究，不仅是创造性的活动，而且有很广的实际使用价值【7】。在没有仿真软件以前，生产部门往往是直接在生产现场对整个生产线加以改善、平衡，这样带来了很多不便，比如无法估计平衡生产线过程中的错误，如果平衡生产线过程中出现错误，将会给公司带来巨大的损失且无法挽回。当在eM-plant仿真软件上模拟装配线平衡的时候，我们可以在仿真软件上模拟运行装配生产线平衡，并可以直接在仿真软件上进行分析优化，给公司节省开支，可以大大降低风险的出现。采用先进的生产线仿真与优化技术，可以对系统的性能进行评价，然后对其系统进行优化和调整，以便得到较高的生产率。而计算机建模仿真是生产系统建模仿真领域采取的主流技术。它依据系统的对象及相互作用来构造仿真模型，并把对象实体及其关系描述的系统静态结构和功能同对象行为表达的系统动态过程有机结合起来【8】。面向对象的仿真控制结构，通过专门的控制对象提供仿真运行或模型控制策略，实现仿真模型中不同控制功能的分离，形成灵活的、可重用的、与实际一致的控制结构。1.3课题研究的主要内容eM-plant是主要用于生产系统生产过程建模与仿真的软件系统，它基于离散事件仿真，只考虑在模型中事件发生时间点的系统状态变化，如工件的到达，离开，机床的故障、维修等。用户可以在eM-plant环境下分析和优化生产系统的各种性能指标，如生产率、在制品水平、设备利用率、工人负荷平衡情况、物流顺畅程度等。16V240ZJ型机体生产线是典型的离散制造系统，本文将利用该软件对其进行仿真优化研究，具体研究内容如下：（1）生产线现状分析，并收集、整理、分析相关数据。首先明确该16V240ZJ机体生产线的结构、工序名称及定员情况，装配采用连续流生产方式，在两班倒的时间内，产品为单品种生产。开始装配前，各工序状态为空。所有零件由叉车等搬运设备运送到备料区等待装配。产品上道工序完工之后，立即推到下道工序。在此过程中要分析各道工序之间是否等待或滞留现象。收集装配线上大量的生产信息，并进行整理、分析相关数据。（2）基于eM-plant的仿真模型构建。在生产过程中，由于每道工序的实际作业时间具有较大的随机性，因此要对每道工序的作业时间进行多次测定，通过作业测定对数据进行处理后，以确保得到的数据尽可能合理。eM-plant仿真模型的约定条件为：1）不考虑机器在生产过程中的失效。2）不考虑工件在上下工序间的运输时间，投料节拍与所在工序时间同步。3）备料区零件充足。（3）验证确认模型。建立模型之后要对其进行不断的验证分析，通过eM-plant的Chart模块图形、瓶颈分析器分析每道工序是否存在瓶颈现象，工序间是否可以合并或者分解，然后再重新制定工艺文件，确定其最终模型。（4）仿真实验的设计、运行及结果分析。运用仿真软件设计实验，然后运行，得到其相应的结果，然后再对其仿真前后的结果比较分析。（5）提出优化方案。利用eM-plant软件对16V240ZJ型机体生产线线进行了仿真，并提出合理的优化方案。第二章 装配线优化的基本理论流水生产线是一种先进的生产组织形式，有利于提高生产率，流水线生产不平衡会出现阻塞，在制品过多和误工误时的现象，最终导致生产率降低和生产组织失败。如何指派工作与工作站的决策过程，及使各个工作站负荷一样，便称之为生产线平衡。 生产线平衡是一门很大的学问，生产线平衡直接关系到生产线的正常使用。生产线平衡指南主要包括生产线平衡的相关定义、生产线平衡的意义、工艺平衡率的计算、生产线平衡的优化原则和方法。2.1 “节拍”、“瓶颈”、“空闲时间”、“工艺平衡”的基本概念流程的“节拍 ”（Cycle time）是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间。换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。如果产品必须是成批制作的，则节拍指两批产品之间的间隔时间。在流程设计中，如果预先给定了一个流程每天（或其它单位时间段）必须的产出，首先需要考虑的是流程的节拍。 而通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈“（Bottleneck）。流程中存在的瓶颈不仅限制了一个流程的产出速度，而且影响了其它环节生产能力的发挥。更广义地讲，所谓瓶颈是指整个流程中制约产出的各种因素。例如，在有些情况下，可能利用的人力不足、原材料不能及时到位、某环节设备发生故障、信息流阻滞等，都有可能成为瓶颈。正如“瓶颈”的字面含义，一个瓶子瓶口大小决定着液体从中流出的速度，生产品或使用的人力和设备。因此在流程设计中和日后的日常生产运作中都需要引起足够的重视。 与节拍和瓶颈相关联的另一个概念是流程中的“空闲时间”（idle time）。空闲时间是指工作时间内没有执行有效工作任务的那段时间，可以指设备或人的时间。当一个流程中各个工序的节拍不一致时，瓶颈工序以外的其它工序就会产生空闲时间。 这就需要对生产工艺进行平衡。制造业的生产线多半是在进行了细分之后的多工序流水连续作业生产线，此时由于分工作业，简化了作业难度，使作业熟练度提高，从而提高了作业效率。然而经过了这样的作业细分化之后，各工序的作业时间在理论上，现实上都不能完全相同，这就势必存在工序间节拍不一致出现瓶颈的现象。除了造成的无谓的工时损失外，还造成大量的工序堆积即存滞品发生，严重的还会造成生产的中止。为了解决以上问题就必须对各工序的作业时间平均化，同时对作业进行标准化，以使生产线能顺畅活动【9】。 “生产线工艺平衡”即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使各作业时间尽可能相近。是生产流程设计与作业标准化必须考虑的最重要的问题。生产线工艺平衡的目的是通过平衡生产线使用现场更加容易理解“一个流”的必要性及“小单元生产”（Cell production）的编制方法，它是一切新理论新方法的基础。 2.2生产线平衡的意义 1、提高作业员及设备工装的工作效率； 2、单件产品的工时消耗，降低成本（等同于提高人均产量）；3、减少工序的在制品，真正实现“一个流”； 4、在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，对应市场变化，实现柔性生产系统； 5、通过平衡生产线可以综合应用到程序分析、动作分析、规划（Layout）分析、搬运分析、时间分析等全部IE手法，提高全员综合素质。 2.3工艺平衡率的计算 要衡量工艺总平衡状态的好坏，我们必须设定一个定量值来表示，即生产线平衡率或平衡损失率，以百分率表示。 首先，要明确一点，虽然各工序的工序时间长短不同，但如前所述，决定生产线的作业周期的工序时间只有一个，即最长工序时间Pitch time，也就是说Pitch time等于节拍（cycle time）。另外一种计算方法同样可以得到cycle time，即由每小时平均产量，求得一个产品的CT（Q，每小时产量）。 1、生产线的平衡率计算公式 平衡率=（各工序时间总和/（工位数*CT）*100%=（ti/（工位数*CT）*100%2、生产线的平衡损失率计算公式平衡损失率=1-平衡率 ;2.4生产线平衡的优化方法 1、首先应考虑对瓶颈工序进行优化，可参照程序分析的改善方法及动作分析、工装自动化等IE方法与手段；优化生产线平衡问题的关键就是对瓶颈工序的处理。 2、将瓶颈工序的作业内容分担给其它工序；3、增加各作业员，只要平衡率提高了，人均产量就等于提高了，单位产品成本也随之下降； 4、合并相关工序，重新排布生产工序，相对来讲在作业内容较多的情况下容易拉平衡；5、分解作业时间较短的工序，把该工序安排到其它工序当中去【10】。2.5生产线不平衡现象产生原因的分析1、产量和产品的配比发生变化，原来平衡的各工位出现不平衡的现象。2、产品配置设计的改变以及新型产品的投入。3、操作工对工作的熟练程度的变化。4、现场布置的改变。5、原料、设备、工装及操作工对生产线平衡的影响。第三章 装配生产线的优化方法生产线平衡问题（Line Balancing problem)，简称LBP)伴随着流水生产线的产生而产生，自从美国人B.Bryton在他的硕士论文连续生产线平衡中第一次提出生产线平衡的问题并着手解决这一问题，在此之后，许多科研人员都研究了这个方面的问题，并发表了各种各样的优化方法。3.1实现装配生产线优化应考虑的因素1、动作分析。动作分析是在程序决定后，研究并减少甚至消除人体各种动作的浪费，以寻求省力、省时、安全和最为经济的动作。其实质是研究分析人在进行各种操作时的细微动作，删除无效动作，使操作更加简便有效，提高工作效率。2、程序分析。程序分析主要以整个生产过程为研究对象，研究分析一个完整的工艺流程，看是否有多余或重复作业、工序是否合理、搬运是否太多、等待是否太长，进一步来改善工作程序和工作方法。3、操作分析。操作分析就是通过对以人为主工序的详细研究，使操作者、操作对象、操作工具三者，科学的结合、合理的布置和安排，达到工序结构合理，减轻劳动强度，减少作业时间消耗之要求，以提高产品品质和产量为目的而进行的分析。4、正确处理好人、机、环境三大要素的关系。“人”，是指作为工作主体的人（如操作人员或决策人员）；“机”，是指人所控制的一切对象（如缝纫机、熨斗、计算机等）的总称；“环境”是指人机共处的特定工作条件（如温度、噪声、震动、有害气体等）。合理的人、机、环境结合能为高平衡率的生产线提供最直接的单元保障，没有人员之间、机器之间、人机之间的相互协调与配合，更谈不上合理二字了，这时不免会出现人等人、人等机、机等人和机等机等一系列严重影响生产线平衡性的“等待性”浪费。也就是说，搞好人、机、环境三者相互之间高效合理的配合，能大大减少作业等待，提高生产线的平衡率，提升作业效率。严格按照动作经济原则对每个工作岗位作业的每个动作进行一一审察，发现问题并及时纠正，尽可能避免瓶颈工序的产生，正确处理好人、机、环境三大要素的关系，进而达到生产线平衡的目的。3.2传统的生产线优化方法解决生产线平衡的传统办法只是在生产一线通过IE人员的现场指挥，并实施改善。起初对生产线的优化起到了极大的作用，但是随着制造企业的不断发展，生产系统也逐渐变得复杂起来，这时候传统的优化方法就表现出了它的局限性，不仅可能分析的不全面，不能使生产线得到预期的优化，而且会浪费大量的时间和成本，可见要优化现在的制造企业的生产系统，传统的优化方式已不能满足其需求。孙建华、高广章等人，从生产线均衡性的概念出发，分析了实现生产线平衡的传统工业工程的基本手段和方法，提出在生产均衡优化中应用“55”管理和目视管理的方法，把生产线的均衡率作为企业流程设计以及作业标准化的重要衡量指标之一。并以笔记本主板的SMT生产线为例，介绍了应用程序分析法寻找生产线瓶颈的方法，并提出了基于程序分析的改良措施生产线平衡问题是典型的NPHard组合优化难题，目前，针对生产线平衡问题，主要的优化方法可以分为三类:数学分析法(最优化方法)、启发式方法和工业工程方法。【11】。针对印制板组装厂商的SMT生产线，提出了通过负荷的优化分配方法来实现SMT生产线的平衡，并建立了相关的数学模型和求解方法【12】。郭伏通过对生产线各个工段的生产能力平衡状况进行分析，找出瓶颈工段，运用模特分析法对该工段的主要工位进行记录，发现该工段存在的问题，然后依照工业工程的“ECRS”四大原则和动作经济性原则提出改善措施，Held和Karp用该方法建立的目标函数为费用最小化，即生产线上的工作站数量最小化【3】。工业工程方法面向企业的执行层面，便于改善措施的施行，然而该方法受限于管理人员自身的经验和管理水平。任何一种方法都不能包罗万象，解决所有问题【4】。而且，LB问题存在着许多难以用数学语言描述的不确定性问题，约束条件往往随着生产线的方式、生产条件的不同而不断地发生改变，用一种方法想完全解决该问题是根本不可行的。即便这样做了也是在很多假定条件下建立的，必然导致最终的结果失去实际应用价值【5】。当一种改进方法无法满足企业需求而产生矛盾时，必然会带来新技术的产生。计算机仿真技术不断发展起来，它恰恰弥补了传统优化方法的不足，其优越性主要体现在以下几个方面：1）仿真技术可以“放大”或者“压缩”时间，从而在短时间内分析系统的长期运行状况，或者在长时间内细致考察系统的瞬时状态变化；2）可以定量地描述生产系统，与定性分析相互验证；3）计算机仿真的适用范围广泛；4）决策的制定与执行紧密结合，减少执行中出现问题的可能性；5）大大节省时间和费用。3.3生产线优化的系统仿真方法3.3.1离散事件系统仿真方法1.基本要素制造企业装配生产线一般为离散事件物流系统，并且是复杂的离散事件物流系统。离散事件系统是指那些系统状态变量随时间呈离散状态的变化。描述一个离散事件系统需要五个基本要素，它们是：实体、属性、事件、活动、进程。1）实体（单元）在离散事件系统中实体分为永久性实体和临时实体两类。凡是在系统仿真期间流经系统、在仿真结束时已经离开系统的实体称为临时实体。凡在系统仿真期间自始自终停留在系统中的实体称为永久性实体。显然流经系统的临时实体是系统活动的外在驱动，有了这些实体源源不断地流入，系统才被激活。而永久性实体是系统活动的基础和必要条件。永久实体为临时实体提供了活动的条件，从而保持系统动态过程的持续进行。2）属性实体的所有特征称为实体的属性。这里需要强调的是，实体可能具有若干特征，但并不是所有的特征都被称为仿真系统的实体属性。只有那些与系统仿真相关的特征，才称其为属性。3）事件在离散事件系统仿真中，事件有两类，一类是引起系统状态变化的行为。例如仓储系统物品入库到达被称为一个事件。物品的出库离去被称为一个事件。可以看出这一类事件是系统固有的，是系统状态变化的主要驱动力。另一类事件是所谓的程序事件。例如仿真过程中为了使仿真结束，专门定义一个事件，使其终止仿真。程序事件并非系统所固有的，而是根据需要设定的。4）活动事件与事件之间的过程称为活动。显然事件是系统状态转变的起因，而活动则是系统状态转移的标志。5）进程有序的事件与活动组成的过程。进程描述了其中的事件、活动的相互逻辑关系和时序关系。事件是发生在某一时刻的行为。活动和进程则是发生在某一时间段的过程。 2.仿真方法离散事件系统仿真，实质上是对那些由随机系统定义的、用数值方式或逻辑方式描述的动态模型的处理过程。从处理手段上看，离散事件系统仿真方法可分为两类。1）面向过程的离散事件系统仿真面向过程的仿真方法主要研究仿真过程中发生的事件以及模型中实体的活动。这些事件或活动的发生是顺序的，而仿真时钟的推进正是依赖于这些事件和活动的发生顺序。2）面向对象对离散事件系统仿真在面向对象仿真中，组成系统的实体以对象来描述。对象有三个基本的描述部分，即属性、活动和消息。对象内部封装了对象的属性，还封装了描述对象运动及变化规律的内部和外部转换函数，这些函数以消息或时间来激活，消息和活动可以同时产生，在满足一定条件时产生相应的活动。3.3.2离散事件系统仿真的一般步骤 对于每一个成功的仿真研究项目，其应用都包含着特定的步骤。离散事件系统的仿真，一般要进行如下九个步骤：1、问题的定义。2、制定目标和定义系统效能测度。3、描述系统和列出假设。4、列举可能的替代方案。5、收集数据和信息。6、构造计算机模型。7、验证和确定模型。8、运行可替代实验模型。9、输出分析。注意：仿真模型不能只简单遵循这九步的排序，有些项目在获得系统内在细节之后，可能要返回到先前的步骤中去；同时，验证和确认将贯穿于仿真工程的每一个步骤当中。3.3.3 eM-plant介绍1. eM-plant软件简介eMplant仿真软件是Tecnomatix公司开发的大型商品化制造系统建模与仿真软件。该软件基于面向对象的建模原理16，提供了大量生产设备单元和物流装置的模型库，并提供了丰富的仿真控制策略，其内嵌的SimTalk语言可灵活地用于规划、仿真和优化制造企业、生产系统和工艺过程。eMplant具有面向对象、图形化、集成化的特点，主要用于生产、物流与工程的建模与仿真。2.eM-Plant的功能特点：1）能仿真生产线并进行优化，使其适应各种批量和混合产品的生产；2）提供了典型生产设备对象库，包括上下料工位、生产工位、物料运输；3）设备、物料存储设备、托盘、工人等，并且可自定义设备参数；4）用户可在eM-Plant提供的典型设备对象库的基础上，根据实际情况自定义的符合要求的生产设备对象；5）提供了SimTalk编程语言，使用户可通过编程实现对仿真流程的控制；6）提供对仿真结果的统计分析以及图表显示工具；7）提供用于系统参数优化一些通用算法；8）具有开放的系统结构，提供多种相关软件接口，例如CAD、ERP、ORACLE、SQL、ODBC等【17】。3.eM-plant提供的常用模块简介eM-Plant仿真软件功能强大，它提供了一系列灵活的建模单元。本文中涉及的主要建模单元介绍如下： 1）仿真钟（Eventcontroller）-控制仿真的运行开始、暂停、终止（调节仿真时间、速度）2)产生实体的单元（Source）-用于产生钢板、外协件、车辆的建模3) 出站单元（Drain）-物件离开系统之处4)物体单元（Entity）-用于对零配件的建模5)加工单元（Singleproc）-用于对加工单元的建模6)程序单元（Method）-控制仿真的运行符合我们的要求7）模块单元（Frame）-用于层次建模8）图表（Chart）-显示工作状态（work、block、empty）9)瓶颈分析器（BottleneckAnalyzer） -用于对生产线工作效率的分析10）时间序列表（TimeSequence）-用来记录每个时间段通过某站点的物件累积数第四章 机体生产线的仿真与优化4.1 16V24OZJ机体装配线简介 机体的装配线属于典型的流水线生产方式，其装配流程如图4-1所示。产品转运批量为一件，产品结束一道工序的生产后不经过缓冲库就被直接推到下道工序进行加工。装配线采取两班倒，为单品种生产，开始装配前，各工序状态为空。装配线上有54道工序，而且总装的工序关系比较复杂，完成如此复杂的操作是自动化设备难以完成的，而且基本上每道工序的完成都需要人的辅助完成，同时该装配线仍以机床的机械加工劳动为主。图4-1 机体16V240ZJ装配线工艺流程图4.2对生产现场的分析及改进通过作业测定法对其该机体总装生产的54道工序进行测时，两班制的工作时间，大部分工序集中在30分钟到120分钟，最高工时达到960分钟，此道工序是该车间的瓶颈工序，改善此道工序会给生产线效率带来很大的提高。4.2.1进行生产线分析 1通过对现场各工序测定时间。这里主要采用技术测定法中的秒表法，首先做好各种准备工作，如确定测定工具、测定次数等；接下来便开始正式测时，通常在工作班开始1-2小时、工作节奏稳定后再进行，在正式观测记录之前，宜先做2-3次测试，以证实标准的定时点是否正确无误。每道工序的工作时间由瞬时返零法获得。对现场工序测定得到的时间如下图4-2所示。图4-2 总装各工序时间表 2对现场各工序操作工人数统计，如表4-1所示。表4-1 操作工人记录表序号工序名称人数序号工序名称人数1划线228落地镗倒角22七头铣粗精五面229龙门半精，精凸轮轴23刨各面230精过轮孔镗135孔24刨R圆根231龙门挖空刀，钻8孔25龙门粗车两端面232钻凸轮22轴长油孔26龙门半精，精车两端面233钻凸轮轴孔刮盘攻丝27龙门粗镗凸轮轴定位孔234斜面攻丝28龙门委主油道235钻攻M24孔29粗缸孔236落地镗钻8孔210钻主油道孔237道轨钻钻（一）-（二）211钻顶面各孔238机体钳工班清整机体112钻横拉螺栓孔239凸轮轴81刮盘213钻底面，攻M16丝240挖油沟，粗，半精瓦侧114钻顶面深孔241挖油沟，粗，半精圆根115卧式粗精两端钻攻各孔242加工中心216龙门粗精斜面243修瓦口217龙门半精，精缸孔244卧式铣方窗218卧式钻缸台面各孔245龙门攻缸台面各丝孔219卧式钻，攻两侧面各孔246钻方窗孔220三孔粗镗粗凸轮轴孔247道轨钻钻（三）-（七）221龙门半精，精瓦口248科堡粗瓦侧（临）222龙门钻，扩，铰，攻各孔249科堡粗瓦口（临）223龙门挖油沟250科堡粗半圆（临）224龙门铣卸瓦槽251机体钳工打磨交验125龙门精瓦侧252粗，精凸轮轴盘226龙门粗，半精，精曲面253二次把瓦发路用127龙门精止推面，倒角254打磨交验1合计1023.其他方面的问题1).通过现场实地考察，工厂5S开展的效果不明显，地上加工零件的的铁屑比较多，清扫不是很彻底，经常会扎脚。2).工人没有爱护工件意识。现场经常见到工人拖拽工件零部件，放机体零件和摆放等都常见此现象。工人没有轻拿轻放的概念，因为即使出现磕碰，造成不必要的损失。3).流水线上工人经常聊天，没有时间观念，如果生产线真的“流动”起来，相信这种现象会自动好转。4).由于机体毛坯比较巨大，搬运不变。增加大重量的运输起重设备，提高运输效率。5).设立临时缓冲区，将生产加工过程中的毛坯暂时储存，可减少搬运组搬运量。同时也是更好的利用现有厂房的空间，如瓦侧，轴承盖等。6) 从现场观察，整条流水线属于离散型生产线，同时经常处于一种停滞状态，工人经常处于等待状态，造成精神涣散，即便流水线上工件过来，也有部分工人动作迟缓懒散。4.2.2进行生产线改进 由于整条生产线上大部分的工序加工时间集中在30分钟到120分钟这一区间内，而且最高工时达到了960分钟，这样在生产过程中必定会造成生产效率极低，影响产量。因此应考虑多方面的因素调整工序及人员，努力使其达到期望的生产节拍。具体改进过程为：由于水压试验是该车间生产线的瓶颈所在，所以改善水压试验这一工序是提高整个生产线效率的重要因素。考虑到增加新设备所需要的资金投入以及改善后可以带来最大的利润，增加了三组相同设备。4.3生产线线仿真与优化4.3.1建立生产线模型1.原有装配线建模根据生产现场收集的资料对其装配线整个工艺流程建模，具体仿真过程如下所示：图4-3 P1仿真模块图4-4 P2仿真模块图4-5 P3仿真模块图4-6 P4仿真模块图4-7 P5方针模块图4-8 P6仿真模块图4-9 P7 仿真模块图4-10(a) 总体仿真模块图4-10(b) 总体仿真模块4.3.2运行仿真模型并进行分析 1.运行模型分析各工序的运作状态，其chart如下： 图4-11 P1的chart 图4-12 P2的chart图图4-13 P3的chart图图4-14 P4的chart 图4-15 P5工序的chart图4-16 P6工序的chart图4-17 P7工序的chart由上面的chart不难发现，整个生产线上的工序普遍工作效率太低，工位等待时间及其堵塞时间都过长，说明在真正装配生产线运行过程中，各工序存在严重的负荷不均衡，极易造成工时的损失甚至到生产的终止。因此该装配线必须进行优化。2.进行产量分析。运行可以获得该装配线的产能，当前该装配线的排班制度为两班倒，即16小时。但是运行后可以发现其产能低下，工作效率不高。3.进行瓶颈分析。由瓶颈分析器可以发现水压检测工序的工作时间最长而致使生产线出现了严重的堵塞现象。综合上述几方面的分析可以发现，该装配生产线严重不平衡，根本不可能达到其生产目标。4.3.3生产线优化并运行1.改进模型为了达到预期的生产目标，提高生产效率。首先必须使其生产节拍降低，考虑到增加新设备所需要投入的资金与提高生产效率所带来的最大效益，最终计算得出增加三组相同的水压检验设备。现场的工人数分配不合理而且过于臃肿，必须进行精简。根据ECRS原则对该车间的各个工序进行研究改进。综合各方面因素具体改进模型过程如下所示。图4-18 A11改进仿真模块图4-19 A2改进仿真模块图4-20 A3 改进仿真模块图4-21(a) 总体改进仿真模块图4-21(b) 总体改进仿真模块2.运行模型运行改进后的模型，得到其chart如下所示图4-22 改进后A1的chart图4-23 改进后A2的chart图4-24 改进后A3的chart由chart图不难发现相比原有的工作状态，改进后的工序虽然存在一定的堵塞状况，但是工作效率普遍得到提高，生产节拍打到了240min以内，运行后可以看到生产线效率显著提高。 4.3.4生产线平衡率的计算1.原有生产线平衡率计算如下生产线平衡率=（各工序时间总和/（工位数*CT）*100%=（2370/（54*960）=4.57%也意味着不平衡率达到14.5795.43其中：节拍指完成一个产品所需的时间，为960min。工位数：54各工序工时的总计：2370 s2.改进后生产线平衡率的计算经过调整人数和工序，则合并工序12处，拆分工序一处，减少工人12人，工位数变为29，生产节拍减小至240min，则其生产率变为（2370/（29*240）*100%=41.15%。 可见改进后的装配线相比原来的得到了极大的提高，显然应该选择此方案作为其改进方案。第五章 总结与展望5.1总结针对目前我国许多制造业中使用的生产线，存在工序安排不合理、在制品过多、生产周期长、人员待工时间多等一系列问题，需要探讨适合的优化方法。本文研究了装配生产线仿真与优化的相关理论、方法及其应用，基于传统思想和精益思想，使用eM-Plant软件分别建立了面向对象的离散事件仿真模型，解决了离散事件随机因素对生产线分析的影响，模拟结果更加真实可靠。本文主要做了以下几方面的工作：(1)介绍了国内外生产线平衡优化的相关理论及分析方法，了解其现状及发展趋势。阐述了生产线的相关知识，为其仿真优化奠定好理论基础。简单说明了传统的优化方法及其优缺点。（2）16V240ZJ型机体生产线属于离散制造系统，本文对离散系统的基本要素、仿真方法、仿真步骤作了介绍。随着计算机仿真应用于制造系统，生产线仿真软件也随之不断发展起来。本文采用eM-plant仿真软件对装配生产线进行仿真。(3)对其生产现场进行分析确定相关参数，对生产系统进行建模，然后进行不断改进优化，以实现目标。5.2展望由于自己知识范围的有限，对其仿真软件所掌握的知识还不足够多，本文主要从工序作业时间，人员分配及调整工序去进行改进、仿真最后进行优化，对整个生产线的分析不够全面，随着自己知识的不断扩充，以后会从更多的方面对其进行分析研究，以确保生产线得到最大程度的优化。谢 辞本文的完成与导师黄永生老师的悉心指导和关怀密不可分，如果不是老师平时的指导和督促，论文不可能在规定的时间内顺利完成。值此论文完稿之际，我要向黄老师表示衷心地感谢和由衷的敬意，他严谨踏实的治学态度、渊博深厚的知识、高度的责任心、孜孜不倦地诲人的作风及平易近人的处事方式，给了我深深的教益和启迪，将使我终身难忘，也将鼓励我在以后的学习和工作中更加努力，鞭笞我永远奋发向上。在老师、我及同学之间的交流中，不仅学到了应掌握的知识，更让我学到了对待科研工作的态度，懂得了许多做人的道理，这些都将时时激励我不断的向知识和人生的最高峰攀登。非常感谢工业工程教研室所有老师们四年来在我的学习和工作中给予的指导和帮助，感谢他们对我在完成学士学位论文过程中的关怀和激励。衷心感谢班级同学在我的论文设计过程中提出的良好建议以及精神上对我的不断鼓励和支持。深深感谢我的家人和朋友，他们的鼓励和理解始终是激励我不断奋发向上、无畏进取的动