宋亮

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241006

焊裝生產(chǎn)線規(guī)劃是一項較為復(fù)雜的工作。隨著工藝設(shè)備自動化、智能化的日益提高，規(guī)劃的任務(wù)更多地體現(xiàn)在節(jié)拍、開動率、全過程質(zhì)量及智能化等方面。傳統(tǒng)的規(guī)劃方法已經(jīng)無法適應(yīng)新的需求，本文通過闡述某新建生產(chǎn)線分段及緩存設(shè)計方案的迭代過程，探討Plant simulation軟件在分析產(chǎn)能中的應(yīng)用。

規(guī)劃階段的問題

焊裝生產(chǎn)線中預(yù)研階段的主要任務(wù)，是依據(jù)項目指令輸入的產(chǎn)能、一層計劃和產(chǎn)品平臺，進行工序拆分、線體分區(qū)和物流布置，輸出生產(chǎn)線工藝方案和平面布置圖。

方案設(shè)計過程中，以下問題要重點關(guān)注：

（1）生產(chǎn)線布局與節(jié)拍的相互關(guān)系 不同類型自動化設(shè)備故障率差異較大，線體內(nèi)設(shè)備的類型和數(shù)量對開動率有重大影響。

（2）線間緩存設(shè)計 行業(yè)內(nèi)有的趨向于“零緩存”，更多傾向于設(shè)置緩存。緩存數(shù)量的設(shè)定也沒有明確的標準。

規(guī)劃階段需要對線體分段和緩存進行設(shè)計。傳統(tǒng)方式是依據(jù)歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)制定方案。存在的問題，主要是自動化生產(chǎn)線比以往更為復(fù)雜，基于歷史經(jīng)驗設(shè)計缺乏定量分析支撐。如圖1所示，臺車、緩存數(shù)量過多會造成投資浪費，而過少會造成開動率瓶頸，影響整線開動率和節(jié)拍達成。

圖1 線間輸送系統(tǒng)故障影響線體節(jié)拍達成

從行業(yè)經(jīng)驗來看，對此類問題深入分析需借助分析軟件進行仿真，結(jié)合布局進行優(yōu)化。

仿真軟件的作用

產(chǎn)能，作為生產(chǎn)效率的主要目標，是生產(chǎn)線規(guī)劃及優(yōu)化的重要方向。生產(chǎn)時間，一般是分布函數(shù)而不是確定的值。另外，考慮到設(shè)備的故障率，普通方法計算的產(chǎn)能與實際存在一定偏差。Plant simulation是工廠、生產(chǎn)線及物流過程的軟件，對分布函數(shù)、故障率等概率事件進行仿真，能夠?qū)囬g布局、物流、產(chǎn)能等進行定量的計算驗證，并根據(jù)仿真結(jié)果找出優(yōu)化方向，在方案階段對實施效果進行驗證。從而相對準確地計算生產(chǎn)線的產(chǎn)能并根據(jù)仿真統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線的瓶頸，為生產(chǎn)線的優(yōu)化指明方向。

在新建產(chǎn)線規(guī)劃階段的應(yīng)用

1.新建生產(chǎn)線總體方案及主要問題

新建生產(chǎn)線基于奇瑞汽車成熟的產(chǎn)品平臺，后期將導(dǎo)入下一代全新平臺，具備多車型柔性化生產(chǎn)能力，廣泛采用自動焊接、涂膠、NC柔性化系統(tǒng)及視覺引導(dǎo)檢測等設(shè)備，自動化率達到95%。線間采用滾床、臺車和升降機組成自動化輸送線。設(shè)計產(chǎn)能36JPH，具備擴展的能力。

規(guī)劃階段篩選主焊線體內(nèi)有如下瓶頸：下部NC合拼、主拼GATE、頂蓋上線、激光焊及機器人弧焊工位等。主線分段方式上，下部線NC定位及補焊成線，下部增設(shè)一條線。主焊線拆分有兩種方案，見表1。

表1 主焊線設(shè)計不同方案對比

方案的分歧，集中在機器人弧焊模塊是否單獨成線。根據(jù)經(jīng)驗，機器人弧焊屬于故障率較高的模塊，歷史統(tǒng)計可動率在99.73%～99.85%，其他設(shè)備則為99.9%～99.95%。

經(jīng)測算，方案二較方案一增加了4個輸送滾床和2臺升降機，投資較高，收益是斷開了故障率較高的機器人弧焊模塊，增加了4個可用緩存。

2.引進Plant simulation的仿真方法

要兼顧精益高效生產(chǎn)與集約化投資，需在規(guī)劃階段做出決策。鑒于傳統(tǒng)方法已無法解決上述問題，因此引入Plant simulation進行仿真分析。本例中，Plant simulation需要解決線體間和整線的平面布置。

3.建立仿真模型

（1）模型目標 分別按方案一、方案二對線體仿真計算節(jié)拍（36JPH）和開動率（85%）。

（2）假設(shè)前提 線體內(nèi)設(shè)備類型、數(shù)量已確定；統(tǒng)一設(shè)定輸送時間。如升降機運行時間50s、輸送滾床12s、旋轉(zhuǎn)滾床6s；單個設(shè)備的MTTR（平均故障修復(fù)時間）數(shù)據(jù)統(tǒng)一設(shè)定為300s；不考慮人工操作、零件質(zhì)量及生產(chǎn)計劃調(diào)整等影響。

（3）可變量設(shè)置及仿真運算模型（見圖2） 可變量：分別為臺車數(shù)量和線間緩存數(shù)量；分別按方案一和方案二導(dǎo)入平面布置和設(shè)備明細，運行30天并計算節(jié)拍和開動率。

圖2 方案一導(dǎo)入的仿真運行模型示例

（4）仿真輸出 Plant simulation計算輸出每種方案的節(jié)拍和開動率。

4.仿真運算

根據(jù)方案一，M B2包括頂蓋上線、激光焊、補焊、機器人弧焊幾個模塊及升降機轉(zhuǎn)運，布置方案如圖3所示。

圖3 方案一MB2線平面布置

MB2線各工位運行時序如圖4所示。MB2線體節(jié)拍與開動率仿真結(jié)果見表2。

圖4 MB2線各工位運行時序

表2 MB2線體節(jié)拍與開動率仿真結(jié)果

由圖5和表3可見，這幾個模塊在同一線體內(nèi)，受機器人弧焊模塊故障率較高影響，線體開動率TA為82.5%、節(jié)拍35.69JPH。Plant simulation仿真能較為精確、直觀地了解方案的實施結(jié)論。

表3 方案一與方案二線體綜合節(jié)拍與開動率仿真結(jié)果

圖5 方案二MB2、MB3線平面布置

根據(jù)方案二，MB2僅包括頂蓋上線、補焊和激光焊模塊，而機器人弧焊及補焊則拆分到MB3線內(nèi)。

分段后MB2、MB3線各工位運行時序、綜合節(jié)拍與開動率仿真數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 MB2、MB3線各工位運行時序

仿真結(jié)果如圖7所示，根據(jù)結(jié)果可知，當線體內(nèi)與輸送線上臺車總數(shù)達到54臺，綜合節(jié)拍即可以達到36.1JPH。

圖7 線體臺車數(shù)量仿真數(shù)據(jù)

綜合對比兩個方案：①方案一JPH值36.69，未達成目標；方案二JPH值37.13，達成目標。②方案一TA值82.5%，未達成目標；方案二TA值89.49%，達成目標。

將原MB2線拆分為MB2、MB3后，線間增加了緩存，當高故障率模塊維修時間≤MTTR時間時，不會導(dǎo)致其他線體立即停線，從而達成整體節(jié)拍，并提升開動率。得出結(jié)論——高故障率模塊與其他模塊拆分有利于整線節(jié)拍達成。

新建生產(chǎn)線規(guī)劃實際使用

線體設(shè)計階段，經(jīng)多輪Plant simulation仿真，確定按方案二進行生產(chǎn)線布置。MB2線與MB3線之間設(shè)置升降機及緩存位，如圖8所示，以滿足生產(chǎn)需求。

圖8 MB2、MB3線間建立緩存，機器人弧焊模塊單獨成線

值得關(guān)注的是，線體分段并建立線間緩存后，只是為高故障率線體爭取了維修時間，仍需從工藝設(shè)計、設(shè)備選型、安裝調(diào)試、預(yù)防性維護和現(xiàn)場保全各方面提升設(shè)備完好性，以降低故障概率并提升開動率。

生產(chǎn)調(diào)試階段，MB3線機器人弧焊工位故障率較高，調(diào)試多輪后，由于線間緩存的作用，未對MB2線正常生產(chǎn)造成過多影響。

結(jié)語

隨著焊裝自動化生產(chǎn)線日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的平面布置+節(jié)拍核算已經(jīng)不能滿足提升開動率的需求。通過引進先進的工廠布局與仿真計算方法，在規(guī)劃階段提前識別線體布局的問題。通過蕪湖基地及異地工廠規(guī)劃、安調(diào)使用狀況來看，初步驗證Plant simulation算法是可行和有效的。

奇瑞ME團隊通過項目實踐，在產(chǎn)品SE分析、產(chǎn)線規(guī)劃、工藝設(shè)計及虛擬安調(diào)各個階段已經(jīng)初步借助Delmia、Tecnomtix、Plant simulation、PDPS及OLP/VC等軟件，定量分析產(chǎn)品、產(chǎn)線的可行性、可達性及運行效率，為焊裝工藝規(guī)劃提供強大動力，并助力品牌質(zhì)量、效率全面提升。