劉仁前，周溪召 （上海理工大學 管理學院，上海 200093）

0 引言

每輛汽車都會用到數(shù)萬個零件，零部件的供應及其管理直接影響整條產(chǎn)業(yè)鏈，迄今為止汽車仍然是大規(guī)模生產(chǎn)的民用產(chǎn)品之中最為復雜的一種。對生產(chǎn)過程的仿真優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實意義，目前學者們利用仿真軟件進行研究的方法主要有如下幾種：

有簡單地運用軟件模擬生產(chǎn)系統(tǒng)找出問題所在的。余流等人將生產(chǎn)線系統(tǒng)涉及方案轉(zhuǎn)換為Flexsim模型，找出方案中空閑率高的實體，以便對其進行改進[1]。

有直接驗證優(yōu)化方案可行性的。孫影慧等人使用Flexsim對優(yōu)化后的流水線進行仿真，驗證了方案的可行性[2]。馬云等人針對幾個影響流水線投產(chǎn)排序的因素運用Flexsim仿真軟件進行了研究，找出了尋求較優(yōu)投產(chǎn)排序的方法[3]。張洪亮等人先使用工業(yè)工程手法為某電機廠提出改善措施，然后使用Flexsim進行了驗證[4]。

有先模擬生產(chǎn)系統(tǒng)，找出瓶頸進行優(yōu)化，然后再驗證，或者多次反復的。寶斯琴塔娜等人使用Flexsim對多條流水線的改建方案進行多輪仿真以找到合適的改建方案[5]。龔立雄等人對涂裝流水線進行仿真，找到工藝瓶頸并優(yōu)化，再次仿真驗證了優(yōu)化方案，流水線達到平衡[6]。謝旦嵐等人利用Flexsim建立動態(tài)仿真模型，通過多次仿真實驗，發(fā)現(xiàn)新模式在實體總體空閑率和各小時利用率指標上均優(yōu)于當前作業(yè)模式[7]。曹國安等人使用Flexsim對某汽車轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)車間進行仿真，并針對仿真發(fā)現(xiàn)的問題進行優(yōu)化，然后再次仿真，為方案實施提供依據(jù)[8]。江小云等人使用Flexsim對汽車軸承支架生產(chǎn)線進行模擬仿真，初步找出問題和改進方向，再以增產(chǎn)為目的，新增設備、調(diào)整人員和設備，仿真驗證方案可行性，最后以實際改造結果與仿真數(shù)據(jù)對比說明了仿真結果的可靠性[9]。李軍等人依據(jù)作業(yè)測定技術所獲得的數(shù)據(jù)，結合Flexsim仿真技術分析檢包線瓶頸，運用方法對檢包線進行平衡分析和優(yōu)化設計，并通過Flexsim建立優(yōu)化后的檢包線仿真模型驗證其有效性[10]。

還有創(chuàng)新應用以解決非常規(guī)問題的。楊銀等人用Flexsim對難以求解的數(shù)學模型進行仿真，以驗證模型的有效性[11]。尹超等人將基于Flexsim的三位可視化動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)應用到某汽車零部件制造企業(yè)，用以克服常規(guī)二維圖表和數(shù)據(jù)報表在小批量機加車間生產(chǎn)任務跟蹤中的可視性差和不實時的缺點[12]。

某汽車零部件企業(yè)給汽車主機廠供貨，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，出庫前需要將產(chǎn)品裝入運輸包裝箱。包裝包含了內(nèi)襯和外箱（如圖1所示），內(nèi)襯是指適應產(chǎn)品形態(tài)起到保護和固定作用的包材，外箱是起到防撞、防水、防塵等作用的便于裝卸搬運的容器。企業(yè)通常會根據(jù)外箱大小及產(chǎn)品尺寸來決定一箱裝多少件產(chǎn)品及需要幾件內(nèi)襯。

該企業(yè)根據(jù)實際場地的情況將某系列產(chǎn)品的包裝車間布局成如圖2所示的格局，該系列4種產(chǎn)品制造完成后從隔壁生產(chǎn)車間輸入到包裝流水線進行包裝作業(yè)。供應商根據(jù)用料計劃將包裝材料送進車間一側(cè)的小倉庫，包裝工人會用叉車將包裝運到包裝流水線。產(chǎn)品包裝完成之后會被運送到成品區(qū)準備裝車發(fā)運。

圖1 某種型號包材示意圖（左：包裝箱，右：內(nèi)襯）

圖2 包裝車間布局圖

包裝作業(yè)車間目前存在一些問題需要進行優(yōu)化改造。

1 現(xiàn)狀及問題描述

1.1 現(xiàn)狀分析

車間建筑物的情況：除一側(cè)可開門、開墻外其他墻面由于鄰近建筑物限制不可改動，門口有一塊備用區(qū)域用來存放廢料和給叉車充電。

車間設施設備及人員的情況：4條傳送帶將前道工序的產(chǎn)品導入包裝流水線、租用的4臺叉車（含叉車工）分別負責各成品線的包材及產(chǎn)成品裝卸搬運，4臺包裝機（各含1名包裝工）負責包裝作業(yè)。

包裝方案：一箱產(chǎn)品1需要一套外箱（T）和2件內(nèi)襯（N），一箱產(chǎn)品2需要1套外箱（T）和3件內(nèi)襯（N），一箱產(chǎn)品3需要1套外箱（T） 和3件內(nèi)襯（N），一箱產(chǎn)品4需要1套外箱（T） 和1件內(nèi)襯（N）。

表1 包裝BOM清單

包裝材料（簡稱包材）供料計劃：包材按生產(chǎn)計劃提前供貨，一天以8小時計，其中包裝類型1和類型4每半天供一次貨，包裝類型2和類型3每天早上供一次貨。

車間目前生產(chǎn)情況：每個工作日生產(chǎn)并包裝1、2、3、4四種成品約35箱、26箱、21箱和35箱。

1.2 問題描述

主要是車間內(nèi)存在實物流規(guī)劃、安全等問題。運輸包裝的線路和運輸產(chǎn)品的線路存在交叉，實際生產(chǎn)作業(yè)過程中經(jīng)常發(fā)生等待甚至碰擦事故，降低了運輸效率。包材存儲區(qū)離實際包裝作業(yè)區(qū)域較遠，頻繁依靠叉車長距離搬運，效率不高。

沒有固定的問題件處理流程。包裝流水線沒有專門的檢查點，也沒有應對問題包裝返工的流程。

2 改進措施及仿真評估

2.1 改進措施

針對上述問題，對包裝進入和存儲位置進行調(diào)整，將包材上貨流水線與產(chǎn)品導入流水線平行放置（如圖3所示），從而避免產(chǎn)品和包材在運輸中相互干擾，提高運輸?shù)陌踩约靶?。該改進方式對產(chǎn)品導入的影響很小，基本不影響前道工序，且僅需調(diào)整包材貨架位置，不需要新購材料。

圖3 包材貨架與產(chǎn)品傳送帶平行

將備用區(qū)域改造成檢驗及分揀裝車區(qū)域，沒問題的包裝將會被自動分揀并傳送到裝車處，如若有異常，則經(jīng)過拆解處理然后通過高層傳送帶在不干擾正常產(chǎn)品和包材入庫作業(yè)的情況下回流到對應的產(chǎn)品貨架和包材貨架（如圖4所示）。

圖4 分揀及問題件拆解返工

2.2 相關成本的變化

新增成品運輸、分揀和問題件拆解返工三段傳送帶。

新增一名檢測員。

新增一臺問題包裝拆解機器。鑒于歷史錯裝率很低，所以檢測員和拆解工設為同一人，檢測員在包裝作業(yè)停工的間隙到旁邊的拆解機對問題包裝進行拆解作業(yè)。

叉車和叉車工數(shù)量持平。

包裝機和包裝工數(shù)量持平。

包裝存儲貨架數(shù)量持平，僅移動位置并重新組裝。短期成本稍高，但是長期來看是劃算的。

2.3 模型建立

模型如圖5所示：

模型建立之后，還需要將從包裝車間采集的相關生產(chǎn)參數(shù)賦值給模型中的實體。

工作日一天以8小時計，合28 800秒。類型1包裝和類型4包裝每半天供一次貨，即每14 400秒供一次貨，第一次供貨在0秒的時刻，第二次供貨在14 400秒的時刻。類型2和包裝類型3包裝每天早上供一次貨，即每86 400秒（合24小時）供一次貨，第一次供貨也是在0秒的時刻。詳細的供貨周期及數(shù)量見表2：

從前道工序了解到的關于該系列4個產(chǎn)品的生產(chǎn)效率（按箱計算）即導入到包裝流水線的到達參數(shù)如下：

（1） 產(chǎn)品1的到達時間間隔：exponential（ 0,450, ）0；

（2） 產(chǎn)品2的到達時間間隔：exponential（ 0,820,0 ）；

（3） 產(chǎn)品3的到達時間間隔：exponential（ 0,1 000,0）；

（4） 產(chǎn)品4的到達時間間隔：exponential（ 0,480,0 ）。

包裝機加工時間分別為600秒/箱、700秒/箱、700秒/箱和450秒/箱。叉車搬運速度最高為1.3米/s，約合4.68公里/小時。

包材貨架的容量均為套箱貨架32套、內(nèi)襯貨架96件，現(xiàn)實中也約為3倍的關系。

2.4 仿真結果分析

模型運行一天后，導入包裝流水線的各產(chǎn)品數(shù)（發(fā)生）數(shù)分別為：39箱，28箱，21箱，41箱。最終完成打包的4種成品（吸收） 數(shù)分別為：38箱，27箱，21箱，40箱。各產(chǎn)品分別增產(chǎn)8.57%、3.85%、0.00%和14.29%。

仿真后軟件主要實體參數(shù)如下：

表3顯示，作為關鍵工序的打包機始終較為繁忙，而叉車則較為空閑。實體之間的繁忙程度不一，這與包材及產(chǎn)品特性有關。

改進措施在解決包裝作業(yè)現(xiàn)場混亂的同時，總產(chǎn)量也有了不同程度的提高，這驗證了改進方案的有效性。

表4顯示了發(fā)生器，即包材供應和產(chǎn)品導入方面的數(shù)據(jù)，可見，阻塞率有高有低，這說明，如果后道工序能夠提高效率，整條流水線的產(chǎn)能還有大幅提升空間。

圖5 包裝車間模型

表2 包材供貨周期及數(shù)量

表3 仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計

表4 發(fā)生器數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3 總結與展望

分析現(xiàn)狀并找到幾個主要的問題，提出合乎場地條件和生產(chǎn)狀況的改進措施并進行仿真檢驗，仿真結果顯示改進措施不僅解決了現(xiàn)場混亂的局面，還不同程度地提高了產(chǎn)能，結果驗證了改進措施的可行性，還找到了未來的改進方向。

在空間限制的情況下，該流水線未來可以考慮縮小保存存放區(qū)域、增加包裝機及操作工來提高包裝作業(yè)能力，然后通過供應商管理庫存的方案實時共享包材庫存數(shù)據(jù)、實現(xiàn)小批量多批次供貨。新的叫料方案能動態(tài)地在增強流水線作業(yè)可靠性、提高產(chǎn)能和降低成本之間找到平衡點。

本文沒有深入結合前道生產(chǎn)工序，因而沒能做到全局優(yōu)化。限于篇幅限制，沒有進一步驗證發(fā)生器端數(shù)據(jù)變化對包裝車間總產(chǎn)能的影響及程度。以上這些不足將在未來的研究中展開。