劉明巖,丁 芳

(安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與軌道學(xué)院,安徽 蕪湖 241002)

0 引言

能源危機(jī)、環(huán)境污染使得汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型成為大勢(shì)所趨,新能源汽車在解決能源危機(jī)、環(huán)境污染等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。伴隨著新能源汽車保有量的持續(xù)增加,新能源汽車在維修車輛中的比重越來(lái)越大,汽車維修企業(yè)所面臨的維修壓力增大[1]。和傳統(tǒng)的汽車相比,新能源汽車出現(xiàn)故障的概率比較高,2020年,新能源汽車的銷售量高達(dá)152.6萬(wàn)輛,但是全年召回的新能源汽車有18.5萬(wàn)輛,新能源汽車在使用過(guò)程中問(wèn)題比較多,其中車身故障最為常見(jiàn)。在被召回的新能源汽車中,不僅有國(guó)產(chǎn)車,同時(shí)也有合資的高端車,新能源汽車車身的維修對(duì)確保新能源汽車的推廣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。與傳統(tǒng)燃油汽車相比,新能源汽車維修作業(yè)的程序多、內(nèi)容繁,同時(shí)部分的維修作業(yè)存在先后關(guān)系。新能源汽車車身在維修作業(yè)的過(guò)程中,如果作業(yè)流程安排不合理,就會(huì)在很大程度上造成車輛維修不能夠準(zhǔn)時(shí)交付,同時(shí)也在很大程度上影響到車輛維修企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與服務(wù)質(zhì)量[2]。優(yōu)化新能源汽車車身維修流程不僅可以提高維修企業(yè)設(shè)備的利用率,同時(shí)也可以提升新能源汽車車主的滿意度?；诖?本文采用EXTENDSIM軟件對(duì)新能源汽車車身維修流程進(jìn)行建模,通過(guò)優(yōu)化維修流程來(lái)獲得最佳的維修調(diào)度方案。

1 新能源汽車車身維修流程優(yōu)化原理

新能源汽車車身維修流程優(yōu)化的關(guān)鍵是對(duì)等待維修的作業(yè)實(shí)施排序,使得維修工作站調(diào)度按計(jì)劃進(jìn)行,確保維修時(shí)間最短,提升客戶的滿意度。常見(jiàn)的優(yōu)先排序準(zhǔn)則有先到先服務(wù)、最早到期優(yōu)先、最短作業(yè)時(shí)間優(yōu)先等[3]。所謂先到先服務(wù)就是最先到達(dá)維修服務(wù)工作站的給予優(yōu)先維修處理;所謂最早到期優(yōu)先就是優(yōu)先處理距離交貨時(shí)間最短的維修作業(yè);所謂最短作業(yè)時(shí)間優(yōu)先就是優(yōu)先處理作業(yè)時(shí)間比較短,避免維修時(shí)間比較長(zhǎng)的作業(yè)影響維修車輛的按時(shí)交付。

1.1 新能源車輛車身維修流程理論模型

為了提高新能源汽車的續(xù)航里程,在短期內(nèi)電池能量密度無(wú)法提升的大環(huán)境下必須采用輕量化的材料。新能源車身是整車輕量化的重中之重,在輕量化技術(shù)尚不成熟的環(huán)境下,新能源車身維修所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)車輛車身維修所占的比例。由于新能源車身所采用的均是新材料,這使得新能源車身的維修難度要大于傳統(tǒng)車輛車身維修的難度。假定新能源維修車輛到達(dá)服務(wù)站的時(shí)間間隔t服從均值為1/λ的指數(shù)分布,即[4]

(1)

新能源車輛的車身維修包括車架平整、車身修復(fù)、噴漆、清理等工序,其中車架平衡、車身修復(fù)并不是所有的車輛都需要,噴漆、清理是所有維修車輛都需要的。圖1給出了新能源汽車車身維修流程示意圖[5]。

圖1 新能源汽車車身維修流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of new energy vehicle body maintenance process

通過(guò)對(duì)新能源車輛車身維修工序時(shí)間的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)可知,所有工序的加工時(shí)間t2近似滿足對(duì)數(shù)正態(tài)分布,即

(2)

式中：t2為工序加工時(shí)間；μ為工序加工時(shí)間均值；σ為工序加工時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差。

新能源維修企業(yè)對(duì)車身維修采取的是先到先服務(wù)的方式,為客戶報(bào)出的車輛維修交付時(shí)間為5個(gè)工作日,但是通過(guò)對(duì)實(shí)際交付數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)可知,新能源汽車車身維修的準(zhǔn)時(shí)交付率為65%～70%[6].新能源汽車維修不能夠按時(shí)交付勢(shì)必影響到企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,必須采取有效的措施對(duì)維修流程進(jìn)行優(yōu)化,從而提升維修車輛的交付率。

1.2 EXTENDSIM軟件仿真流程

EXTENDSIM是EXTEND的升級(jí)版,由美國(guó)IMAGINE THAT公司開(kāi)發(fā),是通用化的系統(tǒng)仿真與優(yōu)化平臺(tái),在金融、物流、制造、軍事等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用[7]。EXTENDSIM為不同層次的使用者提供了多樣化的建模工具,使用者可以高效建立精度高、可信度高的仿真模型。軟件離散系統(tǒng)采用的是最短時(shí)間的事件步長(zhǎng)法,可以進(jìn)行分層結(jié)構(gòu)和命名連接,同時(shí)可以對(duì)X多種復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。采用EXTENDSIM軟件進(jìn)行仿真的流程如圖2所示[8]。

圖2 EXTENDSIM軟件仿真流程Fig.2 EXTENDSIM software simulation process

2 新能源汽車車身維修流程優(yōu)化仿真分析

2.1 新能源汽車車身維修流程仿真建模

采用EXTENDSIM軟件構(gòu)建新能源汽車車身維修流程仿真模型,對(duì)車身的維修包括車架平整、車身修復(fù)、噴漆、清理等模塊,仿真模型如圖3所示。

圖3 汽車車身維修仿真模型Fig.3 Simulation model of vehicle body maintenance

結(jié)合待修車輛的實(shí)際情況進(jìn)入不同的維修工藝。根據(jù)2020年中國(guó)新能源汽車服務(wù)調(diào)研報(bào)告,國(guó)家對(duì)購(gòu)買新能源汽車的補(bǔ)貼政策使得越來(lái)越多的消費(fèi)者關(guān)注和購(gòu)買新能源汽車,許多的車主曝出新能源汽車維修的大問(wèn)題,即“修不了,也修不起”,30%左右的新能源汽車需要大修。需要大修的新能源汽車在進(jìn)行車身修復(fù)之前要對(duì)車架進(jìn)行平整,其余的車輛無(wú)需大修[9]。在小修的待修車輛中,75%左右的待修車輛需要進(jìn)行車身修復(fù)。無(wú)需車架平整、車身修復(fù)的車輛直接進(jìn)入噴漆作業(yè)、清理作業(yè)。采用EXTENDSIM軟件所構(gòu)建的新能源汽車車身維修仿真模型,其每一個(gè)工藝模塊均包含等待和延時(shí)兩個(gè)部分,在車輛離開(kāi)模塊統(tǒng)計(jì)車輛的準(zhǔn)時(shí)交付率。對(duì)各個(gè)工序等待模塊的排序規(guī)則進(jìn)行變更,仿真分析不同排序規(guī)則下的車輛準(zhǔn)時(shí)交付率,從而選擇最佳的新能源汽車車身維修流程。圖4給出了車輛車身維修流程內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖4 車輛車身維修流程內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.4 Internal structure of vehicle body maintenance process

模塊1為待維修車輛,其到達(dá)維修站點(diǎn)的時(shí)間間隔t滿足指數(shù)分布。模塊2為維修新能源車輛交付的時(shí)間,通過(guò)Rand來(lái)產(chǎn)生各個(gè)維修工序的時(shí)間t2.模塊3是將各個(gè)維修工序所需要的時(shí)間賦予需要維修的車輛。模塊4為維修車輛的等待時(shí)間屬性。模塊5為不同的維修車輛所選擇的維修工序。

2.2 仿真結(jié)果分析

在實(shí)際的仿真過(guò)程中,考慮到各種隨機(jī)因素的影響,往往是對(duì)仿真模型進(jìn)行多次運(yùn)行。車輛車身維修流程優(yōu)化仿真模型運(yùn)行的次數(shù)越多,所得到的結(jié)果越準(zhǔn)確[10]。給定仿真模型的誤差限制,仿真模型會(huì)自動(dòng)確定需要運(yùn)行的次數(shù)。表1給出了采用不同優(yōu)先排序準(zhǔn)則的結(jié)果。

表1 不同優(yōu)先排序準(zhǔn)則仿真結(jié)果Table 1 Simulation results of different prioritization criteria

由表1可知,不論是“先到先服務(wù)”“最早到期優(yōu)先”準(zhǔn)則,還是“最短作業(yè)時(shí)間優(yōu)先”準(zhǔn)則,車身修復(fù)設(shè)備的利用率均明顯高于其它工藝設(shè)備的利用率,即要想提升新能源車輛維修系統(tǒng)的性能,必須從車身修復(fù)工藝角度出發(fā),通過(guò)提升車身修復(fù)工藝來(lái)達(dá)到優(yōu)化車輛維修流程的目的。由三種優(yōu)先排序準(zhǔn)則下每月維修量、周轉(zhuǎn)時(shí)間、準(zhǔn)時(shí)交付率仿真結(jié)果可知,三種優(yōu)先排序準(zhǔn)則下每月維修量差別很小,但是周轉(zhuǎn)時(shí)間和準(zhǔn)時(shí)交付率指標(biāo)差別較大,“最短作業(yè)時(shí)間優(yōu)先”準(zhǔn)則為最佳的調(diào)度方案。導(dǎo)致出現(xiàn)這種情況的原因是“最短作業(yè)時(shí)間優(yōu)先”準(zhǔn)則避免了先到車輛大修占用時(shí)間較長(zhǎng)的情況發(fā)生,使得車輛維修周轉(zhuǎn)時(shí)間比較短、準(zhǔn)時(shí)交付率高。表2給出了目前各工藝的設(shè)備數(shù)及作業(yè)平均時(shí)長(zhǎng)。

表2 車輛車身維修各工藝設(shè)備數(shù)及作業(yè)時(shí)長(zhǎng)Table 2 Number of equipment and operation time for vehicle body maintenance

由表2可知,車身修復(fù)工藝的作業(yè)時(shí)長(zhǎng)明顯高于其它的維修工藝,只有適當(dāng)?shù)卦黾榆嚿硇迯?fù)工藝的設(shè)備數(shù),才能提升每月的維修量、縮短車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間、提升準(zhǔn)時(shí)交付率。增加車身修復(fù)工藝的設(shè)備數(shù),由原來(lái)的2臺(tái)增加到6臺(tái),其它工藝設(shè)備數(shù)不變進(jìn)行仿真,表3為增加設(shè)備后不同優(yōu)先排序準(zhǔn)則的結(jié)果。

表3 增加設(shè)備后不同優(yōu)先排序準(zhǔn)則仿真結(jié)果Table 3 Simulation results of different prioritization criteria after adding equipment

為了對(duì)比增加車身修復(fù)設(shè)備前后的性能,對(duì)三種排序準(zhǔn)則下的車身修復(fù)設(shè)備使用率、每月維修量、周轉(zhuǎn)時(shí)間、準(zhǔn)時(shí)交付率變化進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表4所示。

表4 增加車身修復(fù)設(shè)備前后對(duì)比Table 4 The comparison before and after adding body repair equipment

由表4可見(jiàn),在增加車身修復(fù)設(shè)備之后,車身修復(fù)設(shè)備的使用率有所降低,每月維修量有所增加,其中“最短作業(yè)時(shí)間優(yōu)先”準(zhǔn)則下,每月維修量增加2.09臺(tái),周轉(zhuǎn)時(shí)間有所減少,其中“先到先服務(wù)”準(zhǔn)則下,車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間減少最多,為12.63 h,準(zhǔn)時(shí)交付率大大提升,其中“最早到期優(yōu)先”準(zhǔn)則下車輛準(zhǔn)時(shí)交付率增加最多,為23.6%.綜合對(duì)比三種排序準(zhǔn)則下每月維修量、周轉(zhuǎn)時(shí)間、準(zhǔn)時(shí)交付率,“最短作業(yè)時(shí)間優(yōu)先”準(zhǔn)則依舊是新能源車輛維修最佳的調(diào)度方案。

增加過(guò)多的車身修復(fù)設(shè)備勢(shì)必導(dǎo)致車身設(shè)備出現(xiàn)閑置,將車身修復(fù)工藝的設(shè)備數(shù)由原來(lái)的2臺(tái)增加到4臺(tái),其它工藝設(shè)備數(shù)保持不變進(jìn)行仿真,同時(shí)和增加到6臺(tái)車身修復(fù)工藝的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表5所示。

表5 增加不同車身修復(fù)工藝設(shè)備臺(tái)數(shù)仿真結(jié)果對(duì)比Table 5 Comparison of the simulation through increasing different body repair equipment

由表5可知,對(duì)比增加到4臺(tái)和增加到6臺(tái)車身修復(fù)工藝設(shè)備臺(tái)數(shù)可知,增加到4臺(tái)設(shè)備車輛維修的準(zhǔn)時(shí)交付率依舊比較低,其中準(zhǔn)時(shí)交付率最高的為“最短作業(yè)時(shí)間優(yōu)先”排序準(zhǔn)則,為89.45%.比較低的車輛準(zhǔn)時(shí)交付率容易引起車主的不滿,必須達(dá)到90%以上,才能持續(xù)提升新能源車輛維修企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 結(jié)論

新能源汽車保有量的增加使得新能源汽車維修成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。采用EXTENDSIM軟件構(gòu)建了新能源汽車車身維修流程優(yōu)化仿真模型,同時(shí)對(duì)比了先到先服務(wù)、最早到期優(yōu)先、最短作業(yè)時(shí)間優(yōu)先三種優(yōu)先排序準(zhǔn)則下工藝設(shè)備使用率、每月維修量、周轉(zhuǎn)時(shí)間以及準(zhǔn)時(shí)交付率,指出車身修復(fù)設(shè)備制約了整個(gè)系統(tǒng),同時(shí)在增加車身修復(fù)設(shè)備之后再次進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明平均周轉(zhuǎn)時(shí)間大大縮短,準(zhǔn)時(shí)交付率大大提升。本研究對(duì)新能源汽車車身維修流程優(yōu)化,提升汽車維修企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有一定的參考價(jià)值。