白佳 咼明森

摘 要：以生產軸類零件的小型企業(yè)為例，用ProModel軟件構建了該企業(yè)生產線仿真模型。在此基礎上，運用ECRS原則對該生產線進行改進和優(yōu)化，提出了四個改進方案。綜合生產線平衡、成本和產量這三個因素，找到了相對最優(yōu)方案，為該企業(yè)生產線擴建提供了理論性參考，從而驗證了ProModel仿真技術的重要作用。

關鍵詞：ProModel；生產線；優(yōu)化

中圖分類號：TG801 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0028-02

本文以某一生產軸類零件的中小型企業(yè)為例，運用ProModel對該企業(yè)生產線進行建模與仿真，結合ECRS原理對生產線進行優(yōu)化，為該企業(yè)提供生產線較平衡、成本較低的擴建方案。

1 軸類零件線生產現(xiàn)狀

某企業(yè)軸類零件生產線屬于單一品種、小批量生產。生產計劃是毛坯成批到達毛坯存放處，然后單個進行粗加工、半精加工、精加工、拋光、檢驗工序，檢驗合格后放入成品倉庫，否則重新進行拋光。隨著訂單量的增多，負責人發(fā)現(xiàn)即使由原來的一班制變成了兩班制也不能滿足需求，根據(jù)預測，該企業(yè)軸類零件年需求量為3 200個，為使生產線達到相應的生產能力且成本最低，負責人決定對該生產線進行擴建并尋求最佳的擴建方案。

2 仿真建模及優(yōu)化

2.1 生產線優(yōu)化改進原理

最優(yōu)的擴建方式并不是單純的增加機床，而是在生產線平衡及生產成本最低的前提上增加機床設備。生產線平衡即各個工序的生產節(jié)拍基本一致，生產中等待時間很少，這時生產效率最高，生產線處于均衡生產狀態(tài)。要使成本最低，可以在生產能力滿足需求的基礎上，運用工業(yè)工程原理—ECRS（Eliminate，Combine，Rearrange，Simplify）四大原則，對生產線進行優(yōu)化改進。

2.2 現(xiàn)行生產線問題分析

企業(yè)現(xiàn)行生產線加工流程及各工序加工時間（min）分布如圖1所示。據(jù)估算，90%軸類零件檢驗合格，10%軸類零件不合格需要重新拋光。

現(xiàn)用ProModel對生產線進行建模， 建模過程如下：

①Locations 在ProModel中為模型設置加工地點、臨時存放點和倉庫等，可以為每一個location定義相應的加工能力（cap.）、單位數(shù)量（units）等。本系統(tǒng)中設置的工位有“毛坯”、“粗加工”、“半精加工”、“精加工”、“拋光”、“檢驗”、“臨時存放區(qū)”、“成品”?！懊鳌眳^(qū)的加工能力設置為無限（inf），“臨時存放區(qū)”為5，其余為1。

②Entities設置被加工對象，在制造系統(tǒng)中為零部件，服務系統(tǒng)中一般為顧客。本系統(tǒng)中只需設置一種“零件”。

③PathNetworks 設置被加工零件在各工位的被搬運的運行路線，也是資源（resource）的運行路線，每條路線節(jié)點需要連接到對應的工位才有效。本系統(tǒng)中每類工位間設置一條路線，共7條。

④Resources相當于現(xiàn)實系統(tǒng)的叉車，員工等作為搬運被加工零件的載體。本系統(tǒng)中設置7位員工，分別設置在每條路線上。

⑤Arrivals可以設置零件到達該系統(tǒng)的規(guī)律。本系統(tǒng)假定待加工零件不缺貨，其到達規(guī)律為每分鐘到達“毛坯”一個。

⑥Processing 這是建模過程中較為復雜部分，需要進行部分的編程語言進行設置。

建模完成后平面如圖2所示。

工廠目前采用一班制工作，全年工作254 d，工人年時基數(shù)1 810 h。系統(tǒng)仿真時，將ProModel軟件的simulation選項下的options設置系統(tǒng)仿真時間為1 810 h，仿真結束后對主要工位的性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，如表1所示。

仿真結果中生產線年產量為1 570個。粗加工工序加工率較高，達到了86.41%，而其他工序加工率多數(shù)不到30%。導致零件在粗加工處等待很久，粗加工機床超負荷工作，而其它機床空閑率很高，生產線嚴重不平衡，粗加工為本生產線的瓶頸工序。年產量只有預測的49.06%。可以初步斷定，由于生產線不平衡和生產規(guī)模的限制，導致生產能力達不到要求。為使生產能力達到要求可以從粗加工和半精加工著手改進。

2.3 軸類生產線改進方案

由于軸類零件生產線上各工序都不可缺少，以及該企業(yè)工廠布局和技術水平的限制，對工序進行刪除（Eliminate）、重組（Rearrange）、簡化（Simplify）難以實現(xiàn)，所以改進方案主要從增加機床數(shù)量、對機床進行改造和對工序進行合并方面來考慮。

據(jù)估算購買一臺粗加工機床費用為8萬，一臺半精加工機床需10萬；改造一臺粗加工機床需1.5萬，改造后零件在粗加工機床加工時間所服從的分布從exp（60）min變?yōu)閑xp（50） min；合并拋光和檢驗可減少員工數(shù)量，合并后零件在拋光及檢驗工序的加工時間服從U（28，4） min分布；工人每小時工資為20元，即每個工人一年成本為36 200元。

根據(jù)ECRS原則和經濟性因素，針對瓶頸工序擬定了如下四種種改進方案。

方案一：增加2臺粗加工機床和1臺半精加工機床，成本為44.10萬元。

方案二：增加1臺半精加工機床和1臺粗加工機床并將2臺粗加工機床改造，成本為39.10萬元。

方案三：增加2臺粗加工機床和1臺半精加工機床并將拋光和檢驗工序合并，成本為40.48萬元。

方案四：增加1臺半精加工機床和1臺粗加工機床并將2臺粗加工機床改造，同時將拋光和檢驗工序合并，成本為35.48萬元。

將四種方案分別用ProModel軟件進行仿真，每種方案各個工序的機床性能如表2～表6所示。

用各工序加工率的標準差來初步定量判定生產線的平衡情況。如對于方案一的生產線，計算粗加工、半精加工、精加工、拋光和檢驗這5個工序加工率的標準差，其結果如表6所示。計算值越小，則生產線越平衡。

從表6可以看出生產線平衡情況從好到差的分別是方案一、方案四、方案二、方案三。將四種方案產量、成本和生產線平衡情況匯總如表7所示。

四種方案的年產量都符合要求，綜合生產線平衡和成本這兩個因素，方案四最優(yōu)，即該企業(yè)可以增加1臺半精加工機床和1臺粗加工機床并將2臺粗加工機床改造，同時將拋光和檢驗工序合并。

3 結 語

企業(yè)在生產線擴建時不應盲目增加機器設備，綜合考慮生產線平衡和經濟性原則，并且要對這兩方面進行權衡，以選擇相對最優(yōu)的擴建方案。本文利用promodel軟件對某企業(yè)軸類零件生產線系統(tǒng)進行建模與仿真，并且結合ECRS原則對現(xiàn)行生產線進行分析和改進，為該企業(yè)生產線擴建提供了理論參考。從而驗證了ECRS原則和ProMdel仿真的實用性。

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