http://www.paper.edu.cn 基于 Flexsim 的混流生产线仿真研究 王雪兰 1,2，常治斌 1，唐秋华 2，朱传军 1 1 湖北汽车工业学院机械工程系，湖北十堰 （442002） 2 武汉科技大学机械自动化学院，武汉（430081） E-mail：wangxuelan2002@sina.com.cn 摘 要：阐述了混流生产线的仿真问题。基于 Flexsim 对某订单需求下混流生产线不同投产 顺序进行仿真。简要介绍了 Flexsim 在混流生产线建模仿真过程中的基本步骤和关键技术。 通过对仿真结果的分析，为合理安排生产提供了理论依据。 关键词：混流生产线，仿真，Flexsim 中图分类号：TH181 1 引言 随着市场竞争的日益激烈以及用户对产品的多样化、个性化要求，基于订单的多品种、 小批量混流生产模式已成为当今制造企业的主要生产模式。特别是以汽车及其零配件生产为 主的企业，多采用混流生产线。这些企业生产的产品多是一个系列，多种类型，产品的生产 作业方式以及工艺流程基本相同或相似。[1]此种混流生产线的特点是：在计划期内，按照一 定的间隔期，成批轮番生产多种产品；在间隔期内，只生产一种产品，在完成规定的批量后， 转生产另一种产品。本文通过模特法及秒表测时法测算出生产线各工序的加工时间及工人的 操作时间，应用 Flexsim 建立了混流生产线的仿真模型，对仿真模型的数据结果进行了分析， 并对生产线进行资源优化配置，消除其瓶颈工序。 2 基于 Flexsim 的混流生产线模型构建 2.1 Flexsim 简介 Flexsim 是一套新开发的离散系统仿真软件, 用来对生产制造、物料处理、物流、交通 、 管理等离散事件系统进行仿真 。Flexsim 仿真软件由美国 Flexsim 公司开发, 采用面向对 象技术, 以事件驱动为机制, 基于 OpenGL 技术, 三维可视化效果好。其优点主要有：建模 和调试简单、方便 、开放 ，模型的扩展性强，易于和其他 软件配合使用等方面，价格与 其他同类产品相比较便宜。同时 Flexsim 也允许用户建立自己的模型对象来满足用户自己的 要求[1][2]。 2.2 Flexsim 仿真原理 Flexsim 对象库里的对象代表着一定的活动和排序过程。它们都有自己的功能或继承来 自其他对象的 功能。通过对象参数的设置可以把物料处理和业务 流程的主要特征描述出 来。 基于 Flexsim 仿真环境的混流生产线仿真过程 ，是一个复杂的、反复的过程。针对研 究对象某企业的一条多品种混流生产线，设备老化 、所占空间大、物流系统不顺畅的特点 ， 在对系统的基础数据和基本逻辑关系进行了分析和定义后 ，进行了合理的抽象和简化 ，建 立了多品种混流生产线的仿真模型 ，并对模型进行了验证 ，得到了多品种混流生产线在不 同输入模式下运行的仿真报告。进而对仿真模型的数据结果进行了分析 ，测算了现有资源 配置下的生产节拍，生产线效率，机床利用率，并对多品种混流生产线进行了资源优化配置 及系统运行参数的调试。 - 1 - 

2.3 以某凸轮轴混流生产线为例的仿真模型实现 P r o c e s s o r _ 1 0 0 P r o c e s s o r _ 1 3 0 http://www.paper.edu.cn 成 品 区 _ 7 0 P r o c e s s o r P r o c e s s o r _ 4 5 P r o c e s s o r _ 4 0 _ 2 P r o c e s s o r _ 3 5 P r o c e s s o r P r o c e s s o r P r o c e s s o r P r o c e s s o r _ 6 0 _ 5 0 _ 4 7 _ 4 0 _ 1 图 1 为某发动机厂凸轮轴生产线的布局图 _ 3 0 P r o c e s s o r _ 2 0 P r o c e s s o r P r o c e s s o r _ 1 0 毛 坯 区 以某汽车凸轮轴生产线为例进行建模，图 1 为其布局及物流流程示意图。该生产线主 要由三部分组成：毛坯区、流通加工区、成品区。该生产线目前投产的产品有 A、B、C 三 个品种。A、B、C 三个品种工艺基本相同都是经过铣两端面打中心孔后，以中心孔定位粗 磨、精磨主轴颈及凸轮轴轴颈等 12 个工序加工完成。工件在工序中的传送由特制料车完成， 每车容量 20 件。料车由人工推动。由于设备老化，大部分工序仍需一人一机操作。部分工 序如工序 20、工序 30 一人操作两台，工序 40 共两台设备由一人操作。 该生产线具体参数： a.厂房占地面积 (l×b)/m2 55×30 现有设备 13 台，操作人员 11 人 b.毛坯区占地面积(l×b)/m2 1×3 存放能力约 400 件 c.料车 针对凸轮轴制作，一车存放 20 件，人工推拉，载重量 200kg 该凸轮轴生产线根据市场需求生产 A、B、C 三种类型凸轮轴。按照订单需求量为 A 型 300 件、B 型 200 件、C 型 400 件。为了在模型中体现出产品切换时间，我们将引入一个虚 拟类型 D 型，其加工时间为产品切换时间，需求量为 1 件。四种类型产品的加工时间如表 1 所示： 表 1 A、B、C、D 四种类型在不同工序的加工时间 工序号 A /min B /min C /min D /min 10 2 2.5 2 210 20 1 2 2.5 60 30 0.5 0.5 0.5 30 35 2 2 2 90 40 7 9 7 240 50 6 5 5 150 60 2 2 4 150 70 2 2 2 240 100 4.5 6 7 960 130 1.5 1.5 1.5 240 47 2 2 1.5 150 (1)物理模型的搭建 生产线上主要设备及人员分别由 flexsim 中的以下资源定义：毛坯区中毛坯由 Source 产生；流通加工区中机床定义为 Processor；成品区的成品由 Sink 吸收；料车由 Source 产生； 工人定义为 Operator。 - 2 - 

http://www.paper.edu.cn （2）模型的逻辑关系建立及参数输入 生产线上各设备及人员的逻辑关系，由 connect 属性完成。按照实际加工工艺路线顺序 连接各实体。各实体参数根据生产线实际情况由参数窗口输入。 （3）仿真模型的实现 根据仿真模型的结构，结合一定的假设和简化，可建立该自动化立体仓库的三维立体仿 真模型。F1exsim 中的三维实体显示不仅能带来视觉上的美观，更重要的是对模型有一个直 观的描述，并帮助进行模型验证。 3 仿真结果分析 采用 B—D—C—D—A 的投产顺序，通过模型运行，得出在该订单需求下机床利用率， 缓存区数据如表 2 所示。同过表 2 分析可知，该生产线主要瓶颈工序为 100。解决该瓶颈的 办法有两个，一个是工序 100 倒班工作，人停机不停，另一个是增加一台设备。考虑该厂实 际情况，订单量较大，为保证产品交付率及保持该生产线平衡生产，在工序 100 增加一台机 床。则改进后模型，通过运行，得出在该订单需求下机床利用率，缓存区数据如表 3 所示 表 2 改进前机床利用率及缓存区数据 机床 Processor_10 Processor_20 Processor_30 Processor_35 Processor_40_1 Processor_40_2 Processor_47 Processor_50 Processor_60 Processor_70 Processor_100 Processor_130 机床 利用率 % 23.12 18.14 5.08 19.73 17.58 4.35 18.93 50.83 28.90 22.72 72.45 18.24 存储区 Queue10 Queue20 Queue30 Queue35 Queue40 Queue47 Queue50 Queue60 Queue70 Queue100 最大 平均 （件） （件） 7 9 14 1 44 54 30 64 193 53 0.06 0.04 0.22 0.00 1.20 4.67 1.15 2.97 64.82 1.44 表 3 改进后机床利用率及缓存区数据 机床 Processor_10 Processor_20 Processor_30 Processor_35 Processor_40_1 Processor_40_2 Processor_47 Processor_50 Processor_60 Processor_70 Processor_100_1 机床 利用率 % 25.34 22.01 6.23 24.56 19.35 4.52 20.88 46.26 30.39 26.15 42.35 最大 平均 （件） （件） 6 7 12 1 38 48 26 53 61 39 0.05 0.03 0.20 0.00 1.10 3.59 1.03 2.40 12.32 1.09 存储区 Queue10 Queue20 Queue30 Queue35 Queue40 Queue47 Queue50 Queue60 Queue70 Queue100 - 3 - 

http://www.paper.edu.cn Processor_100_2 Processor_130 37.62 19.87 4 结束语 本文充分利用 Flexsim 中的面向对象特性对和三维可视化优点, 对混流生产线进行建 模和仿真, 得到了生产管理调度上的相关数据资料, 为合理优化配置资源，保证生产线平衡， 发现及消除瓶颈工序提了供理论依据。 参考文献 [1] 赵建辉,王红军.基于 Flexsim 的混流装配线投产顺序的仿真[J]微计算机信息.2007,23（8-3）: 29-31 [2] 李永先,胡祥培,熊英 . 物流系统仿真研究综述[J] 系统仿真学报 2007，19（4）:1411-1416 [3] 李晓雪. 基于 Flexsim 的生产线的建模与仿真[J]机械工程师,2007,6:90-91 Simulation of Mixed- model Production Line based on Flexsim Wang Xuelan1,2，Chang Zhibin1，Tang Qiuhua2，Zhu Chuanjun1 1. Mechanical Section of Hubei Automotive Industries Institute，Shiyan，Hubei （442002） 2. Wuhan University of Science & Technology，Wuhan (430081) Abstract This paper discusses the simulation of mixed- model production Line problem. The production sequence of different varieties is simulated in Flexsim software based on an order. The basic steps and key techniques of modeling and simulating of mixed- model production line in the Flexsim is introduced. The analysis of simulation result provides the theory foundation of making production plan reasonablely. Keywords：mixed- model production line，simulation，Flexsim - 4 -