汽车生产线物流仿真研究

汽车生产线物流仿真研究

王，等：汽车生产线物流仿真研究

企业物流

汽车生产线物流仿真研究

王

（东南大学

[摘

玥，张永，毛海军

交通学院，江苏南京，210096）

要]利用Arena仿真软件建立相关模型，进行汽车生产线的物流仿真。在建好模型后，对不同的方案及不同的参数进行

运行，根据运行结果进行分析，比较了不同方案以及同种方案不同参数情况下的关系。

物流仿真；Arena[关键词]汽车生产线；[中图分类号]F252

[文献标识码]A

（2009）01-0127-03[文章编号]1005-152X

StudyonMaterialFlowSimulationofAutomobileProductionLine

WANGYue,ZHANGYong,MAOHai-jun

(SchoolofTransportation,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)

Abstract:ThepaperusesArenatoestablisharelativemodeltocarryoutmaterialflowsimulationofautomobileproductionline,runsthedifferentschemesanddifferentparametersafterestablishingthemodel,analyzestherunningresultsandcomparestherelationshipbetweenthedifferentschemesandthedifferentparametersofthesamescheme.

Keywords:automobileproductionline;materialflowsimulation;Arena

1引言

汽车生产物流是指从仓库入口到生产线消耗点，再到成

[5]

张颖利、邵明习（2005）等在基于Petri网的基础上建立了相应[6]

（1999），唐孝模型并进行仿真研究；张丹羽、王莹、肖际伟

[7]

飞（2002）等基于面向对象方法学分别研究了FMS(柔性制造

品车库的入口前的物流。我国现阶段对于汽车物流的研究重仓储环节，很少涉及生产物流。而面对复杂的汽点多在运输、

车生产过程，如果能提高生产物流效率，就可以大大提高汽车生产线的效率，势必会提高汽车生产企业的生产效率，也会相应拉动我国汽车产业的发展，对国家经济发展起到促进作用。在汽车生产中运用仿真技术，所建成的物流系统仿真可以大大提高生产效率，优化系统，有助于进行系统分析，解决生产过程中的随机因素的影响。这对于复杂的汽车生产过程来说，无疑是有重大意义的。

国外对于物流仿真的研究开始的比较早，也进行得比较

[1]

深入。S.G.Lee，R.desouza、0E.K.Ong（1996）运用Arena软件

系统)中的模型复杂性高和可重用性差的问题和面向对象的第

[8]

三方物流配送仿真系统；郑顺水（2004）基于生产线仿真与优

化技术，建立了应用对象、类库、仿真模型，进行了物流和生产

[9]

肖田元、樊树海、羌磊（2003）针对汽车大调度仿真；董建华、

规模定制生产的实施策略提出汽车总装生产线满足大规模定制的三个关键问题，根据汽车总装线规划的要求提出并建立了一个相应的规划仿真环境。

从文献综述看，国内对于汽车生产线的物流仿真涉及甚少。关于汽车生产线流程分析、汽车物流分析、物流仿真应用的参考文献较少，关于仿真系统在汽车生产线中的实际运用也需要进一步研究探讨。

对于自动库存补货系统进行了仿真，使得在巷道狭窄的仓库HenkdeSwaanArons，可以尽量减少搬运工具，提高物流效率；

[2]

CsabaAttilaBoer（2001）运用离散事件仿真模型，将模型存入

2

2.1

物流仿真在汽车生产中的应用

汽车生产线流程介绍

汽车生产线流程主要是由冲压、焊接、涂装、总装、检测等

特定数据库中，在Arena模拟软件中研究了库存补货战略；A.

[3]Anglani、A.Grieco、M.Pacella，T.Tolio（2002）对柔性制造系统

进行分析建模，也是在Arena软件的环境中进行仿真的。

我国的物流研究起步晚、发展快，詹跃东、骆瑛（2001），

[4]

环节组成，不同的生产企业在某些部分上可能略有不同，但大体上一致。总体说来，汽车生产线流程一般为校平及剪裁钢

[收稿日期]2008-09-23

（1984-），女，江苏南京人，东南大学交通学院硕士研究生，研究方向：物流系统规划与供应链管理；张永（1976-），男，浙江嵊[作者简介]王玥州人，东南大学交通学院讲师，博士，研究方向：物流系统规划与供应链管理；毛海军（1965-），男，浙江余姚人，东南大学交通学院教授，博士生导师，研究方向：物流系统规划与优化。

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板→冲压→焊接→涂装→总装→检测。

汽车涂装是汽车制造的四大工艺之一，大规模汽车涂装线不仅工艺复杂、工程建设周期长，而且工程投资巨大。汽车涂装工艺流程可以简单归纳为：前处理（包括清洗、化学处理、打磨）→喷涂→烘干→暂存。

物流技术2009年第28卷第1期（总第196期）

的入库子模块、前处理子模块、烘干子模块相同，故介绍这几个子模块时只列出一种方案。由于油漆子模块和暂存子模块不同，因此在介绍这两个子模块时将把两个方案的子模块都列出。

（1）入库子模块。产品由车身车间进入涂装车间，此时进入的速度随机，大致保持在N/min，这是由生成模块（create）实现的。产品经过两站点间的传送带传送后，将进入下一环节———清洗。传送带的仿真是由数据块station，convey，access和exit共同实现的。

（2）前处理子模块。前处理子模块与入库子模块类似，不同的是入库子模块中的生成模块在前处理子模块中由一个过程模块（process）所代替。其处理速度符合一定分布函数。

（3）油漆子模块。方案1：与前处理子模块基本相同。方案2：在油漆环节中，需要分类进行不同颜色的涂漆。本例中是在一定总比例之下进行随机分配的，运用的是基础模块中的选择模块（decide）。此时的选择条件设置为3个，即分为三种不同颜色进行喷涂。在经过process模块实现的不同颜色油漆后，运用赋值模块（assign）进行赋值，以便后面分类之用，并用记录模块（record）进行数值记录。

由于汽车分类进行不同颜色的涂漆后，还要经过同一条生产线送往烘干环节，因此在油漆时分为三类的产品经过三条不同的路径汇于一个站点，并运用process模块设置了一个排队过程，以免三条路径汇到一条生产线时出现拥堵现象。之后产品将经过传送带的传输送往下一环节。不同路径汇于同station实现的，路径时间均为T1。传一站点是由数据块route，

送带的实现和前两个子模块中的相同，模块具体结构如图1所示。

2.2仿真在汽车生产线中的主要应用

对于汽车生产线物流系统的仿真是对物流技术和仿真技

术的综合应用，仿真技术在汽车生产线中主要应用在以下几个方面：

）寻求生产线布局的最优方案。运用仿真软件对汽车生（1

产线进行仿真，可以进行若干不同方案的比较，通过系统仿真的动画演示和仿真结束后的数据分析可以找出最优方案。

（2）评估生产线物流系统的生产率和成本。通过系统仿真的方法可以判断生产线在长期生产过程中使总的生产率最大和成本最小的生产线布局、设备和人员的数量以及工作安排，也可以针对生产线的某一环节，在其它因素不变的条件下，确定使生产率最大和成本最小的布置和运作方式。

（3）寻找生产线的不合理之处。通过系统仿真的动画演示和仿真结束后的数据分析，寻找在汽车生产线中的不合理之处，通过不断的改进产生不合理之处的各项因素，达到优化汽车生产线的目的。

（4）选择合适的物流操作方式。在生产线物流系统中，除生产线布局、设施布置等固定因素外，工作人员在生产线的物流操作中所采用的各种操作方法也是影响生产线物流效率的重要因素。通过仿真的方法，可以比较各种操作方法的优劣，从而选取最为合适的物流操作方式。

3汽车生产线物流仿真设计

从上文的介绍中，可以知道汽车生产线流程主要是由冲

压、焊接、涂装、总装、检测等环节组成。由于条件有限，本文在进行具体仿真时，只选取涂装环节进行建模仿真。

3.1汽车生产线物流仿真模型设计

在对涂装流程进行生产线物流仿真时，涂装的整个流程

分别经过入库、前处理、分类油漆、烘干、分类暂存等工序。本文进行仿真的两个方案所经过的工序相同，但在油漆环节和暂存环节有所不同：方案1中油漆环节只有一条生产线，按照生产计划分批进行不同颜色车辆的喷涂，暂存时亦按照生产油漆环节需要若干条生产线进行不计划分批暂存；方案2中，同颜色的分类喷涂，暂存环节需要按照油漆的不同颜色分类进行暂存。各个工序之间都有传送带相连接，以便产品的传送。在出现流程无法及时处理产品而造成生产线部分堵塞的时候可以调节传送的速度以缓解堵塞状况。

本模型采用Arena仿真软件进行建模。汽车涂装环节生产线物流仿真包含五个子模块，即入库子模块、前处理子模块、油漆子模块、烘干子模块、暂存子模块。其中，方案1和方案2

图1

方案2的油漆子模块具体结构

（4）烘干子模块。烘干子模块同清洗子模块基本一样，通过烘干流程后，经传送带的传输送往下一环节。

（5）暂存子模块。方案1：方案1的暂存子模块很简单，就是利用基础模块dispose输出结果，以等待送往下一车间—总装车间。方案2：在经过前面几道工序后，产品将分类暂存，等待送往下一车间—总装车间。此时分类标准是按油漆的颜色来进行分类。在油漆子模块中，曾经加入了赋值模块（assign），此时，在暂存子模块中，就要利用assign模块的特性，利用前面已经赋的数值，使产品根据油漆子模块时的赋值不同，

进入不

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王

，等：汽车生产线物流仿真研究

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图3中可以看出，总时间与传送带速度并不是单纯的线性关系，其函数图形也不是简单的直线。在一定范围内增加传送带速度（如0.5-1.5M/S），等待时间、总时间都有所减短。这表明，提高传送带速度可以减少传送时间。但一定情况下又会引起堵塞的加剧，从而增加等待时间，反而会使总时间增加，降企业在设定传送带速度时要多方面综合各种低生产率。因此，

因素考虑，有条件的话应该在多次仿真的基础上进行结果分析，从而得到最优参数。

同的路线，到达不同的站点，从而实现分类暂存。此时的路径时间为T2。模块具体结构如图2所示。

图2方案2的暂存子模块具体结构

4结束语

本文综合借鉴了国内外关于计算机仿真应用、生产线组

3.2汽车生产线物流仿真结果分析

（1）不同方案的比较分析。在两个不同方案中，将共有的

织、物流系统仿真等多方面的研究成果，主要使用仿真的方法对汽车生产线物流仿真系统进行研究和探讨，运用Arena仿真软件进行了仿真建模并对分析了物流仿真结果。由于知识水平和研究的基础资料有限，本文对汽车生产线物流仿真系统的研究还不够全面和具体，而且欠缺与实际生产的结合。希望以后能够将仿真系统运用到实际生产线中，对现实生产能起到一定的指导作用。

[参考文献]

[1]SG.Lee，Rdesouza，EKOng.Simulationmodelingofanarrowaisleautomatedstorageandretrievalsystem(AS/RS)servicedbyrail-guidedvehicles[J].ComputersinIndustry，1996，30：241-253.

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[3]Anglani，AGrieco，MPacella，etc.Object-orientedmodelingandsimu-lationofflexiblemanufacturingsystems:arule-basedprocedure[J].Sim-ulationModellingPracticeandTheory，2002，(10)：209-234.

[4]詹跃东，骆瑛．基于Petri网的物流自动化系统建模与仿真研究[J].系统仿真学报，2001，13（24）：501-504.

[5]张颖利，邵明习.企业生产物流系统的建模与仿真[J].物流技术，2005，（12）：62-65.

[6]张丹羽，王莹，肖际伟.基于面向对象技术的物流系统的调度与仿真[J]．机械工业自动化，1999，(3)：24-26.

2002，14[7]唐孝飞.第三方物流配送仿真系统的研究[J].系统仿真学报，（1）：44-46.

参数值设定为相同，对其仿真结果进行分析比较。调节传送带速度后，共得到10组数据。这些数据都充分显示方案2的单件平均生产总时间远远小于方案1，即方案2的生产率大于方案1。这里所取的数值都是平均时间，不考虑最大值与最小值。方案1和方案2的区别在于油漆环节和暂存环节。方案1中只有一条油漆生产线，按照生产计划分批进行不同颜色的喷使得可以同时进涂；方案2中在油漆环节增设了两条生产线，行不同颜色的喷涂，不同颜色的油漆生产线由3条不同路径汇于一个站点，在暂存时要按颜色的不同分类，并通过不同路径到达不同暂存点。

从生产线布设情况来看，方案2多了几条生产线及暂存点，投入成本要大于方案1。但仿真结果显示，方案2的平均生即方案2的生产率大于方案1。虽产时间要远远小于方案1，

然方案2要比方案1多出两段路径的时间T1和T2（各为0.5分钟），但由于在方案1中油漆环节仅有一条生产线，极易产生拥堵状况，单件产品整个生产线平均等待时间占平均生产总时间的比例也相当高。因此虽然方案2的投入成本较大，收回成本的时间要大于方案1，但一旦收回成本，由于其生产率远大于方案1，此后的利润增长速度也将远大于方案1。因此，如果企业想长期生产，并希望生产线布设一步到位，方案2将优越于方案1。

（2）相同方案的比较分析。从刚才的不同方案的比较中可以看出方案2明显优于方案1。因此，选取方案2，改变传送带速度，则单个产品的平均时间情况如图3所示。

[8]郑顺水.生产线仿真技术研究[J].先进制造技术，2004，23（4）：22-23.[9]董建华，肖田元，樊树海,等.大规模定制汽车总装生产线规划及其仿真环境[J].系统仿真学报，2003，15（2）：202-205.

[10]WDavidKelton，RandallPSadowski，DavidT.Sturrock.Simulation

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[11]黄小青.仿真在物流管理中的应用[D].上海：上海海运学院硕士论

文，2003.

[12]薛永吉.仓储物流系统仿真及应用研究[D].南京：东南大学硕士论

文，2006.

图3方案2中不同参数下的时间比较

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/322q.html