装配仿真

关键词： 薄板 机箱 装配 变形

装配仿真（精选九篇）

装配仿真 篇1

本课题是大学生实践创新训练项目。大学生参加实践创新训练项目,可以鼓励和支持大学生尽早参与科学研究、技术开发和社会实践等创新活动,提高大学生的科学、文化素养,培养大学生的创新精神、创业精神和实践能力。江苏海事职业技术学院已筹备开展 《船机装配工》中级职业技能训练鉴定,还需要加强 《船机装配工》实训硬件建设,通过大学生实践创新训练项目,自主开发船机装配实训教学仿真装置,即船舶主推进仿真装置; 测定船舶轴系理论中心线装置,应用于 《船机装配工》中级职业技能训练鉴定,即强化 “双证书”人才培养模式,实现 “理实一体化”教学方式,提升学生的实践创新能力。

2船舶主推进仿真装置开发方案

2.1船舶主推进仿真装置主要组成

船舶主推进仿真装置,即十字头式柴油机仿真装置、船舶轴系仿真装置,构成船舶主机与轴系主推进仿真装置。

2.2船舶主推进仿真装置总体结构

船舶主推进仿真装置装配图,如图1所示:

2.3船舶主推进仿真装置材质

( 1) 十字头式柴油机仿真装置材质: 铝材、塑料。

( 2) 船舶轴系仿真装置材质: 铝材、塑料。

2.4船舶主推进仿真装置主要零部件配置

船舶主推进仿真装置主要零部件配置,如下表所示。

2.5开发的船舶主推进仿真装置实物图

开发的船舶主推进仿真装置实物,如图2所示。

2.6船舶主推进仿真装置功能

( 1) 装置具有仿真大型低速柴油机与轴系的船舶主推进装置,能直观认识船舶主机与轴系总体结构、工作原理、特性;

( 2) 能模拟轴系安装、校中;

( 3) 按装配技术要求,能对装置进行装配调整及性能调试的操作技能训练。

3测定船舶轴系理论中心线装置开发

船舶建造和轴系修理时,均有轴系安装和轴系校中工作,轴系的安装和校中的质量直接关系到主机推进系统安装的可靠性和船舶航行的安全性。轴系的安装与校中都是以轴系理论中心线为依据的。轴系的理论中心线是船舶设计时确定的轴系中心线,工作实际中,在轴系安装前,必须测量确定轴系理论中心线位置,所以开发的测定轴系理论中心线装置,即是用于模拟工作实际测量船舶轴系理论中心线的。

设计制作的模拟测定船舶轴系理论中心线的装置,装置实物如图3所示。

该装置功能: 模拟测定船舶轴系理论中心线。该装置加强了实训室硬件建设,开创了学生船舶轴系安装测定轴系理论中心线实训项目,完善学生知识结构,提升学生轴系安装的理论知识与操作技能,提升了学生实践应用技能。

4结论

飞机数字化装配工艺仿真技木 篇2

飞机数字化装配工艺仿真技木

利用产品的三维数字样机,对产品的`装配过程统一建模,在计算机上实现产品从零件、组件装配成产品的整个过程的模拟和仿真.这样,在建立了产品和资源数字模型的基础上,就可以在产品的设计阶段模拟出产品的实际装配过程,而无需实物样机.

作 者：毕利文 唐晓东 杨红宇 Bi Liwen Tang Xiaodong Yang Hongyu 作者单位：成都飞机工业(集团)有限责任公司制造工程部刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(20)分类号：V2关键词：

装配仿真 篇3

关键词： 拓扑理论 数据采集 自动装配

复杂周转轮系是指轮系结构复杂，装配、生产、调试复杂的产品，如飞机、航天器、船舶、卫星等[1]。此类周转轮系不同于简单周转轮系，产品装配的周期长、装配过程难度大、装配的成本很高[2]。仿真虚拟装配是近年来比较前沿的研究课题，此技术主要依赖数字化建模的方法在三维仿真软件环境下，借助仿真人机交互的软硬件设备在微型机上实现复杂产品的装配操作并可实现产品性能仿真分析、装配过程演示，从而完成对装配工人的工况条件下的装配工艺指导、探索新型产品、仿真分析产品特性、减低生产开发成本，尤其对飞机、卫星等大型产品，因所需资源类型较多、装配难度大、装配精度高等特点，开展基于拓扑理论的复杂周转轮系的虚拟仿真装配技术的研究有重要的理论、实践意义和应用价值。

1.虚拟装配关键技术

不同的虚拟仿真装配过程，因需求不同对装配模型包含的信息要求也是不同的，但通常包含以下两类信息是虚拟仿真装配过程必需的。

（1）拓扑模型信息：拓扑模型是将轮系的太阳轮、行星轮、啮合关系等抽象成为实心点、空心圈、粗/细实现、虚线等，具体说明见参考文献[3]。此拓扑模型是对装配实体信息的抽象，是点、线、约束面、实体之间关系，以便拓扑演化和反演，对新型轮系机构进行组合、拆分探索。

（2）轮系虚拟装配信息：应包含预装配的仿真轮系的元器件、层次结构、和装配约束关系等信息，以便在Pro/E仿真环境下调用相关零件进行产品组装以满足产品的要求。

为了实现复杂轮系的计算机系统的虚拟仿真装配，本文采用拓扑拆分信息提取的方法，即用Visual Basic面向对象软件、Pro/E三维仿真装软件和两个软件的接口软件Automation Gateway 4.0实现软件开发，利用开发的软件界面可以轻松实现绘制需要装配的复杂轮系对应的拓扑模型，软件后台会根据用户绘制过程提取Pro/E三维仿真装配所需要的拓扑信息及装配信息，而后通过提取的信息将其转换成虚拟现实环境所需要的信息，实现人机装配信息的数据交流和采集。图1给出了信息提取转换的流程。

图1 信息转换流程

2.拓扑绘制及信息提取界面的开发

复杂周转轮系的自动装配之所以能够实现，是依据用户所绘制的拓扑图形信息及提取的装配约束关系。因此，如何能在拓扑图与计算机自动装配之间构建起沟通的桥梁十分关键。为此，开发了简单的、易于操作的拓扑图绘制及信息提取平台。在此平台上，用户只需要点击相应按钮就可以完成拓扑映射图的绘制，同时后台可以根据用户绘制的不同的拓扑图，仿真装配出Pro/E下不同的周转轮系。

根据软件的要求及软件要完成的功能，开发出的平台应包含如下模块：

（1）绘制图形模块，应同时包括对图形的修改部分。

（2）图形信息自动提取模块。

本模块可以根据用户绘制的不同的拓扑图，提取出不同的图形信息，这些信息作为形成三维轮系仿真图的重要依据，进而完成一个拓扑图对应一个真实轮系图的一对一映射。

（3）自动装配模块。

本模块要完成两部分功能：①可以将已经绘制完成的拓扑图装配成三维仿真图。②当用户绘制的拓扑图不正确的时候，应该给出相应的提示。开发的初始界面如图2所示：

图2 初始绘图界面

a.图形绘制模块

图形绘制模块由命令控件（Command）和图形框控件（PictureBox）两部分组成。在图形框控件中，首先给出了已经画好的行星轮（4个）、太阳轮（4个）和系杆（3个）的图形符号，这些符号是通过形状控件（Shape）形成的，通过设置形状控件的Shape属性完成不同形状的设置。在行星轮符号的上边、太阳轮及系杆的下边显示字符”T”的位置，放置的是文本框，用来对各符号起标注作用，所有这些控件在程序进入运行状态时，是不显示的。只有用户绘制了相应的图形符号，其对应的文本框才呈现可见状态。

b.信息提取模块

信息提取模块可以根据用户绘制的不同拓扑映图，提取出相应的重要参数，为其后计算机自动完成轮系的装配工作打下基础。此模块中，提取出了用户绘制的拓扑的行星轮、太阳轮的个数及直线的条数。另外直线的宽度及类型等信息的提取已在图形的修改部分给出。

c.自动装配模块

自动装配模块有两个命令按钮组成，分别是“打开模型”命令按钮和“装配元件”命令按钮。其中“打开模型”命令按钮用来打开当前拓扑图所对应的装配文件，不同的拓扑图对应不同的装配文件，将其作为装配周转轮系的装配载体；命令按钮“装配元件”用来完成周转轮系的自动装配工作，装配流程如图3所示：

图3 装配流程图

3.应用实例

进行了Pro/E二次开发，并实现了基于拓扑理论的面向大型复杂周转轮系虚拟仿真装配过程，并在某教学用轮系演示装配过程中得到了应用。图4给出了绘图平台的初始运行界面，图5（a～b）给出了画图过程及信息提取情况，图6（a）给出了自动装配了一部分的装配场景，图6（b）给出了装配完成后的界面情况。

图4 初始运行界面

图5（a） 行星轮绘图及信息提取1

图5（b） 行星轮绘图及信息提取2

图6（a） 装配过程1

图6（b） 装配过程2

4.结论

（1）考虑拓扑模型的工况装配环境，目前的虚拟装配过程并没有考虑真正工况条件，均以零件模型为主，没有考虑工厂的实际加工和装配过程中的零件形状、尺寸的精确要求，这需要后续继续研发，实现产品零件的优化设计，可以在线根据实际要求对零件进行设计和再生。

（2）模型库的建立，目前开发的软件系统仅能实现6中简单和复杂周转轮系的自动装配工作，这对有拓扑模型反演化出的大量的轮系显然是不够的，究其原因在于元器件库中的元器件类型、种类等不够多样，目前暂不能实现多样化设计。

参考文献：

[1]Sankar Jayaram，Hugn IConnacher，et al.Virtual assembly using virtual reality techniques[J].Computer A ided Design，1997，29（8）：575-584.

[2]Liu G H，Yao Y X.Development of a new virtual environment system for assembly[J].Key Eng ineer ing Ma ter ia ls，2006，6：556-560.

[3]史晓影，孟祥丰，王慧武.基于拓扑演化理论的周转轮系综合构型与自动装配[J].机械传动，2014，38（11）：45-48.

柔性薄板件装配变形仿真 篇4

关键词：机箱结构,预紧力,ANSYS仿真

1 引言

薄板件是现代工业工程中常见的结构, 比如大小型机箱、飞机机身以及汽车覆盖件等, 其装配精度是反应产品或结构质量的重要指标。薄板件有着重量轻、加工量小及易剪裁等优点, 但是其横向抗弯能力差, 厚度小, 受力时易出现变形等问题也是工程中亟待解决的问题。有研究对铝合金矩形机箱的组装进行改进, 通过选用表面定位方式, 提高其表面及机箱结构的完整性。还有学者分析了薄板件装配时的误差来源, 并采用状态空间法建立了多工位误差传递模型, 以汽车地板薄板件为例, 验证了该方法的有效性。当薄板件采用螺栓连接时, 螺栓预紧力的施加及螺栓的安装顺序都会使得薄板件发生不同的变形。本文通过建立某型号机箱的有限元模型, 并模拟螺栓拧紧过程, 通过仿真计算得到不同的螺栓安装方案对薄板件的变形作用, 并得出使得薄板件变形最小的螺栓安装方案。以仿真结果作为实际安装工程的指导, 有效提高薄板件的螺栓装配精度与可靠性。

2 机箱结构建模

ANSYS软件是一款综合性的有限元分析软件, 其细化为非常多的专业模块。在进行静力学分析时, ansys建模方便, 网格划分准确, 计算结果精确, 操作方便。本文通过对机箱结构进行静力学分析得到因螺栓预紧力造成的机箱薄板件在装配时的表面变形、应力分布等。本文的机箱结构是由铝合金组成, 厚度为3mm, 尺寸为600mm*400mm, 连接方式包括焊接、铆接和螺栓连接, 在机箱每个面的边缘各有4个螺栓。但在建模时为了减少计算量, 忽略焊接点、铆接的集中应力影响。根据实际模型建立仿真模型, 单元类型选择shell, 材料选择铝合金, 密度为2700kg/m3, 屈服强度为72000Gpa, 泊松比为0.3, 划分网格时采用映射网格划分法, 由于shell单元划分网格时比较简单, 可直接在ANSYS软件中meshtool工具栏中设置网格单元大小或单元个数, 并且施加全约束。重力通过设置重力加速度来实现, 重力加速度在defineloads工具栏中设置。螺栓预紧力的施加方法有直接法、降温法和渗透法等, 本文选用降温法。降温法的基本思想是:把初载荷换算成对应的温度载荷加载的螺栓杆上。假定螺栓最初安装的联接件上不产生预紧力, 当螺栓上作用有负的温度载荷 (假定初始温度为0) 其他构件温度不变, 这时螺栓必然收缩, 螺栓必然受到一个拉力阻止其自由收缩, 而被联接件则受到压力作用。通过换算使温度载荷等效于螺栓上施加的初载荷, 便可以模拟预紧力。

3 仿真计算

本文研究机箱某一面的薄板, 在螺栓采取不同的顺序拧紧及不同的螺栓预紧力施加方法时, 薄板的变形情况。设置好各种参数后, 利用ansys中分析计算模块, 进行分析计算, 并在后处理模块中查看仿真结果。查看结果得到当薄板的螺栓同时拧紧时, 薄板的变形位移的均方根值最小, 表面最平整;最大应力为293Mpa, , 最小应力为46Mpa, 均方根值为0.16mm。当螺栓预紧力分为三步加载时, 薄板的变形比一次拧紧螺栓时有明显改善, 其均方根值分别为0.158mm和0.254mm。说明薄板件在使用螺栓装配时, 螺栓的装配方案会影响其表面精度;同时拧紧螺栓及螺栓预紧力分布加载都可以减小薄板的变形。

4 结论

本文通过仿真不同的螺栓分布及螺栓直径的钢板连接变形, 对比实验数据发现:

(1) 在相同的螺栓预紧力施加方法下, 螺栓拧紧顺序会影响薄板件变形, 同时拧紧螺栓变形最小;

(2) 螺栓拧紧顺序相同时, 预紧力分步加载会减小薄板件变形;

(3) 在进行仿真分析时, 薄板件板结构只受到螺栓预紧力和重力的影响, 未考虑热变形与振动, 有待进一步研究。

参考文献

[1]刘玉梅.薄板件切削回弹变形机理及装夹优化方法研究[D].山东:山东大学机电学院, 2012.

[2]唐彬, 魏连峰, 王泽明, 王世忠, 俞德怀.铝合金矩形机箱工装设计及拼接工艺[J].宇航材料工艺, 2013 (03) :134-136.

装配仿真 篇5

1三维装配仿真技术应用于飞机数字化装配的重要价值

飞机装配涉及诸多的零件和复杂的结构, 特别是飞机尺寸巨大, 形状多样, 要求严格, 装配中需要大量的资源作为基础和支持, 这就使飞机装配呈现出更为独特的特性。合理和充分地利用三维装配仿真技术可以以仿真和模拟的方式实现从零件到组件, 从装配到成品的全过程模仿, 有助于暴露飞机装配、飞机零部件出现的设计缺陷和结构问题, 从质量上保障了飞机装配的科学化与合理化, 从设计上预防了漏洞与缺陷, 由于三维装配仿真技术没有实物生产, 因此效率和效益得到了有效的保障, 对飞机装配具有深远的价值, 也正因为如此, 三维装配仿真技术成为飞机装配过程中数字化技术体系中关键的组成部分。

2三维装配仿真技术应用于飞机数字化装配的要点

三维装配仿真技术通俗地讲就是利用计算机和网络在软件支持的情况下, 通过虚拟飞机装配条件与环境, 调入飞机零部件的三维数字模型, 通过在虚拟环境的仿真装配和制造, 实现对飞机零部件上架、定位、组装等装配过程, 实现对飞机装配的数字化模拟。三维装配仿真技术不但可以提高飞机装配工艺的完整性, 而且可以提高飞机装配的精确性, 还可以通过准确地模拟各过程和各环节发现飞机装配中设计、技术、工艺方面的错误, 进而可以实现对飞机装配的调整。三维装配仿真技术的具体应用应该结合飞机数字化装配的过程, 这样不但可以提高三维装配仿真技术的实际应用水平, 还可以形成三维装配仿真技术应用于飞机数字化装配的要点。

2.1飞机装配顺序验证中三维装配仿真技术的应用

利用三维装配仿真技术可以在虚拟的情况下, 对飞机装配过程进行动态而连续的仿真, 这有利于对飞机零部件进行精确的检验, 还有利于对飞机装配顺序的确定和验证, 以发现飞机数字化装配过程中顺序存在的问题和错误, 以利于提高飞机装配的效率与质量。

2.2人机工程装配中三维装配仿真技术的应用

人机工程是飞机重要的系统, 在飞机装配中人机工程是关键的环节, 特别是飞机重要的操作离不开人的参与, 因此, 要高度重视飞机人机工程的装配操作。利用三维装配仿真技术可以在产品结构和工装结构环境中, 将标准人体的三维模型放入虚拟装配环境中, 按照工艺流程进行装配, 对工人工作特性进行分析, 具有可视性、可达性、可操作性、安全性及舒适性。

2.3数字化工厂中三维装配仿真技术的应用

利用三维装配仿真技术可以在数字条件下建立厂房、地面、起吊设备等三维制造资源模型, 将已经建立的各装配工艺模型和装配型架、工作平台、夹具等制造资源三维模型放入厂房中, 按照确定的装配流程进行全面的工艺布局设计。通过仿真使车间布局更加符合工艺布局可以设计最短运输路线、生产力均衡、充分利用空间和场地、方便运输并且快速重组。

2.4可视化装配中三维装配仿真技术的应用

利用三维装配仿真技术可以实现三维装配这一功能, 操作者能够采用终端电脑或手持电脑读取这些信息, 使工人能够准确、迅速地查阅装配过程中需要的信息, 在生产现场指导工人对飞机进行装配, 帮助工人直观了解装配过程, 实现可视化装配。

3结语

以三维装配仿真技术的应用为中心, 加速三维装配仿真技术在装配具体环节和重点部位的应用, 做到对飞机装配总体质量的保证, 进而使我国飞机生产与装配产业能够适应市场需求和国际竞争, 为飞机制造行业的发展提供数字化、系统化的基础。

参考文献

[1]刘检华, 宁汝新, 姚, 等.基于装配任务的虚拟装配工艺模型研究[J].系统仿真学报, 2005, (09) :92.

[2]郑轶, 宁汝新, 刘检华, 等.虚拟装配环境下快速碰撞检测方法的研究[J].系统仿真学报, 2005, (09) :57.

[3]宋荆洲, 孙汉旭, 贾庆轩, 等.一种改进的面向对象的虚拟装配建模方法[J].机械科学与技术, 2005, (03) :79.

[4]贾晓亮, 张振明, 田锡天, 等.以制造BOM为核心的制造工艺数据管理研究[J].制造业自动化, 2006, (05) :82.

飞机自动装配机器人设计及仿真 篇6

1 机器人自由度分配

装配机器人的结构有很多种,为了满足工作要求,本课题总体上选用6自由度关节机器人结构[3],在机器人末端安装钻铆单元作为执行器[4](如图1)。在工作中,首先由6自由度机械臂把钻铆单元运输到指定铆接点[5],并调整姿态使钻铆单元垂直于零件表面,然后再由钻铆单元完成钻孔、放钉、压铆3道工序[6]。

在结构上6个自由度全部为旋转自由度,具体配置情况如图2,坐标系0为基础坐标系,坐标系1~6分别是建立在6个关节中心的关节坐标。

在本课题中,钻孔单元所使用的钻头和铆钉都是回转体,且回转轴线平行于Z6轴,所以机器人只需要5个自由度就可以满足位置和姿态要求。但为了简化控制过程,设计中增加了一个用于机器人机动的关节2(如表1所示),且其转角θ2=180°-θ1,从而使由连杆4、5组成的平面平行于X0Z0平面。直线L1、L2分别表示铆接点处零件曲面与X0Z0、Y0Z0平面截交线的切线,α、β为L1、L2的斜角。当关节5、6的转角分别为θ5=α+θ4+θ3+90、θ6=β时,则连杆5平行于L1,连杆6垂直于L2关,从而末端执行器轴线Z6在该点垂直于零件表面,达到铆接姿态的要求。

2 钻铆单元设计建模

钻铆单元是飞机装配机器人的重要组成部分,它主要完成在零件上钻孔、放置铆钉和压铆3个工序,为了在钻孔过程中不会在两个待装配零件间产生切削毛刺和压铆时零件充分贴合,在钻孔和压铆过程中还必须压紧零件,所以在结构上钻铆单元必须带有压紧机构、钻孔机构、放钉机构、铆接机构。同时由于在飞机装配中所使用的铆钉直径规格不同,钻铆单元上必须包含几种规格的钻头。所以,在总体上钻铆单元采用由一个分度机构和一个复合刀盘组成(见图3),其中刀盘包括:4个不同直径规格的钻孔单元和1个铆接单元均布在同一圆周上。设压铆单元位置为分度机构的初始位置,其总体工作流程为:分度机构动作(选择钻孔单元)→钻孔→分度机构动作(返回初始位置)→放置铆钉→铆接。

3.1 钻孔单元设计

根据装配工艺要求,钻孔单元必须包括压紧零件、钻头旋转、钻头进给3个动作。如图3、图4(a)、4(b),设计中采用安装在电机支架上的电机来独立提供钻头钻转动力,同时安装在复合刀盘上的电机与丝杆联接带动电机支架向下进给,在进给过程中电机支架压缩弹簧推动压筒向下运动(压筒不受丝杆控制仅沿丝杆滑动),从而压紧零件实施钻孔。

3.2 压铆单元设计

压铆单元设计的关键在于零件压紧、放钉、压铆的协调。设计中选用丝杆1和丝杆2独立控制压铆杆和压筒的运动(如图4(c)),当分度盘归零后首先丝杆2动作,带动压筒进给压紧零件,压筒动作1s后铆钉沿铆钉滑槽下滑,并从压筒上铆钉入口滑入压筒,从而滑入零件铆钉孔,再由丝杆2动作带动压铆杆进给完成压铆。

4 基于ADAMS的仿真分析

4.1 工作时序

飞机铆接装配工作量很大,在装配中要求机器人每个动作协调性好且响应快,按照项目对装配效率的要求,需要在15s内完成一个铆钉的安装,表2为该飞机装配机器人各部分动作时序。

4.2 仿真结果

从仿真结果可以看出,钻孔压缩过程对零件的最大压力都在220~350N,压铆杆压力最大800N,根据飞机零件及铆钉材料特性分析压紧过程对零件压力不会对零件造成损伤,而压铆力也满足直径小于15mm的铝合金铆钉变形要求(飞机装配用铆钉直径一般小于8mm)。同时钻孔进给速度和压铆进给速度都小于60mm/s,满足快速性和系统稳定性要求。

5 小结

飞机是一国家的国防支柱,作为一个空中战略武器平台受到各国空前的关注。目前我国的飞机制造特别是飞机装配技术还完全依赖手工铆接,这严重制约了我国下一代战机和大飞机项目的发展。本文以飞机自动装配机器人研制过程为基础,介绍了了该机器人的结构设计方案,运动方案,以及在ADAMS下的钻铆单元仿真情况,从最终仿真结果可以看出,其结构及运动设计完全满足设计预期。同时由于飞机装配机器人是一个复杂的系统,还需要后续研究来不断改进完善。

参考文献

[1]费军.自动钻铆技术发展现状及应用分析[J].航空制造技术,2005(6):31-35.

[2]刘善国.先进飞机装配技术及其发展[J].航空制造技术,2006(10):28-31.

[3]蔡自兴.机器人学[M].北京:清华大学出版社,2000.

[4]刘宇平.打造航空工业自动钻铆设备先锋[J].航空制造技术,2006(12):50-51.

[5]李康.介入式手术机器人机械结构设计及运动学仿真[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006.

转向单元装配线仿真建模及优化研究 篇7

装配是制造过程中的一个重要环节,由于其过程复杂、技术要求高、自动化程度较低,对其生产过程进行优化存在着较大潜力。高效率的装配线是企业完成生产的重要环节,可以决定生产企业的整体劳动生产率和产品质量[1]。

某企业的产品为重型车辆传动部件,其中转向单元是其主要产品。随着市场的发展,转向单元的需求量与日俱增。但该企业的转向单元装配线投产至今,一直没有在优化平衡方面做深入研究,存在整条装配线不平衡、生产率低的问题。由于装配线各工序负荷的不均衡,极易造成工时损失甚至生产的中止,所以,急需对原有的转向单元装配线进行优化,提高生产率,降低成本,满足企业扩大产量的需求。

装配线仿真优化是以计算机支持的仿真技术为前提,对装配线的各个单元进行仿真建模,在仿真环境中模拟出装配线的装配全过程,根据仿真分析结果,制定出优化方案。

1 转向单元装配线简介

1.1 产品介绍

转向单元部件专用于某重型车辆,位于传动路线末端,是一个回转类部件,成品如图1所示。该部件具有零件多、重量大、结构复杂和装配工艺路线长的特点,转向单元包含的主要零件如图2所示。

1.2 装配线介绍

该企业转向单元装配线每天三班连续生产,每班6小时(不含工休20分钟),共18小时生产时间。由于采用人工操作,可以认为无设备故障。在每个工位装配完成后,当即进行检验,可以假设产品100%合格。装配线由一条总装线及三条支线组成,共35个工位。三条支线分别负责装配三套组件,之后将装配好的组件输送给总装配线完成总装配。该装配线目前存在的问题是生产率低,节拍不稳定,装配线不平衡。

由于“仿真”研究具有投资少、周期短、见效快、可控、安全无破坏性、极易修改结构及参数、易于考虑多种因素的综合作用等优点,对转向单元装配线采用Flexsim仿真软件作为研究平台,制定优化平衡方案。

2 仿真研究

2.1 建立仿真模型

2.1.1 原装配线建模

在Flexsim仿真软件环境中,根据装配线的实际配置,建立仿真模型,如图3所示。合成器与处理器工位在装配线中,用大写英文字母“Z”开头;字母后用数字表示所属装配工位,例如:“Z206”表示2号支线中的第6个工位,也代表模型中的对应实体,以此类推。

2.1.2 设置参数实体

在Flexsim仿真软件环境中进行装配线建模的常用参数包括:零件到达时间、暂存区容量、操作员数量、预置时间、装配时间(或处理时间)及仿真运行时间等。在转向单元装配线建模过程中,使用了如下参数:

1)零件到达时间。在实际装配生产过程中,该装配线有专人负责零件供应,所以装配线不受零件供应缺乏影响。所以,设置参数为常值60,即可满足仿真需要。

2)预置时间。在装配线中,有些工位需要对零件进行涂抹润滑脂等操作,所以预置时间根据调研数据,按常值进行设置。

3)装配时间(或处理时间)。在装配线中,用处理机及合成器实体模拟处理及装配工位,该时间包括工位的装夹、装配、检验等时间。各工位数据详见表1～表4。

4)仿真时间。该装配线每个班次工作后,当即进行车间清理,每个班次互不干涉。所以,仿真模型模拟装配线一个班次的装配即可,仿真时间设置为216000秒(6小时,已排除工休时间),无预热时间。

5)其他参数设置。对于仿真结果无影响的参数可以选择软件默认值。

2.2 运行仿真模型

运行上述仿真模型,可得到如图4所示透视图。

从仿真运行截图中可以观察到,零件供给暂存区内零件供应充足,1号支线中在Z102工位前,2号支线在Z202,Z211工位前,Z116工位与4号支线连接处,四处工位前的暂存区存在堆积。3号支线的工位Z301需要手工装销,效率很低,可以推断3号支线的供应速度比工位Z101慢,造成工位Z102等待3号支线供件,所以形成Z102工位前的暂存区零件堆积;Z116工位与4号支线连接处暂存区出现堆积,是因为1号线供应速度慢,造成工位Z116等待,再对比数据,可知是3号支线的装配速度慢,降低了1号线装配效率,造成堆积;2号支线在Z202,Z211工位装配速度慢于其他工位,造成上游堆积;3号支线与4号支线内工件流畅。由统计数据可计算,在仿真时间216000秒内共装配出成品240件,装配节拍为90秒。

从理论上说“只有达到平衡”各种资源的利用率和效率才最高。流量平衡化产生效率最佳化是所有生产系统追求的终极目标。流水线作业效率可以用生产线的平衡率来评价[2]。计算公式如下:

在Flexsim软件仿真数据报告中,可以得到各个工序的空闲率,所以生产线的平衡率计算公式可以变换如下[3]:

定义原装配线的平衡率为η0,根据上述公式及统计数据,由于Z301的空闲率最低,认定该工位是整条装配线的瓶颈。可以计算,η0=41.82%。说明原装配线平衡效率低,需要进行平衡。

2.3 造成装配线不平衡的原因

1)装配车间的工人年龄跨度大,且男女工人都有,在工作分配时考虑到装配线劳动强度,实行岗位工资制,并把年长和女性工人分配在相对清闲的工位,年轻的男性工人分配在繁忙的岗位。

2)整条装配线基本是每个工位装配一个零件,由于技术条件的限制,导致装配工作的强度和时间不同,并且某些工艺存在不足。

3)由于企业经费问题,只有钳工工作台适合多人操作,装配线使用的装配工作台只适合一名工人操作,且车间空间无法容纳同工位布置多个工作台,因此导致零件装配时间长的工位,无法依靠增加人员解决速度问题。

2.4 装配线优化平衡思路

1)改进缺陷工艺:把同工位的多个技术条件进行分散;工作负担重的工位技术条件少,反之亦然;增加自动化工具,提高装配效率。

2)应用启发式平衡方法,对原装配线进行平衡。

2.5 优化方案

使用启发式装配生产线平衡方法,并结合装配车间的装配线实际情况,对现有装配线进行优化,方案如下:

1)按照启发式方法所遵循原则更改工艺,先分配后继作业多且作业元素重要的工位,在原有号线的工位Z206后,接入1号线工位Z115进行装配,这样减少了工位Z115需要保证的技术条件数量,做到把技术条件分散,同时减轻工位Z115操作工人的操作强度,也相当于后继作业多的工位向前移动;再将2号线的Z207工位接入到原1号线工位Z115后,工序对应为原Z207,Z208,Z209,Z213,Z210,Z211,Z212,Z116(在新方案中按命名规律重新为工位编号),原3号线和4号线的接入位置不变。

2)再次应用启发式平衡方法,考虑由于实际情况限制原工位的作业元素不可分,所以只能对原工位做合并调整。将Z105、Z109、Z113、Z117、Z119、Z206、Z402工位并入上游工位(原工位编号取消),合并后的装配时间是原工位装配时间之和再加上转换时间,这个时间,接近或等于装配线预期节拍。合并后取消装配线中对应的工位编号。黏贴产品合格证的工作内容增加到工位Z123,这样装配车间原来做这个工作的岗位可以取消。调整后,各个工位的操作时间均小于等于60秒,所以预计装配线的生产节拍控小于60秒。调整后的装配线(仿真模型)如图5所示。

3)为装配线配置电工扳手,提高螺栓连接工位的装配速度。

2.6 新方案仿真分析

运行新方案仿真模型,统计数据如表5所示。

计算装配线平衡率:指定新的方案后,Z301仍是瓶颈工序,定义优化后的装配线平衡率为η1,使用公式(3)计算,装配线平衡率为η1=75.75%。一般情况下,当装配线的平衡率在75%～90%之间的时候,认为装配线处于平衡状态。还可从统计数据知:优化后的装配线共28个工位,较原装配线减少7个工位,装配线优化平衡后,生产节拍是60秒。

2.7 装配线优化前后方案对比

原装配线经过优化,取得明显的成效:工位数量精简,生产节拍加快,装配线平衡率增加,具体如表6所示。

通过以上比较可知,按上述方案对装配线进行优化平衡是可行的。

3 实际应用效果

企业根据上述优化方案进行了装配线改造:重新设置工位,为相关工位配备了电动扳手、电动修磨机及液压轴承安装机。试运行期间,仍按原排班方式进行装配生产,统计结果显示,日产量提高50%左右,整条装配线半成品堆积现象明显好转,部分工人反应劳动强度稍有增加但可以接受,企业对结果十分满意。

4 结论

本文结合调研掌握的实际情况及数据,使用Flexsim仿真软件建立原有装配线仿真模型,运行并统计仿真结果,研究原装配线产生瓶颈的原因,以启发式平衡方法作为理论基础结合工艺改进,制定出对原有装配线进行优化平衡的方案。主要包括:重新分配作业元素;改进原有装配生产线的装配工艺,对装配时间短、操作简单且相邻的工位进行合并,减少设备及人员数量;添加先进工具,使装配工作自动化水平相对提高。对优化装配线的方案进行建模及仿真分析,统计数据显示:工位由35个减少到28个;装配线节拍由90秒减少到60秒;平衡率由41.82%提升到75.75%。采用优化方案优化后的装配线生产效率明显优于原装配线,且是平衡的装配线,实际应用效果良好。

摘要：利用Flexsim仿真软件,建立了转向单元装配线的仿真模型。通过对仿真模型运行结果的分析,有针对性地利用启发式平衡方法对装配线进行平衡优化,提出对合装工艺、锁紧工艺、密封工艺等几方面的优化仿真方案。采用优化方案后,装配线平衡率由41.82%提升到75.75%,工位由36个减少到28个,节拍由90秒减少到60秒。解决了整条装配线不平衡、生产率低的问题,提高了企业的经济效益。

关键词：转向单元装配线,优化,仿真

参考文献

[1]陈红霞,刘军,王晓昱,等.机械制造工艺学[M].北京.北京大学出版社.2010.

[2]张群,张杰,译.威廉史蒂文森.生产与运作管理[M].北京:机械工业出版社.2000.

装配仿真 篇8

目前虚拟装配是装配领域近年来的一个新兴的研究方向,它的研究与发展极大地推进了虚拟制造技术完善,具有广阔的应用前景。通过虚拟装配技术的研究和应用,有助于在产品设计阶段就能够解决后续装配中可能存在的问题,保证了产品的可装配性,提高产品设计效率,减少返工的概率,并且可以省去部分或全部实物样机,从而缩短产品设计周期,实现产品快速研制。为了使产品在早期的研发方案阶段避免出现人机工程方面的问题,实现较为理想的装配设计,研究虚拟装配环境下的人体模型就尤为重要。利用人体模型来对产品总体设计的合理性、装配操作的舒适性、可见性、装配的可达性等进行虚拟检验,并进行人机工效的评估,这样可以对产品的不同装配方案进行评估和筛选,实现优化选择,提高产品装配的人机工程设计的效率和准确度,获得满意的装配方案,使产品在设计阶段就充分考虑产品的可装配性。另外使得产品的设计更科学合理,缩短产品研发周期,节约产品的设计开发费用。

由于人机工程领域对人体建模技术有巨大需求,国内外很多科研机构做了大量人体建模方面的研究工作,搭建了很多人体建模系统。20世纪60年代后期,英国诺丁山大学首先开发了计算机化人体建模系统“SAMMIE”。美国宾西法尼亚大学开发的JACK人体建模系统,在FORD、TOYOTA等汽车公司得到应用[1]。

本文根据DELMIA中的人体模型,分析了人体结构,对其进简化,用于计算装配操作时的人手的作业域,检查虚拟装配设计中是否存在不符合装配要求的地方,从而验证装配设计中考虑人机工程的重要性。

1 DELMIA中人体模型

人体几何模型就是所建立的适合研究需要的人体可视化几何模型,是其他人体模型的载体。人体建模的方法有很多,主要有棒状模型、表面结构模型和层次结构模型等。各种模型的精度、逼真度不同,应用范围也不同。一般的说,人体模型的精度和逼真度越高,需要的数据量越大,因此,并不是模型的精度和逼真度越高越好,在确保产品开发中人机工程设计与分析所需要人体模型精度和逼真度的前提下,需要研究适宜的人体几何模型、建模方法以及模型的适当简化问题[2]。进行虚拟装配设计时,装配人员的作业域是可装配性的一个重要方面。要求解作业域,就必须根据适宜人体模型进行运动学分析,得到操作者人手的作业域。所以在进行虚拟装配设计时,需要引入人体模型,并进行适宜简化,求出人手作业域,为产品设计提供参考,进而缩短研发周期,节约开发费。此文中我们引入DELMIA中人体模型,并进行适当简化。

DELMIA公司成立于2000年6月,是Dassaul Systemes(达索系统集团)整合旗下Deneb,Delta和Safework三家软件公司的解决方案而合并组成的e-Manufacturing软件公司。提供了以生产工艺过程为中心的最全面的数字制造方式与解决方案。DELMIA软件的人机工程模块提供了工业界第一个和设计环境完全集成的商业人体工程模型。使用人机工程模块可以评估人体行为因素,用户和设计人员在其软件虚拟环境中可以解决装配设计问题,可以快速为人体运动进行建模和分析。作为成熟的CAD/CAM软件,DELMIA把人体测量学中的各种知识和理论直接嵌入程序内部,这样在实际的设计过程中,只需要把人体模型直接放入所考虑的装配设计之中,省去了做人体模型的繁复工作。DELMIA中的人体模型可根据选取的百分位数或具体的人体数据进行实时调整,其人体模型如图1所示。

2 人体模型的运动分析

在研究人体的运动时,一般以关节作为坐标点,在模拟人体某个手臂运动时,人体手臂的位置将被某个确定的坐标系来描述,而手的运动则是以某个中间坐标系,如固接于手臂端部的坐标系来确定的。

用笛卡儿坐标系描述手的运动时,必须把确定手的运动的各中间坐标系变换为一系列能够由手臂驱动的关节位置,这样确定手的位置、姿态和各个关节位置[3]。研究人体运动特性。由于人体的运动受到关节的活动度和力量的约束,要研究人体运动,首先要分析人体运动系统的解剖特性,并以此为基础进行自由度的简化并确定关节活动度。从运动机构的角度来看,可以把人体看成是由许多关节和节段组成的机构体,每一节段可以用一连杆来代替[4]。DELMIA中人体模型的结构特性正体现了这个特点,图2所示为DELMIA中人体模型的结构特点,由图2显示,人体运动可以看作人体简化为由关节和节段组成的连杆运动体系。人体的运动可以由这些连杆组成的运动体系来求出可达区域。图3所示是为从DELMIA人体模型结构中抽出的人体运动连杆模型。

人体运动解析中手或脚在任一空间的位置由式(1)确定其方法是先建立一个三维基坐标系(X,Y,Z),然后在每一个运动肢体上建立一个固接的相对坐标系(xn,yn,zn),人体在运动时,手或脚在空间的位置通过下述坐标变换最终能用基坐标系来表示[5]。

式中[pn]为(xn,yn,zn)在基坐标系中的坐标原点,[Tn]为(X,Y,Z)与(xn,yn,zn)两坐标系角度变换矩阵,[Tn]可通过坐标系(xn,yn,zn)绕坐标轴xn,yn,zn进行旋转α,β,γ后可得。

3 人机工程在虚拟装配中的应用

在虚拟装配设计中,利用人机工程技术,根据虚拟装配环境,通过对虚拟人体的控制,模拟装配人员在装配时的各种实际作业操作,并进行测试和分析,实现虚拟装配方案设计的人机工效学评估,以及时发现产品设计与装配设计中存在的问题,完善产品的设计。应用人机工程主要可以完成以下分析:

可达性检验。主要是考察产品各个零部件装配顺序、装配路径对人体可达性的影响,检查零部件是否处于装配操作的舒适范围之内,发现产品哪些零部件处于装配作业域之外。

可见性检验。主要检查产品零部件因为装配次序不同,装配路径不同导致的是否存在装配时待装配零件或者位置不可见。

作业空间的合理性与舒适度检验。检查装配作业空间是否符合人体作业需要,总体布局是否合理,装配操作是否舒适。

4 人机工程在虚拟装配中的应用示例

对于所设计的产品进行虚拟装配设计时,装配人员的作业域是必须要考虑的一个重要方面。设计者必须事先确定装配操作的工作空间和工作范围,而装配空间是指装配操作人员在固定的装配工位上,在空间内能够触及到的点的总和。在虚拟装配设计的同时计算手的作业域,可以提前发现产品哪些零部件处于手作业域之外,这样对于在作业域之外的零部件,在产品装配序列与路径规划时进行优先考虑,通过分解装配、附加设施等额外措施来解决作业域外的零部件。对于无法解决装配的零部件则可以直接反馈产品设计部门,重新考虑产品设计,避免产品在实际装配中出现不可装配的问题,出现重大损失。

求出虚拟装配中人手的装配作业域后,进行虚拟装配设计时就可以在安排装配序列与路径规划的同时考虑装配的可达性问题,对于人体不可达的零部件,优先安排装配,装配路径规划时可以添加辅助设施,比如吊臂、扶梯、移动台阶等来满足装配可达性要求,或者对产品进行分解装配,这样满足所有的零部件都在人手的作业域范围之内,以满足虚拟装配设计要求。无法通过更改装配次序、分解装配或者添加辅助设施进行装配的零部件则应该属于产品设计中不符合装配要求的缺陷,必须反馈产品设计部门进行重新设计。由此可见,在产品设计同时就考虑产品可装配性是非常必要的,这可以减少产品设计的缺陷,提高装配设计效率。

在DELMIA中进行产品虚拟装配设计时,除了选择比较优化的装配次序和路径外还需要考虑零部件的装配可达性。通过计算人手的作业域发现产品装配的可达性中可能存在的问题。图4所示为虚拟人进行装配时自然站立双手能够达到的作业域,图5为虚拟人体最大弯曲时双手能够达到的作业域。

由图可以看出产品的顶部与底部为作业的盲区,很难通过人体自我调节来达到装配要求,此时可以考虑分解装配。比如将产品分解在不同生产线进行装配后再进行总装,或者利用附加设施,比如扶梯、机械吊臂等来辅助完成,并且在安排装配次序时,优先安排难以达到的作业空间里的待装配零部件,这样在使用辅助工具情况下装配时能够顺利完成。另外进行装配时还需要考虑视觉的盲区,优先选择盲区内的零部件进行装配。

5 结论

由此可见在虚拟装配中,在设计的早期阶段进行人机工程分析能够减少方案的整体设计时间,使设计者在进行产品设计和装配设计时考虑到人的因素,避免出现难以装配的设计缺陷,从而提高装配设计的效率,及时发现并纠正错误,缩短设计周期和降低研制费用。通过人机工程仿真在DELMIA中应用,得到了人手作业域,从而可以直观的评估虚拟装配的装配次序和路径安排的合理性与装配的可达性,体现了人机工程在虚拟装配中有很大的应用前景。

摘要：在虚拟装配中,可以通过人机工程的仿真和运用来评估虚拟装配设计的质量和零部件的装配可达性。本文将人体模型作为虚拟装配的一个重要因素来研究,根据DELMIA中人体模型特点,阐述了人机工程在虚拟装配中的应用,并在DELMIA中进行了人机工程仿真应用示例。

关键词：虚拟装配,人体模型,人机工程,仿真

参考文献

[1]杨立强,刘西刚,秦立斌.人机工程学领域人体建模技术发展综述[J].装甲兵工程学院学报,2006,20(2):61.

[2]刘维平,刘西刚,杨立强.虚拟人机工程技术及其在装甲车辆研发中的应用[J].装甲兵工程学院学报,2006,20(2):66-67.

[3]陈信,袁修干.人-机-环境系统工程计算机仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.

[4]袁修干,庄达民,张兴娟.人机工程计算机仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

装配仿真 篇9

生产过程优化是提高生产效率的重要途径。以往改进生产线多是依靠现场经验完成,这种方法缺少准确性,难于快速找到制约生产率提高的环节和关系。随着计算机建模仿真技术的发展,已能够实现对生产线各元素和过程关系进行系统建模,在虚拟环境中研究生产制造全过程,通过仿真分析找到制约生产率提高的瓶颈环节,从而得出生产过程的优化方案。

本文是应用一种三维动态仿真系统Flexsim,完成一条机电产品装配生产线的建模仿真。该软件建模方法简捷,又具备可视化三维动态仿真功能,为生产过程仿真分析及优化提供了一种有效工具。

2 生产线建模与仿真

2.1 生产线建模与仿真的基本流程

完成生产线仿真,首先要掌握生产过程建模仿真的基本流程,其次要对生产过程进行必要的简化。应用Flexsim系统进行生产线建模仿真的基本流程由7步组成,如图1所示。

在上述流程中建立系统的Petri网理论模型及将Petri网理论模型转化为Flexsim仿真模型是建模与仿真的关键环节,它直接影响仿真结果的有效性。通过对仿真运行结果的分析可以得到生产线的优化方案,为生产线改进提供依据。

2.2 装配生产线构成

本文所研究的机电产品装配生产线的主线具有9个工位,其中1、2、4、5工位各有一个前期工位,完成这一机电产品的装配。装配生产线主生产线的生产节拍是2min,辅生产线的生产节拍是1min。各工位的工作内容及设备配置见表1。

2.3 生产线Petri网模型的建立

生产线的加工过程中,机器与机器之间的关系很难用离散事件数学模型来描述,而用Petri网可以简单清晰地描述它们之间复杂的关系。为了用Petri网建模方便,提出以下几个假设条件:车间的各个输送设备运转正常,无故障;零件配送考虑线边安全存量,保证线上无缺货现象;线上零件在使用过程中无损坏;各工位都配有专用的工具。经简化得到总装车间装配生产线的工艺流程图,如图2所示,在图中只列出一些具有代表性的零部件。装配线的变迁时间是一组工人完成该工位装配所需的时间。

结合装配生产线工艺流程图得到其Petri网模型结构图如图3所示。

在该模型中库所集合:P={p0,p1,…,p13};变迁集合:T={t0,t1,…,t12};流关系:F={(p0,t0),(t0,p1),(p1,t1),(t1,p3)…(t12,p13};。

图3中各变迁和库所的定义见表2。

2.4 Petri网模型到Flexsim模型的转化

将建立的Petri网模型中的库所、变迁与Flexsim仿真模型中的实体相对应,并设置这些实体的相关参数,即可建立生产系统的三维Flexsim模型,从而实现Petri网模型到Flexsim模型的转化。

在转化过程中,通常情况下Petri网模型中的输入库所,在Flexsim模型中用发生器(Source)实体来模拟;其中间状态库所用处理器(Processor)实体来代替,并在该实体属性表中设置工人参与零件的准备和零件的加工;Petri网模型的输出库所,在Flexsim模型中用吸收器(Sink)实体来模拟实现。Petri网模型中的变迁,一般是通过设置Flexsim模型中相关实体的对应参数来表示。

为装配生产线的Flexsim仿真模型立体图如图4。

用Flexsim系统所建立的模型与实际生产系统一一对应,其对应关系见表3。

3 仿真模型参数设定及运行结果分析

3.1 Flexsim模型中实体参数的设定

正确完整地采集系统相关参数是保证仿真有效的关键步骤之一。在一个具体模型参数的设置过程中,应该设置哪些参数是根据仿真目标和仿真模型的不同而定的。

在此生产线的开始,装配件已经提前送达,不需要任何等待即可进行操作,所以生成器实体(A1、B1、C1、F1、H1)参数选项卡中:到达方式选择“按时间间隔到达”,到达时间间隔选择“指数分布”并将其尺度参数改为“1”(相对各个工序的加工时间较小的值)。

在实际生产中各个工位所需的零部件在开工时也已经全部到位,不需等待即可工作,生产线加工时间可统计得到,所以处理器(A2、C2、E1、F2、H2、J1、K1、L1、M1)参数选项卡中处理时间选择“cycletime”并将其参数依次设为“1.8、2、3、2.2、2.1、5.1、2.2、2.1、2”,具体数据值依据真实生产线加工时间。

生产线的1、2、4、5号工位完成前期工位送达部件及本工位要添加部件的装配,所以用合成器来模拟。各个合成器(B2、D1、G1、I1)参数选项卡中首先选择“合成器”标签,在包含“合并、装盘、分批”列表框中选中“合并”项,在组成清单中设置端口2到达数量为“1”,这是因为该工位从端口2直接收到一个实体。然后在“处理时间”标签下选择“cycletime”并将其参数依次设为“2.1、4、2.2、1”,具体数据值依据真实生产线加工时间统计得到。

因为在此模型中假设无预处理时间且机器无故障,所以在处理器和合成器的“处理时间”标签下,预置时间、MTBF(平均故障间隔时间)、MTTR(平均维修时间)都为0,选择系统默认值。

输送带(A3、B3、C3、D2、E2、F3、G2、H3、I2、J2、K2、L2、M2)的参数根据实际生产情况确定。在其参数选项卡中先选择“输送机”标签将输送速度设为“5”,最大容量设为“3”;然后选择“布局”标签,将“length”参数设为“5”。

为了使得仿真模型完整,并利于下面进行结果分析,在模型最后放置一吸收器(M3),其参数选择系统默认值。

3.2 运行结果分析

因为该生产线每天工作8h,所以运行用Flexsim建立的这一机电产品装配线仿真模型,仿真时间为481min,得出仿真报告,见表4。从仿真报告中吸收器(M3)的“input”数据为90,可知当天产量为90件。

(1)分析问题

对生产线进行建模与仿真的目的就是为了找到制约生产线生产效率的环节,即找到生产线的“瓶颈”,针对“瓶颈”提出优化改进方案,从而完成仿真。“瓶颈”就是系统中相对繁忙的元素,从仿真报告中可以看出,大部分工位都存在空闲状态。这是因为该系统从初始状况,即时间为0开始运行,在完成第一件成品之前,每个工位都处于等待前面工位完成的状态,所以后面的工位开始都是空闲状态,而且越往后的工位空闲时间应该越长。

从系统运行仿真报告可以看出存在以下问题:

G1、K1、L1、M1空闲时间太多,E1空闲时间相对较多;

A2、B2、C2、F2、H2、I1都有堵塞现象;

D1、J1太忙,空闲时间相对较少,是“瓶颈”所在。

(2)优化方案

针对系统中存在的以上几点问题,提出优化方案:

减少G1(即工位4)上的操作人员数量,使该工位工作节拍降低、操作时间增加;

D1、J1(即工位2和工位6)是系统的“瓶颈”,可通过增加这两个工位的操作人员的方案来提高其工作节拍、缩短该工位的操作时间;

平衡系统中各个工位的工作节拍,提高各个设备的利用率,防止出现空闲太多或太繁忙的状态。

4 结 语

上述所讨论的应用Flexsim进行生产线建模与仿真分析方法适用于常见的离散制造过程的仿真优化。由于这一系统仿真软件及方法具有建模过程简捷、具备三维动态可视化功能、能将仿真结果以报表和图形的形式输出等特点,便于对仿真结果进行分析,可快速准确地找到制约生产效率的瓶颈环节,对改进生产线提高生产率是一种有效方法。

参考文献

[1]张晓萍.系统仿真软件Flexsim3.0实用教程[M].北京:清华大学出版社,2006.