基于Flexsim的实木地板生产线仿真与优化研究

王 博 王 巍

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)



·计算机技术及应用·

基于Flexsim的实木地板生产线仿真与优化研究

王 博 王 巍*

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

根据实木地板的加工制造流程，运用仿真工具Flexsim，建立了实木地板生产仿真模型，针对生产系统中存在的加工瓶颈进行了优化设计，使得实木地板生产效率得到了提高，证明了Flexsim仿真技术应用于加工制造系统的有效性和可行性。

生产系统，建模仿真，Flexsim，优化改善

0 引言

实木地板是人们常用的装修材料之一，跟随实木地板行业稳定而高速发展的同时，受资源条件影响以及行业内竞争的加剧，提高生产效率成为迫在眉睫的问题，这些对实木地板的加工制造系统提出了很高的要求。而原有的系统运行时间过长，系统设计主要依据数学建模和经验，生产系统具有复杂、不规律、实时、动态等特点，对整个系统进行建模，进而评价和优化的难度很大[1,6,8]。运用Flexsim仿真建模技术，可以不需要对真实系统进行破坏，使一些系统的内部问题更加清楚明显的表示出来，有效地解决问题，为建立优化方案打下基础[2,3]。本文运用软件Flexsim对实木地板加工制造的相应环节进行仿真建模，分析取得的相应数据，发现加工中的瓶颈环节并进行改善和优化，使得生产系统的加工效率得到提升，增加了企业的竞争力。

1 实木地板加工流程

本文对刨光至淋漆环节进行仿真。整个工序根据状况可以展示如下，从准备车间进入的原材料，首先经过3台铣床进行加工，每台铣床的平均作业时间一般为300 s处理一件产品，然后通过传输带传输到下一工序，整个传输过程为80 s。砂光机对传输过来的原料进行砂光处理，砂光机有2台。两种不同的砂光机处理效率不一样，一台可以对5个物料进行处理，另一台可以对2个物料进行处理。为了使成本降低，公司规定每当暂存区有5个待处理的物料时，才开启砂光机。处理5个物料的砂光机加工时间较长，一般为340 s，处理2个物料的砂光机加工时间平均为280 s，加工完将暂存区的半成品由2台淋漆机进行上漆处理，每台淋漆机一次可以处理一件半成品，加工时间为每次402 s，加工后的产品放置在另一个暂存区内，当暂存区内的数量达到10个，通过运输车运送至下一个车间。系统中的实体具体如表1所示。

表1 系统中的实体

2 实木地板生产线仿真建模

1)构建实体分布。根据各环节之间的内在的关系，以及假设的布局分布图。通过鼠标直接将所要建立的对象从实体库中采取拖拽的方式，放在视图窗口中合适的位置，也可以输入相应坐标，进行设定实体的位置[4,5,7]。

2)连接实体。将视图里存在的实体对象，用连接线将输出与输入端口连接在一起，表示实体的加工顺序。

3)加入参数。仿真的重点就是参数的设置，根据系统里所描述的对象的物理特征，可设置对象的各个条件如加工时间、加工效果等。也可以直接编程输入，使其满足用户的特有需求。

根据Flexsim建模要求，将参数输入到相应实体内。一类型的实体参数设置方法大体相同，不做过多介绍。现将个别难度较高的实体参数设置展示如下：

暂存区1的参数设置。因为暂存区1负责将在制品进行砂光处理工序，按公司规定，需暂存区的在制品数量达到5时，才可以开启砂光机。进行如下设置，暂存区的最大数量设置为10，如图1所示。

设置好各实体的相应参数，检查是否出现输入错误，或者在连接方面存在问题。检查无误后的模型如图2所示。

3 模型的运行与优化

3.1 运行模型和仿真结果的分析

以设置模型的运行时间1 d为限，即8×60×60=28 800 s。设置停止时间最大为28 800 s，单击Run按钮启动模型，当运行结束时点击Statistics按钮输出仿真结果。

从整体上可以明确直观的看出，在暂存区2存在着物料堵塞的现象。在铣床阶段，模型设置的前提和条件就是保证原材料的充足，所以在铣床阶段机器一直处于工作状态。

砂光机阶段，机器运行的状况如图3，图4所示。

从图3，图4中分析可以得出同样作业于砂光阶段，砂光机1的工作时间占总时间的60.4%，而砂光机2的工作时间占总时间的比例仅为14.9%。公司为了降低生产成本决定在砂光阶段采用定额生产的方式。为了达到机器开启的条件，机器很长时间都是空置的，即使等到加工任务，也先由砂光机1进行作业，砂光机2的作用在这一阶段很小，这使本阶段资源配置不合理，不仅影响生产效率，还造成了浪费。

在淋漆阶段，机器的状况如图5，图6所示。

淋漆机的生产效率随着时间的增加而不断增加。在开始的时候因为等待上面工序，所以机器的利用率低，之后，负荷增加，机器的有效工作时间增加，等待时间减少。

通过仿真模拟建模，获取的数据具体如上文所示，可以发现生产环节中存在如下问题：

1)砂光机的利用率低，砂光机1的利用率仅为60.4%，而砂光机2的利用率仅为14.9%。砂光机2几乎在生产系统中不产生作用。

2)在砂光工序之后和淋漆工序之间的暂存区存在很多待加工产品，影响整个系统的生产效率，是整个系统的瓶颈环节，应该进行优化与改善。

3)淋漆机1和淋漆机2的使用率过高，说明在淋漆阶段的工作任务量重，现有的机器数量不能满足生产需要，有待改进。

3.2 模型的优化

针对系统存在的问题，采取具体措施如下：1)可以将并行的2台砂光机中的一次加工5个半成品的机器去掉，只用一次加工2个产品的砂光机。2)增加淋漆机的数量。由原来2台淋漆机增加至3台淋漆机，增大淋漆环节可以处理的产品数量。优化后模型如图7所示。

3.3 优化性验证

通过运行优化模型发现，原来暂存区2存在的大量堆积现象已不见。对系统中各个实体的工作效率进行比较，可获得以下数据，具体如表2所示。

表2 优化后各设备运行状况 %

1)在闲置率方面，优化前后的数据如表3所示。

表3 设备闲置率比较 %

由表3可以看出，原来设备的闲置率不是过大就是过小，过大表明设备利用率低，生产效率低，过小表明设备生产负荷重，影响整个生产的流畅性。优化后设备的闲置率为10%～15%，这表明机器处于合适的工作状态，生产效率最佳。

2)在使用率方面，优化前后的数据如表4所示。

与设备闲置率相反，在原来砂光阶段，机器的使用明显过低，造成了生产上的资源浪费，在淋漆阶段则使用率过高，造成了设备的过度使用。在优化后各种设备的使用率均在80%～90%，处于最佳使用状态，不仅能保证生产能力，还能合理使用设备。

3)在阻塞率方面，优化前后的数据如表5所示。

表4 设备使用率比较 %

表5 设备阻塞率比较 %

由表5可以看出，经优化后整个系统的阻塞率大大降低，接近零阻塞的状态，表明设备生产过程正常且有效。整个系统生产流程流畅，之前生产中存在的瓶颈已经得到很好地解决。综合以上多个方面，证明了优化方案的有效性和可行性。

4 结语

本文根据系统建模步骤和方法对实木地板生产线系统进行了建模仿真和优化，通过模型仿真输出结果发现实木地板加工系统的瓶颈环节。增加淋漆阶段的生产设备，调整砂光阶段设备的数量，以及改变相应参数，使得实木地板生产线系统的效率和物料流通程度得以提升，证明了优化方案的可行性。利用Flexsim软件进行实木地板仿真与优化成果应用于具体公司取得了成功，降低了企业的生产成本，提升了企业的竞争力。

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Study on solid wood floor production line simulation and optimization on the basis of Flexsim

Wang Bo Wang Wei*

(Northeast University of Forestry, Harbin 150040, China)

According to solid wood floor manufacture procedures, the paper establishes solid wood floor production simulation model by applying Flexsim, carries out processing bottleneck optimization of production system, improves the solid wood floor producing efficiency, and proves the efficiency and feasibility of applying simulation technology in manufacture system.

production system, modeling and simulation, Flexsim, optimized improvement

1009-6825(2016)34-0254-03

2016-09-28

王 博(1994- )，男，在读硕士

王 巍(1975- )，女，博士，副教授

F406.2

A