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基于离散事件仿真管理手动汽车装配系统中的瓶颈

摘要

当对每种产品的需求适中时,批量生产模式非常方便。然而, 它们的特点是高在制品库存, 在更换模型时损失了生产时间, 并且随着产品需求的变化, 在改变生产率时柔性降低。另一方面, 混合模型线可以减少在制品库存并增加柔性。本文的研究目的是说明，通过确保高工作站利用率, 减少站前的排队长度, 减少工作站停机时间, 来管理瓶颈，以实现手动汽车装配系统的优化。本文以一个汽车工业为例进行了数据收集。利用仿真软件开发了模型。在进行详细的瓶颈分析之前，这个模型得到了检验和证实。然后提出了一种优化瓶颈管理的操作策略。虽然本文重点改进批量模式的汽车装配系统,但该方法也可以应用于简单模式手动和自动化生产线。

1. 介绍

装配线可分为单一模型，批量模型和混合模型线。 在批量模型装配系统中，分批生产一些产品模型，每次一个产品在同一生产线上，并且分配一定量的转换时间为另一个模型的生产线做准备[1]。 近几十年来，对更灵活多样的生产的需求迫使装配线生产系统从固定装配线改变为混合模型装配线，其中输出产品是相同基础产品的变体，并且仅在特定的可定制属性方面有所不同[2]。 考虑到混合模型手动汽车组装系统，模型之间的安装时间可以被减少到足以被忽略，以便混合模型序列可以在同一条线上进行组装。

需要一个程序来确定在生产线上生产的产品的特定配置，这不仅可以最小化平衡延迟或工作站数量，还可以满足其他冲突标准，例如生产速度，品种，移动的最小距离， 劳动力和质量[1]。 生产线平衡问题的关键输入是从时间研究或任何其他工作测量技术得出的精确标准时间。

对于传统的直接时间研究，时间研究分析师将通常需要很长时间的工作划分为易于测量和分析的基本任务; 然后分析师观察一个合格者使用最好的方法来执行工作[3]。 时间标准是熟练的操作员以正常速度工作，使用规定的方法执行特定的任务所需要的时间，并允许时间满足个人需求，疲劳和延误。 它可以用于工作分配，评估工人数量，机器类型和容量，总体生产力，产品制造的总成本等。

一个产品的瓶颈不会自动成为同一生产线上其他产品的瓶颈。这是由于不同产品在不同机器上的处理时间不同[4]。排队论文献中可用于瓶颈分析的一个重要趋势是制定连接系统内容和客户延迟的法律。最着名的结果是Little#39;s定律，它适用于任何到达过程，服务过程或调度规则，但仅处理系统内容和延迟的初始时刻[5]。根据Masood [6]，通过线路平衡管理瓶颈，可以提高汽车工厂的生产能力和机器利用率。 Das [7]讨论了模拟方法论的概念性概述，以便根据下一个事件分析评估装配线平衡和可变操作时间。 Pourbabai [8]提出了一种在控制瓶颈问题的同时设计柔性装配线系统的方法。 Plenert [9]演示了如何使用几何编程来解决无限数量的产品和多种约束条件下的工业瓶颈问题。 Wang [10]证明，数据驱动的方法可以实时地对复杂的装配工厂进行建模和仿真，从而有效地提高生产线的响应能力和灵活性。

本文的目的是使用离散事件仿真包来说明可以通过确保高工作站利用率，减少站点之前的队列长度以及减少站点停机时间来管理瓶颈。本文首先以背景资料为例.本文的第二部分包括从时间研究到混合模型组装线的定量分析的工作方法。 然后使用Showflow仿真软件开发仿真模型。 该模型使用来自实际历史数据的信息进行验证和验证。 然后进行详细的瓶颈分析，然后进行决策以实现最佳瓶颈管理。 该论文还表明，仿真可以成为确定特定车辆需求的完工时间的工具，以便满足客户订单的到期时间。

1. 背景

该案例的流水线生产7种卡车型号和6种巴士型号，以批量模式运行。 表1列出了2011年组装的车辆总结。装配车间由15个工作站（WS）组成，分为三个区域，由不同的主管和组长组成。 区域1包括WS 1至WS 6，区域2包括WS 7至WS 11以及区域3 WS 12至WS 15.在装配线末端有一个质检站，检查所有车辆的故障。 所有检测到的故障都记录在车辆的通讯簿中。

在集体工作中，正如在机动车辆的最终组装中所实践的那样，几个操作员在专为团队工作而设计的工作站上工作一个或多个产品。所有操作员完成工作后，该产品将从该工作站发布。然后它被另一个产品取代。通过正确地设计，这种工作方法提供了减少工作速度变化，分工不平衡和产品变体差异或所谓的平衡损失所造成的时间损失的机会[11]。这个案例以异步模式运行其15个工作站的装配系统，由于工厂的空间限制和公司关于尽量减少工作中库存的政策，两个工作站之间没有存储缓冲区。为了丰富工作，工作人员专门负责特定的装配工作，并受过专门训练，执行一系列有限的任务。在15个装配车间工作站上，由于车站周期时间和其他系统动态的变化，瓶颈不断移动。

表 1: 2011年汽车销量

1. 方法

本节介绍我们用于解决瓶颈管理不佳问题的方法。 提出并遵循以下步骤：

进行时间研究并建立标准时间

开发仿真模型

校验并验证仿真模型

定量分析混合模型组装线

进行瓶颈分析

做出决策优化瓶颈管理

1. 数据收集

通过直接观察装配线收集模拟所需的数据。标准时间已在四年前更新，公司内部在生产过程中发生了变化，车辆装配所用材料或部件的可变性以及所使用的方法发生了变化。 现在可以使用花费更少时间执行任务的最先进的工具，并且已经将新模型引入装配线。 正是在这种背景下，我们决定进行时间研究。

我们观察了装配操作员，并在标准操作表上记录了操作顺序和可能的断点。表2显示了卡车装配过程中的典型操作摘要。

表 2: 手动卡车装配中的操作

我们将操作分解为元素，并根据需要多次对各个元素进行定时，直到操作结束。 表3显示了五种主要车型的装配时间汇总。

表 3: 工作站的车辆组装时间 (单位：时间)

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