(郑州轻工业大学机电工程学院 河南 郑州 450000)

引言

瓶装包装产线成产流程复杂，有套标、激光打码、热缩、分堆打包等多道工序。然而，每一道工序的加工设备不同，各个工序的理论加工时间与实际加工时间不同，各设备可靠性不同，在大批量生产时容易造阻塞，导致各个工位生产负荷产生不均匀现象，严重可导致整条产线瘫痪。备料过少，则会造成因缺料待料而引起的产线停线问题，最终影响企业的生产效率[1]不能充分利用设备的生产能力，且对市场需求的稳定性要求很高[2]。消除生产瓶颈[3]、配置暂存区[4]、对工艺进行合理的优化[5]是提高生产线效率的主要途径。为了使不同型号设备整合成一条高效全自动化生产线，本文采用西门子plant simulation软件对产线进行仿真，设计多级多因子实验分析影响产线效率因素，并应用约束理论寻找瓶颈，针对上述问题进行优化。

一、水瓶包装生产线仿真

整个包装产线属于复杂系统，系统的模型难以用数学公式描述所以我们可以使用仿真的手段有效解决这个问题，使分析产线变得直观高效。但是水瓶包装过程运行各个工位加工时间存在波动，机器设备普遍存在可靠性问题。因此，运用仿真平台plant simulation将物理车间各个设备工位在仿真平台中映射，使物理生产线与虚拟生产线对应，并将其理论参数输入虚拟模型中，即可得到仿真模型。

(一)plant simulation

Plant simulation是在车间仿真领域应用比较广泛的软件，由西门子开发，使用户可以仿真和优化生产物流系统与工艺，可以在仿真环境下分析生产线各个工位的性能指标，例如分析系统产出率、人员设备负荷、生产瓶颈等问题。

(二)仿真模型的建立

在水瓶包装过程物理产线的基础上，运用plant simulation仿真软件将物理车间实际设备工位进行映射，具体过程如下。该生产线是单向流水线，根据加工工序流程图以及生产线实际布局，建立如图1所示的生产线模型。

图1 瓶包装生产线的仿真模型

二、多因子多水平仿真实验

(一)72×62因子设计

根据实际生产线各个工位前可配比最大暂存区容量空间设计多因子多水平实验，实际最大容量BF1和BF2容量为31的，BF3和BF4可设置容量最大为21。为了提高仿真效率，设置BF1与BF2暂存区的容量从1到31，增量为5；设置BF3与BF4暂存区的容量从1到21，增量为4，共计1764次仿真实验.每次仿真时长为8h仿真试验后可得到HTML格式报告，可得到1764组实验结果，根据实验数据可以明显的发现生产率最大值与最小值有较大的极差，由表格数据可以看出最大配比31/31/17/17并非为最高生产效率。

(二)实验数据分析

利用Minitab软件所具有的分析法对仿真实验结果进行分析评价。将实验得到的1763组数据导入表格在软件中进行信噪比分析可得到主效应图，如图2所示:

图2 缓冲容量大小主要影响图

我们将选择的暂存区配比对生产线进行设置后进行24h仿真得到生产效率提升至87.67%，生产效率明显提升。

三、瓶颈分析

对于具有瓶颈设备生产系统，可以采用一定的加工工艺减少瓶颈工序的加工时间。根据生产系统存在的问题，设置模型中设备的相关参数，进行仿真实验，提出生产线的优化方案，热缩套标工序加工时间是由经过热缩套标工位的传送带速度决定的，为了缩减热缩套标工位的加工时间，我们可以适当调整传送带速度，为了不影响加工质量，同时增加热收缩炉温度，并通过多次仿真实验，反复优化，使生产效率得到较高的提升，并且在物理生产线进行测试，对比优化前生产效率有明显提升。

四、结论

采用对物理生产线的参数以及历史生产数据进行分析建模，通过plant simulation软件平台对生产线各个工位进行性能指标仿真分析，通过信噪比分析对暂存区容量多级仿真实验结果进行择优筛选，运用TOC理论对瓶颈工序进行优化。仿真结果表明，生产线建模仿真能够对生产线进行生产效率与设备负荷进行分析，判断生产瓶颈，并为企业生产管理提供高效快速的解决方案。为了负荷数字化发展趋势，实现实时仿真优化决策，还有待进一步研究。