梁子财

【摘 要】针对多级串行生产线不平衡、设备故障导致生产线堵塞与生产停滞等问题，通过在合理位置设置缓冲区并优化配置缓冲区容量是个有效的生产线优化途径。文中将多级串行生产线划分成多个两级串行生产线进行研究，建立了两级串行生产线可用度与缓冲区容量之间的数学模型，基于该模型可以指导缓冲区容量进行优化配置。最后运用Plant Simulation仿真软件建立仿真模型并验证该数学模型的准确性，结果证明该缓冲区容量配置方法是可行的。

【关键词】多级串行生产线;生产线平衡;设备故障;缓冲区配置;Plant Simulation

中图分类号： TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）22-0033-003

0 引言

随着“中国制造2025”战略的提出与实施，多级串行生产线在其中发挥着至关的作用。目前，许多串行生产线都存在着生产效率低下、设备利用率低、生产物流堵塞等问题，严重制约企业的生产效益。生产线平衡及改善的常用途径是对生产线中的全部工序进行节拍匹配，以使作业时间尽可能相近。但工序的节拍匹配只能尽量使各设备加工时间相近，并不能完全消除生产线不平衡现象，各设备之间的运行时间仍存在差异[1]。此外，串行生产线存在由于设备故障、人员操作时间变化等原因造成的生产波动对生产线的影响。因此在对生产线进行优化时，需采用辅助方法，如缓冲区设置、人因工程等措施。

现有的针对生产线缓冲区容量分配的技术中，计算缓冲区容量的方法较为复杂，相关因素太多导致计算精度受限、计算量较大。如林数和吕文元提出的两级串行生产线可用度与缓冲区容量之间的数学模型中可用度与故障率、修复率、生产率以及缓冲区容量有关[2]，而实际应用中，故障率、修复率、生产率在统计过程中往往结果精度不高。多个精度不高的值累加计算得出的结果精度更低，计算麻烦。

文章提出了新的两级串行生产线可用度与缓冲区容量之间的数学模型，基于该模型可以对缓冲区容量进行优化配置。最后运用Plant Simulation仿真软件建立仿真模型并验证该数学模型的准确性，结果验证该缓冲区容量配置方法是可行的。

2 仿真验证

为了验证两级串行生产线的可用度与缓冲区容量之间的数学模型在对多级串行生产线优化研究中对缓冲区容量配置的指导效果，利用Plant Simulation仿真平台建立多级串行生产线仿真模型进行仿真验证。仿真模型如图4所示。

将多级串行生产线生产设备的有效率65%、故障率35%、？棕i=？棕i+1代入式（9），得到：

A=0.4875+0.425K/（K+1）

通过设定缓冲区容量K值从0到150，画出可用度A关于缓冲区容量K的曲线，如图5所示。通过该图可知，当K大于50之后，可用度A值几乎不再变化，因此缓冲区最佳容量为50。

通过使用Plant  Simulation的实验管家对象，设置一组实验，分别取K值为1，10，20，30，50，100，200，300，400，500，进行十组实验，观察不同K值对应的产量如何变化，实验结束后得到的结果如表1所示，描点图如图6所示。

通过描点图，发现当缓冲区容量大于50之后，产能之后不再随着缓冲区容量的变大而变化，与图5可用度A的变化规律一致。因此，缓冲区的最佳容量为50，验证了文章提出的两级串行生产线的可用度与缓冲区容量之间的数学模型在对多级串行生产线优化研究中对缓冲区容量配置的指导效果。

3 总结

文章针对多级串行生产线不平衡、设备故障导致生产线堵塞与生产停滞等问题，研究通过在合理位置设置缓冲区并优化配置缓冲区容量進行生产线优化。文中将多级串行生产线划分成多个两级串行生产线进行研究，分析了设备和缓冲区在不同状态下串行生产线正常工作的概率，建立了两级串行生产线可用度与缓冲区容量之间的数学模型，基于该模型可以对缓冲区容量进行优化配置。最后运用Plant Simulation仿真软件建立仿真模型并验证该数学模型的准确性，结果证明该缓冲区容量配置方法是可行的。

【参考文献】

[1]徐立云，刘慧琴，李爱平，et al.配置有限缓冲区的缸体生产线平衡优化[J].机械设计与研究，2011，27（6）：51-54.

[2]林数，吕文元.串行连续生产线的可用度与缓冲库存控制研究[J].计算机与数字工程，2018，46（12）.

[3]陈广阳.汽车生产线缓冲区设计及排序问题研究[D].华中科技大学，2007.

[4]师玮谦.基于Flexsim的J公司生产物流仿真研究[D].厦门大学，2014.

[5]古枫.转接板生产线关键设备综合效率的研究[D].2015.