基于RaLC的自动化装配生产线虚拟仿真验证

引言

近年来,随着经济全球化、区域经济一体化的趋势加强,制造业正面临着越来越激烈的挑战,物资流通的速度与效率成为衡量一个企业经济实力的重要指标。生产物流作为现代生产的重要组成部分,随着生产力水平的日益提高,其蕴涵的巨大潜力越来越多地引起了人们的注意。

而作为制造产品的生产车间,其生产线布局的优劣对生产物流起着决定性的作用,如何设计出高效的生产系统一直是困扰我们的难题。物流系统仿真技术作为新型技术,提供了一种很好的解决途径,尤其是在对复杂而详细的物流系统进行设计规划、分析改造的过程中,更是不可或缺的重要工具。

本文拟结合公司自动化装配生产线布局,利用RaLC物流系统仿真软件建立虚拟仿真模型,并对自动化装配生产线及配套生产物流布局进行仿真分析研究。

1虚拟仿真验证的目的

公司自动化装配生产线需满足系列电连接器的自动化、数字化、柔性化、流水式混装,由四段循环式装配线构成。自动化装配线由主线体、缓存线体和各作业工位组成。缓存线体实行统一标准设计,各缓存线体上设置自动化工位和人工工位。针对上述装配生产线,仿真分析目标如下:

(1)根据工艺设计方案的物流规划,通过物流逻辑建模的方式,对物流规划方案进行仿真分析与评估,为优化物流提供建议。

(2)统计生产线上物流设备与加工设备的利用率,并分析各工艺设备之间的匹配性,找出装配车间各工序或者生产线的瓶颈,通过多方案比较,优化设计方案。

(3)分析生产线上各个工位之间的工作劳动强度,实现各个工位设备的等待、运行等分析。

(4)分析工程设计的物流方案)包括装配车间内物流及厂区内物流),分析物料载具的需求量。

2仿真实施步骤

根据自动化装配生产线工艺布局图,采用RaLC仿真软件进行1:1三维仿真建模,采集相关典型产品生产数据,经整理后导入仿真模型。通过仿真运行后导出日志文件,经分析整理后形成分析报表,重点从装配生产线各环节作业人员及设备的时间利用率、产能入手,对物流规划方案进行仿真分析与评估,判断是否存在通道堵塞、节拍不平衡、存在瓶颈等状况,为优化物流提供合理化建议。

2.1采集工艺布局数据

根据虚拟仿真验证要求及建模数据要求,采集包含立体仓库区、装配线及配套功能区的现场布局数据(工艺布局图)、自动化设备参数、作业人员配置情况及各环节作业流程等数据。

2.2建立仿真模型

建模过程将分为整体布局、设备参数设置、作业人员配置、作业逻辑设置四个部分。

(1)整体布局:根据生产线工艺布局图,首先搭建厂房建筑模型,包含地面、墙面、立柱、通道等:然后划分楼层,标记功能区域。

(2)设备参数设置:根据步骤2.1中所采集的设备参数数据,在整体布局模型基础上,通过RaLC仿真软件内嵌设备模块新建各区域所需设备设施,并根据工艺布局图中的标识进行定位。设置各设备尺寸、运行时间、移动速度等详细参数。

(3)作业人员配置:根据步骤2.1中采集的作业人员数据,设置立体仓库区配套分拣工位作业人员的作业流程、工序、耗时、数量:设置自动化装配线各人工工位对应的作业人员作业流程、工序、耗时:设置负责装配线与各功能区域间物料转运的作业人员的作业流程、工序、耗时、数量等。

（4)作业逻辑设置:根据步骤2.1中采集的作业流程数据,设置设备运行逻辑、协调逻辑以及物流存储和流向逻辑。

2.3梳理采集生产数据

根据装配生产线虚拟仿真验证的要求,将典型产品的生产过程确定为装配生产线仿真范围。梳理每种典型产品的生产数据,包括典型产品及相关配件的装配工艺流程图、装配工序清单、生产计划数据等三部分。

2.4整理仿真数据

根据RaLC仿真软件所指定的数据文件格式,对上一步采集的生产仿真相关数据进行整理,形成可直接导入仿真模型的xML格式仿真数据文件。

2.5运行仿真分析

通过仿真运行后导出日志文件,分析整理后形成各环节作业人员及设备的时间利用率、产能趋势图等。

3装配生产线仿真验证

3.1布局建模

根据生产线工艺布局图,在RaLC仿真软件中1:1进行三维建模。

3.2流程设置

（1）插头流程（插头装配):①分料配送二②装插针二③壳体组件组装二④插头装配二⑤分离力、互换检测二⑥电性能检测一⑦检外观一⑧装防尘盖一⑨产品下线后转至交收检验间,空载具回流。

(2)插座分为两个子流程:

活动层组件装配:①分料配送一②装接触件一③铆接一④产品下线后转油脂间,空载具回流。

插座装配:①分料配送一②装接触件一③壳体组件组装一④分离力、互换性检测一⑤电性能检测一⑥检外观一⑦装尾罩、装防尘盖一⑧产品下线后转至交收检验间,空载具回流。

3.3参数设置

(1)装配线输送速度设置:输送速度24m/min。

(2)载具尺寸设置:载具尺寸200mmx100mm。

(3)作业人员参数设置:行走速度50m/min:持手推车行走速度30m/min:旋转90o时间1s:持手推车旋转90o时间3s:拿取时间1s:放置时间1s。

(4)工位参数设置:按要求分别采集了插头装配、活动层组件装配、插座装配中各工序的工艺数据,并分别设置了对应各工位的时间参数(作业工时、准备工时、等待工时)、输入/输出物料、作业方式、转运方式等。

3.4仿真验证结果

(1)环形缓存主线可最多缓存185个载具,"分料配送"工位缓存线上可最多缓存5个载具。

(2)在一个班次(8h)时间内,对圆形分离脱落生产线同时进行插头、插座装配过程仿真,得出自动装配检测设备利用率情况(图1)、各作业人员利用率情况(图2)以及各产品的最大产能分别为70只、67只、40只。

由上述仿真结果可知:

(1)柔性化绝缘组件自动组装系统前期处于满负荷状态,分离力自动检测装置、圆形活动层自动组装系统、绝缘耐压自动检测仪作业时间分布较为均匀。

(2)"分料配送""装尾罩、装防尘罩"工位作业人员利用率偏低,小于20%,后续可对生产线人员配置进行优化。

4结语

通过应用RaLC物流系统仿真软件,对电连接器自动化装配生产线进行仿真验证,得出:柔性化绝缘组件为整条自动化装配生产线的瓶颈所在,其效率决定着生产线的效率与产能。生产线上个别工位作业人员的利用率偏低,布局及人员配置还有提升优化的空间。

自动化装配生产线的实际生产运行情况较为复杂,但是通过使用仿真软件对生产线的虚拟仿真验证,能为生产线的规划建设提供一些优化改进的思路,使资源配置尽量优化,为建立和完善企业数字化制造体系,提高企业的核心竞争力打下坚实的基础,使企业在技术和经济方面取得很好的效益。