Automobile Technology & Material
基于Plant Simulation的后桥线仿真优化
130011） （一汽解放汽车有限公司，长春 F 摘要：以 公司后桥装配线为例，针对装配线存在的生产效率低、等待时间长、忙闲不均等 ECRS 问题，在精益思想的指导下根据 原则对装配线的瓶颈工序进行改善，取消不必要的工艺 Plant Simula⁃ 流程，对工人行走路线进行重新规划。另外，对装配线的任务进行重新分配。用 tion 仿真软件对装配线改善前后进行对比分析，结果表明，优化后的装配线节拍降低，日最大产能提高，平衡率增加。 ECRS 关键词：仿真优化 精益 中图分类号：TP39
1前言
近年来，随着汽车“新四化”的推进及国六排放标准的发布，汽车领域的竞争越来越激烈，汽车企业正在寻找降低成本、提高效率的新途径。在这种背景下，精益生产越来越受到汽车企业的重视。“精益生产”指的是丰田生产方式，通过持续改善实现最小的浪费（包括过度加工、不良品、等待
等）和最大的流动状态[1]。精益管理提供了一种系
统的方法，使整个工业组织能够通过消除浪费、创造流动和提高系统快速反应客户需求的能力，进
[2]。仿真软件可以在
而不断提高质量、成本、交付改善方案实施前进行应用，从而达到节约投资成
本和缩短设计周期的目的[3]。同时，计算机仿真技
术作为识别瓶颈工位、验证改善的效果的工具，被广泛深入地应用到现场改善中。牛占文等用
作者简介：韩雪（1983—），女，工程师，学士学位，研究方向为生产效率提升、定编定额。
Witness
对离合器公司装配车间改善前后进行仿真模拟，结果表明改善后车间在制品数量减少，设备
[4]。张洪亮等利用工业工程手法与
利用率提高
Flexsim
仿真等方法对某电机厂进行改善，减少了在制品数量并提高了该厂生产过程中的时间增值
Flexsim
率[5]。李军等用
分析检包线瓶颈，运用方法研究对检包线进行优化设计，平衡了检包线各工作站负荷并提高了生产效率[6]。周康渠等用
Flexsim
对微耕机包装线进行仿真优化，提高了生
Plant产线平衡率及日产量[7]。肖福龙应用
Simulation LED
和工业工程的方法对 液晶模组生产线进行平衡优化，提高了生产线平衡率并降低了
生产节拍[8]
。针对后桥线产能低、生产线平衡率低等问题，先用影像测时法找到装配线的瓶颈工位，然后以
ECRS
精益的角度分析工位内的浪费，接着用 原则
Plant Simulation
对瓶颈工位进行改善，最后用 仿真软件对装配线改善前后进行仿真模拟，验证了改善的效果。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 14 13 15 16 17
Simulation采用拖拽式的方式，Witness
则需进行定
Plant Simulation
义、可视化等操作， 操作更加简
Plant Simulation
便。综上，选用 进行仿真实验。根
事件控制器
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8 4 4
从图 我们可以看出，工位 的利用率最高，其前边的工位均出现阻塞情况，而后边的工位出
4
现等待状况。这说明工位 是装配线的瓶颈工位，与前边影像测试时分析的结果一致。
5
如图 所示，仿真报告的结果显示优化前装配
182个/天。线日最大产能为3 3.1 source图表基于ECRS原则的优化方案设计
瓶颈工位目前状态
4
通过前面的分析我们得知工位 是装配线的瓶颈工位，制约着装配线的产能。接下来，我们分
4 3
析了工位 的工艺流程，结果如表 所示。
3.2 取消（Eliminate）原则的应用
3
从表 中发现“转动减速器法兰”这个操作在
3 5
工序 和工序 中进行了重复操作，经工艺确认，
3
工序 是不必要且不增值的动作，取消后对其他动
ECRS 3
作无影响，所以根据 中的取消原则将工序取消。
3.3 合并（Combine）和重排（rearrange）原则的应用
6 8～15
图 是工人在工序 中的行走路线，其存
ECRS
在大量的走动浪费。根据 中的合并和重排原则我们对工人的行走路线进行优化，减少了工
7
人的走动距离，优化后的路径如图 所示，工人行
2s。
走时间减少了
2
根据表 通过计算我们可知装配线的左侧（工2 Plant Simulation
据图 中的工位布置关系我们在
4
中选择相应的对象并连接，得到图 所示的装配线仿真模型。
M9
M10
M15
M16
M17 drain 6、8、10、12、13）总作业时间高于右侧（工位5、
位
7、9、11、14），所以我们根据ECRS
中的合并原则将
4 17～20 6
工位 的 工序分配到工位 中，这样不仅减少了瓶颈工位的作业时间，而且使装配线左右两
9s 5s 4
侧作业时间差从 减少到 ，结果如表 所示。3.4
M11
M12
M13
M14
简化（Simplify）原则的应用
3 4
从表 中可见工序 作业时间较长，主要原因
2
有 个，一是用油漆笔帽撕条码的效率不高，需用
11s
时 ；二是风扳机悬挂的位置使工人必须绕道后
ECRS
才能粘贴条码。我们根据 中的简化原则对其动作进行简化，针对撕条码的问题，可以为工人配备小铲子进行作业。经实际操作，工人用小铲
4s
子 即可把条码取下来；针对绕道问题，工人可移动风扳机至桥壳的前面或上面，在这种情况下，工人粘条码是不用绕道。改进后，贴条码的过程
4s 4 8s。
仅需要 。综上，改进后工序 共用时
3.5 优化后的瓶颈工位状态
4 5 4
综上，优化后工位 各工序如表 所示，工位
106 s，比 39s
总作业时间为 原作业时间缩短 。此
6 91s 105 s，平衡了
外，工位 的作业时间从 增加到装配线左右两侧的负荷。
4 4.1
优化效果评估
优化方案仿真按照同样的方法建立优化后装配线的仿真模9运行优化后的仿真模型，仿真报告如图 所221 个/天。示，报告显示装配线日最大产能为4.2优化前后指标对比
对装配线优化前后的指标进行对比分析，结
6
果如表 所示。
145 s
经平衡优化后，装配线的节拍由 降低至
120 s，日最大产能由182 221
个提高到 个，平衡率
71.3% 85.0% 11.4
由 上升至 ，平滑指数由 下降到
6.4，左右两侧作业时间差由9s 5s
降低到 。数据证明优化方案在产能提高和生产线平衡率提高上优化效果显著。参考文献：
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中图分类号：U466
文献标识码：B
Doi：10.19710/j.cnki.1003-8817.20200030
1 min 2
节拍内能够满足 种车型的密封条粘接6）。如果增加并入车型，需要再增加密封条
（图粘接设备的数量，以满足粘接需求。
门的机器人滚压粘接工位，0040
为左右前后门密封条底部流水孔钻孔工位。此种技术要求机器人在对车门密封条粘接过程中，车门吊具必须停留
0020~0040
在 的各个工作站中。粘接的运动方式
360°
采用机器人带着粘接头绕车门旋转 ，同时吊具在工作站中进行定位夹紧，车门在吊具中保持固定不动。
2.2.1
车门及车门吊具定位
2 8
车门吊具由 部分组成，如图 所示，包括托盘和输送框架。托盘分为左右两侧，通过导销合并到
9
一起后挂靠在输送框架上，如图 所示。车门通过铰链定位夹紧，侧边夹紧后固定在车门托盘上，输送线通过驱动装置驱动吊具进入到密封条粘接设备的工作站，进行接下来的密封条粘接工作。12
如图 所示，由于车间工位上部空间限制，固定车门的定位夹紧机构，只能错开布置，使同一工作站分别对左右两侧的前门和后门进行密封条粘接。此固定夹紧机构在Y和Z向可以进行相应的调整，以适应不同的车型配置，根据以往经验评
向的调整范围为±30 mm，z估，前门的Y 向的调整
范围为±60 mm。后门 向的调整范围为±30 mm，z Y
向的调整范围为±50 mm。
摄像单元、衬垫剥离单元、长度测量单元、压紧轮、缺陷检测单元等。而且为了更好地满足生产设备维修的需求，在头部设计时采用了快换结构，保证滚压头的更换更加快速，更少地影响车辆生产。
情况下抽出是一个比较理想的状态。胶带的抽出
3～5 N/cm
力可在 进行调整，以保证不同的粘接系数的胶带都能抽出。所以需要对电机的输出拉力进行有效控制，输出拉力过大会引起衬垫的裂纹甚至断裂。剥离出的衬垫采用吸尘器结构原理通过气压将衬垫吸入到料桶内。
1
3
2在剥离机构后集成了切割机构，对密封条进行切割处理。在车门起始和结尾处的切割精度为0.5 mm±0.5 mm，如图21
所示。90° 24 80 mm，外
。如图 所示，弧线的最小半径为
5mm 90°。
钣金距密封条距离不小于 ，角度大于
所示，并且料箱通过标记等区分左右侧，且标识不同的零件号。因为左右侧门对称结构，所以左右侧密封条上料方向不同，从而要求密封条在料箱内的缠绕方向一致但开口朝向不同。条输送过程中避免拉伸。同时储备站设计有上料摆动架，会随着密封条在密封辊上左右缠绕走向而摆动，大大增加了密封条上料柔性，以免密封条通过导向时上料卡死。料位传感器设置在料箱后侧，实时监测密封条的剩余量，在密封条即将用尽时，及时提醒物流更换料箱。
征，根据特征判断钻孔位置。钻头分为固定和移动钻头，可以匹配不同间距的排水孔。3
总结
在汽车中开关频次最高的部件是车门，对顾客的感官影响最大的是车门隔离风噪的密封性和车门开关时产生的声音，车门密封条的粘接效果就直接影响着车门的密封品质。传统的密封条装配工艺由于密封性差，已经逐渐被淘汰，由粘接车门密封条工艺所取代。目前车门密封条粘接的形式主要有盘式挤压和机器人滚压两种方式。机器人滚压的方式非常灵活，能够适配多种车型。多车型并入占地面积少，通过适配机器人粘接轨迹等软件及少许硬件的改动就可以满足不同车型的密封条粘接。机器人滚压技术密封条料箱供货形式，使物流的占地面积也大幅度减少，节省了场地的投入。机器人滚压的粘接技术提升了设备的自动化率，降低了人员投入成本。盘式密封条对粘接轨迹的调整非常困难，需要不断地加减垫片调整压紧片的位置，进而调整密封条在车门钣金上的位置。机器人滚压技术只需要调整机器人程序，就可以调整粘接轨迹，极大地方便了轨迹的调整，更加高效。因此，机器人滚压技术在质量、成本、人员各方面相比其他粘接方式都有很大地提升，在未来汽车制造领域也将会得到广泛应用。