基于DELMIA的某游艇厂生产流程规划仿真

第２８卷第６期　江苏船舶　ＪＩＡＮＧＳＵ　ＳＨＩＰ　Ｖｏ１．２８　Ｎ０．６　Ｄｅｃ．２０ｌ】　２０１１年１２月　基于ＤＥＬＭＩＡ的某游艇厂生产流程规划仿真　李家贵　，王　真　，陈　宁　（１．江苏海通建设工程有限公司，江苏连云港２２２００４；２．江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江２１２００３）　摘要：基于达索公司的ＤＥＬＭＩＡ仿真软件，针对某新建玻璃钢（ＦＲＰ）游艇项目，就游艇生产流程进行规划，并　通过流程仿真对ＦＲＰ游艇制造使用场地进行优化。通过对整个规划厂区制造过程的物流、一定生产负荷下的　场地利用率、生产线设备利用率的仿真，细化了生产管理过程的控制节点，减少了规划厂区的土地面积，提高了　设备的使用效率，降低了船厂的投资成本，为新建企业能够迅速地达到产能，提供了设计依据。　关键词：游艇工艺；生产流程；虚拟物流仿真；ＤＥＬＭＩＡ　中图分类号：Ｕ６７３．２　文献标识码：Ａ　Ｕ　引昌　软件有：Ａｒｅｎａ、ＳｈｏｗＦｌｏｗ、Ｄｅｌｍｉａ／ＱＵＥＳＴ、Ｗｉｔｎｅｓｓ　等。其中，Ｓｙｓｔｅｍ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ公司开发的ＳＩＭＡＮ／ＣＩＮ—　ＥＭＡ，ＰＵＲＤＵＥ大学开发的ＧＣＭＳ，Ａｕｔｏ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　游艇作为一个地区经济发展的标准型指标，已　越来越为人们所认同。随着我国经济建设的发展，　作为城市居民的下一个消费热点，我国的长三角、珠　三角和环渤海地区，许多游艇厂正在新建，各类游艇　项目正在审批上马。本文就某新建游艇厂的ＦＲＰ　游艇生产流程的规划，利用法国达索公司的ＤＥＬ．　公司开发的ＡＵＴ０ＭＯＤ／ＡｕＴ０ＧＲＡＭ也作为较成熟　的软件应用于辅助车间生产系统的仿真¨Ｊ。这些　软件解决了车间生产线以及产品的设计到实现的转　化过程，使得设计到生产制造之间的不确定性降低。　本文利用ＤＥＬＭＩＡ／ＱＵＥＳＴ软件，就某ＦＲＰ游艇制　造厂在一定的生产负荷下的生产流程进行仿真，并　ＭＩＡ仿真软件进行了制造流程数字化规划仿真研　究。通过对整个规划厂区的制造过程物流、一定生　根据仿真结果对其进行优化，其中包括：厂地的利用　率、工厂整体布局、产品加工时间、机器磨损率以及　加工过程中瓶颈出现的时间地点等信息，从而提出　更优的规划设计方案，提高了规划企业的土地利用　率，降低了投资成本以及单位土地面积上产品的产　出率，降低了生产成本。　１．１　ＤＥＬＭＩＡ／ＱＵＥＳＴ简介　ＤＥＬＭＩＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　Ｌｅａｎ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　产符合下的场地利用率、生产线设备利用率的仿真，　细化生产管理过程的控制节点，规划厂区土地的合　理使用面积和设备在一定生产负荷下的合理布局与　合理配置，为该游艇厂的设计提供了依据，也为其他　正在设计上马的游艇厂提供了规划参考，促进游艇　制造企业对资源的合理使用。　１　基于ＤＥＬＭ　／ＱＵＥＳＴ的某ＦＲＰ　游艇厂生产流程工艺仿真　随着近年数字化设计与生产概念的提出，数字　化生产工艺设计与过程仿真技术在船舶制造企业正　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）软件是法国达索公司的产　品，它主要由３个部分组成：数字计划工程ＤＰＥ、数　字计划制造ＤＰＭ和建模软件ＱＵＥＳＴ，这３个相对独　立的部分通过ＰＰＲ　ＨＵＢ接口连接到一起　。本文　逐步为人们所认识，面向制造流程的仿真研究项目　正方兴未艾蓬勃发展，为促进船舶工业向数字化管　理技术的发展做出了贡献。　在数字化工艺流程管理上，目前应用比较多的　收稿日期：２０１ｌ一０９—２１　主要基于某新建ＦＲＰ游艇厂，利用ＱＵＥＳＴ对其制　造物流进行仿真研究，从而合理地规划游艇厂的制　造物流和土地利用率。　利用三维数字工厂环境模型，将离散的ＦＲＰ游　艇零部件生产通过物理建模和逻辑建模的方法映射　到虚拟环境中，组成与实际生产线相对应的反应实　作者简介：李家贵（１９６７一），男，工程师，主要从事交通水运工程工　作；王真（１９８８一），女，硕士研究生，研究方向为船舶数字化模拟制　造仿真；陈宁（１９６４一），男，教授，研究方向为船舶数字化设计与先　进制造。　际生产流程的几何和逻辑属性虚拟仿真模型。通过　软件ＤＥＬＭＩＡ／ＱｕＥｓＴ，对上述离散事件的工作过程　进行可视化仿真，反应工厂生产系统集成、工艺流程　第６期　李家贵等：基于ＤＥＬＭＩＡ的某游艇厂生产流程规划仿真　７　设计方案合理性，评价生产工艺流程的准确性与一　定负荷下的生产的可完成性，分析全三维数字工厂　规划的合理性　。　１．２现代ＦＲＰ游艇制造工艺　新兴ＦＲＰ船艇制造与传统的船舶制造差别很　大。ＦＲＰ船艇产品是一个技术含量较高、技术条件　很复杂的产品，从设计、制造到服务，产品生产周期　特别长。而且，市场需求个性化很强，游艇外部形状　和内部配置变化万千。现在国际上基本采用“反工　艺顺序法”来安排车间任务，以解决各工种在品种、　数量和期限方面的平衡衔接问题。目前国内外游艇　大多采用玻璃钢材质。　随着玻璃钢游艇产业的迅速发展，对艇体成型　工艺的要求越来越高，特别是成型工艺的环保及成　本方面的要求越来越高。传统的艇体成型手糊工艺　由于生产率低，劳动强度大，劳动卫生条件差，性能　稳定性不高，产品力学性能较低等问题，已为高端游　艇的制造所放弃，代之以真空导流工艺。其方法是　将玻璃纤维增强材料和泡沫夹心材料干法预铺设在　密闭的模具内，然后安装供树脂进入和流动扩散的　进胶接头和引流管道，通过真空薄膜袋密封和真空　泵的抽气实现整个模具面积上铺层内部的高真空环　境（一般为９９％以上的真空度）。在系统保压良好　的情况下将低粘度的树脂，经进胶管道由大气压注　入系统内部，树脂按照预先设计的管道扩散，在预订　时间内浸泡所有铺层结构，待胶液固化后，揭去真空　袋材料，就可从模具上得到所需的制品。整个真空　导流过程可重复，可质量控制，产品气泡含量降到最　低，产品的纤维含量达到６５％以上。而且由于真空　薄膜的密闭作用把苯乙烯等有害气体的扩散降低了　９０％以上，实现了健康、环保的要求。真空导流工艺　将是今后游艇制造环节中艇体成型的一大趋势　Ｊ。　１．３　ＤＥＬＭＩＡ软件在ＦＲＰ游艇生产流程上的仿　真应用　１．３．１基于ＱＵＥＳＴ的仿真流程模块　本文以某游艇厂的游艇制造生产流程为例，对　生产线系统进行面向对象建模，使生产线系统的抽　象表达与实际系统相一致。本文的生产流程模型主　要分为以下几个模块：　（１）各加工车间内部零部件模块：本文预先对　ＦＲＰ游艇的生产过程进行总结归类，最终分为７大　生产车间，对游艇内部及外壳各个组件进行加工，待　模拟零部件的基本信息以文本格式存储于ＱＵＥＳＴ　软件的调度接口模块。　（２）零部件收发模块：包括资源Ｓｏｕｒｃｅ和类文　件Ｓｉｎｋ，原材料从Ｓｏｕｒｃｅ中派发出来加工完毕之后　归类Ｓｉｎｋ，Ｓｏｕｒｃｅ控制着材料到达的速度和频率。　本文通过编制Ｓｏｕｒｃｅ的逻辑函数来控制零部件的　产生，使生产符合生产实际的要求。Ｓｉｎｋ采用托盘　的形式表达。作者首先利用软件设计符合生产实际　的各种模型保存成ＱＵＥＳＴ可以识别的．ｉｇｅｓ格式，　提高了模型的真实性。　（３）缓存区模块：实际生产中，各道工序的中间　产品主要堆放在缓存区模块。本文采用托盘来显示　缓存区的外形。本系统中缓存区Ｂｕｆｆｅｒ模块控制着　产品的流动方向。　（４）运输模块：各个加工车间的主要运输设备　是平板小车以及大型的航车。为了符合生产实际的　要求，运输小车ＡＧＶ模块的运行速度以及运输规则　都是要进行规范的。通常情况下小车的运输规则分　为３种类型：①先到先服务的原则；②排队等候的原　则；③最短距离的原则。本文采用先到先运输的规　则，对ＡＧＶ小车进行约束。　（５）生产加工模块：每一道工序相应的设定有　若干台设备。本文的流水线生产是设备固定产品流　动的生产模式，当零部件到达相应工序的某个设备　时，设备应根据不同的部件来判别相应的加工时间　从而完成加工。ＤＥＬＭＩＡ中一些模型可以采用　ＣＡＴＩＡ或ＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ等三维软件建模导入。在　本文中，作者采用ＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ建模再将设备模型　导入ＱＵＥＳＴ中加以应用。　（６）逻辑链接模块：为了确定生产工艺流程的　方向，当静态模型设定完毕之后需对模型进行逻辑　连接。　１．３．２基于ＤＥＬＩＭＡ数字化工厂体系结构　图１展示了数字化工厂的结构。通过建模技术　对真实工厂的制造资源和工艺数据进行分析，在计　算机内建立真实工厂的数字化模型。ＣＡＤ数据、装　配工艺和预计的生产计划作为输入，通过优化仿真　系统进行生产制造过程的模拟，对产品的设计和生　产过程进行评价　。　１．３．３游艇加工车间各组织结构　在游艇生产中首先是船体工程和装配工程，正　８　江苏船舶　第２８卷　如文中１．２中介绍的，在现代ＦＲＰ游艇艇体成型工　艺中，应用较多的是真空导流工艺，这种艇体成型工　艺具体的工艺流程如下：　制作木型一木型处理＿＋模具制造一模具处理一　脱模剂一胶衣一树脂（腻子）一毡／布／复合毡（多层　板／轻木）一固化一装骨架（筋）一脱模一修整组装。　其次是轮机工程、电气工程和装饰工程，包括电　路布线、监控安装、警报安装、系统调试，五金件加　工，木具加工等。　最后就是实船总检，包括吊装下水、水电实验、　航行实验、系统调试、总验报告。　本文主要研究游艇的船体工程和装配工程部　分，仿真整个生产流程的制作过程，基于ＦＲＰ游艇　的生产过程。作者一共在所设计厂区内建造了７大　生产车问，分别为剪裁车间、层糊车间、小零件加工　车间、切割打磨车间、金加工车间、木工车间以及最　后的总装车间。　１．３．４游艇厂车间外部环境建造　对于本文所设计的ＦｌＩＰ游艇制造厂，作者在工　厂四周分别设置了传达室、办公楼、食堂等设施，在　工厂的一侧建造了堆积生产物料的仓库，在游艇厂　的周边还做了厂区环境的绿化，这样让整个游艇厂　看起来设施更加完善，更具人文气息。　２　Ｆｌ　游艇生产流程仿真与优化　工厂／车问布局及物流方案的优劣对生产效率　高低、生产节拍均衡、资源利用率高低等有直接的影　响，并直接影响到企业生产是否可顺利进行。由于　生产系统的复杂程度高，运用传统的数学模型，很难　进行车间布局及物流方案的优化。随着仿真技术的　发展和各种仿真软件的出现，为企业通过虚拟仿真　技术实现优化提供了可能。　仿真模型建立完成后，运行模型，可以获取关键　设备（加工、物流）、工人等的实时利用率或平均利　用率、关键设备加工的物量、生产线流动节拍、场地　堆放情况等数据。基于模型输出的各类数据，可以　进行生产线布局合理性分析、物流方案优劣分析、设　备及人员负荷分析、生产线瓶颈工位确定等，作为生　产线及物流方案评估及进一步优化的依据。如果存　在瓶颈工位，可以采取添加瓶颈工位设备数量，分解　瓶颈工位工艺内容，减少非瓶颈工位设备数量等方　法进行改善。如存在某处零部件堆积严重的情况，　可以采取增加堆放场地或加快向后道工序运输频率　的方法进行优化。优化方案确定后，在模型中进行　相应的修改，重新运行模型并获取运行结果。如此　多次进行调整和运行，最终可以得到最优，或者相对　较优的布局方案及物流方案。模型反复运行并得出　的结果，可以为新车问布局、物流方案确定或已有车　间布局、物流方案优化提供有力的决策支持。　在本文中，主要从车间布局合理性分析、场地利　用率以及生产线瓶颈工位确定这三方面进行优化。　在本文的车间布局上，最初的设计如图２所示，　厂区四周分别设置了办公楼、食堂、仓库以及厂房，　中间区域分别设置了剪裁车间、层糊车间、小零件加　工车间、切割打磨加工车间、木工车间、金加工车间　以及最后的总装车间。完成车间布置后，进行游艇　生产流程的仿真研究，发现这种车间布局存在不合　理之处。产品从最初的剪裁车间，经过一系列加工　过程，运送到最终的总装车问，整个流程的生产时间　过长，且整个车间的制造流程也比较混乱，并且这种　车间布置对场地的利用率也不高，所以这种车间布　局不合理，需要改进。　图２最初的Ｊ区布置图　从图３的第２次的改进方案中，可以看到各个　车间的分布。这种设计方案是在７大生产车间分别　对游艇制造过程中所需零部件进行加工，然后再通　过导轨，由小车运送到总装车间。这种设计方案与　第一种设计方案相比整个生产过程中的总加工时间　有所减少，这个车间布局的生产制造流程很清晰，但　是同样存在缺陷，就是场地的利用率还是不太高。　在当今土地资源十分紧张的情况下，提高土地利用　率已经是首要考虑的问题，并且提高土地的利用率　还可以节省开支。　在第３次的改良方案中，如图４所示，作者对厂　区的布置做了较大的调整。从图４中可以看出，总　装车间改建在厂区的中间，上面从左到右分别是剪