基于AutoMod,的传动系统装配生产线的仿真研究
时间：2023-01-20 14:55:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
裴雨霞， 马 涛， 乔道云， 赵 富， 张 磊， 郝慧慧
（内蒙古第一机械集团股份有限公司 特种车辆及其传动系统国家重点实验室， 内蒙古 包头 014030）
传动系统作为履带车辆行业的基础， 是支撑军队装备现代化建设的必要因素。
但对于制造行业中的仿真研究问题，我国开展的工作并不深入，特别是对于传动系统整个装配过程研究甚少，现有的多是从转向特性、液压系统、 变速机构等方向出发进行探讨。
所以本文通过AutoMod 仿真平台对履带车辆传动系统装配生产线进行仿真分析，从而建立一种可视化的动态显示界面。
传统的生产线设计方法只有在项目实施以后才能做出评价，然后再改造完善，往往造成较高的建设成本和较长的设计周期。
采用计算机仿真技术对传动系统装配线进行建立、验证、运行、分析仿真模型，既可以避免资金、人力和时间的浪费，也可以分析其不同频次、不同数量所提供的零件对装配线产生的影响， 找出装配线潜在的作业瓶颈，为生产实际提供决策依据[1]。
1.1 仿真流程
传动系统装配生产线系统仿真策略见图1。
图1 生产线系统仿真策略
（1）描述问题，确定仿真目标。
根据传动系统装配生产线的基本资料对问题进行描述， 提出生产线建模中不可确定的问题，明确仿真的目标。
（2）采集生产线所需的规格参数。
构建装配生产线的实体模型，采集生产结构及系统运行信息，确定系统的布局，描述对系统仿真目的有用的实体及相互关系等信息。
（3）模型确认。
根据收集到的生产资料，确定系统物理模型中各实体参数及相互关系， 并在模型中输入相关参数，将概念模型转化为计算机模型。
（4）仿真模型运行。
分析仿真输出结果，由于仿真过程随机性较强，需进行多次仿真运行，找出生产线中瓶颈问题，并对生产线的平衡状况进行分析。
（5）模型优化处理。根据实验需求和仿真目的对生产线提出优化策略，运行优化模型，分析结果。
再对整条生产线进行整体优化，最终得出最有效的优化方案。
（6）总结仿真结果。
对模型仿真过程进行总结阐述。
1.2 传动系统装配生产线工艺流程
本文所研究的传动系统装配生产线工艺流程图见图2。传动系统装配系统共组装18 个组件，分布在四个工位完成，内部物流系统由AGV 完成。
其中，工位一、工位三、工位四采用工作台旋转方式进行装配， 工位二采用箱体旋转方式进行装配，并配置两个分装工位。
图2 生产线工艺流程图
2.1 AutoMod 软件介绍
AutoMod 是美国Brooks Automation，Inc. 开发的离散事件系统仿真软件，是成熟的离散事件系统仿真软件，已在国外一些大型物流企业得到成功应用。
应用该仿真软件可完成对制造系统、仓储系统、物料处理、企业内部物流、港口、车站、空港、配送中心以及控制系统等的仿真分析、评价和优化设计等[2]。
2.2 模型布局
传动系统装配生产线主要由旋转工作台、天车与AGV 组成， 而在AutoMod 软件里有所需要的各种运动模块， 直接编辑各模块即可。生产线系统模型搭建具体步骤如下：
（1）建立子系统模型。
根据传动系统装配生产线布局数据在AutoMod 中建立Path Mover系统，根据工位设备组成建立Kinimatics 系统，根据天车系统建立Bridge Crana 系统。
（2）定义各单元及其属性。
定义系统中的load、queue、resourse、process、实体单元和逻辑单元及其属性， 并把所要用到的三维模块导入AutoMod 中。
（3）编制三维场景驱动程序。
根据传动系统装配生产线工艺流程与AutoMod 语法要求在Source File 中编制相应的驱动程序。
（4）搭建仿真测试平台。假定传动系统装配生产线工作时间为每年250d，每天8h，仿真所需时间是2000h。
2.3 建立仿真模型
仿真的目的是对仿真结果进行分析， 所以要有针对性地建立与生产过程相关的模型， 而对于与生产过程无关或对生产过程影响不大的设备、过程等应进行简化，使得仿真模型确切地反映实际情况[3]。由于传动系统装配生产线工序比较多，其中每个工位相似的装配工序较多，所以在不影响仿真结果的前提下，可折算成加工时间，忽略部分装配工序，简化仿真流程[4]。在生产线初始阶段，为了节省仿真时间，假设原料充足，假设待装配零件充足，完成四个工位的装配工序后，将成品入库。
根据各个装配单元之间的关联性建立仿真模型，并确定各个模块的参数，编写模型程序的逻辑代码，建立系统的各三维模型并导入，以增加视觉效果。传动系统装配生产线系统仿真运行模型见图3。
图3 仿真模型
重置模型、编译模型并运行仿真模型，主要对设备和操作员的空闲时间、工作时间、产品在设备等待运输时间等百分比进行输出，输出仿真结果见表1。
表1 仿真结果
在仿真运行中，可以实时观察模型运行情况。仿真时间为250d，8h 工作制，基本满足年产量需求。
分析输出仿真结果表格，工位一的利用率偏低，原因是旋转工作台装配方式不同，导致装配工序分配不均造成的；
分装工位的利用率也不高，原因主要是装配工序少、时间短；
四个操作员相比，操作员3最忙，原因是工位三的装配工序最多、时间最长。另外，从三维可视化图中可以清晰地看出， 除工位二的半成品缓冲区被利用，其余工位的缓冲区基本处于空闲状态，建议减少缓冲工位。
本文研究表明，通过仿真分析，可以及时发现工艺规划方案中不合理的部分及各工位工序作业的均衡协调。另外， 建模仿真分析能够为传动系统装配能力建设规划提供理论依据和决策参考， 为工业生产的效益提高有着极其重要的作用，实现装配能力建设规划的科学性、合理性和经济性。
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