CN103593498A - 一种真空断路器装配生产线的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空断路器装配生产线的建模方法，包括以下步骤：1）收集数据：收集生产线建模与仿真需要的相关数据；2）模型抽象：将与生产率相关的环节尽可能保持真实系统的状态；3）仿真建模：把生产线系统转化为计算机能够识别和处理的模型；4）模型检验：检查仿真模型与实际系统的匹配；5）运行仿真：从不同的角度利用仿真工具进行仿真；6）结果分析：把从不同角度得到的生产线数据进行整合分析；7）仿真应用：把仿真和评价数据作为生产线改进的参考，指导实际生产线系统的运作。采用本发明可显著的提高真空断路器装配生产线的生产能力，有效的规划各个工位的时间分配，充分发挥每个工人、工位的最大潜能，减少时间和人员的浪费。

Description

一种真空断路器装配生产线的建模方法

技术领域

本发明涉及信息技术和先进制造技术领域，具体涉及真空断路器装配生产线的建模方法。

技术背景

根据相关数据统计，在工业化发达的国家，在工业装配生产中也要有5%～10%的生产时间是浪费在平衡延迟上的。这是由于作业细分化之后，各工序的作业时间在理论上和事实上都不可能完全相等，各工序间的不平衡现象造成的。

真空断路器的装配生产线主要由驱动装置，涨紧装置、线体、电气控制等部分组成。该生产线结构新颖，主要体现在以下几个方面：

1)高效率的三倍链输送，三倍差速链在铝合金型导轨上运行，带动工装板在链条上增速运行，工装板的运行速度可以达到链运行速度的三倍。

2)生产线输送方式为牵制自由式，即左右道工序之间进行相互牵制，完成工序时间不受传动限制，工序完成后由操作者踩动脚踏阀控，控制气动阻挡器放工装板运行，进入下一道工序。在某些特殊工位设用能动作360度旋转工作台，操作者对任意方位进行装配或调试。

3)生产线线体由特殊的铝合金型材，三倍差速链。型材盖板，中间盖板、行架、挂条、走线槽、连接管、调节丝杠与垫座、气管等组合装配而成。线体工作面高度可以由调节丝杠适当调整，使线体工作面保持在同一平面内。

4)工装板经过一定距离的运动后，到达转弯处，由顶升气缸到位后，用坦克链将工装板送至对边，工装板到达对边。

5)气动阻挡器使工装板停止在生产线的一定位置处，操作者完成一定的工序后，再踩动足踏换向阀放工装板运行。气动阻挡器主要由固定架、阻挡气缸、软管、脚踏阀等组成。

6)驱动装置由电动机，减速器、皮带轮、三角胶带，链轮套筒滚子链、传动轴，带座轴承、机架、盖板等组成，电动机通过三角胶带传动带动减速器，再经过链传动减速后，到达传动轴，获得所需的转速。

7)涨紧装置由方链轮、涨紧部分、机尾架，盖板等组成。输送链在运行一段时间后，由于磨损，会造成伸长现象，这是调整涨紧螺杆，使输送链保持松紧适中状态。

但是，真空断路器的市场需求量不断增长，该生产线仍存在以下问题：1）生产线达不到生产量要求：说明生产线存在瓶颈，需要对生产线进行瓶颈分析，找到制约生产线瓶颈的工位。2）生产线存在工位空闲时间：说明生产线不平衡，需要对生产线的平衡进行分析改进，达到工位空闲时间最少。

发明内容

针对上述现有技术的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种优化生产线仿真模型的方法，提高真空断路器的转配效率，进而完成对生产线的优化，最终达到提高生产效率和生产线的生产水平。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种真空断路器装配生产线的建模方法，包括以下步骤：1）收集数据：收集生产线建模与仿真需要的相关数据，如生产工艺、生产设备、搬运设备、设施布置和装配时间等数据；2）模型抽象：将与生产线效率不相关的部分去掉，与生产线效率相关较小的部分简化，与生产率相关的环节尽可能保持真实系统的状态；3）仿真建模：在仿真软件的基础上，把生产线系统转化为计算机能够识别和处理的模型；4）模型检验：检验仿真模型本身的建模逻辑和参数输入，以及检查仿真模型与实际系统的匹配；5）运行仿真：在仿真软件上建立好仿真模型后，从不同的角度利用仿真工具进行仿真；6）结果分析：把从不同角度得到的生产线数据进行整合分析，评价整条生产线，并把仿真和评价结果输出；7）仿真应用：把仿真和评价数据作为生产线改进的参考，并将符合目标的仿真和评价数据应用到仿真系统中，指导实际生产线系统的运作。

作为优选方案，所述步骤1）中收集的数据为直接来自于目标仿真对象和生产环境的数据。

作为优选方案，所述步骤2）中模型抽象为将实际问题转化为计算机能够直接读取的数据。

作为优选方案，所述步骤7）的生产线仿真过程中采用遗传算法，直接对结构对象进行操作，使得不存在求导和函数连续性的限定、具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力。

作为优选方案，所述步骤7）的生产线仿真过程中采用概率化的寻优方法，使得仿真能够自动获取和指导优化的搜索空间，自适应的调整搜索方向，不需要确定的规则。

采用本发明真空断路器装配生产线的建模方法的应用可显著的提高真空断路器装配生产线的生产能力，有效的规划各个工位的时间分配，充分发挥每个工人、工位的最大潜能，减少时间和人员的浪费。

附图说明

图1是本发明真空断路器装配生产线的建模方法流程图

图2是真空断路器装配步骤表

图3是真空断路器装配优先图

图4是真空断路器装配生产线仿真流程图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细描述。

如图1所示真空断路器装配生产线的建模方法流程图，即在应用该真空短路器装配生产线的仿真方法时，应首先确定目标对象，在该案例中实际系统即真空断路器，首先收集数据：包括收集生产线建模与仿真需要的相关数据，如生产工艺、生产设备、搬运设备、设施布置和装配时间等数据；然后对收集的上述数据进行模型抽象：在此阶段将与生产线效率不相关的部分去掉，与生产线效率相关较小的部分简化，与生产率相关的环节尽可能保持真实系统的状态；第三步进行仿真建模：在仿真软件的基础上，把生产线系统转化为计算机能够识别和处理的模型；仿真建模后进行模型检验：检验仿真模型本身的建模逻辑和参数输入，以及检查仿真模型与实际系统的匹配，直到仿真建模接近或达到需要的实际系统相近的仿真模型；第五步将完成的仿真模型进入运行仿真：在仿真软件上建立好仿真模型后，从不同的角度利用仿真工具进行仿真；然后进行结果分析：把从不同角度得到的生产线数据进行整合分析，评价整条生产线，并把仿真和评价结果输出；最后判断分析后的数据结果是否满足系统要求若满足则进入仿真系统进行仿真应用：把仿真和评价数据作为生产线改进的参考，并将符合目标的仿真和评价数据应用到仿真系统中，指导实际生产线系统的运作，若不满足系统要求，则从新进行模型抽象、模型检验、仿真建模、运行仿真和结果分析直到得到的数据结果满足系统要求后输入到仿真系统进行仿真应用。

下面结合结合图2和图3通过对一具体实施例进一步描述。对真空断路器生产线进行仿真时，其主要步骤为，在现有生产线的基础上对其进行信息收集与数据优化。例如，在某车间已创建该真空短路器的生产线，该生产线的创建仅为工位的创建，并未实际结合真空断路器的实际装配工艺进行合理的配置，因此为达到更高的生产效率需结合真空短路器该产品的装配工艺进行配置、优化。

由于该生产线的大体框架已构建，其中包括传送装置、吊装设备以及运输装置，因此在对真空断路器生产线仿真时我们首先应收集关于现有生产线的数据，包括车间的布局、流水线上各工位之间的距离及传送时间以及吊装设备的运行情况都需要进行实地测量，才能获得准确的数据，从而更好的实现针对真空断路器生产线的仿真优化，如图1所示的真空断路器装配生产线的建模方法流程图。

完成对现有生产线部分数据的获取整理后，其次我们应对真空断路器进行数据获取，包括真空断路器的零部件构成、真空断路器的尺寸大小、零部件装配所需时间的预定义以及真空断路器在性能检测时所需的时间等数据，在规划各个工位的装配时间，在规划装配时间时应结合相关的工艺装备，结合真空断路器的结构特点对其进行装配顺序的大体规划与设置，例如，在磨合测试时真空短路器可能需要几千次的来回磨合才能达到磨合效果，此时应适当的延长该工位工作时间，如图2所示的真空断路器装配步骤表。

完成对以上相关数据的获取与准备后，为实现生产线的数字化仿真，我们需要将其进行数据转换。譬如，实际车间的大小、生产线的布局问题与仿真软件中的设置有何区别，如何进行真实性更强的仿真，此时我们需要将所获取的数据进行数据转换，即模型抽象化。换言之，即结合所获取的相关数据进行建模规划，例如：在磨合测试工序时因磨合时间较长，此时可做出多工位的设置，有效的保证了生产线的运行连续性。结合图2所示的预定义顺序对真空断路器各个零部件的装配优先顺序做出进一步的优化，如图3所示。

在该仿真方法实施工程中，其主要目的是为了提高装配生产线的生产效率，即装配生产线的能力仿真，所以在对模型抽象过程中应区分各个模型的用途，将与提高生产效率不相关的部分去掉，相关性较小的简化，相关的则尽可能保持系统的真实性，例如在装配生产线上可能设有通风设备，此时对于此类数据应做出简化，无需做出过多的描述与规划布置。

完成对生产线和模型数据的抽象化与预定义后，应对其进行检查确认，确认无误后，将相关数据导入至仿真软件中，即在软件中结合所抽象化的模型数据进行建模，在建模过程中一方面是对生产线的模拟再现，另一方面需添加一些列的辅助设备，例如，添加仿真时钟以便于对整个生产线运行的运行时间进行控制，添加相应的复位操作，以便于对生产线进行初始化以便于多次仿真测试。

完成生产线的建模后，此时在仿真软件中通过选择预设置的开始按钮来启动生产线的运行，此时可直观的看出各类数据的流通过程，同时有相应的计数器对产品进行数量统计。

如图4所示仿真应用的过程也是一个不断调试、校正和确认的过程。它主要包括执行阶段和评估阶段。执行阶段实现对不同仿真策略结果进行仿真，实时的调整各个工位的运行情况，以避免工位空闲的状态。评估阶段实现将仿真结果形式报告，便于阅读的方式呈现在决策者的面前。报告应该解读和解释仿真的结果，阐明决策变量对系统造成的影响。

在仿真软件中，通过对遗传算法的合理应用，可实现对各个工位时间的优化，确保各个工位达到最高运行效率，从整体上提高真空断路器生产线的生产效率。在仿真软件中完成对生产线的仿真后，将其与实际生产情况进行比较，应结合实际情况判断是否需要调动，如满足实际生产情况，即可将所做的方案规划与时间分配应用至实际生产中，从而实现生产线效率的提高。

以上具体实施例仅描述了本方案的主要特征和创新点。本领域的技术人员应该了解，本方案不受上述实施例的限制。在不脱离本创新点和保护范围的前提下，本方案还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本方案要求保护的范围内。本方案要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物限定。

Claims (5)

1.一种真空断路器装配生产线的建模方法，其特征在于：包括以下步骤：1）收集数据：收集生产线建模与仿真需要的相关数据，如生产工艺、生产设备、搬运设备、设施布置和装配时间等数据；2）模型抽象：将与生产线效率不相关的部分去掉，与生产线效率相关较小的部分简化，与生产率相关的环节尽可能保持真实系统的状态；3）仿真建模：在仿真软件的基础上，把生产线系统转化为计算机能够识别和处理的模型；4）模型检验：检验仿真模型本身的建模逻辑和参数输入，以及检查仿真模型与实际系统的匹配；5）运行仿真：在仿真软件上建立好仿真模型后，从不同的角度利用仿真工具进行仿真；6）结果分析：把从不同角度得到的生产线数据进行整合分析，评价整条生产线，并把仿真和评价结果输出；7）仿真应用：把仿真和评价数据作为生产线改进的参考，并将符合目标的仿真和评价数据应用到仿真系统中，指导实际生产线系统的运作。

2.根据权利要求1所述的真空断路器装配生产线的建模方法，其特征在于：所述步骤1）中收集的数据为直接来自于目标仿真对象和生产环境的数据。

3.根据权利要求1所述的真空断路器装配生产线的建模方法，其特征在于：所述步骤2）中模型抽象为将实际问题转化为计算机能够直接读取的数据。

4.根据权利要求1所述的真空断路器装配生产线的建模方法，其特征在于：所述步骤7）的生产线仿真过程中采用遗传算法，直接对结构对象进行操作，使得不存在求导和函数连续性的限定、具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力。

5.根据权利要求1或4所述的真空断路器装配生产线的建模方法，其特征在于：所述步骤7）的生产线仿真过程中采用概率化的寻优方法，使得仿真能够自动获取和指导优化的搜索空间，自适应的调整搜索方向，不需要确定的规则。

Images