数字化制造-基于Plant Simulation的冲压车间数字化仿真平台研究

冲压车间是将板材冲压形成汽车车身、车厢、车底板等部件的过程，冲压是汽车生产四大加工工艺的首个工序，直接影响着汽车焊装、涂装、总装车间的生产。冲压车间生产具有以下特点：

换模时间长：每种冲压件均有一套专用冲压模具，模具从模具库通过天车送到冲压线，并进行换模，换模时间需几分钟到十几分钟，远大于单个产品的冲压时间，因此换模时间不可忽略。

大批量生产：因不同产品换模时间较长，且准备过程需要消耗大量的能源和人力，生产过程应尽量减少换模次数，因此采用批量生产的方式。

需求拉动：为了满足下游车间正产生产，冲压车间需根据下游车间的需求计划进行批量生产，在保证安全库存的前提下，尽可能减少在制品数量。

模型边界和仿真目标

仿真平台以冲压车间为分析研究对象，研究的范围从毛坯进入冲压车间开始到冲压件离开冲压车间进入焊装车间为止，不包括冲压车间以外的生产操作。基于冲压车间具体实例的分析，仿真优化模型的目标有：

(1) 基于冲压车间的生产工艺流程，构建冲压生产线的线体仿真模型，对冲压生产车间进行动态分析。

(2) 采用参数化建模的技术，开发通用的冲压车间仿真平台，能对不同的规划方案进行分析比较，提高仿真平台的柔性。

(3) 分析冲压车间叉车数量对冲压车间产能的影响，确定最优的叉车数量,确定车间毛坯和冲压件库缓存区的大小等。

建立车间的三维动态展示模型，实时了解车间和模型的运行状态。

模型假设

冲压车间物流多且过程复杂，若对所有的生产动作要素进行分析，不仅会消耗大量的人力物力，也会影响对仿真目标的分析研究，因此在实际建模的过程中要根据冲压生产线的特点和仿真目标的不同，对分析目标影响较小的因素进行简化，保证仿真模型的有效性。结合冲压车间优化改善的目标，对冲压生产系统模型做如下假设：

(1) 冲压生产设备发生故障导致停线的概率按照设定的分布函数随机发生。

(2) 冲压工位的机器人、夹具、端拾器等不做具体动作建模，以每个设备作为最小的建模对象。

(3) 除冲压线尾人工装冲压件到料框外，其他区域认为人员充足供应，模型中省略对工人的建模。

建模流程

Plant Simulation仿真模型中对象要素

Plant Simulation是一个面向对象的离散型建模和仿真软件，根据冲压车间各对象元素的特点，主要的建模单元有：

(1) 毛坯件：采用移动对象Entity表达，主要属性有名称、长度等。根据这些属性确定冲压毛坯数量、托盘容量、订单数量等。

(2) 冲压工位：采用物流对象SingleProc表达，主要参数有冲压时间、故障率和平均修复时间等。

(3) 托盘：采用移动对象Container表达，主要参数有长度和容量等。

(4) 安全区：采用资源对象LockoutZone表达，主要参数为安全区工位列表，控制安全区所有工位的故障。

(5) 模具库、冲压件库: 采用物流对象Buffer表达，主要参数为容量。

结束语

采用Plant Simulation软件建立冲压车间通用仿真平台，实现对冲压车间缓存区大小、转运批量、生产计划、瓶颈环节分析等。平台采用模块化、参数化建模方式，满足技术人员对功能模块进行快速的调整、规划，能有效提高车间规划的效率、为车间生产提供决策支持。