焊裝生產線規劃是一項較為復雜的工作，主要任務是依據項目指令輸入條件，如產能、一層計劃、產品平臺，進行工序拆分、線體分區、物流布置，輸出生產線工藝方案、平面布置。隨著工藝設備自動化、智能化日益深入，規劃的任務更多地體現在節拍、開動率、全過程質量、智能化等方面。
傳統的規劃方法已經無法適應新的需求，本文通過闡述某新建生產線分段及緩存設計方案的迭代過程，探討Plantsimulation軟件在分析產能中的應用。
焊裝自動化生產線規劃階段存在的問題
焊裝生產線預研階段的主要任務，是依據項目指令輸入的產能、一層計劃、產品平臺，進行工序拆分、線體分區、物流布置，輸出生產線工藝方案和平面布置圖。方案設計過程中，以下問題要重點關注：一是生產線布局與節拍的相互關系。不同類型自動化設備故障率差異較大，線體內設備類型、數量對開動率有重大影響；二是線間緩存設計。行業內既有趨向于“零緩存”，更多地是傾向于設置緩存。緩存數量的設定也沒有明確的標準。
圖 1 線間輸送系統故障影響線體節拍達成
規劃階段對線體分段和緩存設計，傳統方式是依據歷史經驗數據制定方案。存在的問題，主要是自動化生產線比以往更為復雜，基于歷史經驗設計缺乏定量分析支撐。例如臺車、緩存數量過多造成投資浪費，過少造成開動率瓶頸，影響整線開動率和節拍達成。從行業經驗來看，對此類問題深入分析需借助分析軟件進行仿真，結合布局進行優化。
Plantsimulation的作用
Plantsimulation是工廠、生產線及物流過程仿真軟件，能夠對車間布局、物流、產能等進行定量的計算驗證并根據仿真結果找出優化的方向，從而能夠在方案階段對實施效果進行驗證。
產能作為生產效率的主要目標，是生產線規劃及優化的重要方向。生產時間一般是分布函數而不是確定的值。另外，考慮到設備的故障率，普通方法計算的產能與實際存在一定偏差。
Plantsimulation能夠對分布函數、故障率等概率事件進行仿真，從而相對準確地計算生產線的產能并根據仿真統計結果發現生產線的瓶頸，為生產線的優化指明方向。
Plantsimulation在新建生產線規劃階段的應用
1.新建生產線總體方案及主要問題
新建生產線基于奇瑞成熟的產品平臺，后期將導入下一代全新平臺，具備多車型柔性化生產能力，廣泛采用自動焊接、涂膠、NC柔性化系統、視覺引導檢測等設備，自動化率達到95%以上。線間采用滾床、臺車、升降機組成自動化輸送線。設計產能36JPH，具備擴展的能力。
規劃階段篩選主焊線體內有如下瓶頸：下部NC合拼、主拼GATE、頂蓋上線、激光焊、機器人弧焊工位等。主線分段方式上，下部線NC定位及補焊成線，下部增打設一條線。關于主焊拆分，有兩種方案見表1。
表 1 主焊線設計兩種不同方案
方案的分歧集中在機器人弧焊模塊是否單獨成線。根據經驗，機器人弧焊屬于故障率較高的模塊，歷史統計可動率為99.73%～99.85%，其他設備則為99.9%～99.95%。
經測算，方案二較方案一增加了4個輸送滾床和2臺升降機，投資較高，收益是斷開了故障率較高的機器人弧焊模塊，增加了4個可用緩存。
2.引進Plantsimulation的仿真方法
要兼顧精益高效生產與集約化投資，需在規劃階段決策采取何種方案。鑒于傳統方法已無法解決上述問題，因此引入Plantsimulation進行仿真分析。本例中，Plantsimulation需要解決線體間和整線的平面布置。
3.建立仿真模型
（1）目標
分別按方案一、二對線體仿真計算節拍（36JPH）和開動率（85%）
（2）假設前提
①線體內設備類型、數量已確定。
②統一設定輸送時間。如升降機運行時間50s、輸送滾床12s、旋轉滾床6s。
③單個設備的MTTR（平均故障修復時間）數據統一設定為300s。
④不考慮人工操作、零部件質量、生產計劃調整等影響。
（3）可變量設置及仿真運算模型
①可變量：分別為臺車數量和線間緩存數量；
②分別按方案一、二導入平面布置和設備明細，運行30天并計算節拍和開動率。
（4）仿真輸出
Plantsimulation計算輸出每種方案的節拍和開動率。
4.仿真運算
根據方案一（圖2），MB2包括頂蓋上線、激光焊、補焊、機器人弧焊幾個模塊及升降機轉運（圖3）。由表2、圖4可見，這幾個模塊在同一線體內，受機器人弧焊模塊故障率較高影響，線體開動率TA為82.5%、節拍35.69JPH。Plantsimulation仿真能較為精確、直觀地了解方案的實施結論。根據方案二，MB2僅包括頂蓋上線、補焊、激光焊模塊，而機器人弧焊及補焊則拆分到MB3線內（圖5）。
圖 2 方案一導入的仿真運行模型示例
圖 3 方案一的 MB2 線平面布置
圖 4 MB2 線各工位運行時序
圖 5 方案二 MB2、MB3 線平面布置
表 2 MB2 線體節拍與開動率仿真結果
分段后MB2、MB3線各工位運行時序（圖6）、綜合節拍與開動率仿真數據如下。
圖 6 MB2、MB3 線各工位運行時序
根據仿真結果，當線體內與輸送線上臺車總數達到54臺，綜合節拍即可以達到36.1JPH（圖7）。
圖 7 線體臺車數量仿真數據
綜合對比兩個方案（表3）：
①方案一36.69JPH節拍，未達成目標；方案二37.13JPH節拍，達成目標。
②方案一TA值82.5%，未達成目標；方案二TA值89.49%，達成目標。
表 3 方案一、二線體綜合節拍與開動率仿真結果
分析：將原MB2線拆分為MB2、MB3后，線間增加了緩存，當高故障率模塊維修時間≤MTTR時間時，不會導致其他線體立即停線，從而達成整體節拍，并提升開動率（圖8）。
圖 8 MB2、MB3 線間建立緩存，機器人弧焊模塊單獨成線
可見，高故障率模塊與其他模塊拆分有利于整線節拍達成。
新建生產線規劃實際使用
線體設計階段，經多輪Plantsimulation仿真，確定按方案二進行生產線布置。MB2線與MB3線之間設置升降機及緩存位以滿足生產需求。
值得關注的是，線體分段并建立線間緩存后，只是為高故障率線體爭取了維修時間，仍需從工藝設計、設備選型、安裝調試、預防性維護、現場保全各方面提升設備完好性、降低故障概率并提升開動率。
生產調試階段，MB3線機器人弧焊工位故障率較高，調試多輪，由于線間緩存的作用，未對MB2線正常生產造成過多影響。
結論
隨著焊裝自動化生產線日益復雜，傳統的平面布置+節拍核算已經不能滿足提升開動率的需求。通過引進先進的工廠布局與仿真計算方法，在規劃階段提前識別線體布局的問題。通過蕪湖基地及異地工廠規劃、安調使用狀況來看，初步驗證Plantsimulation算法是可行和有效的。
奇瑞ME團隊通過項目實踐，在產品SE分析、產線規劃、工藝設計、虛擬安調各個階段已經初步借助Delmia、Tecnomtix、Plantsimulation、PDPS及OLP/VC等軟件，定量分析產品、產線的可行性、可達性、運行效率，為焊裝工藝規劃提供強大動力，并助力品牌質量、效率全面提升。
