一种数字化工厂的液压支架结构件焊接生产线仿真优化方法技术

本发明专利技术公开了一种数字化工厂的液压支架结构件焊接生产线仿真优化方法，包括下列步骤：生产线初步规划，利用工厂仿真软件PlantSimulation建立相应仿真模型，对车间设备布局、生产物流设计、产能等方面进行定量的验证并根据仿真结果找进行优化。优化过程包括：调整工序间作业负荷以及各工序设备数量，获得静态计算下的工位分配方案，并制定初始化物流转运策略和公共资源分配策略作为仿真模型数据输入；基于仿真模型验证静态的生产线布局方案的可用性，进行策略与设计规划的迭代优化。本发明专利技术能够在焊接生产线投产前对全生产流程进行仿真，针对仿真结果继续进行策略迭代优化，有效验证生产线产能与规划，降低投资与研发风险。发风险。发风险。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化工厂的液压支架结构件焊接生产线仿真优化方法


[0001]本专利技术涉及数字化工厂结构件拼装与自动焊接产线设计领域，具体涉及一种数字化工厂的液压支架结构件焊接生产线仿真优化方法。

技术介绍

[0002]工厂仿真技术实际上是生产系统离散事件仿真技术，其本质是对实际世界建立系统模型，并利用所建模型对实际系统进行试验研究的过程。
[0003]生产系统仿真重点关注在生产规划这一环节，生产规划环节通过利用虚拟仿真技术，可以对于工厂的生产线布局、设备配置、生产制造工艺路径、物流等进行预规划，并在仿真模型“预演”的基础之上，进行分析、评估、验证，迅速发现系统运行中存在的问题和有待改进之处，并及时进行调整与优化，减少后续生产执行环节对于实体系统的更改与返工次数，从而有效减低成本、缩短工期、提高效率。工厂仿真技术在以下场景中得到了广泛的应用：1.在真实系统建立之前，验证系统设计，发现潜在问题；2.与现有生产系统并行，来评估计划改变带来的影响；3.发现和消除在生产提升过程中需要花费成本和时间纠正的问题；4.在不破坏产能的情况下，将用于生产线的投资成本减到最少；5优化含有多种变量复杂生产系统的性能。
[0004]传统的煤矿机械制造行业作为典型的离散性生产企业，由于市场经营环境的变化、新的材料、技术、生产工艺地采用等因素，行业格局正在发生震荡，必须不断缩减产品制造周期，提高生产柔性，满足用户的个性化需求。
[0005]虚拟仿真作为车间生产线工艺规划和生产线平衡的重要手段，通过构建出典型的离散系统仿真模型，对焊接车间关键工位、线平衡、生产过程、单线体生产线布局与物流方案进行分析，分析并优化车间产能，对于企业稳定生产运行、减少规划迭代成本具有重要意义。

技术实现思路

[0006]传统的液压支架结构件焊接生产过程，受制于产品类型多样、不同产品之间结构以及焊接工艺差异大、产品批量较小，换产周期短的影响，拼装焊接生产线对于不同产品的适应性差。以往依据经验进行产线规划、设备配置的方式，对于动态生产场景产线运营效果无法提前进行量化评估，调整周期长，试产成本高昂，已不能适应数字化制造的需求。
[0007]为解决以上问题与缺陷，本专利技术提出了一种数字化工厂的液压支架结构件焊接生产线仿真优化方法，该仿真方法基于数字化工厂仿真软件，通过对工位利用情况、物流设备使用情况进行分析，优化设备选型、调整生产线运营策略(行车调用策略、共用资源动态分配策略)，能够在焊接生产线投产前，对全生产流程进行仿真，针对仿真结果继续进行策略迭代优化，有效验证生产线产能与规划，降低了投资与研发风险。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]设计一种数字化工厂的液压支架结构件焊接生产线仿真优化方法，包括下列步
骤：
[0010]S1、模型输入准备：针对生产线各个工序的初始化分配方案，计算生产线各工序的工序能力，获取工序时间，进行静态的工序能力平衡指数计算与调整，确定调整后的各个工序的设备分配方案、以及不同工序间工件转运逻辑，对生产线的规划方案进行初步优化调整；所述工序包括拼底板、一拼、一次平焊、拼焊垫板、1.5拼、立焊、二拼、补焊、二次平焊、立焊、三拼、预热、三次补焊；
[0011]S2、仿真模型构建：根据步骤S1得到的初步优化调整后的生产线规划方案，将对应的数据信息和分配方案作为数据输入，使用PlantSimulation工厂仿真软件对液压支架结构件焊接生产线进行三维仿真模型构建；
[0012]S3、仿真模型验证与迭代优化：验证静态的生产线布局方案的可用性，确定基于虚拟流水线的车间调度作业模式，聚焦工位能力平衡与共用资源动态分配问题，进行策略与设计规划的迭代优化；
[0013]S4、优化后策略效果验证。
[0014]优选的，所述液压支架结构件焊接生产线包括用于一拼、三拼工序的拼装区域1，用于1.5拼、二拼工序的拼装区域2，补焊区1、补焊区2、自动焊交互区1、自动焊交互区2、机器人自动焊接区、AGV取料区；
[0015]所述液压支架结构件焊接生产线还包括物流转运设备，所述物流转运设备包括手动行车、智能行车、AGV物料运输车、步进式拼装平台。
[0016]优选的，所述步骤S1具体包括：
[0017]S11、各个工序的设备分配方案初始化，并基于初始化的工位、设备分配方案、工序时间数据，分别计算各个工序理论节拍时间；各个工序理论节拍时间的计算方式为：
[0018][0019]S12、进行静态的工序能力平衡指数计算,对工位分配方案进行调整；每个工序的工序能力平衡指数的计算方式为：
[0020][0021]其中，
[0022]S13、根据步骤S12计算所得的工序能力平衡指数将各个工序进行划分为不同的工序类型：
[0023]如果工序能力平衡指数＞1，则将其划分为A类型工序，即瓶颈工序；
[0024]如果工序能力平衡指数＜1，则将其划分为B类型工序，即产能富裕工序；
[0025]根据生产线规模、设备成本和设备功能，将不同的工序进一步划分子类型：
[0026]工序子类型1：仅作业负荷可调，如受限于产线面积或设备成本考虑无法进行设备增减；
[0027]工序子类型2：仅设备数量可调，如设备具有特殊性，其工序内容其他设备无法承担；
[0028]工序子类型3：设备数量与作业负荷均可调；
[0029]工序子类型4：设备数量与作业符合均不可调；
[0030]不同工序子类型的调整规则如下：
[0031]规则1：增减工位数量，适用于工序子类型2和工序子类型3中设备数量可调整情形；
[0032]规则2：调整作业负荷至设备功能相似且工序能力平衡指数较小的工序，适用于工序子类型1和工序子类型3中作业负荷可调整的情形；
[0033]规则3：从设计角度出发，对设备功能重新规划，或更换设备选型；从运营角度出发，尝试延长每日有效作业时间或更改物料进出策略，适用于工序子类型4中设备数量与作业负荷均不可调整的情形：
[0034]S14、根据步骤S13中的调整规则，结合步骤S11中初始化方案下各工序节拍时间，对A类型工序进行子类型识别并按照上述规则进行相应的调整,重新计算调整后的工序能力平衡指数，满足该指数小于1即可，据此确定出具体的设备调整量或作业负荷调整量；对于B类型工序通过减少设备数量或增加作业负荷，限制其过度产出；在完成以上步骤后，将各个工序的工序时间进行更新，并将更新后的各工序设备分配方案以及工序时间数据作为步骤S3中的模型输入数据待用；
[0035]S15、制定工序间转运逻辑与公共资源分配逻辑初始化方案；
[0036]①
交互位分配原则：
[0037]机器人自动焊接区与拼装区域1、拼装区域2之间分别设置交互区用于工件缓存、流转交接，交互位数量根据场地面积以及结构件常见尺寸确定；该结构件焊接生产线共设置交互位X个，其中拼装区域1与机器人自动焊接区之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化工厂的液压支架结构件焊接生产线仿真优化方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、模型输入准备：针对生产线各个工序的初始化分配方案，计算生产线各工序的工序能力，获取工序时间，进行静态的工序能力平衡指数计算与调整，确定调整后的各个工序的设备分配方案、以及不同工序间工件转运逻辑，对生产线的规划方案进行初步优化调整；所述工序包括拼底板、一拼、一次平焊、拼焊垫板、1.5拼、立焊、二拼、补焊、二次平焊、立焊、三拼、预热、三次补焊；S2、仿真模型构建：根据步骤S1得到的初步优化调整后的生产线规划方案，将对应的数据信息和分配方案作为数据输入，使用PlantSimulation工厂仿真软件对液压支架结构件焊接生产线进行三维仿真模型构建；S3、仿真模型验证与迭代优化：验证静态的生产线布局方案的可用性，确定基于虚拟流水线的车间调度作业模式，聚焦工位能力平衡与共用资源动态分配问题，进行策略与设计规划的迭代优化；S4、优化后策略效果验证。2.根据权利要求1所述的数字化工厂的液压支架结构件焊接生产线仿真优化方法，其特征在于，所述液压支架结构件焊接生产线包括用于一拼、三拼工序的拼装区域1，用于1.5拼、二拼工序的拼装区域2，补焊区1、补焊区2、自动焊交互区1、自动焊交互区2、机器人自动焊接区、AGV取料区；所述液压支架结构件焊接生产线还包括物流转运设备，所述物流转运设备包括手动行车、智能行车、AGV物料运输车、步进式拼装平台。3.根据权利要求2所述的数字化工厂的液压支架结构件焊接生产线仿真优化方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11、各个工序的设备分配方案初始化，并基于初始化的工位、设备分配方案、工序时间数据，分别计算各个工序理论节拍时间；各个工序理论节拍时间的计算方式为：S12、进行静态的工序能力平衡指数计算,对工位分配方案进行调整；每个工序的工序能力平衡指数的计算方式为：其中，S13、根据步骤S12计算所得的工序能力平衡指数将各个工序进行划分为不同的工序类型：如果工序能力平衡指数＞1，则将其划分为A类型工序，即瓶颈工序；如果工序能力平衡指数＜1，则将其划分为B类型工序，即产能富裕工序；根据生产线规模、设备成本和设备功能，将不同的工序进一步划分子类型：工序子类型1：仅作业负荷可调，如受限于产线面积或设备成本考虑无法进行设备增
减；工序子类型2：仅设备数量可调，如设备具有特殊性，其工序内容其他设备无法承担；工序子类型3：设备数量与作业负荷均可调；工序子类型4：设备数量与作业符合均不可调；不同工序子类型的调整规则如下：规则1：增减工位数量，适用于工序子类型2和工序子类型3中设备数量可调整情形；规则2：调整作业负荷至设备功能相似且工序能力平衡指数较小的工序，适用于工序子类型1和工序子类型3中作业负荷可调整的情形；规则3：从设计角度出发，对设备功能重新规划，或更换设备选型；从运营角度出发，尝试延长每日有效作业时间或更改物料进出策略，适用于工序子类型4中设备数量与作业负荷均不可调整的情形：S14、根据步骤S13中的调整规则，结合步骤S11中初始化方案下各工序节拍时间，对A类型工序进行子类型识别并按照上述规则进行相应的调整,重新计算调整后的工序能力平衡指数，满足该指数小于1即可，据此确定出具体的设备调整量或作业负荷调整量；对于B类型工序通过减少设备数量或增加作业负荷，限制其过度产出；在完成以上步骤后，将各个工序的工序时间进行更新，并将更新后的各工序设备分配方案以及工序时间数据作为步骤S3中的模型输入数据待用；S15、制定工序间转运逻辑与公共资源分配逻辑初始化方案；
①
交互位分配原则：机器人自动焊接区与拼装区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：高岩，吴瑞芳，李昌赫，赵珂，常梦辉，
申请(专利权)人：郑州煤机数耘智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：