开停生产模拟

Production Support 56,我们专注于流程改进和制造模拟. 我们对许多生产线进行了建模,通常发现当一条生产线达到一定速度时,它的效率相对较高。在正常操作之外、出现问题或需要更换生产线时,会发现更富有成效的改进机会。一个经常被忽视的改进领域是生产线的启动和关闭。这是一天或活动开始时的时间段,此时机器打开,物料开始填满生产线,然后反向停机。由于生产线在这些时期无法全速运行,因此生产线不可能像正常运行时那样高效。这些低效时期可能会持续几分钟、几小时甚至几天。制造商通常通过增加批量大小和活动长度来弥补这一点,这会导致生产过剩。

生产模拟的早期模型注意事项

一如既往,在开始任何模型之前,您应该定义您的模型试图回答的问题。如果您只对正常操作感兴趣(当事情按预期工作并且生产线处于正常速度时),那么不要浪费任何时间担心启动。我在之前的文章中讨论过定义一个好的模型问题. 大多数仿真软件都有预热期,模型启动期间生成的数据会被忽略。这是为了防止启动数据扭曲正常操作数据。这是正确的,因为它们是生产线的两个不同阶段。如果您只对正常操作感兴趣,您还应该确保模型关闭期间生成的数据也被忽略。这通常可以通过让模型在全流时突然停止来轻松实现。我们使用Simul8仿真软件进行建模,它具有内置的预热期功能,但根据应用程序,我们通常对模型进行编程以在不同阶段收集数据。

我经常将正常操作称为模型的稳定状态,这是模型的输入和输出匹配并且线路负载和正在完成的工作相对恒定的地方。此定义有助于定义从启动到稳定状态以及到关闭阶段的过渡。

使事情复杂化的是,有两种类型的启动:冷启动和热启动。冷启动是指设备完全关闭并需要一系列活动才能使它们运行,例如将炉子从室温调到工作温度,将有一系列复杂且耗时的活动来实现这一点. 热启动是指设备处于闲置状态并且需要少量活动才能使其运行,例如,螺旋冷冻机可能处于正确的温度,它只需要传送带启动。对于您的模型,您需要了解您正在模拟的是哪种类型的启动,以确保您收集到正确的信息。

如果您认为启动和关闭可能会对模型的目的产生重大影响,那么值得花额外的时间来扩大项目的范围。这意味着您必须准确地模拟生产活动的开始和结束,并对软件进行编程以收集每个不同阶段的数据。其次要考虑的是哪些参数最重要,会影响模型结果?

生产启动和停产的相关因素

在为模型或流程改进项目规划数据收集时,我会考虑构成众所周知的 4M 和 1E(人、机器、材料、方法和环境)的五个主要因素。重要的是要考虑每个因素并确定影响模型的关键杠杆,以及对回答问题很重要的关键杠杆。

生产模拟杠杆

环境:制造过程通常在室内进行,重要的环境因素受到控制,例如光线、温度、湿度和气流。但是,值得考虑,特别是如果您正在建模的过程是在室外,但对于大多数建模项目来说,可以安全地忽略它。

劳动力(男性):这里的重要数据是轮班模式、休息时间、人员配备水平和技能。通常会有关键人员在生产活动的开始和结束时管理设备和材料。

机器:有些机器需要预热期(如冷冻机或油炸机)或需要校准或设置。在运动结束时,可能需要对设备进行安全处理或清理。这些活动本身就是活动,可能需要专业技能,但只会在活动开始或结束时发生一次。

材料:一些材料可以保留在半完整状态。这些通常是离散的不易腐烂的零件(例如,汽车发动机),在生产班次结束时,当前活动将完成,零件可以在生产线上等待到第二天。其他材料可能需要在一天结束时进行特殊存储,尤其是当这些材料有价值或危险时。一些材料易腐烂(例如食品),因此生产线可能会在生产班次结束时清空并清洁。

方法:该方法将定义启动和关闭生产线所需的周期时间和技能。该方法(或活动理念)可能需要在活动开始期间积累部分成品材料(进行中的工作,WIP),并在活动结束时耗尽该 WIP,或者 WIP在活动结束时存储,并在下一次活动开始时返回。战术性地使用 WIP 有助于加快启动速度并确保生产线的平稳运行。

启动和关闭的真实世界案例研究

我们最近对熔铸工艺进行了建模,其中加工后的铸件和去除的材料返回到熔铸工艺。他们进行了两周的活动(坩埚的使用寿命),花了大约一天的时间让设备达到温度,最后大约需要八个小时来冷却和清洁设备。

种子材料

熔体材料由 90% 的新材料和 10% 从机加工中回收的晶种材料组成。为了让生活变得有趣,加工材料直到生产 60 小时后才生成,而且它有剧毒。因此,对于初始熔体,需要回收材料库存来为每个熔体播种,一旦铸件准备好进行加工,生产线就会产生足够的回收材料来为每个后续熔体播种,并达到稳定状态。最后一次铸造过程在活动开始十天后进行,此后产生了大量回收材料,但并未消耗。该图显示了存储中回收的有毒物质的数量,并具有类似浴缸的曲线,其中包含三个不同的生产阶段。

生产模拟案例研究的结果

该模型使我们能够与流程利益相关者合作,以最大限度地减少持有的有毒回收材料的数量,并确保有足够的库存来开始下一次活动。

启动和关闭

此操作的一个有趣特征是启动生产活动需要进行许多活动。建模允许评估不同的启动时间表。我们发现在一个活动结束时有足够的免费劳动力为下一个活动准备熔炉,这包括排空、冷却、剥离、重建和设置。此外,还发现可以在下一个活动开始时准备好机加工设备,因为第一次熔化和铸造活动正在进行。所采用的这种方法类似于单分钟芯片交换 (SMED) 方法(我希望在以后的文章中对此进行讨论)。

这种启动和关闭活动的优化显着减少了加班的需要,最大限度地减少了延迟,并增加了工厂的产能,所有这些都不需要花任何钱。

总结:有效的生产模拟

我们发现制造仿真是支持流程改进和运营设计的绝佳工具。创建一个好的模型的关键是将它建立在一个包含目标和杠杆的单一问题上。例如,“我可以通过优化轮班模式来增加生产线的吞吐量吗?”。在规划模型时,您应该考虑启动和关闭是否会影响目标,如果会,哪些是关键要素。如果您要合并启动和关闭,则应确保模型为每个不同的阶段分别收集数据。

通过包含启动和关闭的模型,您可以确定劳动力、材料和能源方面的全部运营成本。然后,您可以运行各种方案来优化热启动和正常操作之间的权衡。这对于冷冻机等能源密集型设备尤其重要,您可能希望在生产活动之间将它们闲置在较高温度下,同时又不会不利地增加启动时间。

您可能会发现在正常操作之外会产生更大的影响,如果您不对它们进行建模,您将永远不会知道。

相关生产模拟内容

如果您想了解有关生产模拟的更多信息,您可能需要查看我之前在 SCDA 上发表的文章:

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