基于Delmia/Quest的煤机生产线规划仿真与应用

煤炭装备的成套化有利于煤炭装备制造企业开展营销、服务、技术支持等工作，使客户获得全套解决方案、节省采购时间、提高开采效率。在这种趋势的推动下，成套装备生产能力必将成为企业的核心竞争力，为企业赢得高的市场占有率打下坚实基础。

三一重装在国内首次实现了在同一个厂房内进行采煤机、刮板机和液压支架的部装、总装及三机联调功能，并且建立了国内煤机行业的首条装配流水线，此应用在国内综采成套装备制造领域处于绝对领先水平。但在整个厂房规划、设计时仍然采用的是传统二维平面图，缺乏立体效果，不能真实展示未来厂房的空间布局，更重要的是不能模拟真实厂房的动态生产，很多实际生产中不可预见的因素尚未考虑，如设备故障率、缺件率等，从而使布局规划的合理性、可靠性得不到保证。随着仿真技术的发展和虚拟现实技术的产生，一种数字化工厂仿真工具随之产生。利用Delmia/Quest，在虚拟空间中运作，对未来的真实工厂进行虚拟现实仿真，及时发现工艺规划中存在的问题并提出改善建议，这是二维工艺规划所不能达到的。

1 Delmia/Quest物流仿真软件及应用

1.1 Quest

Quest是法国达索公司用于对生产工艺流程的准确性与生产效率进行仿真与分析的全三维数字化工厂环境。它提供了强有力的交互式仿真建模功能，并且提供了一些常用生产及物流设备的初始模型。

Quest的仿真步骤是动态的，基于一个3D的建模环境。所有的模型都可以分成两部分：物理模型和逻辑模型。逻辑模型是Quest仿真的核心部分，主要由要素(elements)和零件(parts)两部分组成。其中，要素主要由以下几方面组成：①逻辑，指掌握要素行为的规则和程序；②属性，指要素相关的数据项；③外观，主要由3D的几何体构成。而零件是指要素加工出来的实体，与要素相比，零件同样具有属性和3D几何体构成，但是它们没有任何逻辑定义。

1.2 Quest的应用

采用Delmia/Quest进行生产线的仿真，首先要在预知工艺流程的基础上建立几何模型，然后确定几何模型之间的关联关系和其对应的仿真参数、仿真逻辑，即可进行生产线的仿真。

1.2.1 生产线的工艺流程

采煤机、刮板机和液压支架的大结构件分别从1、2、3号厂房的结构件车间利用电动拖车运到6号厂房总装车间，再通过大行车转运到暂存区，等待总装上线。其中采煤机和液压支架采用流水线装配方式，通过地拖链实现工位间转运，而刮板机由于外形尺寸较大而采用定点装配方式。小结构件通过电动拖车输送至总装线边库存放，外协外购件通过AGV从仓储区输送至总装线边库存放。厂区规划总图如图1所示。

图1 厂区规划总图

1.2.2 生产线仿真单元参数的确定

为将生产系统运行以及装配操作等精确地映射到几何模型上，保证仿真结果的真实性、准确性，要将一些与生产线相关的信息和参数赋予给几何模型。工艺时间参数输入见表1。

表1 工艺时间参数输入表

1.2.3 生产线几何模型的建立

在Quest环境下，建立与生产资源相对应的几何模型，如Source、Buffer、Sink等。通过几何模型展示生产线的运作及物流情况，可以直观、实时地观察物流特性和设备运转状态。

2 项目成果应用

本项目利用Quest软件对6号厂房的仓储区、配送区，总装线、部装线等区域进行了物流仿真分析，通过分析发现现有规划方案中存在的问题，并且通过调整工艺参数、设备数量等进行方案完善，以达到预期的规划目标。

2.1 产能分析

通过对6号厂房的现有布局方案进行物流仿真分析，发现整个生产系统在虚拟仿真系统里未达到年度目标产能。除转载机符合年度生产纲领外，其余产品均未达到年度生产纲领。由表1数据可知，采煤机总装第1工位及第5工位工时过长，建议将第1工位进行拆分，合并3、4工位，增加一个调试工位，总工位数由5个变为6个。对于刮板机工艺规划，建议将机头、机尾及中部槽串行装配改为并行装配。支架产能受阻于总装线第8、9工位，为液压支架瓶颈工位，建议分别拆分为两个工位，以满足整条线的节拍平衡。按照调整后的工艺规划重新进行仿真验证。优化后年产支架9000架、采煤机192台、刮板324台、转载216台，均可满足产能要求。

2.2 转运设备利用率和数量分析

在液压支架年产能为9000架、采煤机为192台、刮板机为324套，即满足生产纲领的规划方案情况下，对转运设备利用率进行深入分析，从而确定合理的转运设备数量。在既能满足基本生产需求又使设备利用率控制在合理范围内，建议将AGV数量设为11台，高位叉车为6台。

3 小结

本文利用Delmia/Quest软件平台，在6号厂房建成之前，对生产过程进行仿真，直观和形象地展示了未来厂房的生产线状况，提前发现问题并对不合理之处及时进行修改完善，避免了厂房和设备落成后再调整布局所带来的人力、物力和财力的损失。