基于Petri网的汽车总装线生产物流优化

[摘要]基于汽车总装线生产过程中的一些问题进行了分析；运用Petri网的基本理论和模型的构造块为基础进行建模，通过对汽车总装线上各个工位的工作时间、工人数及工位数的数据采集，采用3盯準则获得仿真时的输入参数数据；根据各模块的功能与联系，实现Petri网模型与Arena仿真模型的对接，形成汽车总装线的Arena仿真模型；输入各有效工作时间，实现汽车总装线的物流仿真并结合汽车总装车间的历史数据，实现模型可靠性验证；以仿真的结果计算总装线的平衡率、工作负荷率及资源利用率，重新划分工作站，为汽车总装配线物流系统的优化提供了理论基础。

[关键词]生产物流；汽车总装线；Petri网；资源利用率；仿真模型

1引言

近年来，随着汽车企业不断发展，中国汽车企业面临着车型增多、产量增加、原材料价格上涨、成品汽车最终价格竞争激烈等挑战。多数企业对提高汽车总装线的生产效率问题进行了广泛关注。在实际制造系统中各工位流程的规划和资源利用率的准确分析及优化问题成为当前研究的一个热点。

国内外学者对于生产物流系统分析问题进行了一定的探讨和研究。目前，Petri网在生产物流系统、仓储配送系统、业务流程优化、物流信息系统和开发、采购与运输系统优化等领域得到广泛的应用。齐相龙等人根据预装配线工艺优化特点，把汽车预装配平衡问题抽象为数学优化问题，建模并设计了遗传算法实现模型求解。吉林大学的张文诺从发动机制造企业的实际出发，建立分层Petri网模型来描述企业生产物流流程，通过历史数据来验证模型的有效性，在Arena仿真平台进行模拟仿真，验证优化结果。Claude Martinez等通过运行仿真软件Arena，有效的验证了产能约束性制造企业控制系统的Petri网模型的有效性。Gonzal Mejia等通过在Arena仿真平台上开发的对象库建立赋时着色Petri网模型，实现离散事件仿真与Petri网的融合互补，该方法已经得到应用。

以上研究内容中，尤其侧重于使用Petri网模型与Arena仿真软件相结合来进行生产物流系统中的分析，并没有对生产过程中的瓶颈环节、资源利用率、生产节拍等问题进行细化来综合考虑优化问题。因此，本文以Petri网模型和Arena仿真软件为前提，运用3盯准则对数据进行分析与整理，对比总装线的物流仿真数据与汽车总装车间的历史数据，实现模型可靠性验证。通过仿真计算总装线的平衡率和工作负荷率，重新划分工作站和调整工作站的次序，达到更优的结果。

本文虽然以汽车装配线为研究对象，但其理论也同样适用于林业机械的线上物流工艺优化，通过建模仿真优化，为林业机械的线上物流装配工艺节约资源，用有限的资源成本创造更多的社会价值，也响应了国家对低碳、生态、林业等方面的重视。