基于前照灯自动线的仿真优化研究与应用

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2025年10月27日

0 前言

车灯作为汽车的重要组成部分，不仅承担着照明和信号传递的基本功能，还逐渐演化为提升汽车美观和智能化水平的关键因素。因此，车灯的设计与制造过程对提高整车性能和用户体验具有重要影响。

本研究旨在通过产线改造和仿真技术的应用，实现车灯生产的自动化和智能化，以提高生产效率和产品质量。首先，本文将分析当前车灯生产线的现状，识别存在的问题和需要改进的空间；其次，探讨生产线改造的必要性和方法，再利用仿真技术优化生产流程，模拟生产线运行；最后，设计并改造一套自动化前照灯生产线，通过自动线实际运行数据验证改造效果。

本研究的意义在于，通过技术创新推动车灯制造业的发展，降低产线人员负荷，并满足市场对高新车灯的需求。同时，研究成果也可为公司其它传统前照灯生产线的改造提供参考和借鉴，促进整个公司的技术进步和产业升级。此外，本研究还将探索自动化与智能化技术在传统制造业中的应用前景，为相关领域的学术研究和实践提供新的视角和思路。

1 车灯G项目生产线概况

1.1 车灯G项目生产线介绍

车灯G项目是一条U形前照灯手工装配线，主要包含组装和检验两大工艺。首先，壳体、灯罩和透镜等零部件经过一道道装配工序后组装成整灯，再由气密、电检及终检等工序检验产品是否合格，最终装车。在生产过程中，由人工完成灯具的搬运、装配和流转。为了达到省人提效的目的，需对产线现状进行系统分析并改善。

1.2 车灯G项目产线主要设备

（1）涂胶压合设备：主要用于壳体涂胶与灯罩壳体结合工序。

（2）静置架：将产品放于固定环境区域内，并且在一段时间内不对产品做任何触碰或者移动。

（3）调光设备：对灯具灯光进行调整，并使用检测设备对相应类型灯光的照度值、角度、水平度和位置等进行检测，保证其满足图样、法规等工艺要求。

（4）气密设备：将压缩空气（氦、卤素气体等）压入容器内，通过容器内外气体的压力差检查是否存在泄漏现象。

（5）电检设备：负责电检设备气源压力、工装、工作电压、零件漏装检测。检测完成后，输出整灯电检电流参数、电压参数。

2 G项目生产线研究分析

2.1 G项目生产线布局

G项目生产线采用的是U形布局，将所有装配、检验工序全部整合到一条U形生产线上，通过调整人员的动作来缩小各站节拍差异，提升生产线流动性。该生产线目前一共有8个作业单元，每个作业单元均有一名中等技术水平的作业员。在各工序之间，采用手持架作为线内缓存来实现产品的流转。生产线设备及人员布局如图1所示。

图1 G项目生产线布局

2.2 G项目生产线工艺流程分析

G项目生产线主要工艺流程有厚壁件分总成装配、饰圈分总成装配、壳体与线束装配、壳体与调光机构装配、壳体与调光齿轮压接、壳体与透镜装配、壳体与饰圈分总成、厚壁件分总成装配、除尘、涂胶压合、静置、调光、气密、透气盖装配、电检和终检，具体如图2所示。

图2 G项目生产线工艺流程

2.3 G项目生产线作业时间分析

在数据采集时，主要采用影像测时法对生产线的各个工序进行作业时间测定。选择中等技能水平的操作人员作为视频录制的对象进行影像采集，并使用专业的影像分析软件对视频进行动作要素的拆解和工时分析，剔除无效动作并确定作业时间。其次，分析软件通过对速度评比与系数修正，并结合宽放时间自动计算出标准工时。G项目生产线各工序标准时间见表1。

2.4 G项目生产线平衡分析

生产线平衡是指将所有生产过程均衡化，调整工作量，使每站操作时间尽可能相近的技术手段。其目的是消除工位之间不平衡造成的效率损失和生产过剩。根据表1所示各个工序的标准作业时间，可得出G项目生产线平衡状况，如图3所示。

图3 G项目生产线线平衡状况

由图3可知，存在瓶颈工序以及人员等待的状况，各工位作业时间参差不齐，存在较大的改善空间。该生产线生产节拍CT=80s，由此可计算出生产线平衡率。

由计算结果可知，G项目生产线平衡状况有待提高，部分人员利用率较低，存在改善空间。

2.5 G项目生产线问题分析

根据以上分析，总结出G项目生产线主要存在以下几个问题。

（1）工序瓶颈明显

根据分析，发现工位6作业时间较长，与其他工位的标准作业时间相差较大，导致线平衡较低。

（2）人员负荷较低

工位2、工位6和工位7人员装配动作较少，多为搬运动作，且人员负荷较低，造成一定的浪费。

根据以上问题点，建议从人员配置的角度出发，优化产线。

3 G项目改造方案仿真分析

3.1 G项目改造方案分析

（1）G项目产线工位1～5为手工装配作业，工位6～8为设备作业工序，涉及设备多且人员作业负荷低，人员作业多为搬运非增值作业，同时考虑现有自动化技术水平，工位6～8手工搬运改为自动搬运技术成熟，工位6～8考虑改为机械手搬运，减少作业人员。

（2）工位6～8含装配作业透气盖装配，考虑透气盖提前装配不影响后道检测及灯具性能，且工位2人员负荷低，移至工位2完成。

基于以上制定改造后生产线布局，如图4所示，改造后节拍要求75s。

图4 G改造后生产线布局

3.2 仿真分析目标

产线仿真分析应用包括分析产能并找到瓶颈工位，确定瓶颈原因，为产线规划人员提供数据支撑；基于对人员、设备和缓冲区等资源利用率分析，优化资源配置；基于缓冲区数量对产能的影响分析，最小化在制品库存。

在本项目案例中，针对G项目组装线评估改造后产线方案产能是否满足需求，分析瓶颈工序，最小化静置缓存区数量。

3.3 仿真模型建立

在模型仿真前需对相关条件做出简化和假设：①第一道工序不会因来料造成等待，即来料充足；②最后一道工序不会出现阻塞情况，即物流工及时进行成品缓存，不会造成成品堆积；③产线设备只有正常工作和设备故障两种状态；④产线不会出现来料不良、工艺不良和质量异常情况。

仿真参数确认：依据前照灯生产线异常看板管理数据，调光设备及电检设备易出现故障，设备故障参数见表2（平均修复时间，MTTR）。

基于以上方案及输入参数，搭建产线仿真模型，定义仿真参数见表3，设定产线运行逻辑，如图5所示，最终建立产线仿真模型如图6所示。

图5产线运行逻辑

图6产线仿真模型

3.4 仿真结果分析

基于实际生产过程中产线每天清料，设定每班运行时间12h，并设定运行30次重复试验得出最终节拍。产能数据如图7所示，节拍77s，不满足策划需求。

从产线平衡和缓存区两方面进行考虑分析。

图7 产线仿真产能节拍

（1）从产线平衡考虑，设定静置缓存区容量20（容量足够大），进行瓶颈分析，其中电检工序节拍不满足策划需求75s，为瓶颈工序，如图8所示。基于成本与空间考虑，和自动化设计工程师沟通后，不考虑增加机械手资源和缓存区。对电检工序单站CT进行优化，通过Process Simulate分析对机械手轨迹进行及设备型材框架进行优化，可减少机械手过渡点2个，减少节拍2.8s。满足规划需求。

图8 瓶颈分析

（2）从缓存区考虑，对静置缓存区数量进行试验设计，考虑实际空间布局限制，缓存区数量最多14个，设定静置缓存区数量（5～14），并设定每个实验观察数为5，结果如图9所示，当缓存数量≥8时，节拍不再变化。最终产线方案缓存设计为8个，最小化缓存区数量。

图9 缓冲区数量分析

仿真结果表明，通过瓶颈改善及缓冲区配置优化，产线节拍74.2s，满足规划需求。仿真分析充分考虑OEE，定量分析产线节拍、产能数据，并最优化缓冲区数量，有效地降低节拍、提高产能，并优化资源配置，控制产线成本。

4 结语

本研究借助Plant Simulation对前照灯自动化生产线开展分析，通过对产线瓶颈识别、缓冲区设置优化，实现了对产线动态运行状态的量化评估，并提出了基于目标优化的改进方案，实现生产线生产效率提升3.6%，最小化缓冲区数量，保障满足顾客订单需求。

在现代制造业追求精益及少人化的背景下，本研究无疑为自动化方案设计提供了直观量化的分析方式，突破了传统经验法配置缓冲区的局限性，有效地降低了产线投产成本及风险，提升自动化生产线的落地效率，对车间实现自动化、无人化具有重要促进作用。

尽管取得了阶段性成果，研究仍存在改进空间，在多种混线生产场景有待进一步探索，以扩大应用场景的覆盖面。

参考文献

[1] 马靖,黄士轩,胡晓兵.基于Plant Simulation的白酒包装生产线设计[J].机械,2022,49(6):1-7.

[2] 闫俊材.面向精益生产的C公司JYD市域轨道车辆总装线工位节拍平衡优化研究[D].杭州：浙江大学,2023.

[3] 张芮.基于PLANT SIMULATION的A企业汽车总装车间关键生产线优化与仿真研究[D].成都：成都理工大学,2021.