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工程分析與最佳化

藉由Optimus實現中央翼盒生產線生產效率最大化

Sogeti High Tech公司要求工程師根據中央翼盒(CWB)產量需求的變化,自動調整工廠的生產線配置方案。透過該領域專家的支援,工程師在數位化製造軟體DELMIA中建立中央翼盒工廠的模型,並利用Optimus整合DELMIA模型,來根據中央翼盒每月13到20的產量需求變化,自動最佳化求解出最適合之生產線配置方案。透過智慧化的自動探索,Optimus找到最佳的工廠配置方案,達到利用最少的機器數量實現要求的中央翼盒產出率之目標。生產管理經理能從圖表中直接讀取最佳的工廠生產線配置方案,用最經濟的方式達成下個月的生產目標。這個過程消除了傳統之生產線規劃方式所需的數週手動試誤分析時間,為企業節省可觀的人力成本和生產資源。
 
在滿足工作流程前提下,Optimus在數位化製造模擬過程中智慧地調整生產線配置方案,用最經濟高效的方式實現生產目標。
 
「10多年以來,Sogeti High Tech公司活躍在航空製造和其他製造業企業的開發項目中。」Sogeti High Tech法國公司,集團研究和模擬業務經理Nicoas Kawski 說:「我們首先從結構有限元素分析(FEA)起步,然後很快進入多物理領域。我們一直使用Optimus整合結構/氣動等模擬流程,尋找性能最佳且穩健的設計方案。」

過去10年中的多項重大研發項目已使得飛機更加安全和環保,同時也降低了營運成本。其中重要的一環是大量使用重量較輕的複合材料作為飛機結構中承受荷載的主要元件。

由於相應製造技術的更新和整合往往導致飛機交付時間被延遲,飛機製造商一直面臨著提高生產效率的挑戰。近來,Sogeti High Tech公司被要求透過模擬和最佳化手法,進一步提升法國中央翼盒工廠的生產效率。中央翼盒裝置是把機翼連接到機身,承受巨大飛機升力的超強剛性裝配體。

現代化的生產設施應該能夠根據業務需求的變化,及時靈活地承擔額外的工作量。因此中央翼盒工廠必需能夠根據每月產量要求進行靈活地調整。「為了能夠找到最佳的生產線配置方案」Nicolas Kawski 說,「我們的工程師在DELMIA 軟體中建立了裝配流程的數位化模擬模型。然後他們把數位化工廠模型整合到Optimus中,透過最佳化的方法提升生產線效率,用最符合經濟效益的方式實現每月13到20個中央翼盒的生產需求。」

Sogeti High Tech工程師首先建立DELMIA 數位化工廠模型,其中包含了時問管理、工廠組織、生產故障和輪班工作等詳細資訊。這些大量的離散輸入參數和非線性的生產流程使模擬相當複雜。接著在Optimus圖形介面中透過拖曳方式整合DELMIA 數位化工廠模型,建立能夠自動運行的參數化模擬工作流。透過Optimus介面將DELMIA模型參數化,使DELMIA模型可隨著輸入參數的變化而自動更新,再驅動模擬計算並取得所需的計算結果,因此不需要工廠生產管理和程式撰寫經驗即可完成。此外,Optimus也提供Microsoft Excel的輸入和輸出介面,幫助用戶方便地把Excel表整合到工作流中。
 

Sogeti High Tech公司成功地透過Optimus根據產量要求最佳化生產線配置,並把數據從Excel中直接導入導出。

DELMIA數據化工廠模型包含了時間管理、工廠組織、生產故障和輪班工作等相關詳細資訊。
 
整合了DELMIA模型後,Optimus 智慧地修改每個製造單元中機器的數量以及機器在生產線上的位置,透過多目標遺傳最佳化演算法找到多目標最佳化的帕累托前沿解。帕累托前沿上的不同點代表了考慮不同目標的最佳方案,即為將中央翼盒生產率最大化和將機器總數最小化。多目標最佳化演算法會在帕累托前沿上自動區分出可行設計區域(即區域中的設計方案滿足所有約束條件)和不可行設計區域。

遺傳最佳化演算法自動反覆進行100次迭代運算後,便提供初步的帕累托前沿解,繼續反覆進行500次迭代運算後,更可以找到生產線配置的完整帕累托前沿,獲得所有可行的配置方案,如圖所示。因此,中央翼盒工廠的生產經理可以立刻從中找出最符合經濟效益的生產線配置方案,滿足產量目標。此外,生產經理可以從Excel表中找到生產單元的機器數量以及生產線佈局的相關資訊和數據。

為了應對飛機需求的變化,Optimus可以根據不同的中央翼盒產量需求,自動確定最高效的生產線配置方案。Kawski說Optimus只需1天就能完成整個最佳化工作,而透過傳統手動配置生產線的方式則至少需要3天。「透過手動方式在DELMIA中調整生產線配置方案,可以改善一定程度的生產線配置,但無法達到最佳的生產率。」

透過Optimus,Sogeti Hjgh Tech成功地提升了中央翼盒工廠的生產能力。「Optimus找到最佳的生產線配置方案,靈活的以最佳化方案配置生產基礎設施、設備和人員,獲得比預期更佳的生產成本降低和生產率提升。」
 

從初步最佳化的帕累托前沿(左)中獲得初步結果,從完整的最佳化中得到生產線配置最佳化方案的全部帕累托前沿(右)資訊。
 

 

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