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毕业设计(论文)-汽车生产线物流仿真研究.doc

毕业设计(论文)-汽车生产线物流仿真研究

Myron龙
2017-09-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《毕业设计(论文)-汽车生产线物流仿真研究doc》,可适用于综合领域

毕业设计(论文)汽车生产线物流仿真研究汽车生产线物流仿真研究交通学院院(系)交通运输专业学号学生姓名指导老师起讫日期年月年月设计地点东南大学交通学院摘要摘要随着汽车需求量和生产量的持续增长汽车产业已成为我国的重要支柱产业。汽车生产物流的运作效率的提高可大大提高汽车生产线的效率减少不必要的浪费提高汽车生产企业的生产效率。仿真技术可提高决策者的工作效率并能对系统不确定的因素进行有效分析。在汽车生产中运用仿真技术有助于进行系统分析解决生产过程中的随机因素的影响。因此应用仿真技术研究汽车生产物流系统的优化具有重要的现实和理论意义。文章首先介绍了汽车生产物流理论以及仿真的基础知识分析了使用仿真技术在汽车生产线中运用的重要意义并提出利用Arena仿真软件建立相关模型来进行汽车生产线的仿真。随后进行了汽车生产线流程分析并重点对涂装环节的基本流程及设计原则进行了进一步阐述。在进行生产线物流仿真系统设计时文章先设定了仿真的目标对仿真案例进行假设然后利用Arena仿真软件进行具体模型的设计与建立。在建好模型后对不同的方案及不同的参数进行运行根据运行结果进行分析比较了不同方案以及同种方案不同参数情况下的关系。关键词:汽车生产线物流仿真涂装ArenaIABSTRACTAbstractBythegrowthalongwiththedemandquantityandtheproductivityofautomobile,thisindustryhasbecometheimportantpillarindustryofourcountryTheenhancementoftheoperationefficiencyofautomobileproductlogisticsmaygreatlyenhancetheefficiencyoftheautomobileproductionline,reducesthenonessentialwaste,enhancestheproductionefficiencyoftheautomobileproductionenterpriseThesimulationtechnologymayenhancepolicymaker'sworkingefficiency,andcancarryontheeffectiveanalysistothesystemindefi是仿真可以让人们依据对系统模型动态运行的效果多次修改参数反复仿真。或者说仿真是一种间接的系统优化方法。现在人们越来越认识到对于多目标、多因素、多层次的系统(物流系统正是这样的系统)来说并不存在绝对意义上的最优解。优化只是相对而言的。即使是最优化方法其本身由于若干的假设、抽象和简化所造成的误差已经使“最”字打了折扣。因此不单纯追求最优解而寻求改善系统行为的途径和方法应该说是更加有效的。仿真方法正是提供了这种第二章理论基础环境。仿真对各种复杂的系统具有良好的适应性仿真所建立的模型完全是实际系统的映像。即它反映系统的物理特征、几何特征又可以反映系统的逻辑特性。因此对于各种复杂的物流系统无论是线性的还是非线性的无论是静态的还是动态的都可以用仿真方法来研究。符合人们的思维习惯有助于系统分析研究分析物流系统的方法大体上可分为两种类型。一类是解析法另一类是非解析法。解析法是把物流系统抽象成一种数学表达式通过求解数学表达式找到最优解。这是一种完全通过逻辑推理来获得启发和借鉴的方法。如运筹学中的线性规划和动态规划等。解析法有比较悠久的发展历史。在实际中应用广泛是比较成功的方法。但是解析法过于拘泥于数学抽象。人们面对抽象的假想的逻辑模型很难获得系统的真实感受。虽然解析法可以求最优解但却不便于人们进行实际的系统分析。非解析法不依据抽象的假想而是以现实为依据。仿真方法是一种非解析法。仿真所依据的是对系统的实际观测所获得的数据建立起来的动态模型。这种方法所建立的模型即表达了系统的物理特征又有其逻辑特征即反映了系统的静态性质也反映了其动态的性质更贴近实际更真实更便于对系统进行分析。仿真的一般步骤调研系统建立目标通过调研仿真者应对研究的系统有全面的、深入的了解能够对系统进行尽可能详细的描述明确仿真的目标和系统涉及的范围。一般来说仿真目标不同所建立的模型也不同为建立模型所需要采集的数据也不同。收集仿真数据建立模型根据仿真的目标对系统进行选择和整理这是一件费时费力的工作。在收集数据时应注意考虑系统运行的循环周期。正确的收集方法是对完整的循环周期收集数据。建立模型的过程是一个抽象和简化的过程。为了保证所建模型符合真实系统在建立模型后应对模型进行检查反复修改直至模型正确为止。所需检查的项目包括:系统流程、逻辑关系、循环周期、随机变量等。编制程序程序可以用通用语言编写如FORTRANCPASCAL等也可以用专门的仿真语言编写如离散事件系统的仿真语言有GPSSSIMULASIMANSLUMWITNESS等还可以用专门的仿真软件编写如ARENAAUTOMODE等。运行仿真模型在计算机上进行仿真运行获取模型的输出数据许多仿真语言和仿真软件如ARENAWITNESS可以做到边建模边试运行。输出结果分析输出结果分析在仿真活动中占有十分重要的地位特别是对离散事件系统来说其输出第二章理论基础结果分析甚至决定着仿真的有效性。输出分析即是对模型数据的处理同时也是对模型的可信性进行检验。本文亦按照仿真的一般步骤在界定研究内容、建立目标后选取适当模型进行建模运用专门的仿真软件Arena编制程序在具体案例中根据运行得到的结果进行分析提出改进建议和措施。物流仿真语言仿真语言简介仿真软件包括仿真程序和仿真语言其中仿真程序是仿真软件的初级形式是仿真软件的基本组成部分。仿真程序用于某些特定的问题的仿真可提供许多算法仿真语言则为用户提供更强的仿真功能适用于不同领域的多种系统的仿真。国外从世纪年代开始开发适用于不同领域、不同对象的仿真语言我国也在年代的后期开始了这方面的研究。仿真语言大多属于面向专门问题的高级语言它是在通用的高级语言的基础上针对专门问题研制的分为面向方程和面向框图两种类型的仿真语言。它不需要用户掌握复杂的高级语言而是由机器自动翻译成高级语言或汇编语言所以速度比较慢而且研制周期较长但它面向用户具有较强的仿真功能。目前仿真语言的开发已经取得了可喜的成果开发出了许多的应用仿真程序。如:可以处理一般的数学、物理问题的通用仿真语言ACSLCSSLTUTSIMCSMP等这类语言可以被应用于各个领域(技术的、非技术的、经济的、社会的)但是用户必须对建模与仿真的方法有一个基本了解另外一点需要强调的是通用仿真语言之所以通用是因为它们只能解决一般的问题而不能解决所有的问题只适合于解决一些不太复杂的问题如果要解决特殊的问题就需要专用的仿真语言MATLABSPICEPSPICE等这些语言要求用户能深入了解建模与仿真问题但用它们去解决一般性的问题却极不方便。Arena仿真软件介绍Arena是美国SystemModeling公司于年开始研制开发的新一代可视化通用交互集成仿真环境。基于SIMANCINEMA发展起来的Arena很好地解决了计算机仿真环境与可视化技术的有机集成兼备高级仿真器(simulators)易用性和专用仿真语言柔性(flexibility)的优点,并且还可以与通用过程语言,如VisualBasic,FORTRAN和CC等编写的程序连接运行。目前SystemModeling公司推出Arena版,代表了现代计算机仿真软件的最新水平。Arena的结构体系可视化集成仿真环境Arena将通用过程语言、专用仿真语言和仿真器的有点有机的整合集成起来采用面向对象技术、层次画的系统结构兼备易用性和建模灵活性两方面的优点。第二章理论基础一方面Arena提供了可供选择和可供交替的模板这些模板由动画仿真建模和分析模块组成可以采用这些模块建造范围十分广泛的仿真模型为了显示、使用和组织的简便模块被分类组成不同类的模板。这样通过转换模板就可以获得完全不同的建模结构和能力并且这些由来自不同面板和模板模块可以混用来建立一个模型。另一方面Arena通过完整的体系保持其建模的柔性。Arena的层次结构从下向上建模水平依次提高。Arena软件能在商业上提供卓越的解决方案。它是一件使用简单但是强有力的工具允许在系统模型上创建和运行仿真。通过在这台计算机“实验室”里对概念和理论进行测试能够准确预见未来并且不会打乱的当今的事务。任何事务环境从服务业到制造业均能受益于仿真的方法。无论是分析现有供应链还是新急救室布局都能通过个简单步骤来实现:建立基本模型)Arena软件提供直观的流程图样式的环境来建立模型。简单的通过拖拽模型组件进入窗口将其连接即可定义流程图。)细化模型往模型中添加真实数据(例如信息处理时间资源要求人员水平等)。建立更贴近实际的图画用自己定义的图片替换Arena软件自动提供的动画图标(例如从CipArt或者另外的绘图包中获取)。)模型仿真运行仿真来验证模型反映现实的正确性。找出瓶颈和问题所在。)分析仿真结果Arena软件能够自动生成关于一般决策准则的报告例如资源利用率和等待时间等。同样也可以根据使用者的特殊需要在仿真前定义需要统计的指标仿真后即能得到满意的结果。)做出最优选择对模型参数进行一系列的变化来获得所有实际可能情况下模型的状态然后将仿真结果相互比较来得出最优解。Arena的功能特点Arena软件采用的是在发展过程中最新的仿真技术调整了软件独特的基于模板的体系结构这为使用者提供了操作简易和灵活性。软件的过程分析器以管理多情况为特色并有一个新表达式编辑器简化安装和许可程序。软件面向的是基本的制造和商业过程对仿真不熟悉的人来说是一件很好的工具。当用户的模型复杂性要求提高时用户能在高级的面板中增加更多的细节(高级过程和传送)和更多关注在特殊需要的工业规范面板中(接触数据脚本和包装)。Arena的应用作为通用的可视化交互集成仿真环境Arena的应用范围十分广泛几乎覆盖可视化的所有领域。下面按照制造系统(生产系统)的应用、公共系统的应用和服务系统的应用三个方面来讨论。)制造系统(生产系统)的应用第二章理论基础制造系统按其物质流、信息流及其相互作用可分为三个部分:生产过程系统、生产管理系统和生产价值系统。Arena在生产系统中的应用主要有以下几个方面。生产过程系统中的工艺过程计划设备布置工件加工轨迹的可视化仿真寻优等。生产管理系统中的生产计划库存管理生产控制和产品市场的预测和分析等生产价值系统中的生产系统的经济性、风险性进行分析改进生产降低成本或辅助企业投资决策等。可视化仿真是先进制造模式(如:计算机继承制造、精益生产、敏捷制造、并行工程等)研究的关键技术之一对各种先进制造模式的可视化仿真成为目前Arena应用研究的“热门”如:企业流程再造(BusinessReengineering)可视化仿真优化虚拟组织(VirtualOrganization)的建立与管理可视化仿真决策敏捷供应链(agilesupplychain)管理的可视化仿真决策等。)公共系统的应用Arena在公共系统的应用常见的有:医疗系统的医院临床设备、医生、护士的配备方案和医疗改善等:军事系统的兵力部署、军事后勤系统等自然资源的环境污染防治水土资源管理等公共服务的紧急救援系统等公民诉讼流向等)服务系统应用Arena在服务系统的应用也非常广泛如:交通运输中的高速公路的交通控制出租车的管理和路线控制港口运输计划模型车辆调度等计算机系统实现中的数据传输内存队列分析评估等化学工业中的加工设备设计专用化工产品工厂决策支持等航空运输中的航线分析空难疏散中的旅客行为等通讯系统中的无线电中继站网络分布电话服务过程远程通讯网的虚拟现实等Arena仿真软件的优点)Arena具有计算机语言特点Arena仿真软件是基于计算机语言建立起来的仿真软件保留了大部分计算机语言的特点Arena中每一个模块都是由计算机语言编制的程序块所以在使用Arena进行系统仿真时最关键的环节还是一个合理、高效算法的形成。)Arena是基于流程的仿真Arena的每一个仿真的过程都是从一个实体的产生开始从一个实体的消除结束也就是说Arena的仿真都是基于一个流程的这是Arena仿真的主要特色之一。所以Arena可以很方便的对生产制造流程、交通流、排队队列以及与流程相关动态的作业过程进行仿真。但由于Arena是基于流程的仿真对于类似工厂厂房布置、仓库布局等静态问题的仿真存在着较大的困难。)Arena善于解决随机问题Arena内置了丰富的数学函数和随机概率分布函数(如泊松分布、正态分布)可以很方便的描述系统的输入产生随机数据对随机问题只需设置其分布函数的参数值便可形成一组随机的数据并以实体的到达、作业时间等形式表达出来。)Arena具有强大的分析与记录功能使用Arena进行系统仿真时不仅可以自动记录描述实体在系统中的排队时间、排队长第二章理论基础度、服务时间等基本特征能够提供系统中所有资源的利用率并且能利用Arena内置的Optquest软件通过给定系统目标和限制条件自行寻找最优系统。)Arena具有柔性化、简单化的特点在利用Arena进行仿真形成初始方案后通过对仿真参数的改变很容易得到多个具有不同特点的系统不需要经过复杂的编程过程。)Arena具有可视性的特点在Arena的仿真过程中可以编制与仿真同步的动画具有很强的可视性通过对模型的动画描述会对系统的流程有一个更为直观的印象。正因为Arena软件所具有的这些特点使得其比其它仿真软件在某些方面更具有一些优势。对于本文要研究的内容来说Arena无疑是最适合的仿真软件。这也就是本文选取Arena仿真软件的原因。仿真在汽车生产线中的应用在已有的相关文献中有一些学者已经对仿真在生产线中的应用进行了一定的研究具体包括:郑顺水()基于生产线仿真与优化技术建立了应用对象、类库、仿真模型进行了物流和生产调度仿真对瓶颈设备与故障进行了分析及生产线能力评估为生产线规划与生产调度计划的制定提供了可靠的科学依据。安徽工业大学的李明河、鲁蔚锋提出了一种基于Petri网的生产车间物料运输系统Petri网模型可以将该系统的物理过程通过网系统形象地表示出来并反映出系统的动态特性。同时用ARENA仿真软件对该系统进行了模型仿真研究。南京林业大学的张颖利、邵明习采用Petri网建立了某微型汽车厂总装车间的生产物流模型并用VisualBasic语言对其生产线进行仿真。从而发现在生产不同的车型时总装车间的三条流水线的节拍不一致在生产空调车时为了满足生产的平衡性不仅要细化超工位装配的工序而且需要对车间的人员安排进行调整。清华大学的董建华,肖田元,樊树海,羌磊()针对汽车大规模定制生产的实施策略提出汽车总装生产线满足大规模定制的三个关键问题:提高动态响应能力、缩短交货期、降低成本。针对这三个问题讨论了汽车总装生产线规划中的相应对策根据汽车总装线规划的要求提出并建立了一个相应的规划仿真环境。该环境包括仿真界面优化工具、模型库以及数据库并在该环境中进行了一个仿真实例。对于汽车生产线物流系统的仿真是对物流技术和仿真技术的综合应用仿真技术在汽车生产线中主要应用在以下几个方面:寻求生产线布局的最优方案运用仿真软件对汽车生产线进行仿真可以进行若干不同方案的比较。通过系统仿真的动画演示和仿真结束后的数据分析可以进行相应的对比以找出最优方案。评估生产线物流系统的生产率和成本第二章理论基础通过系统仿真的方法可以判断生产线在长期生产过程中使总的生产率最大和成本最小的生产线布局、设备和人员的数量以及工作安排。也可以针对生产线的某一环节在其它因素不变的条件下确定使生产率最大和成本最小的布置和运作方式。寻找生产线的不合理之处通过系统仿真的动画演示和仿真结束后的数据分析寻找在汽车生产线中的不合理之处诸如工序之间的衔接问题等。通过不断的改进产生不合理之处的各项因素达到优化汽车生产线、提高生产效率的目的。选择合适的物流操作方式在生产线物流系统中除生产线布局、设施布置等固定因素外工作人员在生产线的物流操作中所采用的各种操作方法也是影响生产线物流效率的重要因素。通过仿真的方法可以比较各种操作方法的优劣从而选取最为合适的物流操作方式。本章小结本章对于相关理论知识进行了一定的阐述和分析。首先介绍了汽车生产物流理论明确了汽车物流的相关分类。随后对仿真的定义、作用及一般步骤进行了阐述并介绍了物流仿真语言其中重点介绍了Arena仿真软件分析了其特点并说明了运用其作为本文的设计软件的原因。最后在已有文献基础上总结了仿真在汽车生产线中的应用。第三章汽车生产线流程分析第三章汽车生产线流程分析流水线生产组织流水生产的作用标准化的作业和操作为传送带式的流水作业提供了可能。采用传送带时流水作业生产线可以使得原材料在搬运移动过程中加工成各种零件装配成不见和产品。流水线上工人的作业速度依设计的传送带速度所规定借助于传送带使生产过程的各项作业能在同一时间进行并且各种零部件在各条流水线的投入和出产互相衔接配合不至于发生在制品过多或不足的现象恰能保证总装配线的需要形成同步化的流水生产体系。流水生产的特征流水线生产是指工作地(设备)按劳动对象的工艺顺序排列劳动对象按一定的工艺路线以规定的速度流水似的经过所有工序的加工过程。流水生产具有以下特征:流水线上固定生产一种或少数几种制品工作地专业化程度很高一般指固定完成一道或几道工序。各工作地按劳动对象的工艺顺序排列成链索状劳动对象在工序间作单向移动一条流水线构成一个封闭的生产单元。各道工序的工作地(设备)数量与单件工时的比值相一致即每道工序的负荷基本相同。劳动对象流水般的在各工序间移动按统一规定的节拍生产生产过程具有高度的连续性。流水生产的分类流水线有多种形式可按不同标志分类:根据生产对象移动与否流水线可分为固定流水线和移动流水线。固定流水线是指生产对象固定工人携带工具沿着顺序排列的生产对象移动经过一个循环完成一批产品的加工或装配。一般大型部件采用这种方式。移动流水线是指生产对象移动顺次经过各道工序进行加工或装配。移动流水线又可以分为静止作业式和移动作业式。静止作业式是工件在传送带上连续移动操作人员在固定位置上进行规定作业。一般来说如果工件小而轻及在传送带上难以进行作业的情况下采用这种方式。移动作业式传送方式是工件和操作人员在传送带上同时移动或者操作人员沿河传送带上的工件移动在规定的工作地内进行规定的作业操作人员结束其工序后就返回到规定的位置着手下一个工件。一般来讲在工件大而重不便于从传送带上取下来时可采用这种方式如汽车的装配。第三章汽车生产线流程分析根据流水线上生产对象的数目可以分为单一对象流水线和多对象流水线。单一对象流水线上之固定生产一种制品。多对象流水线上生产两种及两种以上的制品。根据对象轮换方式的不同多对象流水线又可分为可变流水线和混合流水线前者是成批轮番生产多种制品但在同一时间只生产一种制品。混合流水线是在同一时间内依一定的投产顺序生产多个品种。根据流水线生产的连续程度流水线可分为连续流水线和间断流水线。所谓连续流水线是指劳动对象在各道工序间的转移是连续的没有或很少有间断时间。组织连续流水线的条件是工序的同期化。工序同期化是指流水线上各工序的作业时间等于节拍或节拍的倍数。在工序非同期化的条件下可组织间断流水线间断流水线上各道工序的能力不平衡因而单位时间内各工序所能生产的制品数量不同使得生产率高的工序定期间断。根据流水线所达到的节奏性程度不同分为强制节拍流水线、自由节拍流水线和粗略节拍流水线。强制节拍流水线是指流水线上每道工序都必须按节拍生产它靠机械化装置来保证固定的节拍实现强制节拍必须要求工序周期化。在自由节拍流水线上并不要求严格按照节拍出产产品节拍主要靠工人的熟练程度来协调因而可能有波动。粗略节拍流水线的特点是各道工序的单位作业时间与流水线的理论节拍相差很大如果按理论节拍组织生产就会使设备和工人在工作时处在时断时续的状态。为了充分利用人力和设备工作地可以在一段时间内连续的进行生产各个工作地经过不同的时间达到相同的产量因此可以规定一个合理的时间间隔并按它组织各工作地的连续生产这个规定的时间间隔就是粗略节拍。根据流水线的机械化程度可分为手工流水线、机械化流水线和自动流水线。汽车生产线流程介绍汽车生产线流程主要是由冲压、焊接、涂装、总装、检测等环节组成不同的生产企业在某些部分上可能略有不同但大体上一致。总体说来汽车生产线流程一般为:校平及剪裁钢板冲压焊接涂装发动机总装检测外购零部件图汽车生产线流程第三章汽车生产线流程分析其中各部分的含义分别为:,校平及剪裁钢板:将钢板材料压平剪裁成适用的尺寸,冲压:将适合的钢板冲压成各车身部件和压盘部件,焊接:将冲压成形后的各部件焊接成车身,涂装:是指将车身等主要部件清洗、化学处理、打磨、喷漆和烘干:将各部件(包括发动机和向外采购的零部件)组装成车,总装,检测:测试汽车各技术指标其中包括发动机空转车速、方向、排气和车厢密封等项。对照流水生产的分类可以看出汽车生产流程按不同的分类状况分别属于:根据生产对象移动与否汽车生产属于移动流水线。移动流水线又可以分为静止作业式和移动作业式。移动作业式传送方式是工件和操作人员在传送带上同时移动或者操作人员沿河传送带上的工件移动在规定的工作地内进行规定的作业操作人员结束其工序后就返回到规定的位置着手下一个工件。一般来讲在工件大而重不便于从传送带上取下来时可采用这种方式本文所研究的汽车的生产装配就属于移动作业式。根据流水线上生产对象的数目汽车生产属于多对象流水线。多对象流水线上生产两种及两种以上的制品。根据对象轮换方式的不同多对象流水线又可分为可变流水线和混合流水线前者是成批轮番生产多种制品但在同一时间只生产一种制品。混合流水线是在同一时间内依一定的投产顺序生产多个品种。一般的汽车生产企业不会仅生产一种车型流水线上会生产不同的车型因此属于多对象流水线。根据流水线生产的连续程度流水线可分为连续流水线所谓连续流水线是指劳动对象在各道工序间的转移是连续的没有或很少有间断时间。组织连续流水线的条件是工序的同期化。工序同期化是指流水线上各工序的作业时间等于节拍或节拍的倍数。根据流水线所达到的节奏性程度汽车生产属于自由节拍流水线。在自由节拍流水线上并不要求严格按照节拍出产产品节拍主要靠工人的熟练程度来协调因而可能有波动。汽车生产的每个环节不能全依靠机械化由人工的参与因此处理速度在一定范围内是随机的。汽车生产的每一部分都有若干环节组成各种不同的生产环节共同组成了汽车生产线。在庞大的生产线中各环节之间衔接是否紧密流程布置是否合理都会关系到整个生产线的效率。由于汽车生产的复杂性用仿真软件对其进行物流仿真将会节约时间及金钱成本并且由于计算机的精确性仿真的结果也具有相当的准确性。第三章汽车生产线流程分析涂装流程分析基本流程汽车涂装是汽车制造的四大工艺之一大规模汽车涂装线不仅工艺复杂、工程建设周期长而且工程投资巨大。汽车涂装工艺流程可以简单归纳为:前处理(包括清洗、化学处理、打磨)喷涂烘干暂存。前处理就是在喷涂油漆之前对尚未着漆的车身进行彻底的清洁消除面上存在的尘埃、油污等一切杂质露出物面本色使涂层与基体金属很好结合另外一个目的就是为了获得被涂物面平整并具有一定的粗糙度从而使涂膜平整光滑美观大方防止涂层干燥不良、起泡、龟裂、剥落等缺陷出现。喷涂时一般都采用“三涂层”涂装工艺即底漆、中涂、面漆。主要流程如图所示:包括清洗、化前处理学处理、打磨根据生产计划喷涂分颜色油漆烘干车体以烘干保证上色效果分类暂存送暂存往下一车间图汽车涂装线流程设计原则在一般的车间生产线设计中需要考虑以下原则:最小移动距离原则。保持搬运线上的各项操作之间的最经济距离物料和人员的流动距离缩短以节约物流时间降低物流费用。直线前进原则。要求机器的安排、操作的流程按照材料加工或装配过程的顺序进行避免迁回倒流尽量按直线型流水线布置。充分利用空间和场地原则。在车间的垂直方向和水平方向上合理安排机器、人员和物料在保持机器之间适当空间的同时节约场地。第三章汽车生产线流程分析生产均衡原则。维持各种设备和工位生产的均匀进行必要时设置缓冲区以协调各个工位之间的节拍。适应性原则。要便于在必要时机器设备的重新调整和布置预留出适当的空间。而在涂装流程的工艺设计中在考虑了一般车间的设计原则后还需要着重考虑以下一些原则:物流合理涂装工艺设计中的物流包括产品的生产工件物流和各种材料、物料及废物的物流。生产工件物流应选择运行路线短且尽量避免运行路线交叉。对于多层分区布置应尽量减少产品升降和往返次数。各工序应布置合理、衔接良好且各工位布置要紧凑。各种材料、物料及废物的物流应选择运输路线短、尽量不通过生产操作区、存放场地尽量靠近使用位置。选用的物流运输设备或工具应经济可靠。一体化、区域化布置车身涂装的装饰性要求越来越高。涂装环境的洁净度是提高涂装装饰性的重要条件。因此工艺设计应按立体化、区域化分层分区布置各种设备及辅助设施。即按不同工序和不同工艺要求达到不同洁净度以保证车身装饰性要求。应该设置喷漆洁净区、一般洁净区、烘干区和送排风设备区。尽量使辅助设施设在底层喷漆操作间设在中层送排风设备区设在上层烘干区设在中层或上层送排风设备区和烘干区尽量用墙板封闭防止噪声和热量扩散而影响其他区域。柔性设计涂装线的柔性设计是新建油漆线的特点之一。同一条生产线可以通过多种车型既可以通过中、高级轿车也可以通过商务车还能通过家庭轿车这样可以提高涂装线的利用率。工艺流程及工艺布置应合理各种工艺功能齐全充分考虑柔性化生产并有生产调整、改造的发展余地。物流、人流顺畅工件运行路线短升降和迂回少工件缓冲和各种物料存放位置合适各种设备及库房布置恰当消防、安全、卫生措施可靠三废治理得当符合国家环保法规要求。本章小结流水线生产具有其一定的特征和分类标准而汽车生产线按不同的分类状况分别属于不同类型的流水线。汽车生产线流程主要是由冲压、焊接、涂装、总装、检测等环节组成每一部分都有若干环节组成各种不同的生产环节共同组成了汽车生产线。其中汽车涂装是汽车制造的四大工艺之一。本章重点介绍了这一环节就其基本流程和设计原则都作了详细的阐述。第四章汽车生产物流仿真设计第四章汽车生产线物流仿真设计汽车生产线物流仿真目标仿真在生产物流中的应用第二章已经说明了仿真是一种实验方法它是运筹学和系统工程中一种重要的优化方法基本想法是试图重现某一系统或活动的作业情况而不必实地去建造并运转一个系统那样会造成巨大的花费这种方法不是去求解模型而是在各种不同的作业条件的组合下去运行这一模型由模拟运行所得的结果对所提出的方案的优缺点进行评价。仿真在物流研究中特别是生产线物流系统中的应用主要表现为以下几个方面:良好的适应性仿真所建立的模型完全是实际系统的映像。即它反映系统的物理特征、几何特征又可以反映系统的逻辑特性。因此对于各种复杂的物流系统例如汽车生产物流系统无论是线性的还是非线性的无论是静态的还是动态的都可以用仿真方法来研究。优化系统仿真可以让人们依据对系统模型动态运行的效果多次修改参数反复仿真。现在人们越来越认识到对于多目标、多因素、多层次的系统来说并不存在绝对意义上的最优解。优化只是相对而言的。因此不单纯追求最优解而寻求改善系统行为的途径和方法应该说是更加有效的。仿真方法正是提供了这种环境。有利于解决随机因素的影响仿真模型的一个特点是它是一个随机模型系统的参数受随机因素影响所发生的变化在模型中得到充分体现。在复杂的汽车生产线中这一点更加突出。其他方法一般是针对一种固定的约束条件或环境求解。而实际系统特别是复杂的离散事件系统往往受很多随机因素的影响。仿真模型可以把很多随机因素都考虑进去尽量符合生产实际。有助于系统分析系统分析的方法一类是解析法另一类是非解析法。解析法是把物流系统抽象成一种数学表达式通过求解数学表达式找到最优解。这是一种完全通过逻辑推理来获得启发和借鉴的方法。如运筹学中的线性规划和动态规划等。但是解析法过于拘泥于数学抽象。虽然解析法可以求最优解但却不便于人们进行实际的系统分析。非解析法不依据抽象的假想而是以现实为依据。仿真方法是一种非解析法。仿真所依据的是对系统的实际观测所获得的数据建立起来的动态模型。这种方法所建立的模型即表达了系统的物理特征又有其逻辑特征即反映了系统的静态性质也反映了其动态的性质更贴近实际更真实更便于对系统进行分析。第四章汽车生产物流仿真设计具体仿真目标从上一章的介绍中可以知道汽车生产线流程主要是由冲压、焊接、涂装、总装、检测等环节组成。由于条件有限本文在进行具体仿真时只选取其中一个具体环节进行建模仿真。本文选取的是涂装环节。汽车涂装是汽车制造的四大工艺之一大规模汽车涂装线不仅工艺复杂、工程建设周期长而且工程投资巨大。因此对于涂装流程更需要运用科学合理的方法进行生产线的布置。而由于其复杂性在现实中进行实验不太可行因此就需要利用仿真的方法。在运用专门的仿真软件Arena进行程序编制后便能很好地反映出涂装的具体流程。根据计算机仿真的数据结果可以对现实的涂装生产线进行合理的配置、改进使其生产效率、物流效率都能有所提高。在具体仿真时只考虑涂装流程的基本环节一些小环节将其归入基本环节中。例如前处理过程包括清洗、化学处理、打磨几个子过程仿真时就不再一一列出。本文将选取涂装环节进行建模仿真。仿真的目标是模拟汽车涂装生产线的流程分析其中各项参数与生产率的关系以及参数的最佳匹配并针对不同的方案进行分析比较。本文将根据涂装流程建立两个不同的仿真模型对于每一个方案运用不同的参数进行比较对于两个方案运用同一组参数进行比较。汽车生产线物流仿真案例与假设生产线仿真案例在对涂装流程进行生产线物流仿真时涂装的整个流程分别经过入库、前处理、分类油漆、烘干、分类暂存等工序。本文进行仿真的两个方案所经过的工序相同但在油漆环节和暂存环节有所不同。方案中油漆环节只有一条生产线按照生产计划分批进行不同颜色车辆的喷涂暂存时亦按照生产计划分批暂存。如图所示。方案中油漆环节需要若干条生产线进行不同颜色的分类喷涂暂存环节需要按照油漆的不同颜色分类进行暂存。如图所示。各个工序之间都有传送带相连接以便产品的传送。在出现流程无法及时处理产品而造成生产线部分堵塞的时候可以调节传送的速度以缓解堵塞状况。第四章汽车生产物流仿真设计传送带传送带入库前处理油漆车身车间传送带传送带暂存烘干总装车间图方案的涂装流程示意图颜色车身车间颜色传送带传送带入库前处理分类油漆颜色颜色颜色n颜色传送带传送带分类暂存烘干颜色颜色n总装车间图方案的涂装流程示意图影响因素假设车辆从车身车间进入涂装车间的速率为随机入库处理时间大致保持在Nmin。前处理、油漆、烘干、暂存等各工序的处理速度符合一定的分布函数。进入油漆工序时方案要进行分类油漆。本例是按一定的总比例进行随机分配。第四章汽车生产物流仿真设计颜色、颜色、颜色„„颜色n的比例分别为X、X、X„„X。n方案的油漆工序时分类涂漆后经过n条不同路径汇总到一个站点再由传送带送往下一环节。路径所花费的时间均为T。方案的暂存环节中经过分类的产品通过不同路径到达不同暂存点路径的时间均为T。传送带、、、的长度分别为L、L、L、L传送带速度可调节分别为V、V、V、V。传送带的速度根据生产线的实际状况包括各环节处理能力、LLLL是否造成堵塞等因素进行调节。在生产线仿真中暂不考虑其它的人为因素。汽车生产线物流仿真模型设计仿真步骤在第二章的内容中已经介绍了仿真的一般步骤。对于生产线物流系统的仿真其步骤可以归纳为:根据实例建立适合的目标、在以定目标的前提下选取生产环节进行建模、利用相应仿真软件编制具体程序、在输入相应参数后运行仿真模型、对于仿真结果进行比较分析。具体步骤如图所示:建立目标建立模型编制程序运行模型结果分析图仿真步骤示意图现在已经建立了目标下面就要进行建模和具体程序的编制了。第四章汽车生产物流仿真设计具体模型在进行具体仿真时只针对涂装流程的基本环节进行建模仿真而对于一些小环节就将其归入到基本环节中去不再另行考虑。汽车涂装环节生产线物流仿真包含五个子模块(submodel)即入库(create)子模块、前处理(clear)子模块、油漆(colour)子模块、烘干(dry)子模块、暂存(storage)子模块。具体子模块如图所示。其中方案和方案的入库子模块、前处理子模块、烘干子模块相同故介绍这几个子模块时只列出一种方案。由于油漆子模块和暂存子模块不同因此在介绍这两个子模块时将把两个方案的子模块都列出。图汽车涂装生产线物流仿真模型每一个子模块都由若干基础模块编制而成各个模块的功能分别为:入库子模块产品由车身车间进入涂装车间此时进入的速度为随机大致保持在Nmin。这是由一个基础模块生成模块(create)实现的。产品经过两站点间的传送带传送后将进入下一环节清洗。传送带的仿真是由数据块station,convey,access,exit共同实现的此段传送带长度为L速度为V。模块具体结构如图所示。第四章汽车生产物流仿真设计图入库子模块具体结构前处理子模块前处理子模块与入库子模块类似不同的是入库子模块中的生成模块在前处理子模块中由一个过程模块(process)所代替。其处理速度符合一定分布函数。此段传送带长度为L速度为V。模块具体结构如图所示。图前处理子模块具体结构第四章汽车生产物流仿真设计油漆子模块,方案:与前处理子模块基本相同。此段传送带长度为L速度为V。模块具体结构如图所示。图方案的油漆子模块具体结构,方案:在油漆环节中需要分类进行不同颜色的涂漆。本例中是在一定总比例之下进行随机分配的运用的是基础模块中的选择模块(decide)。此时的选择条件设置为个即分为三种不同颜色进行喷涂。在经过process模块实现的不同颜色油漆后运用赋值模块(assign)进行赋值以便后面分类之用并用记录模块(record)进行数值记录。由于汽车分类进行不同颜色的涂漆后还要经过同一条生产线送往烘干环节因此在油漆时分为三类的产品经过三条不同的路径汇于一个站点并运用process模块设置了一个排队过程以免三条路径汇到一条生产线时出现拥堵现象。之后产品将经过传送带的传输送往下一环节。不同路径汇于同一站点是由数据块route,station实现的路径时间均为T。传送带的实现和前两个子模块中的相同。此段传送带长度设置为L速度为V。模块具体结构如图所示。第四章汽车生产物流仿真设计图方案的油漆子模块具体结构烘干子模块烘干子模块同清洗子模块基本一样通过烘干流程后经过传送带的传输送往下一环节。此段传送带长度为L速度为V。模块具体结构如图所示。图烘干子模块具体结构第四章汽车生产物流仿真设计暂存子模块,方案:方案的暂存子模块很简单就是利用基础模块dispose输出结果以等待送往下一车间总装车间。如图所示。图方案的暂存子模块具体结构,方案:在经过前面几道工序后产品将分类暂存等待送往下一车间总装车间。此时分类标准是按油漆的颜色来进行分类。在油漆子模块中曾经加入了赋值模块(assign)此时在暂存子模块中就要利用assign模块的特性利用前面已经赋的数值使产品根据油漆子模块时的赋值不同进入不同的路线到达不同的站点从而实现分类暂存。此时的路径时间为T。模块具体结构如图所示。第四章汽车生产物流仿真设计图方案的暂存子模块具体结构汽车生产线物流仿真结果分析Arena仿真软件具有强大的分析功能。Arena软件能够自动生成关于一般决策准则的报告例如资源利用率和等待时间等。同样也可以根据使用者的特殊需要在仿真前定义需要统计的指标仿真后即能得到满意的结果。本章中已经建立了相应的模型在输入相应参数后就可以运行得出相应结果了。不同方案的比较分析在两个不同方案中将共有的参数值设定为相同对其仿真结果进行分析比较。,方案参数设定:)车辆从车身车间进入涂装车间的速率为随机最大到达值为入库的处理时间大致保持在分钟。)前处理、烘干工序的处理速度符合三角分布函数()单位为分钟。)油漆工序是涂装环节的重点因此处理速度比其它工序慢设定其处理时间为分钟。)传送带、、、的长度分别为L、L、L、L均为米传送带的速度V、LV、V、V均为米秒。LLL第四章汽车生产物流仿真设计仿真结果中单个产品的时间情况如下:表方案的时间情况单位:小时平均值最小值最大值等待时间总时间可以看出单个产品经过整个生产线时等待时间占总时间的比例相当大单件的总时间也较长。,方案参数设定:)车辆从车身车间进入涂装车间的速率为随机最大到达值为入库的处理时间大致保持在分钟。)前处理、烘干工序的处理速度符合三角分布函数()单位为分钟。)进入油漆工序时颜色、颜色、颜色的比例分别为、、。)油漆工序是涂装环节的重点因此处理速度比其它工序慢设定其处理时间为分钟。)油漆工序时分类涂漆后经过条不同路径汇总到一个站点路径所花费的时间均为T=分钟。)在暂存环节中经过分类的产品通过不同路径到达不同暂存点路经的时间均为T=分钟。)传送带、、、的长度分别为L、L、L、L均为米传送带的速度V、LV、V、V均为米秒。LLL仿真结果中单个产品的时间情况如下:表方案的时间情况单位:小时平均值最小值最大值等待时间总时间相对方案来说等待时间和总时间都缩短了很多。调节传送带速度后共得到组数据(见图)。这些数据都充分显示方案的单件平均生产总时间远远小于方案即方案的生产率大于方案。这里所取的数值都是平均时间不考虑最大值与最小值。第四章汽车生产物流仿真设计单件平均总时间(小时)方案方案传送带速度(米秒)不同方案的总时间比较图,比较与分析方案和方案的区别在于油漆环节和暂存环节。方案中只有一条油漆生产线按照生产计划分批进行不同颜色的喷涂方案中在油漆环节增设了两条生产线使得可以同时进行不同颜色的喷涂不同颜色的油漆生产线由条不同路径汇于一个站点在暂存时要按颜色的不同分类并通过不同路径到达不同暂存点。但从生产线布设情况来看方案多了几条生产线及暂存点投入成本要大于方案。但仿真结果显示方案的平均生产时间要远远小于方案即方案的生产率大于方案。虽然方案要比方案多出两段路径的时间T和T(各为分钟)但由于在方案中油漆环节仅有一条生产线极易产生拥堵状况单件产品整个生产线平均等待时间占平均生产总时间的比例也相当高。如下图可看出两个不同方案中等待时间与总时间的比例。同样这里所取的数值都是平均时间不考虑最大值与最小值。方案方案等待时间总时间传送带速度(米秒)图不同方案的等待时间与总时间比值比较第四章汽车生产物流仿真设计由于等待时间占总时间的比例较高可以看出方案在实行时的流水线堵塞情况会十分严重。而相对的方案的这一情况明显好转。这表明油漆环节增加若干生产线可以大大减缓拥堵状况从而减少等待时间提高生产率。因为方案的投入成本较大收回成本的时间要大于方案但一旦收回成本由于其生产率远大于方案此后的利润增长速度也将远大于方案。因此如果企业想长期生产并希望生产线布设一步到位方案将优越于方案。相同方案的比较分析从刚才的不同方案的比较中可以看出方案明显优于方案。因此显选取方案对不同参数进行比较分析。,第一组参数:参数设定:)车辆从车身车间进入涂装车间的速率为随机最大到达值为入库的处理时间大致保持在分钟。)前处理、烘干工序的处理速度符合三角分布函数()单位为分钟。)进入油漆工序时颜色、颜色、颜色的比例分别为、、。)油漆工序是涂装环节的重点因此处理速度比其它工序慢设定其处理时间为分钟。)油漆工序时分类涂漆后经过条不同路径汇总到一个站点路径所花费的时间均为T=分钟。)在暂存环节中经过分类的产品通过不同路径到达不同暂存点路经的时间均为T=分钟。)传送带、、、的长度分别为L、L、L、L均为米传送带的速度V、LV、V、V均为米秒。LLL仿真结果中单个产品的时间情况如下:表第一组参数的时间情况单位:小时平均值最小值最大值等待时间总时间,第二组参数:参数设定:与第一组基本相同只是传送带的速度有所不同V、V、V、V均为米秒。LLLL第四章汽车生产物流仿真设计仿真结果中单个产品的时间情况如下:表第二组参数的时间情况单位:小时平均值最小值最大值等待时间总时间,以此类推继续改变传送带速度则单个产品的平均时间情况如下表所示(只取平均值不考虑最大值与最小值):不同参数的时间情况表传送带速度(米秒)等待时间(小时)总时间(小时)传送带速度(米秒)等待时间(小时)总时间(小时)绘图后可清楚看到其变化趋势:时间(小时)等待时间总时间传送带速度(米秒)图方案中不同参数下的时间比较第四章汽车生产物流仿真设计其中等待时间与总时间之比如图所示:等待时间总时间传送带速度(米秒)图方案中等待时间与总时间比值变化,比较与分析从、两张图中可以看出等待时间、总时间、等待时间总时间这三组数值的变化趋势基本一致。图中可以看出总时间与传送带速度并不是单纯的线性关系其函数图形也不是简单的直线。在一定范围内增加传送带速度(如米秒)等待时间、总时间都有所减短。这表明提高传送带速度可以减少传送时间。但一定情况下又会引起堵塞的加剧从而增加等待时间反而会使总时间增加降低生产率。因此企业在设定传送带速度时要多方面综合各种因素考虑有条件的话应该在多次仿真的基础上进行结果分析从而得到最有参数。本章小结本章首先对汽车生产物流仿真的目标进行了阐述在分析了仿真在生产物流中的应用后提出了具体仿真目标随后对于汽车生产物流仿真进行了案例假设接着对于汽车生产物流仿真进行具体模型的设计运用Arena仿真软件对于具体涂装流程建立了两种不同方案的仿真模型用以进行仿真后的比较最后根据仿真结果进行分析比较对于不同方案相同参数和相同方案不同参数分别进行了分析得出了一种较优方案并得出了其不同参数水平下的关系。第五章结论与展望第五章结论与展望论文的主要研究成果本文综合借鉴了国内外关于计算机仿真应用、生产线组织、物流系统仿真等多方面的研究成果主要使用仿真的方法对汽车生产线物流仿真系统进行研究和探讨并取得了一定的成果:对于仿真的应用进行了一定的研究参阅相关文献和书籍后对于仿真的定义、作用、基本步骤和相关仿真语言有了一定的了解并结合生产物流相关理论总结了仿真在生产线物流系统中的应用。了解并分析了汽车生产流程总结分析了汽车生产的主要流程并重点对其中的涂装环节的基本流程、设计原则等进行了具体的分析。运用Arena仿真软件进行了仿真建模运用Arena仿真软件对于汽车生产流程中的涂装流程进行了仿真提出两种不同方案进行了具体模型的建立并运用仿真结果进行了不同方案的比较分析和同种方案不同参数的比较分析。论文的不足和研究展望由于时间限制、本人知识水平和研究的基础资料有限本文对汽车生产线物流仿真系统的研究还不够全面和具体论文还存在很多不足之处:理论知识还不够扎实问题分析不是很全面由于理论知识的掌握并不是很全面也不够扎实在分析问题时可能不够深入全面。例如在分析仿真在生产线物流仿真系统中的应用时考虑不够周全等。对于生产线仿真考虑不够全面由于时间能力有限本文没有对整条汽车生产线进行仿真只是选取了其中的涂装环节进行了仿真。这样忽略了不少其它环节的特殊问题不能对整个生产线进行全面的物流仿真也没有考虑各环节之间的衔接问题。仿真软件运用水平还有待提高由于是第一次接触Arena仿真软件可以说是边学习软件边进行研究。虽说对软件有了一定的了解掌握但对于其中很多功能并没有运用到也没有深入的了解。在以后的学习研究中还要继续加强软件的学习。欠缺与实际生产的结合仿真是为了更好地指导现实生产活动。由于条件有限本文并没有对现实生产生活中的第五章结论与展望实例来加以仿真分析只是综合大多数汽车生产企业的基本生产环节对于汽车生产的一些基本流程进行了仿真。希望以后能够将仿真系统运用到实际生产线中对现实生产能起到一定的指导作用。参考文献参考文献毕玉平中国汽车物流的分析研究J商场现代化():曹建海全球化背景下的中国汽车产业发展趋势J经济要参()SGLee,Rdesouza,EKOngSimulationmodelingofanarrowaisleautomatedstorageandretrievalsystem(ASRS)servicedbyrailguidedvehiclesJComputersinIndustry():HenkdeSwaanArons,CsabaAttilaBoerStorageandretrievalofdiscreteeventsimulationmodelsJSimulationPracticeandTheory():Anglani,AGrieco,MPacella,etcObjectorientedmodelingandsimulationofflexiblemanufacturingsystems:arulebasedprocedureJSimulationModellingPracticeandTheory():DanXHouston,SusanFerreira,JamesSCollofello,etcBehavioralcharacterization:findingandusingtheinfluentialfactorsinsoftwareprocesssimulationmodelsJTheJournalofSystemsandSoftware():YoungJunSon,AlbertTJones,RichardAWyskComponentbasedsimulationmodelingfromneutralcomponentlibrariesJComputersIndustrialEngineering():詹跃东骆瑛(基于Petri网的物流自动化系统建模与仿真研究J(系统仿真学报():刘巍王明哲(基于Petri网JavaBean的物流系统建模仿真技术J(先进制造技术():张颖利邵明习(企业生产物流系统的建模与仿真J(物流技术():李明河鲁蔚锋(基于Petri网的生产车间物料运输系统建模与仿真J(安徽工业大学学报():王英凯安晓东(基于遗传算法的物流建模与仿真分析J(中北大学学报():张丹羽、王莹、肖际伟(基于面向对象技术的物流系统的调度与仿真J(机械工业自动化():唐孝飞(第三方物流配送仿真系统的研究J(系统仿真学报():董建华,肖田元,樊树海等(大规模定制汽车总装生产线规划及其仿真环境J(系统仿真学报():郑顺水(生产线仿真技术研究J(先进制造技术():刘靓黄立葵(物流仿真系统构建技术研究J(公路交通科技():王煜蔡临宁岳秀江(物流系统的仿真研究综述J(制造业自动化():参考文献周立新陶瑞岩汪菲(第三方物流项目仿真程序设计与实现J(同济大学学报():郭宇陈立平王书亭等(一种面向车间物流模型的仿真优化方法J(小型微型计算机系统():杨静蕾、丁以中(集装箱码头设备的模拟研究J(系统仿真学报():程锡礼计算机仿真在物流系统管理中的应用D广东工业大学管理学硕士学位论文毕玉平中国汽车物流的分析研究J商场现代化():黄小青仿真在物流管理中的应用D上海海运学院硕士论文刘瑞叶任洪林李志民计算机仿真技术基础M北京:电子工业出版社:刘巍准时制排队网资源配置模型的分析与仿真研究D华中科技大学硕士论文程灏李晶蕾工业工程导论M北京:化学工业出版社:李云混合装配流水线物流系统的优化与仿真D上海大学硕士论文致谢致谢论文顺利完成之际首先要衷心感谢论文指导老师张永老师在毕业设计期间对我的关心与鼓励。还要感谢系主任李旭宏教授以及班主任何杰老师对我的培养。老师渊博的学识、独到的见解使我在学习期间和写论文的过程中都受益匪浅而老师高尚的品格、严谨的学术作风和兢兢业业的敬业精神更是我人生道路上的楷模。在论文完成之际谨向尊敬的老师表示最真挚的感谢~感谢运输与物流工程系的毛海军老师、陈大伟老师、朱彦东老师、鲍香台老师四年来在学习上给我的悉心指导以及毕业设计期间对我的论文提出的宝贵意见。感谢交通学院的秦霞书记和沈溶老师多年来对我学习、生活上的关心与照顾。感谢薛永吉硕士在软件学习和论文写作中给我提供的帮助。感谢同组进行毕业设计的陆蓓蓓和刘生瑞在毕业设计期间他们给了我很多关心和鼓励对我的论文也提出了不少意见和建议。感谢同班的所有同学大学四年中和他们一起度过了一段既充实又快乐的时光。特别感谢我的室友陆蓓蓓、彭晓琳、陈晨、乔新妮、王苏芳、陈业红和张予涵感谢他们在生活上和学习上对我的关心、支持与鼓励。最后我还要衷心地感谢我的父母他们是我不断奋斗的动力他们的教导我将铭记于心对他们的感谢无以言表。王玥年
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