基于ExtendSim的自適應(yīng)CONWIP控制策略研究

王艷紅+趙新

【摘 要】在多產(chǎn)品多階段系統(tǒng)，需求的產(chǎn)生和服務(wù)時間是隨機(jī)的，為了控制這類系統(tǒng)，針對已有的推式（Push）和拉式（Pull）生產(chǎn)控制策略使用的局限性，提出帶有自適應(yīng)看板和獨(dú)立需求信息的拉式自適應(yīng)定量在制品控制策略。并以示例通過建立ExtendSim仿真模型說明提出策略的可行性，能夠應(yīng)對生產(chǎn)過程中的多類波動。

【關(guān)鍵詞】ExtendSim；生產(chǎn)控制策略；自適應(yīng)定量在制品控制策略；抗波動

【Abstract】In multi-product and multi-phase system， the production and service time of the demand is random， in order to control the system， aim at the limitations of existing Push and Pull type production control strategies are used， presents with adaptive Kanban and independent information of demand pull type adaptive CONWIP control strategy.And an example is presented to illustrate the feasibility of the proposed method and can deal with the multi class fluctuations in the production process.

【Key words】ExtendSim； Production control strategy； Adaptive CONWIP control strategy； Resistance fluctuations

0 引言

在國內(nèi)制造業(yè)在不斷的探索和發(fā)展過程中，其生產(chǎn)方式也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由過去的單一品種、大批量的剛性生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)向多品種、小批量的柔性生產(chǎn)方式，然而如何實施低成本、高質(zhì)量的多品種小批量產(chǎn)品生產(chǎn)，關(guān)于系統(tǒng)生產(chǎn)控制策略研究成為學(xué)者們研究的重中之重。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)控制策略（PCS）有推式（Push）[1]和拉式（Pull）類型。多數(shù)拉式生產(chǎn)控制策略的研究只考慮單產(chǎn)品生產(chǎn)線[2]，但并不適用于多產(chǎn)品的精益制造環(huán)境。拉式有效性高于推式是由于在系統(tǒng)中在制品庫存的有效控制，為減少多產(chǎn)品系統(tǒng)中大量的在制品庫存，Baynat等人[3]分析在多產(chǎn)品制造系統(tǒng)CONWIP控制下操作的模型，提出柔性的看板策略。林勇[4]只從系統(tǒng)本身的指標(biāo)對控制模式分析，并沒有考慮生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)的改變、需求的波動和處理時間變化的仿真研究。

為適應(yīng)多產(chǎn)品多階段準(zhǔn)時制制造環(huán)境對柔性、在制品庫存的要求，本文提出新的拉式生產(chǎn)控制策略，即自適應(yīng)定量在制品控制策略。它結(jié)合看板和定量在制品策略優(yōu)勢，能夠在復(fù)雜非重復(fù)的多產(chǎn)品制造環(huán)境下工作，在性能方面有明顯改進(jìn)。

2 ExtendSim仿真驗證

2.1 示例描述

引用文獻(xiàn)[5]中的生產(chǎn)模型：由5個工作站組成的Flow shop生產(chǎn)系統(tǒng)，產(chǎn)出三種產(chǎn)品A、B、C，投料率均為4個/單位時間。產(chǎn)品在各工作站加工時間不同，均服從指數(shù)分布。產(chǎn)品A的平均加工時間分別為1、2、4、2、1，B為4、1、2、1、4，C為4、4、1、1、1。

2.2 仿真模型

根據(jù)文獻(xiàn)中參數(shù)建立生產(chǎn)系統(tǒng)的ExtendSim模型。為減少模型里隨機(jī)模塊造成的誤差，在Run→Simulation Step中將Runs設(shè)為10，仿真時間為10000分鐘，分別運(yùn)行Push、Kanban和自適應(yīng)CONWIP策略仿真。

2.3 仿真結(jié)果及分析

在仿真過程中，根據(jù)2.2節(jié)的績效指標(biāo)計算方法，計算下述性能指標(biāo)：

表1 不同生產(chǎn)控制策略性能比較

由表1可知，在相同投料率情況下，不同控制策略的產(chǎn)出量，產(chǎn)出率和平均設(shè)備利用率不同。本文提出的自適應(yīng)CONWIP策略在產(chǎn)出量和產(chǎn)出率方面優(yōu)于Push和Kanban策略。

生產(chǎn)過程中的波動造成系統(tǒng)偏離常規(guī)狀態(tài)運(yùn)行，這些變化可以是隨機(jī)不可預(yù)知的，或者是可控可預(yù)知的。變化的原因主要有投料波動，返工波動等等。下面通過對比Push與自適應(yīng)CONWIP策略來分析生產(chǎn)過程中典型波動對系統(tǒng)的影響。

下面進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)分析。觀察投料波動對系統(tǒng)的影響，投料1是輸入為均值為4的指數(shù)分布波動較大的系統(tǒng)；投料2是輸入為恒定數(shù)值4無波動的系統(tǒng)。觀察有無返工波動對系統(tǒng)的影響。仿真結(jié)果如表2所示。

表2 波動對系統(tǒng)的影響

由仿真數(shù)據(jù)可知，投料波動是導(dǎo)致在制品庫存和平均生產(chǎn)周期增加的重要因素，對比發(fā)現(xiàn)，自適應(yīng)CONWIP在投料率相同的條件下，平均在制品庫存等指標(biāo)均優(yōu)于推式控制機(jī)制。無返工系統(tǒng)的指標(biāo)均優(yōu)于有返工的情況，返工波動使產(chǎn)品的平均制造周期明顯變長，自適應(yīng)CONWIP機(jī)制抗返工波動的能力優(yōu)于推式控制機(jī)制。

3 結(jié)論

在本文中，對現(xiàn)有的生產(chǎn)控制策略進(jìn)行分析，提出自適應(yīng)CONWIP。以多產(chǎn)品生產(chǎn)流水線為背景，通過對比分析Push和自適應(yīng)CONWIP策略的性能參數(shù)，仿真結(jié)果表明，自適應(yīng)CONWIP在多產(chǎn)品流水線制造環(huán)境下具有柔性和魯棒性，它具有較低的在制品數(shù)量和較短的平均生產(chǎn)周期，同時保持較高的生產(chǎn)率和設(shè)備使用率，并且能夠應(yīng)對生產(chǎn)過程中的多類波動。綜上所述，自適應(yīng)CONWIP是一個有發(fā)展前景的新策略。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周勇，鐘毅芳，等.MRPΠ/JIT混合系統(tǒng)的研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，1998，5：22-27.

[2]Satyam， K. Performance evaluation of a multi-product system under CONWIP control， IIE Transactions， 2008， Vol.40（3）： 252-264[Z].

[3]Baynat， B. Multiproduct kanban-like control systems[J]. Int J Prod Res， 2002，Vol.40 （16）： 4225-4255.

[4]林勇，等.Push/Pull和CONWIP/Pull生產(chǎn)控制模式對比分析[J].工業(yè)工程，2006，9（2）：6-10.

[5]Framinan，J. Input control and dispatching rules in a dynamic conwip flow-shop[J]. International Journal of production research，2000，38（18）：4589-4598.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]