基于ExtendSim的自適應CONWIP控制策略研究

王艷紅+趙新

【摘 要】在多產品多階段系統，需求的產生和服務時間是隨機的，為了控制這類系統，針對已有的推式（Push）和拉式（Pull）生產控制策略使用的局限性，提出帶有自適應看板和獨立需求信息的拉式自適應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，能夠應對生產過程中的多類波動。

【關鍵詞】ExtendSim；生產控制策略；自適應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

在國內制造業在不斷的探索和發展過程中，其生產方式也發生了轉變，由過去的單一品種、大批量的剛性生產方式轉向多品種、小批量的柔性生產方式，然而如何實施低成本、高質量的多品種小批量產品生產，關于系統生產控制策略研究成為學者們研究的重中之重。

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

為適應多產品多階段準時制制造環境對柔性、在制品庫存的要求，本文提出新的拉式生產控制策略，即自適應定量在制品控制策略。它結合看板和定量在制品策略優勢，能夠在復雜非重復的多產品制造環境下工作，在性能方面有明顯改進。

2 ExtendSim仿真驗證

2.1 示例描述

引用文獻[5]中的生產模型：由5個工作站組成的Flow shop生產系統，產出三種產品A、B、C，投料率均為4個/單位時間。產品在各工作站加工時間不同，均服從指數分布。產品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

根據文獻中參數建立生產系統的ExtendSim模型。為減少模型里隨機模塊造成的誤差，在Run→Simulation Step中將Runs設為10，仿真時間為10000分鐘，分別運行Push、Kanban和自適應CONWIP策略仿真。

2.3 仿真結果及分析

在仿真過程中，根據2.2節的績效指標計算方法，計算下述性能指標：

表1 不同生產控制策略性能比較

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

生產過程中的波動造成系統偏離常規狀態運行，這些變化可以是隨機不可預知的，或者是可控可預知的。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CONWIP策略來分析生產過程中典型波動對系統的影響。

下面進行仿真數據分析。觀察投料波動對系統的影響，投料1是輸入為均值為4的指數分布波動較大的系統；投料2是輸入為恒定數值4無波動的系統。觀察有無返工波動對系統的影響。仿真結果如表2所示。

表2 波動對系統的影響

由仿真數據可知，投料波動是導致在制品庫存和平均生產周期增加的重要因素，對比發現，自適應CONWIP在投料率相同的條件下，平均在制品庫存等指標均優于推式控制機制。無返工系統的指標均優于有返工的情況，返工波動使產品的平均制造周期明顯變長，自適應CONWIP機制抗返工波動的能力優于推式控制機制。

3 結論

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

【參考文獻】

[1]周勇，鐘毅芳，等.MRPΠ/JIT混合系統的研究[J].組合機床與自動化加工技術，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生產控制模式對比分析[J].工業工程，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.

[責任編輯：楊玉潔]