基于ExtendSim的自适应CONWIP控制策略研究

王艳红+赵新

【摘 要】在多产品多阶段系统，需求的产生和服务时间是随机的，为了控制这类系统，针对已有的推式（Push）和拉式（Pull）生产控制策略使用的局限性，提出带有自适应看板和独立需求信息的拉式自适应定量在制品控制策略。并以示例通过建立ExtendSim仿真模型说明提出策略的可行性，能够应对生产过程中的多类波动。

【关键词】ExtendSim；生产控制策略；自适应定量在制品控制策略；抗波动

【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

在国内制造业在不断的探索和发展过程中，其生产方式也发生了转变，由过去的单一品种、大批量的刚性生产方式转向多品种、小批量的柔性生产方式，然而如何实施低成本、高质量的多品种小批量产品生产，关于系统生产控制策略研究成为学者们研究的重中之重。

传统的生产控制策略（PCS）有推式（Push）[1]和拉式（Pull）类型。多数拉式生产控制策略的研究只考虑单产品生产线[2]，但并不适用于多产品的精益制造环境。拉式有效性高于推式是由于在系统中在制品库存的有效控制，为减少多产品系统中大量的在制品库存，Baynat等人[3]分析在多产品制造系统CONWIP控制下操作的模型，提出柔性的看板策略。林勇[4]只从系统本身的指标对控制模式分析，并没有考虑生产线结构的改变、需求的波动和处理时间变化的仿真研究。

为适应多产品多阶段准时制制造环境对柔性、在制品库存的要求，本文提出新的拉式生产控制策略，即自适应定量在制品控制策略。它结合看板和定量在制品策略优势，能够在复杂非重复的多产品制造环境下工作，在性能方面有明显改进。

2 ExtendSim仿真验证

2.1 示例描述

引用文献[5]中的生产模型：由5个工作站组成的Flow shop生产系统，产出三种产品A、B、C，投料率均为4个/单位时间。产品在各工作站加工时间不同，均服从指数分布。产品A的平均加工时间分别为1、2、4、2、1，B为4、1、2、1、4，C为4、4、1、1、1。

2.2 仿真模型

根据文献中参数建立生产系统的ExtendSim模型。为减少模型里随机模块造成的误差，在Run→Simulation Step中将Runs设为10，仿真时间为10000分钟，分别运行Push、Kanban和自适应CONWIP策略仿真。

2.3 仿真结果及分析

在仿真过程中，根据2.2节的绩效指标计算方法，计算下述性能指标：

表1 不同生产控制策略性能比较

由表1可知，在相同投料率情况下，不同控制策略的产出量，产出率和平均设备利用率不同。本文提出的自适应CONWIP策略在产出量和产出率方面优于Push和Kanban策略。

生产过程中的波动造成系统偏离常规状态运行，这些变化可以是随机不可预知的，或者是可控可预知的。变化的原因主要有投料波动，返工波动等等。下面通过对比Push与自适应CONWIP策略来分析生产过程中典型波动对系统的影响。

下面进行仿真数据分析。观察投料波动对系统的影响，投料1是输入为均值为4的指数分布波动较大的系统；投料2是输入为恒定数值4无波动的系统。观察有无返工波动对系统的影响。仿真结果如表2所示。

表2 波动对系统的影响

由仿真数据可知，投料波动是导致在制品库存和平均生产周期增加的重要因素，对比发现，自适应CONWIP在投料率相同的条件下，平均在制品库存等指标均优于推式控制机制。无返工系统的指标均优于有返工的情况，返工波动使产品的平均制造周期明显变长，自适应CONWIP机制抗返工波动的能力优于推式控制机制。

3 结论

在本文中，对现有的生产控制策略进行分析，提出自适应CONWIP。以多产品生产流水线为背景，通过对比分析Push和自适应CONWIP策略的性能参数，仿真结果表明，自适应CONWIP在多产品流水线制造环境下具有柔性和鲁棒性，它具有较低的在制品数量和较短的平均生产周期，同时保持较高的生产率和设备使用率，并且能够应对生产过程中的多类波动。综上所述，自适应CONWIP是一个有发展前景的新策略。

【参考文献】

[1]周勇，钟毅芳，等.MRPΠ/JIT混合系统的研究[J].组合机床与自动化加工技术，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生产控制模式对比分析[J].工业工程，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.

[责任编辑：杨玉洁]