寧方華, 周曉敏

(浙江理工大學(xué)機(jī)械與自控制學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)研究所, 杭州 310018)

基于多節(jié)點(diǎn)控制的柔性生產(chǎn)線緩沖容量建模與Witness仿真

寧方華, 周曉敏

(浙江理工大學(xué)機(jī)械與自控制學(xué)院先進(jìn)制造技術(shù)研究所, 杭州 310018)

適當(dāng)?shù)木彌_區(qū)容量是保證生產(chǎn)連續(xù)高效運(yùn)行的重要條件。借鑒DBR理論,通過生產(chǎn)線多節(jié)點(diǎn)控制方法設(shè)置緩沖區(qū)容量,以提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率,從而達(dá)到最優(yōu)產(chǎn)出。以某公司柔性混流自動(dòng)化生產(chǎn)線為研究對(duì)象,將混流生產(chǎn)線分解為串聯(lián)生產(chǎn)線和并聯(lián)生產(chǎn)線,根據(jù)不同的生產(chǎn)線特性分析了庫存緩沖區(qū)的不同類別,建立普通、裝配和裝配后三種緩沖區(qū)的數(shù)學(xué)模型;同時(shí)采用Witness仿真軟件對(duì)該生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,將數(shù)學(xué)模型和仿真模型各自得出的緩沖區(qū)容量進(jìn)行對(duì)比分析,給出最優(yōu)緩沖區(qū)容量的建議。通過理論模型與仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明,緩沖區(qū)容量的優(yōu)化配置可以有效的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的平衡和生產(chǎn)效率的提高。

緩沖區(qū)容量; 建模; Witness仿真; 柔性生產(chǎn)線

0 引 言

生產(chǎn)線平衡率低下是很多企業(yè)都存在的問題,會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)成本高等問題,從而造成企業(yè)競爭能力下降。一直以來,生產(chǎn)線平衡問題就是生產(chǎn)物流研究的重點(diǎn),許多學(xué)者就此進(jìn)行了研究,如:何非等[1]研究過復(fù)雜裝配系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡問題;張宏林等[2]對(duì)雙邊多工位裝配線平衡問題建立了數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解;Chew等[3]研究了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流平衡的措施之一就是通過建立和逐步完善生產(chǎn)物流優(yōu)化指標(biāo)體系和生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化體系,解決生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)劃和生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃中存在的問題。保持生產(chǎn)線平衡的另一重要舉措是設(shè)置生產(chǎn)線中緩沖區(qū),可使生產(chǎn)系統(tǒng)物流順暢,有效緩解生產(chǎn)系統(tǒng)受異常情況的影響。

目前,傳統(tǒng)的生產(chǎn)線緩沖區(qū)設(shè)置問題,主要有一般串行生產(chǎn)線緩沖區(qū)設(shè)置、混流生產(chǎn)線緩沖區(qū)設(shè)置和柔性生產(chǎn)線緩沖區(qū)設(shè)置。對(duì)于這幾種情形的問題,已經(jīng)有許多學(xué)者進(jìn)行了研究。對(duì)于較為普遍的一般串行生產(chǎn)線,主要研究內(nèi)容有基于可靠性理論建立緩沖區(qū)容量的數(shù)學(xué)模型[4-5],根據(jù)緩沖區(qū)成本最小的約束來建立數(shù)學(xué)模型并求解[6];劉明周等[7]利用瓶頸指數(shù)和瓶頸漂移指數(shù)表示瓶頸能力,求解出適應(yīng)實(shí)時(shí)工況的最優(yōu)生產(chǎn)批量和提前期,即最優(yōu)緩沖;Enginarlar等[8]在確保生產(chǎn)速率的前提下,提出了生產(chǎn)線最小緩沖模型;還有Albinol等[9]直接以仿真軟件模擬生產(chǎn)線,并分析在制品緩沖的變化情況。在混流生產(chǎn)線的研究上,黃波[10]提出針對(duì)瓶頸資源預(yù)先設(shè)定緩沖區(qū)的在制品上下限,從而對(duì)瓶頸資源和非瓶頸資源的工件作業(yè)調(diào)度進(jìn)行控制;袁敏[11]直接引用現(xiàn)有公式求解在制品緩沖,然后利用仿真來修正緩沖容量。對(duì)于柔性生產(chǎn)線,趙曉波等[12]采用排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型研究柔性制造系統(tǒng)重組時(shí)加工域緩沖區(qū)容量的優(yōu)化配置問題;錢芝網(wǎng)等[13]研究了柔性生產(chǎn)下保持生產(chǎn)物流平衡的策略問題。

柔性混流生產(chǎn)線是目前生產(chǎn)制造業(yè)中應(yīng)用較多的生產(chǎn)線類型,但是對(duì)其的緩沖區(qū)設(shè)置還沒有定性或定量的解決方案。本文在分析生產(chǎn)線上的緩沖區(qū)類型基礎(chǔ)上,根據(jù)柔性混流自動(dòng)化生產(chǎn)線平衡的要求對(duì)生產(chǎn)線上的緩沖區(qū)進(jìn)行容量設(shè)計(jì),最終達(dá)到整個(gè)生產(chǎn)線效率產(chǎn)出最優(yōu)。

1 問題的提出

某公司是一個(gè)生產(chǎn)瓶蓋的生產(chǎn)型公司,瓶蓋的生產(chǎn)線流程如圖1所示,是一個(gè)柔性混流生產(chǎn)線,M1-M6表示各個(gè)加工機(jī)器,其中M5為裝配機(jī)器。在這個(gè)生產(chǎn)線中,物料是以一個(gè)批量生產(chǎn)的方式進(jìn)行加工的。每臺(tái)機(jī)器的加工速度都不一樣,分別為V1～V6且V1～V6是一個(gè)變化的值。如果M1和M2停工待料,將導(dǎo)致其他機(jī)器都處于一個(gè)等待的狀態(tài),減少了其他機(jī)器的機(jī)器使用率。對(duì)這個(gè)生產(chǎn)線的緩沖區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì),既能起到提高生產(chǎn)線的機(jī)器使用率,平衡生產(chǎn)線的作用,又不會(huì)浪費(fèi)資源,進(jìn)而縮短訂單交貨期,保證整個(gè)公司的訂單交貨率。針對(duì)本文生產(chǎn)線的特性,在生產(chǎn)線流程中不考慮設(shè)備成本以及其他工藝約束。

圖1 生產(chǎn)線流程

目前對(duì)于緩沖區(qū)容量的求解還存在以下幾個(gè)問題:a)許多緩沖區(qū)容量的數(shù)學(xué)模型是在一般串行生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上建立的,對(duì)于混流柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的研究還未涉及;b)還未有明確的關(guān)于加工工序速度與緩沖區(qū)容量的關(guān)系模型;c)對(duì)緩沖區(qū)容量的求解主要還是在數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,還沒有數(shù)學(xué)模型和仿真相結(jié)合的方法;d)對(duì)緩沖區(qū)容量求解問題都是單一的,沒有考慮到不同工序前的緩沖區(qū)求解的過程是不同的。

因此,本文對(duì)于緩沖區(qū)容量的求解,首先,根據(jù)生產(chǎn)線各工序不同的加工狀態(tài),把生產(chǎn)線的工序分為三種:普通工序、裝配工序和裝配后工序。對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)則可分為普通緩沖區(qū)、裝配緩沖區(qū)和裝配后緩沖區(qū);其次,考慮到緩沖區(qū)容量與生產(chǎn)工序的可用度的關(guān)系、柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線中各工序生產(chǎn)速率的可變性,以及整體生產(chǎn)線的速率均衡,建立不同緩沖區(qū)的加工速度與容量的關(guān)系數(shù)學(xué)模型;最后,應(yīng)用Witness仿真軟件建立離散型柔性生產(chǎn)線仿真模型模擬實(shí)際生產(chǎn)線運(yùn)行情況,驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型得出的結(jié)果,從而得出最優(yōu)的緩沖區(qū)容量。

在建立緩沖區(qū)庫存數(shù)學(xué)模型之前,根據(jù)本文中生產(chǎn)線的特點(diǎn),設(shè)定:a)緩沖區(qū)在工作時(shí)間內(nèi)完全可靠,在制品運(yùn)輸時(shí)間忽略不計(jì);b)Vi為工序Mi加工速度,同時(shí)也是緩沖區(qū)的物料消耗時(shí)間;c)BS為緩沖區(qū)庫存量;d)Ti為Mi一次停工所需的時(shí)間;e)TMi為Mi停工間隔時(shí)間。

2 基于多點(diǎn)控制的緩沖區(qū)數(shù)學(xué)建模

本文在DBR理論基礎(chǔ)上提出生產(chǎn)線工序多點(diǎn)控制方法,并且利用此方法建立緩沖區(qū)容量數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行求解。對(duì)于本文柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線,因?yàn)槊總€(gè)工序的加工速度是變化的,同時(shí)前后工序的加工速度相互影響,因此本文不以單一的瓶頸工序來對(duì)生產(chǎn)線各工序進(jìn)行研究,而是對(duì)生產(chǎn)線中各關(guān)鍵工序節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究分析。

2.1 普通緩沖區(qū)容量的數(shù)學(xué)模型

生產(chǎn)線裝配工序前每個(gè)機(jī)器形成一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng),當(dāng)工序Mi失效,緩沖區(qū)的存量耗盡的時(shí)候,生產(chǎn)線系統(tǒng)失效。本文把這類緩沖區(qū)歸為普通緩沖區(qū)Bc,示意圖如圖2所示。

圖2 普通緩沖區(qū)BC容量示意

為滿足Mi+1機(jī)器的持續(xù)生產(chǎn),普通緩沖區(qū)中暫存品應(yīng)滿足Mi+1在Mi上料時(shí)間T內(nèi)的生產(chǎn)所需,得出緩沖庫存模型BS1:

BS1>T×Vi+1

(1)

考慮工序Mi有二次上料的情況,模型必須保證第二次上料期間不會(huì)影響普通生產(chǎn),所以需要對(duì)模型進(jìn)行修正。為使Mi+1工序持續(xù)生產(chǎn),普通緩沖區(qū)內(nèi)的必須滿足Mi+1工序在兩次上料時(shí)間內(nèi)消耗的庫存,這時(shí)得出緩沖庫存模型BS2為:

BS2>2T×Vi+1-TMi×(Vi-Vi+1)

(2)

從兩次得出的緩沖庫存中選取較大的一個(gè)作為普通緩沖區(qū)的最小緩沖庫存,由公式(1)和(2)得出,最小緩沖庫存的公式如下:

BSmin=max{BS1,BS2}

(3)

2.2 裝配緩沖區(qū)的數(shù)學(xué)模型

對(duì)于裝配工序來說,這時(shí)的生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)。裝配緩沖區(qū)的示意如圖3所示,兩個(gè)裝配緩沖區(qū)同時(shí)作用于裝配工序,只有前面兩道工序同時(shí)運(yùn)行,裝配工序才能開始運(yùn)行,所以緩沖區(qū)的容量大小主要跟裝配機(jī)器的加工速度和另一道并行加工機(jī)器的加工速度有關(guān)。

圖3 裝配緩沖區(qū)容量示意

在M1經(jīng)過上料時(shí)間T內(nèi),Mi停止加工到開始加工的間隔時(shí)間,即Mi停工時(shí)間Ti為:

(4)

為滿足裝配機(jī)器的持續(xù)生產(chǎn),Bi緩沖區(qū)中暫存品應(yīng)滿足Mk在Mi停止加工時(shí)間Ti內(nèi)的生產(chǎn)所需,即最小庫存緩沖模型為:

(5)

只有當(dāng)兩個(gè)裝配緩沖同時(shí)滿足公式(5)時(shí),裝配工序才能不停止裝配。

2.3 裝配后緩沖區(qū)的數(shù)學(xué)模型

裝配后緩沖區(qū)運(yùn)行情況與普通緩沖區(qū)和裝配緩沖區(qū)的運(yùn)行情況略有不同。裝配后緩沖區(qū)Ba的示意如圖4所示,Ba緩沖區(qū)在裝配機(jī)器之后,其容量跟裝配工序的加工速度有關(guān)。

圖4 裝配后緩沖區(qū)示意

生產(chǎn)線上的裝配后緩沖區(qū),其容量大小跟Mj和Mk的加工狀態(tài)和加工速度有關(guān)。

a) 當(dāng)Mj和Mk加工速度相差不大,在Mk停止加工的時(shí)間,緩沖區(qū)內(nèi)的物料不能完全滿足Mj在這段時(shí)間內(nèi)的加工,這時(shí)緩沖區(qū)內(nèi)的庫存緩沖呈上下波動(dòng)的狀態(tài),可以求出緩沖區(qū)的最小容量。

(6)

其中n表示Mk工序之前先停止加工的工序,即n=i或i+1。

為滿足Mj工序在Mk停工時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)所需,裝配后緩沖區(qū)最小緩沖庫存BS為:

BS>

(7)

b) 當(dāng)Mk和Mj加工速度相差比較大,在Mk停止加工的時(shí)間,緩沖區(qū)內(nèi)的物料能完全滿足Mj在這段時(shí)間內(nèi)的加工,且還有剩余,這時(shí)緩沖區(qū)內(nèi)的庫存緩沖呈持續(xù)增長的狀態(tài),不存在最小緩沖區(qū)容量。

3 生產(chǎn)線的Witness仿真與模型分析

仿真技術(shù)作為一種建模方法,能夠?qū)⑾到y(tǒng)的相關(guān)要素按照實(shí)際的運(yùn)行邏輯有機(jī)地結(jié)合起來,真實(shí)反映出系統(tǒng)的行為,因此可以利用仿真模型代替解析模型研究系統(tǒng)的行為特性[14],而離散事件仿真技術(shù),可以把庫存、流程及設(shè)備資源等信息動(dòng)態(tài)地結(jié)合起來[15]。相對(duì)于數(shù)學(xué)模型求解手段,仿真技術(shù)可以預(yù)演或再現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過程,對(duì)無法直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究,從而節(jié)省大量的能源和費(fèi)用[16]。

運(yùn)用Witness仿真軟件對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行仿真建模,加入機(jī)器調(diào)整時(shí)間、參數(shù)設(shè)置時(shí)間等影響因素,得到生產(chǎn)線運(yùn)行的仿真數(shù)據(jù)[17],可以了解生產(chǎn)線各工序生產(chǎn)速度的關(guān)系。

3.1 仿真模型的設(shè)計(jì)

本文中生產(chǎn)線是一個(gè)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng),所以每臺(tái)機(jī)器的操作時(shí)間是有一個(gè)變化的區(qū)間的,同時(shí)M1和M2機(jī)器有一個(gè)停工待料的過程。為實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能,本文做了以下設(shè)計(jì):

a) 為實(shí)現(xiàn)柔性變化的特性,對(duì)每臺(tái)機(jī)器的操作時(shí)間(Duration.CycleTime)設(shè)定為V*NEGEXP(1,1)。其中V表示每臺(tái)機(jī)器的操作時(shí)間的基數(shù),NEGEXP為一個(gè)負(fù)指數(shù)函數(shù),因此整個(gè)公式就能模擬出機(jī)器的柔性加工速率。

b)Witness仿真軟件中不具備對(duì)機(jī)器直接設(shè)置上料時(shí)間的功能,同時(shí)因?yàn)槿嵝陨a(chǎn)線的特性,機(jī)器每次上料間隔時(shí)間是變化的,所以為了仿真出生產(chǎn)線中的上料過程,將PartA,Buffer6,M1這三個(gè)元素作為一個(gè)整體,來表現(xiàn)出第一臺(tái)機(jī)器每加工完一個(gè)批量后進(jìn)行上料的過程。其中對(duì)M1的參數(shù)設(shè)置為:

General.Type: batch;

Input.Batchmin: 200;

Duration.cycletime:NEGEXP(1,1);

Setup.Mode: No. of Operations;

No.ofOperations: 60;

Opstofirstsetup: No. of Operations;

Setuptime: 10。

這里的調(diào)整時(shí)間(Setuptime)即為機(jī)器上料時(shí)間,機(jī)器加工60次所需時(shí)間就是上料間隔時(shí)間,因?yàn)槊看渭庸r(shí)間是變化的,由此可以表示出一個(gè)變化的上料間隔時(shí)間。最后對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的其他元素進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì),得到生產(chǎn)線仿真模型如圖5所示。

圖5 生產(chǎn)線仿真模型

3.2 仿真模型的運(yùn)行結(jié)果分析

實(shí)際生產(chǎn)線中各機(jī)器參數(shù)為:T1=10 min,V1=200 pcs/min,V2=200 pcs/min,V3=180 pcs/min,V4=175 pcs/min,V5=175 pcs/min,V6=172 pcs/min,TM1=TM2=60 min,對(duì)一天的生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬,生產(chǎn)時(shí)間為24 h,則模型運(yùn)行的仿真時(shí)間為1 440 min。得到各機(jī)器的運(yùn)行情況如表1所示。

3.2.1 生產(chǎn)線平衡分析

表1 各機(jī)器運(yùn)行情況表

表1所示是各機(jī)器在生產(chǎn)線的各種運(yùn)行情況所占的百分比。各個(gè)機(jī)器的空閑率都在5%以下,表明生產(chǎn)線中機(jī)器利用率高,且各機(jī)器的利用率差距小;除去上料速度,M1與M3的速度比為0.952,M2和M4的速度比為0.978 7;其他機(jī)器的速度比都約等于1,整條生產(chǎn)線基本達(dá)到了平衡。

3.2.2 緩沖變化曲線分析

如圖6所示,坐標(biāo)軸上的每條線段表示各個(gè)緩沖庫存在每個(gè)時(shí)間上的實(shí)時(shí)緩沖,其中波動(dòng)最大的兩條曲線為B1和B2緩沖區(qū)的容量變化。另外三條曲線各自呈上下波動(dòng)的狀態(tài),說明裝配前工序M3和M4生產(chǎn)速度可以達(dá)到平衡,裝配緩沖B3和B4的容量變化達(dá)到平衡,可以求出最小緩沖容量。同理可以求出裝配后緩沖B5的最小緩沖容量。

圖6 緩沖容量變化曲線

3.2.3 緩沖容量設(shè)計(jì)分析

仿真模型運(yùn)行得出的緩沖容量數(shù)據(jù)如表2所示。緩沖區(qū)容量設(shè)計(jì)根據(jù)仿真模型運(yùn)行得出的數(shù)據(jù),同時(shí)與數(shù)學(xué)模型計(jì)算出的理論容量進(jìn)行對(duì)比分析。由表2可知,機(jī)器1后的緩沖區(qū)B1的現(xiàn)時(shí)緩沖最大值為1 380 pcs,所以由仿真模型得出的B1緩沖庫存應(yīng)不小于1 380 pcs;由公式(3)得出B1緩沖容量等于2 400 pcs。當(dāng)B1緩沖容量為1 380 pcs時(shí),M3機(jī)器有4.55%的空閑時(shí)間,緩沖容量應(yīng)該大于仿真模型得出的緩沖容量。所以B1容量應(yīng)該設(shè)為2 400 pcs;同理設(shè)置B2緩沖區(qū)容量為2 000 pcs。

表2 現(xiàn)時(shí)庫存的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

裝配緩沖B3和B4相互聯(lián)系,只有兩個(gè)緩沖區(qū)同時(shí)達(dá)到理論緩沖庫存,才能保證裝配工序100%運(yùn)行。M3后的緩沖區(qū)B3的現(xiàn)時(shí)緩沖最大值為570 pcs,由公式(5)得到B3最小緩沖BS=583 pcs,實(shí)際生產(chǎn)線上的緩沖庫存小于理論緩沖,則會(huì)導(dǎo)致另一裝配緩沖B4的實(shí)際緩沖大于理論緩沖,則由公式(5)得出B4的理論緩沖250 pcs小于實(shí)際緩沖262 pcs是合理的。所以設(shè)置B3最小緩沖為583 pcs,B4最小緩沖為250 pcs。

仿真模型得出B5緩沖區(qū)容量為334 pcs,由公式(7)得出理論緩沖為245 pcs。由表1可知M5和M6沒有完全的平衡,則其誤差是合理的。所以設(shè)置B5緩沖區(qū)緩沖為245 pcs。

最終緩沖容量設(shè)計(jì)如表3所示。

表3 緩沖區(qū)容量設(shè)置

4 總 結(jié)

在DBR理論基礎(chǔ)上,本文提出了多節(jié)點(diǎn)控制的緩沖區(qū)容量設(shè)置方法,設(shè)計(jì)了不同節(jié)點(diǎn)上的緩沖區(qū)容量模型和Witness仿真模型,并引入了實(shí)際生產(chǎn)線數(shù)據(jù)加以求解驗(yàn)證,得到了以下結(jié)論:a)處于不同節(jié)點(diǎn)上的緩沖區(qū)容量差異較大,需要分別建模求解;b)由仿真結(jié)果顯示,當(dāng)生產(chǎn)線各工序利用率95%以上,各工序機(jī)器的速度比都約等于1的時(shí)候,各緩沖區(qū)容量變化曲線收斂,可以求出最小緩沖庫存容量;c)仿真模型得出的最小緩沖庫存容量與數(shù)學(xué)模型得出的緩沖容量趨于一致。因此,緩沖區(qū)容量的優(yōu)化配置可以有效的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的平衡和生產(chǎn)效率的提高。

[1] 何 非, 饒運(yùn)清, 邵新宇. 基于裝配關(guān)系復(fù)雜性的裝配線動(dòng)態(tài)平衡問題[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2013, 19(1): 29-38.

[2] 張宏林, 殷復(fù)鵬, 吳愛華. 雙邊多工位裝配線平衡問題[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2013, 19(2): 421-428.

[3] Chew E P, Tang L C. Warehouse-retailer system with stochastic demands: non-identical retailer case[J]. European Journal of Operational Research, 1995, 82(1): 98-110.

[4] 周海榮, 王少華, 張 令, 等. 基于可靠性的連續(xù)生產(chǎn)在制品庫存的建模分析[J]. 機(jī)床與液壓, 2011, 39(9): 111-113.

[5] 孟吉偉, 王少華, 李小龍. 串行連續(xù)生產(chǎn)線的緩沖庫存控制與可靠性研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2012(5): 6-8.

[6] 譚 民. 緩沖區(qū)容量的優(yōu)化分配[J]. 控制與決策, 1992, 7(5): 386-389.

[7] 劉明周, 凌 琳, 唐 娟. 基于漂移瓶頸的制造車間生產(chǎn)批量提前期研究[J]. 中國機(jī)械工程, 2013, 24(2): 220-225.

[8] Enginarlar E, Li J, Meerkov S M, et al. Buffer capacity for accommodating machine downtime in serial production lines[J]. International Journal of Production Research, 2002, 40(3): 601-624.

[9] Albino V, Dassisti M, Okogbaa O G. Approximation approach for the performance analysis of production lines under a kanban discipline[J]. International Journal of Production Economics, 1995, 40(2): 197-207.

[10] 黃 波. 混流制造車間的生產(chǎn)物流優(yōu)化關(guān)鍵問題研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2012: 45-47.

[11] 袁 敏. 托輥生產(chǎn)線物流系統(tǒng)的建模與仿真[D]. 上海: 上海交通大學(xué), 2013: 60-62.

[12] 趙曉波, 張 鳴, 羅振壁, 等. 可重組FMS中緩沖區(qū)容量的優(yōu)化配置問題[J]. 系統(tǒng)工程學(xué)報(bào), 2000, 15(2): 158-162.

[13] 錢芝網(wǎng), 王曉光, 張 李. 基于柔性生產(chǎn)的生產(chǎn)物流平衡策略研究[J]. 工業(yè)工程與管理, 2012, 17(2): 13-20.

[14] 王國新, 寧汝新, 王愛民, 等. 仿真優(yōu)化在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2008, 20(1): 1-6.

[15] 趙 寧, 杜彥華, 董紹華, 等. 基于循環(huán)仿真的鋼鐵板坯庫天車作業(yè)優(yōu)化[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐, 2012, 32(12): 2825-2830.

[16] 王亞超, 馬漢武. 生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真: Witness系統(tǒng)與應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2006: 3-4.

[17] 茅嫻莘. 基于Witness仿真的TiW蝕刻機(jī)臺(tái)產(chǎn)能改善研究[D]. 上海: 上海交通大學(xué), 2011: 50-51.

(責(zé)任編輯： 康 鋒)

Buffer Capacity Modeling and Witness Simulation of Flexible Production Line Based on Multi-node Control

NINGFang-hua,ZHOUXiao-min

(Institute of Advanced Manufacturing Technology, School of Mechanical Engineering & Automation, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

Appropriate buffer capacity is an important condition to ensure the efficient and continuous operation of the production. Referring to the theory of DBR, this paper sets buffer capacity through multi-node control of production line to improve production efficiency of production line so as to reach the optimal output. This paper takes automatic production line of flexible mixed flow of a company as the object of study, decomposes mixed flow production line into serial and parallel production lines, analyzes different categories of the stock buffer in accordance with different production line characteristics and establishes three mathematical models of common, assembly, and after-assembly buffer zones. Meanwhile, Witness software is used to carry out dynamic simulation of the production system. In addition, this paper also conducts contrastive analysis of buffer capacity gained by mathematical models and simulation model. Finally, the suggestion on the optimal buffer capacity is given. The results of theoretical models and simulation proof show optimal configuration of buffer capacity can effectively achieve production line balance and production efficiency improvement.

Buffer capacity; modeling; witness simulation; flexible production line

1673- 3851 (2015) 01- 0062- 05

2014-03-05

寧方華(1978-),女,山東泰安人,博士,副教授,主要從事物流與供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真方面的研究。

TB491

A