基于Flexsim/JMP開放式交互的大規(guī)模定制質(zhì)量仿真系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)*

陳思雨，樊樹海，魏 霞，任蒙蒙

(1.南京工業(yè)大學 工業(yè)工程系，南京 210009；2.MIT Quality Information Program “Data Quality & Info Security” Lab, Cambridge, MA, USA)

基于Flexsim/JMP開放式交互的大規(guī)模定制質(zhì)量仿真系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)*

陳思雨1,2，樊樹海1,2，魏 霞1,2，任蒙蒙1,2

(1.南京工業(yè)大學 工業(yè)工程系，南京 210009；2.MIT Quality Information Program “Data Quality & Info Security” Lab, Cambridge, MA, USA)

JMP作為最新的質(zhì)量管理軟件，具有較好的數(shù)據(jù)處理能力，數(shù)據(jù)挖掘能力，以及自身的腳本自動化能力，可以對批量數(shù)據(jù)進行全面的分析。而仿真軟件Flexsim可以通過對生產(chǎn)過程的模擬獲取有效的預期產(chǎn)品質(zhì)量信息，從而在大規(guī)模定制生產(chǎn)中完成事前預防，有效的進行大規(guī)模定制生產(chǎn)質(zhì)量控制。為了獲取仿真中的實時數(shù)據(jù)，提高質(zhì)量控制系統(tǒng)的效率，利用JMP自身良好的腳本自動化能力，對其進行二次開發(fā)，通過靜態(tài)和動態(tài)兩種方式完成與Flexsim的交互系統(tǒng)的設(shè)計。

JMP; 大規(guī)模定制; 質(zhì)量管理控制; Flexsim; 開放性研究

0 引言

大規(guī)模定制(Mass Customization，MC)是指以大規(guī)模生產(chǎn)的成本和速度, 為單個客戶或特殊需求的市場定制生產(chǎn)任意數(shù)量的產(chǎn)品[1]，是市場需求下傳統(tǒng)大規(guī)模生產(chǎn)模式的衍生與改進。大規(guī)模定制生產(chǎn)的初衷是降低產(chǎn)品多樣化造成的成本浪費，減少企業(yè)庫存，獲取更大的利益空間，從而提高企業(yè)的競爭力。大規(guī)模定制生產(chǎn)的質(zhì)量控制體系是建立在持續(xù)改進生產(chǎn)基礎(chǔ)之上的，強調(diào)事前預防和全面質(zhì)量管理，注重模塊內(nèi)的自我檢測，在進行在線檢測的同時，也適當使用多品種小批量的統(tǒng)計過程控制[2-4]。目前，多元質(zhì)量控制是大規(guī)模定制生產(chǎn)質(zhì)量控制的主要手段，質(zhì)量仿真和質(zhì)量過程統(tǒng)計分別是制造階段以及檢驗服務(wù)階段的主要質(zhì)量控制方式。在系統(tǒng)仿真方面，面向?qū)ο蟮目梢暬?D建模仿真軟件Flexsim[5]可以通過模擬產(chǎn)品生產(chǎn)過程來獲取質(zhì)量數(shù)據(jù)，同時它也具備良好的二次開發(fā)能力，能與其他工具進行數(shù)據(jù)交互。在質(zhì)量統(tǒng)計方面，JMP作為最新的跨平臺工具，比目前最常用的質(zhì)量分析軟件擁有更強大的數(shù)據(jù)處理能力以及開放性和腳本自動化能力[6-8]，可以較好的完成生產(chǎn)中的質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計。但僅僅依靠兩個軟件的單獨運作，并不能實時有效的滿足大規(guī)模定制生產(chǎn)質(zhì)量控制的要求，因而需要對兩者進行開放式交互：通過Flexsim模擬大規(guī)模定制生產(chǎn)過程，將質(zhì)量數(shù)據(jù)與JMP實時共享后進行統(tǒng)計分析，從而快速、準確地研究整個生產(chǎn)過程的質(zhì)量水平。本文主要就該問題對基于Flexsim/JMP的交互系統(tǒng)進行設(shè)計與開發(fā)。

1 Flexsim/JMP的開放式交互方案設(shè)計

基于Flexsim/JMP的開放式交互系統(tǒng)設(shè)計總體方案如圖1所示，由Flexsim對生產(chǎn)過程進行模擬并記錄數(shù)據(jù)，通過中間件(靜態(tài)無需中間件)與底層的統(tǒng)計軟件JMP進行連接。此交互方案分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)方式不通過中間件，直接通過Excel菜單命令將Flexsim中的仿真數(shù)據(jù)導出，JMP則離線訪問該數(shù)據(jù)表。動態(tài)連接方式的設(shè)計需要通過對比Flexsim和JMP的支持接口，選擇適合兩者的交互方式。

Flexsim的交互端口分為三種：①ODBC(Open Database Connectivity，開放式數(shù)據(jù)庫連接),用于完成與Access, Oracle等數(shù)據(jù)庫的連接；②DDE連接(Dynamic Data Exchange，動態(tài)數(shù)據(jù)交換)，與已經(jīng)打開的Excel進行連接，在同一時間讀或者寫一個數(shù)據(jù)表；③其他方式，使用Flies或Socket等命令進行實時的數(shù)據(jù)通信。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

JMP 與外部程序的連接可以分為靜態(tài)與動態(tài)，動態(tài)接口不僅支持通過自身JSL語言編寫腳本完成與外部程序的數(shù)據(jù)交換，同時可以通過外部編程語言如VB,VC++等來完成數(shù)據(jù)共享。具體如表1所示。

表1 JMP訪問外部數(shù)據(jù)的方式

結(jié)合JMP以及Flexsim的接口特點，本文使用Excel作為中間件，通過它強大的對外開放能力，接受實時仿真系統(tǒng)端的數(shù)據(jù)并同時共享給JMP。

2 Flexsim/JMP的開放式交互系統(tǒng)開發(fā)

2.1 離線交互系統(tǒng)開發(fā)

Flexsim可以利用本身菜單欄的選項將仿真結(jié)果導出為Excel表格，而JMP則可以通過ODBC功能離線訪問本地數(shù)據(jù)庫:

(1)從Flexsim中導出仿真數(shù)據(jù)表：

在Flexsim菜單菜單欄中選擇數(shù)據(jù)>數(shù)據(jù)和報告，在列表中選擇需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，單擊生成報告，所需要的數(shù)據(jù)就會以Excel表格的形式出現(xiàn)。

或者，可以在工具欄中點擊Excel圖標，在對話框中找到想要導出的表格。

(2)JMP通過ODBC訪問本地數(shù)據(jù)：

在JMP(version 10.0) 單擊文件>數(shù)據(jù)庫>打開表，在對話窗口選擇連接，在機器數(shù)據(jù)源中選擇“Excel files”用戶數(shù)據(jù)源，并在選擇工作簿對話框中選擇需要訪問的數(shù)據(jù)表，如(quality.xlsx)，如圖2所示。

圖2 通過ODBC訪問質(zhì)量參數(shù)

在該對話框中，可以選擇指定工作表，并通過SQL查詢語句設(shè)置導入的數(shù)據(jù)行，如圖3所示。

圖3 從數(shù)據(jù)庫打開表界面

2.2 在線交互系統(tǒng)的開發(fā)

Flexsim與JMP的動態(tài)交互主要通過VB語言自動化JMP，從而在Excel中直接完成數(shù)據(jù)的實時共享。

頂層的仿真系統(tǒng)Flexsim可以通過DDE與Excel進行實時的數(shù)據(jù)交換[9]，具體的命令集如下：

Excellaunch ( [ strlaunchdir]) /打開Excel程序，如Excellaunch ( “C:Program Files (x86)Microsoft OfficeOffice12”)

Excelopen (str workbook) /打開Excel文件，如Excelopen ( “quality.xlsx” )

Excelsetsheet (strsheetname) /指定工作表，如Excelsetsheet ( “sheet1” )

Excelclose( num save[1/0]) /關(guān)閉Excel文件，如Excelclose (true)

Excelquit() /關(guān)閉Excel

此時，F(xiàn)lexsim與Excel的DDE連接就完成了，F(xiàn)lexsim中的仿真數(shù)據(jù)會實時傳遞到Excel表格中。

Excel與JMP的動態(tài)交互是在Excel內(nèi)部通過VBA完成的。在Excel的菜單欄選擇開發(fā)工具>Visual Basic>工具>引用，如圖4所示，在對話框中找到JMP，勾選后確定。

圖4 添加JMP動態(tài)鏈接庫到VBA

首先要定義全局變量，單擊VBAProject>插入>模塊，輸入圖5所示代碼。

圖5 VBA 界面

Public MyJMP as JMP.Application / 定義JMP應用程序

Public DT as JMP.DataTable / 定義JMP數(shù)據(jù)表

Public DocOpen as Boolean / 標記JMP數(shù)據(jù)表是否被打開

在交互中，有幾點是需要被注意的：當Excel中的改變發(fā)生在第一行時，JMP不會反映出來；當發(fā)生的行數(shù)超出了JMP現(xiàn)在追蹤的行數(shù)時，JMP會自動調(diào)用AddRows函數(shù)來創(chuàng)建新的行；

根據(jù)表2所示的JMP語句調(diào)用規(guī)則，調(diào)用的主模塊命令如下：

Public Counter As Integer /計數(shù)以保證每5個改變后進行數(shù)據(jù)更新

Public JMPDoc As JMP.Document/聲明JMP文件

Public CChart As JMP.ControlChart/聲明JMP控制圖

Public ChartOpen as Boolean /追蹤圖表是否被打開

Public DB As AUTODB

Set MyJMP = CreateObject(“JMP.Application”)

MyJMP.Visible=True /使JMP應用可見

Counter = 0 /初始化變量counter

Private Sub Workbook_SheetChange(ByValSh As Object, ByVal Source As Range)

Counter = Counter + 1

If (Counter Mod 5 = 0 Or Counter = 1) Then /當5個改變發(fā)生后，將更新傳輸給JMP中的控制圖

If Not (ChartOpen) Then

Set CChart = JMPDoc.CreateControlChart /新建控制圖

CChart.LaunchAddProcess "Column 1" /添加列

CChart.LaunchAddSampleUnitSize 5 /設(shè)置樣本單元大小

CChart.LaunchSetChartTypejmpControlChartVar /設(shè)置圖表類型

CChart.Launch / 啟動圖表

ChartOpen = True /標記一個圖表已被打開

End If

表2 JMP子程序說明

續(xù)表

3 Flexsim/JMP開放式交互系統(tǒng)實現(xiàn)

我們通過Flexsim模擬一個大規(guī)模定制的生產(chǎn)流水線(圖6)，并對產(chǎn)品的重量進行實時監(jiān)控，針對重量指標進行質(zhì)量控制。

首先在Flexsim中為產(chǎn)品重量參數(shù)添加標簽，如：

Addlabel(obj object, strlabelname) /為實體添加標簽

Setlabelstr(obj object, str/num label, str value) /設(shè)置標簽名

Setlabelnum(obj object, str/num label, numvalue) /設(shè)置標簽值

圖6 MC仿真總體運行圖

通過上述2.2節(jié)的動態(tài)交互方法連接Flexsim與JMP，對流水線模擬生產(chǎn)的連續(xù)40件產(chǎn)品的重量進行JMP控制圖分析，子組大小設(shè)置為5，得到Xbar-R控制圖如圖7所示。根據(jù)圖中的點分布于中線的位置來判斷產(chǎn)品重量指標，判斷標準參考控制圖的8項判異準則[10]。

(a)重量指標的Xbar-R控制圖(均值圖)

(b)重量指標的Xbar-R控制圖(極差圖)圖7 Xbar-R控制圖

圖7a所示的均值控制圖中可以看出標記的異常點，符合判異準則的第1條準則“一點落在A區(qū)以外”以及第5條準則“連續(xù)三點中有兩點落在中心線同一側(cè)的B區(qū)以外”，判定過程異常，可以結(jié)合六西格瑪管理方法[11]，針對異?，F(xiàn)象分析并改進，并重新進行生產(chǎn)模擬質(zhì)量數(shù)據(jù)的監(jiān)控，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)束語

作為質(zhì)量控制軟件中的新秀JMP，其強大的分析，二次開發(fā)等功能可以有效的與數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)仿真軟件等進行實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時共享，第一時間對模擬生產(chǎn)線的產(chǎn)品進行全面的質(zhì)量控制，從而低成本，高效率的解決大規(guī)模定制生產(chǎn)質(zhì)量控制問題。

本文以仿真軟件Flexsim為例，根據(jù)其外部接口特點，以及JMP自身的腳本自動化能力，設(shè)計了基于Flexsim/JMP的質(zhì)量仿真控制系統(tǒng)，使兩者可以實時的進行數(shù)據(jù)共享，并應用在大規(guī)模定制生產(chǎn)中，充分發(fā)揮Flexsim的仿真優(yōu)勢和JMP的統(tǒng)計優(yōu)點，有效的為生產(chǎn)企業(yè)解決質(zhì)量控制難題提供了思路。

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(編輯 李秀敏)

The Design and Development of Flexsim/JMP based Quality Simulation System for Mass Customization

CHEN Si-Yu1,2,FAN Shu-hai1,2, WEI Xia1,2, REN Meng-meng1,2

(1.Department of Industrial Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China;2. MIT Quality Information Program “Data Quality & Info Security” Lab, Cambridge, MA, USA)

As the latest quality control application, JMP has more advantages than Minitab, which is commonly used recent years, for it has better capability of dealing with data, mining data and its good automation ability, therefore, it can be used to analysis on batch data. At the other hand, simulation software Flexsim can obtain valid quality information of the products by modeling the produce process, in order to complete prior prevent and mass customization manufacture quality control effectively. So, this article focuses on the design of open interaction system based on the good automation ability of JMP through both static and dynamic method to improve the efficiency of quality control system.

JMP; mass customization; quality management and control; Flexsim; open research

1001-2265(2017)02-0116-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.02.029

2016-04-11

國家自然科學基金(71671089，71171110, 71371097)；江蘇省“青藍工程”學術(shù)帶頭人項目

陳思雨(1994—)，女，南京人，南京工業(yè)大學碩士研究生，研究方向為大規(guī)模定制生產(chǎn)、質(zhì)量管理，(E-mail)nj_sibylchen@163.com。

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