基于離散仿真技術(shù)的整車制造物料齊套判斷方法與實(shí)踐

胡杰明　姜旭東　金純旺　竺一錚　胡曉峰

摘 要：針對目前MRP等信息化工具基于即時(shí)在制情況時(shí)間序列預(yù)測與生產(chǎn)實(shí)際偏差較大的情況，本文通過結(jié)合系統(tǒng)實(shí)時(shí)在制隊(duì)列信息和離散仿真平臺(tái)技術(shù)，提出了精確預(yù)測生產(chǎn)時(shí)序隊(duì)列的方法，并結(jié)合零件庫存信息，驗(yàn)證物料齊套狀態(tài)和提供緊缺物料斷點(diǎn)時(shí)間預(yù)測。

關(guān)鍵詞：離散仿真 生產(chǎn)隊(duì)列仿真 物料齊套 斷點(diǎn)預(yù)測

Method and Practice in the Inspection of Vehicle Production Material Completeness based on Discrete Simulation Technology

Hu Jieming Jiang Xudong Jin Chunwang Zhu Yizheng Hu Xiaofeng

Abstract：In view of the large deviation between the forecast and the actual production sequence from the current information tools，such as MRP/MES，based on the real-time in-process time series? situation， a method of combining the real-time in-process sequence information and discrete simulation platform technology is offered， to promote the production sequence forecast accuracy and to verify the completeness of materials and to provide time prediction for the breakpoint of materials in shortage by combining parts inventory information.

Key words：discrete simulation， production sequence simulation， material completeness， breakpoint prediction

1 背景介紹：當(dāng)前汽車行業(yè)物料齊套檢查業(yè)務(wù)邏輯、弊端及原因分析

自豐田精益生產(chǎn)體系在中國汽車企業(yè)廣泛傳播以來，生產(chǎn)線的物料準(zhǔn)備從傳統(tǒng)的推動(dòng)式備料，逐漸轉(zhuǎn)為拉動(dòng)式備料。所謂拉動(dòng)式備料，就是生產(chǎn)線需要什么，就從供應(yīng)商或自制車間拉動(dòng)相應(yīng)數(shù)量和品種的零件。該模式的優(yōu)點(diǎn)是可以降低主機(jī)廠的零件庫存天數(shù)，釋放零部件的庫存周轉(zhuǎn)資金，同時(shí)可以減少主機(jī)廠的物流存儲(chǔ)成本和運(yùn)營管理成本。然而，該模式有嚴(yán)格的使用條件：零部件需求數(shù)量和時(shí)間是按預(yù)測生產(chǎn)隊(duì)列計(jì)算獲得，如果生產(chǎn)實(shí)際隊(duì)列和預(yù)測偏差較大，超過了庫存天數(shù)覆蓋的范圍，則極易導(dǎo)致零件短缺造成生產(chǎn)停線。因此提前判斷次日物料是否齊套，成了生產(chǎn)和供應(yīng)鏈管理日常業(yè)務(wù)的最后底線。

一般物料齊套判斷由人工或信息系統(tǒng)輔助完成，如常用的MRP、WMS等。但這些方式對于未來生產(chǎn)序列的預(yù)測，都采用了簡單的、靜態(tài)的時(shí)序預(yù)測模式，并沒有考慮實(shí)際的生產(chǎn)情況（如涂裝顏色編組、套色生產(chǎn)分支工藝路線差異、緩存調(diào)度導(dǎo)致隊(duì)列變化等），由此導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)序列和預(yù)測生產(chǎn)序列有較大的偏差，進(jìn)而導(dǎo)致零件需求預(yù)測出現(xiàn)偏差，如圖1。

圖1另外，這類傳統(tǒng)方法預(yù)測序列的偏差，導(dǎo)致物料齊套管理還存在以下幾種弊端，如：1、所預(yù)測的未上線車輛可能在推算時(shí)間段內(nèi)物料并不是全部被需要;2、所被統(tǒng)計(jì)的庫存不僅需要支持未上線的車輛，同時(shí)也需要支持目前已上線但未過物料拉動(dòng)點(diǎn)的車輛;3、出現(xiàn)緊缺物料后，無法預(yù)測精確的斷點(diǎn)時(shí)間，造成緊急響應(yīng)措施額外的成本。

面對傳統(tǒng)模式的這幾個(gè)問題，關(guān)鍵是解決生產(chǎn)序列預(yù)測中如何加入工藝路徑和緩存調(diào)度因素，使得預(yù)測獲得的序列更加接近真實(shí)的生產(chǎn)情況。

2 解決方案：利用離散仿真技術(shù)模擬生產(chǎn)工藝路徑和緩存調(diào)度提升隊(duì)列預(yù)測準(zhǔn)確率

汽車行業(yè)生產(chǎn)是典型的離散生產(chǎn)行業(yè)，適合用離散仿真軟件來模擬生產(chǎn)路徑及緩存調(diào)度過程，從而使仿真的生產(chǎn)序列比傳統(tǒng)方式更加接近實(shí)際的生產(chǎn)序列。本文用西門子的PlantSimulation 16.0軟件為仿真平臺(tái)，利用其現(xiàn)有的組件搭建工廠生產(chǎn)路徑和調(diào)度算法模型，將三大工藝的MES在制過點(diǎn)隊(duì)列信息映射到仿真平臺(tái)中作初始化，關(guān)聯(lián)生產(chǎn)作息、節(jié)拍等信息，通過仿真獲得生產(chǎn)隊(duì)列通過每個(gè)工位的時(shí)間序列，結(jié)合制造BOM獲取每個(gè)零件通過每個(gè)崗位的時(shí)間，即計(jì)算出了零件在各個(gè)崗位上的精確到秒的需求時(shí)序，最后匹配零件的庫存狀況，即可獲得零件的齊套狀態(tài)及緊缺件的斷點(diǎn)時(shí)間。

2.1 PlantSimulation仿真平臺(tái)的工廠工藝路徑構(gòu)建

為了提升仿真的運(yùn)行效率，在PlantSimulation中做了如下的簡化工作：1、工廠工藝路徑的構(gòu)建范圍限定在生產(chǎn)工單的運(yùn)行范圍，即只包含了焊涂總?cè)蠊に囓囬g;2、只對工位和緩存搭建模擬組件，其中工位的加工時(shí)間等于節(jié)拍時(shí)間，緩存的通過時(shí)間參數(shù)采用實(shí)際通過時(shí)間。以圖2為例，某主機(jī)廠涂裝生產(chǎn)工藝路徑模型，其中包含了套色生產(chǎn)工藝路徑。

對于焊和涂分支路線，采用了分支點(diǎn)邏輯判斷，根據(jù)當(dāng)前工位工單的屬性，判斷工藝路徑的去向，比如套色工單，則前往套色工藝路線，非套色工單則不需要通過套色工藝路徑。對于匯合路線，則采用了FIFO的原則進(jìn)行處理?？傃b工藝相對簡單，一般是單一的路徑，不涉及工單的分支和匯合。

較為復(fù)雜的區(qū)域是位于涂裝和總裝之間的緩存區(qū)，由于總裝的生產(chǎn)限制和涂裝存在較大區(qū)別，導(dǎo)致涂裝的出車序列往往無法滿足總裝的連續(xù)生產(chǎn)，因此在緩存區(qū)需要對區(qū)內(nèi)的工單按總裝的需求進(jìn)行重排序，該邏輯需要在PlantSimulation中進(jìn)行算法編寫實(shí)現(xiàn)路由調(diào)度的功能。

2.2 仿真初始化和隊(duì)列映射

工廠模型完成后，需要將MES系統(tǒng)中在制和待上線的隊(duì)列信息導(dǎo)入工廠模型。由于本文采用的PlantSimuation是離線仿真平臺(tái)，因此需要將MES中的信息導(dǎo)出，通過人工簡單排序后將隊(duì)列信息導(dǎo)入仿真平臺(tái)，實(shí)際工位上的工單和仿真空間工位的工單一一對應(yīng)，未上線訂單則不需要。最后，在仿真平臺(tái)將工廠生產(chǎn)、間休、停產(chǎn)等信息進(jìn)行維護(hù)。至此，仿真平臺(tái)的初始化作業(yè)完成。

2.3 工位級零件時(shí)序和齊套檢查

通過仿真運(yùn)行可以獲得各工位的工單時(shí)序結(jié)果，結(jié)合制造BOM信息，將工單拆解到零件，即可獲得該工位上零件的需求時(shí)序、零件單車耗量、累計(jì)消耗等信息。將零件的需求時(shí)序結(jié)合庫存信息，即可計(jì)算物料的齊套和缺口情況，如圖3。

若出現(xiàn)零件庫存為負(fù)的情況，則認(rèn)為該零件出現(xiàn)斷點(diǎn)，若無到貨信息，則該時(shí)刻對應(yīng)的工單和過點(diǎn)時(shí)間，即為斷點(diǎn)時(shí)間和斷點(diǎn)車號，如圖4。

1 某主機(jī)廠應(yīng)用案例介紹

某品牌主機(jī)廠在華東基地生產(chǎn)兩種車型，工廠已具備SAP、MES、WMS、ANDON等常規(guī)IT系統(tǒng)。由于物料預(yù)測不準(zhǔn)，廠內(nèi)庫存平均在5天以上，即便如此，出現(xiàn)缺料停線的情況也時(shí)有發(fā)生。因此，生產(chǎn)管理和供應(yīng)鏈管理很重要的一個(gè)工作就是檢查次日生產(chǎn)工單的零件齊套情況。

由于沒有現(xiàn)成的系統(tǒng)模塊支持，導(dǎo)致大量的人工檢查作業(yè)，同時(shí)預(yù)測序列的精度只有80%，手工計(jì)算模式無法考慮復(fù)雜的套色工單工藝路徑差異和涂-總緩存區(qū)的調(diào)度對序列的重置情況。

為此，該主機(jī)廠生產(chǎn)和供應(yīng)鏈管理，利用PlantSimulation軟件仿真結(jié)果替換了傳統(tǒng)的序列預(yù)測結(jié)果，將次日物料齊套檢查結(jié)果的準(zhǔn)確率提升了15%，同時(shí)plantsimulation的自動(dòng)過程計(jì)算也帶來了手工計(jì)算負(fù)荷的大幅減少。另外，由于緊缺件的斷點(diǎn)有了精確的時(shí)間和工單號，對于零件緊急拉動(dòng)管控的也有更精確的目標(biāo)，減少了不必要的拉動(dòng)成本和現(xiàn)場管理成本。

3 結(jié)束語

生產(chǎn)和供應(yīng)鏈管理在傳統(tǒng)的IT系統(tǒng)中分屬于不同的業(yè)務(wù)模塊，因此系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的信息溝通程度有限，如傳統(tǒng)的MRP、MES、WMS各有各的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，關(guān)聯(lián)并不緊密。隨著業(yè)務(wù)精細(xì)化的程度越來越高，也導(dǎo)致了傳統(tǒng)的IT系統(tǒng)更不上業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，比如混線生產(chǎn)的工藝路徑差異和緩存調(diào)度導(dǎo)致的生產(chǎn)隊(duì)列序列變化。除此以外，生產(chǎn)序列的變化還有許多其他因素，比如離線反工、分支路線設(shè)備故障等，這些情況導(dǎo)致了生產(chǎn)序列預(yù)測難上加難。

面對這些難題，系統(tǒng)仿真在數(shù)學(xué)建模和算法方式外，提供了一個(gè)新的思路。通過仿真，可以構(gòu)建實(shí)體在虛擬空間映射，通過虛擬空間的模擬，來影響實(shí)體空間的決策和運(yùn)作過程這個(gè)思路，正變得越來越清晰。同時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真空間也為打通不同IT系統(tǒng)提供一個(gè)合作平臺(tái)。系統(tǒng)仿真平臺(tái)有望成為一個(gè)連接各個(gè)系統(tǒng)、完成信息收集、分析、決策的大平臺(tái)，幫助工廠的實(shí)現(xiàn)智能制造和智能運(yùn)營。

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