仿真技术揭示排序的代价（1）

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仿真技术揭示排序的代价（1）

2017-04-09 迅合科技 SIMIO复杂系统建模分析技术


“排序？不排序？ 这是个问题！”




排序问题在工业系统里是一个非常普遍的问题，如果进入的产品或订单的序列不对，可能会导致生产的紊乱和物料等的不合拍。基本的考虑出发点：是采用重排的方式使产品生成更有序的排列，还是说从源头就阻止无序的产生？还是更值得去研究导致序列破坏的那些原因？不同文化的公司有不同做法。

从事汽车行业关联行业的仿真研究几年，对于欧美系的汽车生产系统相对于日系的生产系统更为熟悉。在欧美系的汽车生产系统里，缓冲系统和产品排序、重排序算法是关键的研究内容，在这方面国内外有大量研究文献。总体而言，这些算法相对复杂，现场的控制也相对复杂，需要非常复杂的软件和精细的硬件控制系统来控制。排序也造成了大量的空间浪费。通过系统仿真研究表明，重排序这种工业实践可能是昂贵的，易破坏的。这也间接印证了为何日系的成本要比欧美系的要低。

下文主要是结合国外系统仿真同行的经验和自己的体会对此进行论述，从中也得出一个感悟：就是“仿真工具只是工具，而驱动仿真研究的方法和思路是更为重要的”。主要目的也是为了纠正在系统仿真咨询行业中“唯工具论”流派的错误观点。


欧美的大型汽车企业，他们通常会有专职的仿真工程师做系统仿真优化研究，我也亲自见过类似的缓冲区重排算法的仿真研究，以及用仿真技术研究在车身、喷涂、动力总成车间的运营规则。而日系的大型汽车生产企业，他们在美洲的企业也采用系统仿真做设计和优化，但是他们对于“排序”这个问题的认识显然和美国公司迥然不同。




欧美系：疯狂的重排序

典型的做法是在喷涂之后到总装之前，设立缓冲库位（平库，也有高架立体仓库），在这里举行重新排序。由于总装线的问题如1) 缺乏序列的一致性  2）生产线约束 3）对于主要部件的依赖性（如底盘和引擎），意味着从喷涂车间出来的车身无法直接供应到总装线上。




序列的一致性：就是生产系统从整体来考虑排序的方法，从而避免由于各个局部自身目标最大化导致的冲突。


生产线约束：为了防止带有较多工作内容的车型序列给总装线的资源带来过大的负载，必须平衡生产线，而在平衡生产线过程中，为了满足特定的产品组合的投入，生产线的资源必须被优化，这时候会产生约束。

主要部件的依赖性：在进入总装之前，必须确保关键的部件是可用的。





重排的缓冲区目的：可以把喷涂车间出来的车身重新排列成总装线可以匹配的生产序列，并且确保那些主要部件缺乏的车身不被马上投入总装。

显而易见，要实时的对这些缓冲区进行重排序和控制是极其复杂的。有大量的系统仿真实践用于不同的控制算法的优劣研究，如果该算法能够保证没有生产线约束和停顿，那么欧美系的决策人员会引入更具“进攻性”的生产线平衡优化算法，这样导致了更为僵化的生产线约束，生产控制手段更为困难。他们通常不会告诉你他们用的什么控制规则和算法，他们把此视作他们的知识产权，公司机密和诀窍。





日系：重新构建原始的序列

那些北美的日系汽车企业们，他们也用系统仿真研究车身的排序，但是他们有自己的思想武器和方法论。他们的视角有些独特。






他们的工程师需要找到非常经济的方法使得从喷涂车间出来的工作，重新恢复成当初进入喷涂车间的序列。很显然，他们的喷涂车间也会产生序列的破坏，比如由于喷涂检查和修正导致某些车身要停滞，但是他们会延迟好的车身，直到修正工作可以跟上步伐。仿真研究表明一个FIFO的缓冲区，容量约等于最差的修正时间内的数量，通常就能解决这个问题，最多一天一批中只会出现平均1个掉队的车身。从喷涂车间离开的车子接着被直接送上总装线，不需要在昂贵的重排缓冲区进行排队，也没有太多的复杂算法和控制手段（软件、硬件），也不构成所谓的“知识产权”和保密信息。那么，哪种方法胜出呢，在知晓答案之前，必须对汽车制造及供应链有一个全面理解。


欧美系的通常做法如下图：



汽车制造过程：车身车间(也叫BIW)→喷涂车间→总装（或内饰+总装）。这中间还有冲压，引擎组装等等，这些暂时省略（他们可以视为供应链的一部分）。方形表示流程，圆形表示缓冲区和存储区。蓝色箭头表示传达给内部和外部供应商的车子序列更新的广播信号，绿色箭头表示已经排序好的零部件被送达制造过程。订单队列不是物理的，仅仅以数据库信息的形式存在。

欧美系的汽车供应链如下图：






欧美系制造：相互竞争，相互独立的流程领地

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