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1、试验研究 现代制造工程(Modern Manufacturing Enginecfing) 2016年第2期基于Extendsim的汽车维修流程仿真优化+杨岱浩，王波，叶春明(上海理工大学管理学院，上海200093)摘要：针对汽车维修作业类型繁多和汽车随机到达的特点，在流程优化方法的基础上，采用离散事件仿真方法进行研究。以一个汽车维修企业的维修流程为例，建立仿真模型。仿真结果表明：当系统存在单一的瓶颈时，通过改变各种排序规则，可以显著提高系统的准时交付率；当瓶颈被打破时，改变维修任务的排序规则对提高系统的准时交付率无影响，但可以减小平均延迟时间。关键词：仿真建模；Extendsim；汽车维修；
2、优化调度；准时交付率；约束理论中图分类号：TP3919文献标志码：A文章编号：167l3133(2016)02_000804DOI：1016731icnki16713133201602002Simulation optimization for auto maintenance process based on ExtendsimYang Daihao，Wang Bo，Ye Chunming(Business School，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China)Abstract：Accor
3、ding to the characteristics of various types of automobile repair work and random arrival，based on the process op-timization method，uses discrete event simulation method is used to research，with an example of the repair process of an auto maintenance enterprise to establish the simulation modelThe s
4、imulation results show that，when there is a bottleneck，changing variOUS sorting rules can significantly improve the ontime delivery rate of the system；when the bottleneck is broken，changing rankingrules of maintenance tasks has no effect on improving the ontime delivery rate，but Can reduce the avera
5、ge delay timeKey words：simulation and modeling；Extendsim；auto maintenance；optimal scheduling；on-time delivery rate；theory of con-straints0引言在环境问题日益突出的今天，人们越来越关注资源的回收再利用。回收物品重新利用的方式可以分为以下四种：直接再利用、修理、再生和再制造。汽车修理是汽车生命周期里的重要一环【2 J，目的在于及时排除故障，延长汽车使用寿命。随着汽车持有量的不断增加，私家车主前来维护车辆的比重增大，汽车维修企业不得不面临随机的服务要求。由于汽车维
6、修的作业内容繁多，复杂程度不同，时间各异，且部分维修作业之间存在优先关系J，如果对车间作业流程安排不合理，就会影响汽车维修的准时交付，进而影响维修企业的经济效益和服务质量。物品再利用的研究重点通常集中在物品的再生和再制造过程H J，但是对于产品维修流程优化的研究重视不足。本文采用Extendsim仿真软件对一个汽车固国家自然科学基金项目(71271138)维修企业的维修流程进行建模，通过流程优化方法，寻找最优的调度方案。1 基于Extendsim的流程优化原理11约束理论和排序规则以色列物理学家、企管大师Goldratt提出的约束理论(Theory of Constraints，TOC)认为任
7、何系统都存在一个“瓶颈”，限制系统的最大发挥水平，企业应该增加有效产出，同时降低库存和运营费用，平衡物流，而不是平衡能力剖。TOC提出了持续改进五步法和鼓缓冲器一绳子(DrumBufferRope，DBR)控制系统，现在已经发展成为提升系统限制的管理哲学J。汽车维修生产线作业排序是以最小化维修期和延迟时间为目标、受到达时间影响的流水车间(flowshop)调度问题。制定车间调度计划的方法是借助优先排序准则进行任务分派，这种方法运用简单的优先规万方数据杨岱浩，等：基于Extendsim的汽车维修流程仿真优化 2016年第2期则，将等待加工的作业进行排序，使一个工作站的调度计划逐步进行。常见的优先
8、排序准则81如表1所示。表1优先排序准则优先排序准则 解析先到先服务(First Come，FirstServed，FCPS)最早到期优先(Earliest DueDate，EDD)最短加工时间优先(Shortest Pro-cessing Time，SPT)最小松弛时间优先(Least Dynamic Slack，LDS)最先到达工作站的作业优先被处理。具有最早交货时间的作业就是下一个要加工的作业。在工作站加工时间最短的作业安排在下一个加工。任务的松弛时间=任务的截止期一(任务当前时间+任务执行时间)，LDS优先执行具有最小松弛时间的任务。12 Extendsim仿真软件的原理和方法Exte
9、ndsim仿真软件是Extend软件的升级版，采用模块组合的方式快速搭建模型，具有较高的灵活性和可扩展性。Extendsim仿真离散系统采取的是最短时间的事件步长法【9 J，支持分层结构和命名连接，模块之间采用基于消息的传递机制，提供多种复杂数据传递方式01。使用Extendsim进行仿真研究的过程可以简化为以下步骤。1)定义仿真研究的目的。仿真软件的第一项，也是最重要的功能就是解决问题，不同的问题需要收集的数据不同，建立的模型也会不同。2)收集数据，建立概念模型。此过程包括收集原始数据、进行数据检验、辨识分布类型、参数估计和拟合优度检验。3)建立Extendsim仿真模型。4)模型校核与验证
10、。5)实验运行和结果分析。2某汽车维修流程的概念模型某汽车修理公司的车身修理工艺流程为：车架平整、车身修复、喷漆准备、喷漆和清理。车身修复过程有4台设备，清理过程有2台设备，其他工艺都需要l台设备。每天需要维修的车辆到达的时间间隔t服从均值为25h的指数分布，概率密度函数为：l八t。)=1fiei式中：t。为车辆到达的时间间隔；B为到达的时间间隔的均值。到达的车辆中有13的车辆需要大修。如果需要大修，在车身修复之前，车辆需要进行车架平整工艺的概率为50。小修的车辆都不需要车架平整的工艺过程，小修的车辆中有14的车辆也不需要车身修复工艺。所有的车辆都要接受喷漆准备、喷漆和清理等工艺。经过统计检验
11、，所有工序的加工时间t：都可以用对数正态分布来近似，其概率密度函数为：1 (Ins2一p)2八t)=二；e一下t，21T盯2式中：为工序的加工时间；p为加工时间的均值；盯为加工时间的方差。各工序加工时间t：参数如表2所示。表2各工序的时间t：参数目前该公司按照先到先服务的准则来安排每辆汽车的维修过程，报出的交付时间都为5个营业日。对以往数据的观察发现，维修车辆的准时交付率为70左右。3基于Extendsim的仿真建模与分析汽车维修流程的仿真模型总图如图1所示，“车辆到达”模块表示需要维修的车辆的到达过程，之后车辆按照各自的维修工艺流程经过各道工序，每道工序都由简单的等待模块和延时模块组成，“离
12、开”模块可以对车辆维修的准时交付率进行统计。模型建立之后，只需要改变各工序前等待模块的排序规则，对比多次运行后得出的仿真结果，就可以选出最优的排序准则。“车辆到达”模块的内部结构图如图2所示，模块l按照指数分布的时间间隔t。产生到达的维修车辆，模块2为车辆设置交付的时间属性，Rand模块产生各工序的加工时间t：，结合模块3将各工序加工时间赋予相应的车辆，模块4为等待模块，模块5为车辆选择相应的工艺流程。非终止型仿真没有自然的终止点来确定仿真长度，通常关注系统的稳态性能。仿真运行开始时系统为空闲状态，经过一段时间运行到稳态，这段时间称为预热期。一般采用观察系统性能指标随时间变化的方法确定预热期的
13、长度，图3所示为SPT准则下一次运行时得到的准时交付率和平均周转时间曲线，观9万方数据2016年第2期 现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering)察仿真多次运行的结果，将预热期设为480h，运行时 间为2 400h。圈OClear模块。护车架平整图1 基于Extendsim的汽车维修流程的仿真模型总图图2车辆到达模块的内部结构图图3 SPT准则下准时交付率和平均周转时间曲线由于仿真中随机因素的影响，通常需要多次运行，运行次数越多，得到的结果越准确，运行次数与性能估计的误差要求有关。当给定误差要求时，可根据软件中的相关模块自动确定运行次数；在实践中有时并无误差
14、要求，这时可根据情况灵活确定运行次数，一般10次左右即可0|。本文运行100次后得到的仿真结果如表3所示，建立的模型按照先到先服务的准则得到的各项性能指标与实际情况基本相符，可以说10明所建模型的可靠性。从表3中可以看出，工序2的设备利用率为90以上，明显大于其他工序的设备利用率，由约束理论可知，工序2的设备为系统的瓶颈。在不同的排序准则下，设备的利用率和平均每月可以维修的车辆数都相差不大，但是按照SPT准则得到的车辆平均周转时间最小，准时交付率最大，由此可以得出在不打破瓶颈的情况下，SPT准则为最优调度方案。万方数据杨岱浩，等：基于Extendsim的汽车维修流程仿真优化 2016年第2期表
15、3初始仿真结果当工序2的设备数增加为5时，即打破瓶颈，在不同的排序准则下，系统的各项性能指标如表4所示。此时通过各项优先排序准则调度得到的准时交付率相差不大，而在LDS准则下得到的平均延迟时间最小，因此，此时LDS准则为最优调度准则。表4打破瓶颈后的仿真结果4结语随着汽车持有量的不断增加，环境问题的日益突出，汽车维修必将成为社会关注的焦点。本文采用Extendsim仿真软件对一个维修企业的车辆维修流程进行研究，思路清晰，方法简单，通过流程优化方法可以使准时交付率得到明显提高，对于维修企业的管理工作具有一定的借鉴意义。参考文献：1THIERRY M C，SALOMON M，VAN Nunen J
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18、ement，2007(25)：3874028 KRAJEWSKI L J，RITZMAN L P运营管理一流程与价值链M刘晋，向佐春，译北京：人民邮电出版社，20079 陈冲，张莹基于EXTEND的大型露天矿卡车调度系统仿真J系统仿真学报，2007，19(4)：91491710 秦天保，王岩峰面向应用的仿真建模与分析：使用Ex-tendSimM北京：清华大学出版社，2011作者简介：杨岱浩，硕士研究生，研究方向为生产系统建模与仿真。王波，教授，研究方向为生产运营系统管理、环境管理及决策分析。叶春明，博士，教授，博士生导师，研究领域为工业工程、智能算法、企业资源计划、供应链管理，以及知识产权评价等，长期从事于专注生产计划与调度的研究工作。E-mail：ieyangdh163corn收稿日期：2015旬l-0611万方数据