于乃功,王新愛,方　林

(北京工業(yè)大學(xué) 電子信息與控制工程學(xué)院,北京　100124)

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離散制造業(yè)生產(chǎn)排產(chǎn)算法研究及應(yīng)用

于乃功,王新愛,方林

(北京工業(yè)大學(xué) 電子信息與控制工程學(xué)院,北京100124)

摘要為有效解決離散車間生產(chǎn)計劃排產(chǎn)中存在的主生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)作業(yè)計劃分離、生產(chǎn)計劃排產(chǎn)與生產(chǎn)控制脫節(jié)的問題,分析了離散車間生產(chǎn)工藝的特點(diǎn),提出了主生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)作業(yè)計劃綜合排產(chǎn)及生產(chǎn)計劃排產(chǎn)與生產(chǎn)車間實(shí)時監(jiān)控集成的思想,并對生產(chǎn)計劃動態(tài)排產(chǎn)軟件進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計。最后,以某發(fā)動機(jī)零部件有限公司組裝凸輪軸的生產(chǎn)計劃動態(tài)排產(chǎn)系統(tǒng)為例,驗(yàn)證了該方法的可行性和實(shí)效性。

關(guān)鍵詞離散制造業(yè)；排產(chǎn)；約束理論；實(shí)時監(jiān)控

制造業(yè)根據(jù)其生產(chǎn)過程的工藝特點(diǎn)可以分為連續(xù)制造和離散制造[1]。所謂離散制造是指將多個零部件經(jīng)過一系列并不連續(xù)的工序的加工并經(jīng)過裝配形成產(chǎn)品的過程。離散制造企業(yè)是指加工和銷售此類產(chǎn)品的企業(yè)。在離散制造型企業(yè)中一般包含對零部件進(jìn)行加工和將零部件裝配成產(chǎn)品等過程。側(cè)重零部件加工制造的企業(yè)我們稱為離散加工型企業(yè),側(cè)重于零部件裝配的企業(yè)稱為裝配型企業(yè),加工和裝配主要由自身完成的企業(yè)無論大小相對于前面的兩類企業(yè)來說要復(fù)雜一些。

某發(fā)動機(jī)零部件有限公司組裝凸輪軸的生產(chǎn)制造即屬于典型的離散制造,其生產(chǎn)線集加工、裝配于一體。其生產(chǎn)過程是由不同零部件加工子過程或并聯(lián)或串聯(lián)組成的復(fù)雜過程,其過程中包含諸多的變化和不確定因素如訂單隨機(jī)性、品種多樣性、加工復(fù)雜性等,在對某發(fā)動機(jī)零部件有限公司基于實(shí)時信息的生產(chǎn)線管理系統(tǒng)調(diào)研的過程中發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)離散企業(yè)的生產(chǎn)過程中存在以下幾個方面的問題:

(1)生產(chǎn)計劃的制定過于依賴計劃人員。

生產(chǎn)計劃大多由計劃員憑借以往的經(jīng)驗(yàn)采用EXCEL表格的形式進(jìn)行編制,計劃員的水平和經(jīng)驗(yàn)對計劃排程結(jié)果的優(yōu)劣程度具有很大的決定作用,且計劃編制時間長,編制和調(diào)整效率較低,不能結(jié)合實(shí)時的生產(chǎn)情況進(jìn)行排產(chǎn)造成交貨期延誤或者生產(chǎn)在制品的積壓現(xiàn)象嚴(yán)重。

(2)生產(chǎn)過程中存在大量的插單現(xiàn)象。

在生產(chǎn)過程中時常會有緊急訂單的插入或生產(chǎn)訂單的變更等情況,加劇了計劃體系的混亂,使得更多的訂單不能按期交貨,又因?yàn)橛媱澆块T不能實(shí)時掌握與評估生產(chǎn)的實(shí)際情況,對受影響的訂單的情況了解不及時,造成新訂單下達(dá)的盲目性。

(3)不能實(shí)時評估企業(yè)的剩余產(chǎn)能。

由于生產(chǎn)銷售部門不能實(shí)時掌握生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況,不能準(zhǔn)確實(shí)時的評估剩余產(chǎn)能情況,從而造成接單時的被動。一方面,企業(yè)想盡可能的多接收生產(chǎn)訂單以提高業(yè)績；另一方面,過多的訂單不能按時生產(chǎn),造成交貨期的延誤,影響其他生產(chǎn)訂單的運(yùn)行,形成惡性循環(huán)。

(4)交貨期延誤現(xiàn)象嚴(yán)重。

由于計劃部門不能實(shí)時的掌握生產(chǎn)計劃的運(yùn)行情況,只能憑借計劃人員的經(jīng)驗(yàn)來確定生產(chǎn)完工日期,準(zhǔn)確性較差,大量訂單不能按期交貨。

為解決離散制造業(yè)生產(chǎn)過程中存在的問題,實(shí)現(xiàn)制造過程的實(shí)時化、無紙化、集成化[2],對現(xiàn)有的生產(chǎn)管理軟件進(jìn)行了研究,要從根本上解決生產(chǎn)過程中的問題,需要從生產(chǎn)計劃合理有效的排產(chǎn)入手。然而企業(yè)的企業(yè)資源計劃(ERP,enterprise resource planning)生產(chǎn)管理軟件主要是針對企業(yè)管理的上層,并不能為車間的管理流程提供直接和詳盡的支持,ERP系統(tǒng)和生產(chǎn)車間管理系統(tǒng)之間出現(xiàn)了管理信息方面的斷層。針對上述問題我們對離散制造業(yè)生產(chǎn)計劃排產(chǎn)算法進(jìn)行了研究并設(shè)計了一套生產(chǎn)計劃排產(chǎn)系統(tǒng),此系統(tǒng)集排產(chǎn)與實(shí)時監(jiān)控于一體,有效的解決了生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)控制脫節(jié)的現(xiàn)象。

1離散車間生產(chǎn)工藝及目標(biāo)函數(shù)

在離散制造企業(yè)中,常見的加工方式主要有流水加工方式、單件加工方式和離散加工方式三種類型[3]。它們的加工工藝可以形象的用圖1表示。

圖1　離散制造企業(yè)生產(chǎn)方式Fig.1　Production mode of discrete manufacture industry

圖1中實(shí)線的部分表示工序間的加工順序,虛線表示的是不同類型的加工方式對設(shè)備的使用情況。從圖1中可以看出流水加工方式是按照一定的順序進(jìn)行加工的,即線性加工方式；單件加工方式為非線性加工方式,各工序之間無相互制約關(guān)系；離散加工方式也非線性加工,其各道工序加工之間需要滿足如下條件[4-7]:

(1)m臺機(jī)器加工n件工件；

(2)每道工序須在指定的生產(chǎn)設(shè)備上加工,并且須是前一道工序加工完成后才能加工后一道工序；

(3)某一時刻同一臺設(shè)備只能加工一個工件；

(4)每個工件在某臺設(shè)備上的加工作業(yè)可多于一次；

(5)每個工件的工藝路線和持續(xù)時間是已知的,且不隨加工排序的改變而改變。

綜述以上三種加工方式,其中以離散加工方式為最常見的加工方式,在生產(chǎn)調(diào)度問題中,一般采用最小制造周期和最小提前/拖期懲罰代價為評價指標(biāo)。我們采用常用的最小制造周期為評價指標(biāo),其優(yōu)化目標(biāo)是找出每臺機(jī)器上加工工序的順序,以使得全局最大完工時間最小。其目標(biāo)函數(shù)描述為

(1)

其中:Cmax為所有操作的最大持續(xù)時間;tik為工件i的第k道工序加工開始時間;τik為工件i的第k道工序加工時間。

2基于約束理論的排產(chǎn)算法研究

約束理論(TOC,theory of constraints)是以色列物理學(xué)家、企業(yè)管理顧問戈德拉特博士在他開創(chuàng)的優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)(OPT,optimized production technology)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的管理哲理,該理論針對制造業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動中一些制約因素的定義和消除提出了規(guī)范化的方法,以支持連續(xù)改進(jìn)[8]。TOC的精髓是識別系統(tǒng)瓶頸資源和充分利用系統(tǒng)的瓶頸資源,減少瓶頸工序?qū)ιa(chǎn)的制約作用,同時安排好非瓶頸工序的資源配置,使之能與瓶頸工序生產(chǎn)率保持同步,將在制品降低到最低程度。因此在制定好主生產(chǎn)計劃的基礎(chǔ)上,對生產(chǎn)過程進(jìn)行研究,確定瓶頸因素,然后編制基于關(guān)鍵工序的作業(yè)計劃,以達(dá)到生產(chǎn)最優(yōu)。

2.1主生產(chǎn)計劃的編制

主生產(chǎn)計劃是指為確定每個最終產(chǎn)品在每個具體的時間段內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)量而制定的生產(chǎn)計劃。主生產(chǎn)計劃是企業(yè)生產(chǎn)管理的起點(diǎn),是將企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)作業(yè)和采購作業(yè)等微觀計劃的工具,是將訂單轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)制造部門任務(wù)的來源,主生產(chǎn)計劃在計劃管理中起“龍頭”模塊作用,決定了后續(xù)所有計劃的目標(biāo),是企業(yè)建立正常生產(chǎn)和管理秩序的重要手段[9,10]。

(1)計算毛需求量。根據(jù)生產(chǎn)預(yù)測已收到的客戶訂單,配件預(yù)測以及該最終項(xiàng)目的需求數(shù)量,計算毛需求量,毛需求量在各個時間段其計算方法是不同的。假設(shè)每月的25日為月計劃制定時間即為計劃時區(qū),考慮物料、半成品及產(chǎn)成品的在庫情況,將25日之前定為預(yù)測時區(qū),25日之后定為需求時區(qū)。

對于預(yù)測時區(qū):毛需求量=預(yù)測量。

對于計劃時區(qū):毛需求量=Max(預(yù)測量、訂單量)。

對于需求時區(qū):毛需求量=訂單量。

在進(jìn)行毛需求量計算時首先要確定時區(qū)的劃分,在實(shí)際制定生產(chǎn)計劃時,通常情況下,取毛需求量=訂單量。

(2)計劃接收量(即計劃時區(qū)即將完成的在制品的數(shù)量)。在制品MPS計劃時,通常把制定計劃日期之前已經(jīng)下達(dá)的訂單,而在本計劃內(nèi)完成或到達(dá)的數(shù)量作為計劃接收量處理。

(3)凈需求量。指在計劃周期內(nèi),某項(xiàng)目實(shí)際的需求數(shù)量。

凈需求量=需求時區(qū)毛需求量+安全庫存量-(前一周期可用庫存量+本時段計劃接收量)。

若凈需求量≤0則無凈需求,若凈需求量>0,則生成月生產(chǎn)計劃。

(4)計劃產(chǎn)出量(即在制品數(shù)量)。計劃產(chǎn)出量一般采用固定批量法和直接批量法兩種批量方法,固定批量法容易導(dǎo)致生產(chǎn)數(shù)量不足或者生產(chǎn)過勝的情況,直接批量法是根據(jù)生產(chǎn)過程中的實(shí)際需求數(shù)量確定MPS的計劃需求量[11]。

(5)計劃投入量。是根據(jù)生產(chǎn)過程中的成品率以及產(chǎn)出量的提前期確定的即將生產(chǎn)的數(shù)量。

(6)預(yù)計可用庫存量。是指除去已經(jīng)確定用于其他用途的剩余產(chǎn)品的在庫數(shù)量。

預(yù)計可用庫存量=上時段末的庫存量+本時段的計劃接收量+本時段在制品數(shù)量-本時段毛需求量。

2.2瓶頸工序的確定

根據(jù)主生產(chǎn)計劃將計劃期內(nèi)各項(xiàng)作業(yè)任務(wù)分配到各工作中心,統(tǒng)計核算各工作中心的負(fù)荷,并計算各工作中心的生產(chǎn)能力情況,其中負(fù)荷重,能力過緊的工作中心就是瓶頸所在的位置,則該瓶頸工作中心的設(shè)備為關(guān)鍵設(shè)備,瓶頸工序的確定分為如下三個步驟:

(1)計算各工序的最晚完工時間和最晚開工時間;

(2)依據(jù)工序的最晚完工時間和最晚開工時間,將各生產(chǎn)工序劃分為不同的時間段;

(3)計算各時間段內(nèi)工序加工所占時間段的比率,比率大于或等于100%的工序即為系統(tǒng)的瓶頸工序。資源的負(fù)荷率為

(2)

其中:σij為資源i在時間段j的資源負(fù)荷率;∑Tij為資源i在時間段j內(nèi)的負(fù)荷之和；Te為時間段j的結(jié)束時間；Ts為時間段j的開始時間。

2.3排序優(yōu)先級順序的確定

在排產(chǎn)過程中,由于生產(chǎn)因素的眾多,需要不斷地進(jìn)行重調(diào)度,對此許多生產(chǎn)管理研究者進(jìn)行了大量的研究工作,其主要的優(yōu)先級排產(chǎn)規(guī)則主要有以下幾種:(1)最短加工時間者優(yōu)先；(2)交貨期最早者優(yōu)先；(3)先到者優(yōu)先；(4)最長加工時間者優(yōu)先等。由于離散產(chǎn)品(模具企業(yè))對交貨期要求特別嚴(yán)格,所以將交貨期視為優(yōu)先級設(shè)定的重要因素,采用關(guān)鍵比法,對所有未完工的作業(yè)進(jìn)行優(yōu)先級的重新計算,形成一個經(jīng)過新舊任務(wù)合并的新的生產(chǎn)任務(wù)清單。對所有未完成的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級的計算,其優(yōu)先級系數(shù)為k,其計算公式為

(3)

(4)

其中:K為關(guān)鍵比;Te為任務(wù)完工日期;Tn為當(dāng)前日期;τij為剩余工序Oij的加工周期(不計等待時間)。

2.4瓶頸工序生產(chǎn)計劃的編制

(1)瓶頸工序生產(chǎn)計劃編制編制工序生產(chǎn)計劃的基本思想是將瓶頸工序按照工序號進(jìn)行排定,然后將相同工序號的作業(yè)按照加工的優(yōu)先級系數(shù)進(jìn)行排定。首先編制瓶頸工序零件的作業(yè)計劃,編制完成后再對后面的工序零件的生產(chǎn)作業(yè)計劃進(jìn)行編制,直到所有作業(yè)計劃編制完成。在瓶頸設(shè)備上每道作業(yè)的加工時間計算公式為

Tsi(j+1)=Teij,

(5)

Tei(j+1)=Tsi(j+1)+Ti(j+1),

(6)

其中：Tsi(j+1)為i工序的第j+1道作業(yè)的開始加工時間；Teij為i工序的第j道作業(yè)的加工結(jié)束時間；Tei(j+1)為i工序的第j+1道作業(yè)的加工結(jié)束時間；Ti(j+1)為i工序的第j+1道作業(yè)加工所用時長。

(2)瓶頸工序之前的工序進(jìn)度計劃以瓶頸工序?yàn)榛鶞?zhǔn)，按倒排式計劃原則，從后向前倒排，即根據(jù)零件瓶頸工序的開工時間和完工時間，推導(dǎo)出瓶頸工序之前的工序開工時間和完工時間為

Tna(k)=Tea(k+1),

(8)

Tsa(k)=Tea(k)-Ta(k),

(9)

其中：Tea(k)為a零件k工序的加工完成時間;Tsa(k+1)為a零件k+1工序的加工開始時間;Tsa(k)為a零件k工序的加工開始時間;Ta(k)為a零件k工序的加工時長。

(3)瓶頸工序之后的工序進(jìn)度計劃以瓶頸工序?yàn)榛鶞?zhǔn)，按順排計劃原則，從前向后順排。根據(jù)瓶頸工序的開工時間和完工時間，推導(dǎo)出瓶頸工序之后的工序開始加工時間和完成時間為

Tsa(k)=Tea(k-1),

(10)

Tea(k)=Tsa(k)+Ta(k)。

(11)

3生產(chǎn)計劃的整體編制

3.1生產(chǎn)計劃與監(jiān)控系統(tǒng)的集成

基于上述生產(chǎn)計劃排產(chǎn)算法的研究,如何在生產(chǎn)的實(shí)際排產(chǎn)計劃中得到有效的利用是生產(chǎn)計劃排產(chǎn)軟件的難點(diǎn),目前企業(yè)中應(yīng)用的生產(chǎn)計劃排產(chǎn)軟件大多是基于ERP系統(tǒng)的主生產(chǎn)計劃排產(chǎn)系統(tǒng),與生產(chǎn)作業(yè)計劃造成脫節(jié),不能實(shí)時的了解生產(chǎn)車間實(shí)時的加工情況[12]。為解決這一現(xiàn)象,適應(yīng)動態(tài)多變的生產(chǎn)環(huán)境,系統(tǒng)提出了主生產(chǎn)計劃與車間作業(yè)計劃及實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)集成于一體的方法,其流程如圖2所示。

圖2　生產(chǎn)計劃與監(jiān)控系統(tǒng)集成流程Fig.2　Production plan and monitoring system flow diagram

首先根據(jù)離散制造業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況以及主生產(chǎn)計劃的編排算法,完成主生產(chǎn)計劃的編制,結(jié)合能力需求計劃及物料需求計劃生成月生產(chǎn)計劃,生產(chǎn)車間基于約束理論的思想,查找生產(chǎn)工序中的瓶頸工序,根據(jù)生產(chǎn)車間計劃的排產(chǎn)算法對車間作業(yè)計劃進(jìn)行編制,生成周生產(chǎn)計劃即日程作業(yè)計劃,將生產(chǎn)車間計劃排產(chǎn)模塊與車間的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)鏈接,采用滾動計劃的編排算法,實(shí)時對生產(chǎn)計劃進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到提高生產(chǎn)效率,最小化最大完工時間的目的。

3.2滾動計劃算法

滾動計劃即根據(jù)計劃的實(shí)時執(zhí)行情況以及生產(chǎn)過程中動態(tài)多變的突發(fā)狀況,在原計劃的基礎(chǔ)上循序向前推進(jìn)一段時間的靈活而有彈性的計劃編制方法。滾動計劃既滿足了交貨期又能對訂單的追加和變更作出快速的反應(yīng)。但生產(chǎn)計劃的頻繁變動勢必會影響生產(chǎn)車間的正常生產(chǎn)運(yùn)行,如何確定車間作業(yè)計劃的滾動是生產(chǎn)計劃滾動算法的主要研究方向。具體方法是:設(shè)某一天實(shí)際加工的工序總數(shù)為nR(nR由對監(jiān)控數(shù)據(jù)的統(tǒng)計得到),其中與計劃吻合的工序數(shù)量為nS,則執(zhí)行的吻合率可表示為

(12)

執(zhí)行的偏差率表示為

(13)

設(shè)定一個偏差門檻值,記為[σ],當(dāng)σ>[σ]時,即對車間作業(yè)計劃進(jìn)行滾動,否則,仍然維持原來的計劃。

4動態(tài)排產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

針對某零部件有限公司組裝凸輪軸生產(chǎn)線的生產(chǎn)計劃排產(chǎn)情況,采用B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)模式整體完成生產(chǎn)計劃與實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的集成。

4.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于TCP/IP協(xié)議的B/S結(jié)構(gòu)以Web為中心,擴(kuò)展性和兼容性都非常好,成熟的WWW瀏覽器技術(shù)在結(jié)構(gòu)中得到了有效的利用,同時將多種Script語言和ActiveX技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了只有復(fù)雜專用軟件才能達(dá)到的效果,B/S結(jié)構(gòu)不僅降低了客戶端的負(fù)擔(dān),而且具有豐富的界面,極小的客戶端維護(hù)量為系統(tǒng)的維護(hù)提供了方便,便于在局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)[13]。系統(tǒng)通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),將生產(chǎn)現(xiàn)場的各類實(shí)時數(shù)據(jù)連接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,并以HTML文本的形式實(shí)時發(fā)布,計劃排產(chǎn)人員及有權(quán)限的管理人員只需通過瀏覽器即可查看生產(chǎn)計劃及執(zhí)行情況。其系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4.2系統(tǒng)模塊設(shè)計

系統(tǒng)包括訂單識別錄入模塊,實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊,生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲模塊,生產(chǎn)計劃排產(chǎn)優(yōu)化模塊。

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入模塊:生產(chǎn)管理人員錄入訂單編號、產(chǎn)品編碼、銷售需求及交貨日期等信息。

(2)實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊:負(fù)責(zé)外聯(lián)設(shè)備或者實(shí)時系統(tǒng),采集到不同來源的實(shí)時數(shù)據(jù)并把采集的實(shí)時生產(chǎn)信息傳輸?shù)缴a(chǎn)數(shù)據(jù)存儲中心。所述數(shù)據(jù)采集終端包括地址編碼單元、采集終端存儲單元、采集終端數(shù)據(jù)裝置和采集終端數(shù)據(jù)輸入輸出通訊端口。生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集終端通過采集終端數(shù)據(jù)輸入裝置采集物料被加工過程的信息,或通過采集終端數(shù)據(jù)輸入通訊接口與設(shè)備儀器的通訊接口、傳感器接口收集物料被加工、檢測的過程信息。數(shù)據(jù)采集終端與生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲模塊(實(shí)時數(shù)據(jù)庫)通過無線方式或RS485總線、TCP/IP等方式連接通訊。

圖3　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.3　System architecture diagram

(3)生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲模塊(實(shí)時數(shù)據(jù)庫):存儲訂單信息及實(shí)際生產(chǎn)信息。

(4)生產(chǎn)計劃排產(chǎn)優(yōu)化模塊:根據(jù)訂單錄入系統(tǒng)錄入的訂單信息并結(jié)合基于約束理論的生產(chǎn)車間排產(chǎn)算法生成生產(chǎn)計劃。

4.3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

(1)確定生產(chǎn)項(xiàng)目要制定合理的生產(chǎn)計劃,需要首先確定生產(chǎn)排產(chǎn)項(xiàng)目,如圖4所示。用戶勾選要排產(chǎn)的工單并保存,所需排產(chǎn)的項(xiàng)目將直接在主生產(chǎn)計劃排產(chǎn)模塊顯示,方便主生產(chǎn)計劃的制定。

圖4　生產(chǎn)項(xiàng)目確定界面Fig.4　Production project interface determination

(2)制定月/周計劃系統(tǒng)根據(jù)選取的排產(chǎn)項(xiàng)目結(jié)合基于約束理論的生產(chǎn)排產(chǎn)算法確定關(guān)鍵工序,并結(jié)合生產(chǎn)車間的生產(chǎn)能力情況確定生產(chǎn)工序執(zhí)行的順序,并完成主生產(chǎn)計劃即月生產(chǎn)計劃的制定,如圖5所示。月計劃制定完成后將自動生成周生產(chǎn)計劃,如圖6所示。系統(tǒng)計劃制定的原則是:將計劃人員的管理經(jīng)驗(yàn)與計算機(jī)的先進(jìn)技術(shù)、科學(xué)管理方法結(jié)合起來,以人機(jī)交互的方式實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計劃的編制,提高了生產(chǎn)計劃的科學(xué)性、準(zhǔn)確性,為企業(yè)提供一個行之有效的生產(chǎn)計劃編制。

圖5　月生產(chǎn)計劃排產(chǎn)界面Fig.5　production scheduling of monthly production plan interface determination

圖6　分序成品的周生產(chǎn)計劃Fig.6　Weekly production plan of sequencing finished products

(3)審核及變更計劃生產(chǎn)計劃制定完成后,需要對生產(chǎn)計劃進(jìn)行審核才能投入生產(chǎn),審核完成將對生產(chǎn)計劃進(jìn)行鎖定。又因?yàn)槿绮鍐?、追加訂單、提前、推后、取消訂單等情況的發(fā)生基于滾動計劃法會導(dǎo)致計劃的經(jīng)常性變更和實(shí)際生產(chǎn)的波動,凍結(jié)生產(chǎn)計劃是減少生產(chǎn)計劃不穩(wěn)定性的最有效的對策之一。系統(tǒng)采取人機(jī)交互的方式,當(dāng)達(dá)到滾動計劃參數(shù)時,采取提前預(yù)警的方式,由計劃人員完成生產(chǎn)計劃的變更及審核,生產(chǎn)計劃變更界面如圖7所示。

圖7　生產(chǎn)計劃變更界面Fig.7　Production plan changing interface determination

(4)實(shí)時監(jiān)控生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況生產(chǎn)計劃的排產(chǎn)與監(jiān)控的集成是本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處,在月生產(chǎn)計劃排產(chǎn)模塊加入產(chǎn)成品完成數(shù)量的統(tǒng)計和完成率的顯示,如圖5、圖6所示。生產(chǎn)管理人員可以及時快速的了解生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況,同時也為下一期生產(chǎn)計劃的制定提供了參考。

(5)查詢計劃系統(tǒng)通過權(quán)限設(shè)置,分層對不同人員賦予不同的權(quán)限,系統(tǒng)集排產(chǎn)與查詢于一體不再單獨(dú)的設(shè)立界面,簡潔方便,查詢?nèi)藛T只能對生產(chǎn)計劃的記錄以及生產(chǎn)的實(shí)時加工情況進(jìn)行查詢,不能進(jìn)行修改,也不會對其他模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)影響。

5結(jié)語

以某零部件發(fā)動機(jī)有限公司的MES解決方案為背景,對離散業(yè)生產(chǎn)計劃的排產(chǎn)算法進(jìn)行了詳細(xì)的研究,并將主生產(chǎn)計劃與基于約束理論的生產(chǎn)作業(yè)計劃相互集成,提高了生產(chǎn)計劃的制定效率,縮短的生產(chǎn)加工時間,使最大完工時間達(dá)到最小。此外將生產(chǎn)計劃排產(chǎn)與生產(chǎn)車間實(shí)時監(jiān)控集成的思想應(yīng)用與生產(chǎn)計劃動態(tài)排產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā),將影響生產(chǎn)效率,造成在制品積壓等不良情況的發(fā)生遏制在萌芽階段,解決了生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)控制脫節(jié)的現(xiàn)象,增強(qiáng)了生產(chǎn)計劃的適應(yīng)性,增加了底層生產(chǎn)過程的信息流動,提高了生產(chǎn)管理的實(shí)時性和靈活性。系統(tǒng)的開發(fā)為制造管理系統(tǒng)中生產(chǎn)計劃模塊的開發(fā)提供了一定的參考價值。

參考文獻(xiàn):

[1]Zijm W H M,Buitenhek R.Capacity Planning and Lead Time Management[J].International Journal of Production Economics,1996,46:165-179.

[2]王琦峰.面向離散制造業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)研究[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2008,25(1):9-11,43.

[3]Fan Z,Zhigang L,Zailin G,etal.Problem and Method Research on Machinery Equipment Workshop Production Scheduling of Discrete Manufacturing Industry[J].East China Economic Management,2008,12(7):30-35.

[4]孫林.動態(tài)同步混流組裝線和庫存策略[D].北京:清華大學(xué),2005.

[5]Pour H D.A New Heuristic for the n-job,m-machine Flow-shop Problem[J].Production Planning and Control:The Management of Operations,2010,12(7):648-653.

[6]Weckman G R,Ganduri C V,Koonce D A.A Neural Network Job-shop Scheduler[J].Journal of Intelligent Manufacturing,2008,19(2):191-201.

[7]Louis S,Xu Z.Genetic Algorithms for Open Shop Scheduling and Re-Scheduling[J].ISCA 11th Intl.Conf.on Computers and Their Applications,1996,20:45-49.

[8]陳啟申.約束理論[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng),1998,4(5):51-55.

[9]石雙元,張金隆,吳紅.ERP/MRPII中主生產(chǎn)計劃編制及物料需求計劃模型[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用,2000,37(12):35-36,61.

[10]賈偉鳳,廖曉昕,王明哲,等.不確定環(huán)境多目標(biāo)主生產(chǎn)計劃制定方法[J].系統(tǒng)工程,2002,20(5):50-54.

[11]王勝強(qiáng),康健.基于MRPⅡ、NPT、TOC的生產(chǎn)計劃策略研究[J].甘肅科技,2009,23(20):81-84.

[12]孔祥才,王金光.淺談石化企業(yè)MES系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].甘肅科技,2007,21(11):98-101,16.

[13]閆研.基于ERP的鑄件材料成本信息管理及決策系統(tǒng)的開發(fā)[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2008.

Study and Application of Scheduling Algorithm in Discrete Manufacture Production

Yu Naigong,Wang Xin’ai,Fang Lin

(CollegeofElectronicInformationandControl,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

AbstractIn the production plan sequence of discrete workshop,master production schedule is separated from production plan,and the production plan sequence is separated from production control.In order to solve these problems,this paper analyzes the manufacturing techniques in discrete workshops,puts forward an idea integrated with a comprehensive production scheduling of master production schedule and production plan and a real time monitor on production plan sequence and manufacturing plant.It offers a systematic design for dynamic production software of production plan and verifies the feasibility and effectiveness of this method.Taking the production plan dynamic system of camshafts assembled in a Engine parts co.,LTD.

Key wordsDiscrete manufacture;MES;Production scheduling;Theory of constraints;Real time monitor

中圖分類號:TH186

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1004-0366(2016)01-0039-06

作者簡介:于乃功(1966-),男,山東濰坊人,博士,教授,研究方向?yàn)橛嬎阒悄芘c智能系統(tǒng)、機(jī)器人學(xué)與機(jī)器人技術(shù)、復(fù)雜系統(tǒng)建模與優(yōu)化控制、智能控制理論、方法及應(yīng)用.E-mail:xinai0536@163.com.

基金項(xiàng)目:國家科技重大專項(xiàng)04專項(xiàng)課題(2012ZX04009011).

收稿日期:2015-03-16;修回日期:2015-06-17.

doi:10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.01.010.

引用格式:Yu Naigong,Wang Xin’ai,Fang Lin.Study and Application of Scheduling Algorithm in Discrete Manufacture Production[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(1):39-44.[于乃功,王新愛,方林.離散制造業(yè)生產(chǎn)排產(chǎn)算法研究及應(yīng)用[J].甘肅科學(xué)學(xué)報,2016,28(1):39-44.]