柳霞+何蘭+楊志剛

[摘 要] 通過車間存在的許多不確定信息干擾生產(chǎn)的問題，對MES環(huán)境下基于實時數(shù)據(jù)采集的車間計劃與調(diào)度的過程設(shè)計與應(yīng)用進行了研究，有效解決了制造執(zhí)行系統(tǒng)下車間的動態(tài)調(diào)度及生產(chǎn)過程管理控制等問題。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)據(jù)采集；動態(tài)調(diào)度；過程管理控制

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 03. 083

[中圖分類號] TP311 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）03- 0148- 04

1 引 言

車間生產(chǎn)環(huán)境充滿了不確定性，加工工序繁多，需要在不同的工序間運轉(zhuǎn)，經(jīng)常會遇到緊急插單。生產(chǎn)交付節(jié)點嚴(yán)格，生產(chǎn)流程關(guān)系復(fù)雜，往往因為部分區(qū)域發(fā)生故障，造成生產(chǎn)無法正常運行。在面對生產(chǎn)過程不可預(yù)測的外部變化和內(nèi)部變動時如何合理的進行計劃調(diào)度，如何控制好產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，使得各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)達到均衡負(fù)荷，最大限度地縮短生產(chǎn)周期，按相關(guān)部門要求的交貨期完成生產(chǎn)任務(wù)，是本文研究目的所在。

2 MES 環(huán)境下作業(yè)車間計劃調(diào)度需求描述

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）為車間調(diào)度提供了實時的信息環(huán)境。MES環(huán)境下的計劃、調(diào)度任務(wù)是對整個車間的制造過程進行優(yōu)化，其基本計劃調(diào)度流程是在靜態(tài)調(diào)度的基礎(chǔ)上通過基于實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和對生產(chǎn)中不確定性因素（動態(tài)擾動）的分析，采取科學(xué)計劃和排產(chǎn)解決動態(tài)調(diào)度問題。

作為MES系統(tǒng)中的核心模塊，車間計劃調(diào)度過程設(shè)計必須滿足以下幾個要求：

（1）優(yōu)化生產(chǎn)計劃，提高排產(chǎn)能力，解決生產(chǎn)計劃預(yù)期時間短，加工周期長等問題。

（2）實現(xiàn)與生產(chǎn)有關(guān)數(shù)據(jù)的實時采集。

（3）生產(chǎn)信息可動態(tài)掌控，利于指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

（4）積累歷史數(shù)據(jù)，及時總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗，減少重復(fù)性勞動，避免造成資源浪費。

3 生產(chǎn)作業(yè)描述

3.1 車間生產(chǎn)信息流程

車間業(yè)務(wù)流程是以任務(wù)計劃為源頭，對生產(chǎn)任務(wù)進行優(yōu)化分解、排產(chǎn)計劃，通過系統(tǒng)對任務(wù)執(zhí)行情況進行監(jiān)控；按工藝規(guī)程為路線，完成各工序的分發(fā)操作；以檢驗為關(guān)鍵點，采集在制產(chǎn)品的質(zhì)量及加工信息。做到各個環(huán)節(jié)的信息共享，減少傳統(tǒng)的紙張傳遞過程，并及時追溯產(chǎn)品制造過程信息，將生產(chǎn)管理最大化的透明，實現(xiàn)車間任務(wù)及時完工、及時反饋，具體流程見圖1。

3.2 車間業(yè)務(wù)角色

車間的現(xiàn)場生產(chǎn)管理涉及的角色有很多，每個角色在生產(chǎn)流程中產(chǎn)生相關(guān)信息，同時也根據(jù)其他角色產(chǎn)生的信息進行業(yè)務(wù)判斷，具體說明見表1。

4 生產(chǎn)管理計劃方法

4.1 生產(chǎn)計劃

生產(chǎn)計劃是根據(jù)需求，考慮車間現(xiàn)有生產(chǎn)能力和資源供應(yīng)條件，對未來一定時期內(nèi)的生產(chǎn)作業(yè)活動和各項資源的使用作出統(tǒng)籌安排。它把生產(chǎn)計劃規(guī)定的任務(wù)一項一項地具體分配到每一生產(chǎn)單位及每個操作班組，規(guī)定他們在具體時間范圍內(nèi)每一單元中的工作任務(wù)。

4.2 制定作業(yè)計劃的方法

編制車間生產(chǎn)作業(yè)計劃時，首先考慮的是保證產(chǎn)品的交付期。其次考慮單元加工任務(wù)的均衡，還要考慮車間內(nèi)生產(chǎn)資源合理、充分、高效的利用，并據(jù)此把車間的任務(wù)分解成各單元作業(yè)計劃和資源需求計劃。以此為基礎(chǔ)，制定單元或班組作業(yè)計劃（簡稱單元計劃）。單元計劃屬于屬于工序級作業(yè)計劃，不僅要決定每個單元要完成的零件工序數(shù)量，而且還要決定零件進入各單元的先后順序、每個零件的加工路徑及所需的設(shè)備、刀具、量具、夾具等。制定該計劃，突出的問題是在編制零件交付期的前提下，如何更好的優(yōu)化使用單元內(nèi)資源。

對于優(yōu)先級高的零部件生產(chǎn)計劃，建議采用正排的方法，即從當(dāng)前時間開始往后排，如果排產(chǎn)的結(jié)果超過零部件的計劃完工時間，無法按時交貨的只能延遲交貨。

對于優(yōu)先級低的零部件計劃，采用倒排的方法，從零部件的計劃完工時間開始往前排，如果排產(chǎn)的結(jié)果（第一道工序開工時間）早于當(dāng)前時間，按照當(dāng)前的能力，無法按時交貨，只能延遲交貨，否則計劃不可執(zhí)行。

在編制多品種小批量生產(chǎn)作業(yè)計劃時，由于每一種產(chǎn)品的產(chǎn)量很小，重復(fù)生產(chǎn)的可能性很小，無周轉(zhuǎn)用在制品，在安排計劃時，主要考慮期限上的銜接、負(fù)荷與生產(chǎn)能力的均衡。

在確定生產(chǎn)周期時首先要根據(jù)生產(chǎn)流程，確定產(chǎn)品（或零件）在各個工藝階段上的生產(chǎn)周期；其次在此基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。

制定產(chǎn)品生產(chǎn)周期需注意以下問題：

（1）先找出最初的零件加工，到部件組裝，最后到總裝的最長時間加工順序路線，它決定了產(chǎn)品生產(chǎn)周期的最大長度。

（2）其余零部件的工藝加工階段，是與關(guān)鍵路線上零部件加工平行進行，安排方法是從最后工序開始，逆向反推零件的加工順序，這樣安排，可使總停放時間最少。

（3）考慮各種設(shè)備的最大負(fù)荷限制，錯開某些零件的加工時間，使設(shè)備負(fù)荷盡量均衡。

（4）為了避免生產(chǎn)脫節(jié)，在前后銜接的工藝階段之間應(yīng)留有必要的安全時間。

4.3 制定作業(yè)計劃的過程設(shè)計與應(yīng)用

在MES系統(tǒng)中計劃人員依據(jù)以往的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗以及上級下達的生產(chǎn)計劃，對加工產(chǎn)品和工件工藝特征進行分析，然后靈活確定生產(chǎn)任務(wù)匹配的加工計劃需求（如選擇是否編制工藝及準(zhǔn)備材料）。

加工計劃需求準(zhǔn)備完畢后再將對應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)分批，分批的主要原因是單元內(nèi)加工資源的約束，如機床、刀具、夾具等。具體方法是在一個生產(chǎn)周期（一般為一周）里，考慮加工全部工件所需的批量數(shù)最少和全部機器的平均利用率最高兩方面，對工件加工任務(wù)進行類型與數(shù)量的分批。分批后應(yīng)考慮的問題是在完成每批的生產(chǎn)任務(wù)中，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化利用系統(tǒng)內(nèi)的各項資源。分批的主要目的在于均勻地、有效地利用單元內(nèi)各項資源，如：某類零件的生產(chǎn)數(shù)量較多，即使全部機床都來加工，也不能一次性加工完成，此時零件就必須分批。而分批的主要依據(jù)是產(chǎn)品的批量及生產(chǎn)間隔期。

在任務(wù)分批后，針對每個批次進行作業(yè)計劃排產(chǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實際情況和經(jīng)驗，可相應(yīng)調(diào)整工序順序或增加減少工序，最終形成一個可實際操作的計劃。

5 生產(chǎn)管理調(diào)度方法

5.1 生產(chǎn)調(diào)度

生產(chǎn)調(diào)度是生產(chǎn)計劃的執(zhí)行者，對車間日常生產(chǎn)活動進行控制與調(diào)節(jié)。它需要根據(jù)車間實際生產(chǎn)能力和狀態(tài)，接收生產(chǎn)計劃下達的制造信息，包括零件類型、數(shù)量、交貨日期等；需要根據(jù)車間生產(chǎn)實際狀態(tài)和制造信息，為計劃資源作優(yōu)化調(diào)度，制定具體加工計劃，進行生產(chǎn)作業(yè)排序；需要及時處理生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的異常情況，對生產(chǎn)任務(wù)進行重調(diào)度。生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)和生產(chǎn)控制相符，即調(diào)度結(jié)果能確實符合車間實際的生產(chǎn)活動。

5.2 生產(chǎn)調(diào)度方法

生產(chǎn)調(diào)度方法是：①對于加工部件級別從高到低進行安排加工；②如果加工部件的加工級別相同，可以通過加工部件加工所需時間最短的先加工；③如果加工部件的加工級別和加工所需時間也相同的情況下可以根據(jù)加工設(shè)備零部件的緊缺程度進行安排，加工設(shè)備資源緊張的可以先進行加工。通過這種調(diào)度方式可以加快加工件的加工完成速度，保質(zhì)保量的完成加工任務(wù)。

5.3 生產(chǎn)調(diào)度過程設(shè)計功能

生產(chǎn)調(diào)度是對生產(chǎn)計劃的補充和完善，它的主要功能是根據(jù)下達的各項生產(chǎn)任務(wù)計劃，對其所對應(yīng)的工藝規(guī)程等相關(guān)信息進行車間資源與制造能力檢查，同時根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)中的工件信息進行車間內(nèi)的單元重組。由于車間內(nèi)外部的不確定因素存在，使得生產(chǎn)調(diào)度必須在生產(chǎn)運行過程中隨時做出各種決策，可能會出現(xiàn)不合理的結(jié)果，或者不可能正常地執(zhí)行，此時要求車間調(diào)度能及時調(diào)整原計劃方案，對車間作業(yè)計劃進行調(diào)整、修改，保證原計劃和新計劃之間合理地銜接，把對生產(chǎn)過程的影響降到最低。

在車間生產(chǎn)管理過程中，調(diào)度根據(jù)系統(tǒng)采集的相關(guān)生產(chǎn)信息，了解任務(wù)目前完成情況，結(jié)合生產(chǎn)實際要求，在生產(chǎn)過程中隨時掌握產(chǎn)品狀態(tài)信息，并進行相應(yīng)計劃更改或調(diào)整，實現(xiàn)調(diào)度的動態(tài)管理。

6 生產(chǎn)現(xiàn)場過程管理控制的設(shè)計與應(yīng)用

上級部門的生產(chǎn)指令計劃主要依靠生產(chǎn)任務(wù)通知單下達到車間，而車間的生產(chǎn)計劃信息在生產(chǎn)現(xiàn)場主要是以派工單的形式傳遞，在生產(chǎn)現(xiàn)場中產(chǎn)生的完工信息、質(zhì)量信息、工序轉(zhuǎn)換等信息采集錄入系統(tǒng)的同時，也可體現(xiàn)在派工單上。科學(xué)有效的派工單設(shè)計應(yīng)該滿足以下要求：

（1）經(jīng)過相關(guān)人員交互操作，進行派工單的完形填空，最終才可以派工；

（2）一項任務(wù)可以多次或者重復(fù)派工；

（3）可以派工指定到班組；

（4）一張派工單可以有多個工序，每個工序有相應(yīng)生產(chǎn)信息；

（5）可根據(jù)派工單快速定位查找相關(guān)信息。

而派工單的生成過程則設(shè)計如下：計調(diào)員通過車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)接收上級部門下發(fā)的生產(chǎn)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)通知單組織生產(chǎn)計劃，按相應(yīng)的時間節(jié)點下發(fā)到工藝，工藝員再按照圖樣進行工藝編制，完成后提交給計調(diào)員，計調(diào)員按工藝規(guī)程中涉及的班組進行生產(chǎn)任務(wù)排產(chǎn)。定額員參照圖樣和工藝規(guī)程在規(guī)定的時間內(nèi)完成各工序的工時定額。相關(guān)人員在各自的界面上交互操作，進行派工單的完形填空，最后打印派工單并隨著工藝規(guī)程及圖紙一起下發(fā)到生產(chǎn)現(xiàn)場，生產(chǎn)任務(wù)準(zhǔn)備流程完成。

7 結(jié) 語

通過對作業(yè)車間生產(chǎn)計劃與調(diào)度過程設(shè)計與應(yīng)用的研究，結(jié)合車間生產(chǎn)中實際情況，考慮了緊急插單、加工延時、機器停工等影響排產(chǎn)的擾動因素，利用MES環(huán)境實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中動態(tài)擾動因素的有效處理，縮短了調(diào)度計劃作業(yè)的編制時間和實際生產(chǎn)過程中的非作業(yè)等待時間，有利于提高生產(chǎn)效率、降低能源與原材料消耗，取得顯著經(jīng)濟效益。

主要參考文獻

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