郭冬陽

[摘 要] 現(xiàn)有的APS排產(chǎn)軟件多是針對機(jī)加車間，很少涉及裝配車間，而裝配過程是產(chǎn)品組裝、交付的關(guān)鍵。在有限的資源能力情況下，生產(chǎn)任務(wù)組織得越精細(xì)、越緊湊，生產(chǎn)過程就會越順暢、效率越高。文中建立的裝配車間自動排產(chǎn)模型，能夠統(tǒng)籌考慮企業(yè)全局的能力和資源，預(yù)判生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的各種資源沖突，并按照人工設(shè)定的資源占用優(yōu)先級，盡可能設(shè)計出相對合理的工序級執(zhí)行計劃，指導(dǎo)企業(yè)形成以裝配過程為中心的節(jié)拍式生產(chǎn)節(jié)奏。

[關(guān)鍵詞] 節(jié)拍式裝配；期量標(biāo)準(zhǔn)；排產(chǎn)模型；規(guī)則庫

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 09. 040

[中圖分類號] F270.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）09- 0089- 03

0 前 言

當(dāng)今全球制造行業(yè)的生產(chǎn)模式正逐步向多品種、小批量、敏捷型的方式轉(zhuǎn)變，在這種模式下，企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)往往難以與資源有效匹配，且科研與批產(chǎn)任務(wù)交叉，資源沖突頻發(fā)，計劃完成率和設(shè)備利用率很低。且物資配套、零件加工和產(chǎn)品裝配等環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)性較差，無法形成以產(chǎn)品裝配為中心的節(jié)拍式生產(chǎn)節(jié)奏，進(jìn)而導(dǎo)致企業(yè)的在制品積壓與配套缺件并存的現(xiàn)象時常發(fā)生。

合理的生產(chǎn)周期、相對穩(wěn)定的裝配生產(chǎn)節(jié)拍是解決上述問題的有效方法，裝配車間的生產(chǎn)計劃管理得越精細(xì)、有序、合理，整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)就越順暢。因此，本文試圖建立裝配車間的排產(chǎn)模型，為企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)的有序進(jìn)行提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

1 裝配車間排產(chǎn)模型現(xiàn)狀

企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的排產(chǎn)模型，已有較多研究成果，但研究多是集中在機(jī)加車間的模型，對于裝配車間的調(diào)度模型研究較少[1]，且存在兩個方面的問題：

1.1 缺乏針對多品種小批量環(huán)境下工序級的調(diào)度排產(chǎn)

裝配車間的生產(chǎn)任務(wù)不同于機(jī)加車間，具有多個品種（型號）、多個批次混合生產(chǎn)，BOM復(fù)雜、工藝復(fù)雜、環(huán)節(jié)眾多等特點(diǎn)。且裝配過程中需要人工與設(shè)備的交叉工作：人工側(cè)重于裝調(diào)，設(shè)備側(cè)重于測試。因此現(xiàn)有的調(diào)度模型和算法，很難在有限資源及能力情況下，確定各工件（或任務(wù)）的加工人員和設(shè)備、加工開完工時間或加工順序等，從而無法使某項(xiàng)或多項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)（如制造周期、總拖期工件數(shù)及總拖期時間等）達(dá)到最優(yōu)。

1.2 缺乏規(guī)避風(fēng)險的能力

裝配過程中父子件的缺件裝配、質(zhì)量問題、專項(xiàng)任務(wù)插單等不可控的風(fēng)險，對整個制造過程影響極大。而這些風(fēng)險在前期的調(diào)度排產(chǎn)中，是不可預(yù)知的，很難事先考慮在調(diào)度模型中，因此目前的研究成果都未能很好地解決此類風(fēng)險。

基于以上問題，本文將研究裝配車間的排產(chǎn)模型并予以實(shí)現(xiàn)。對該模型的研究意義在于：一方面制造過程的排產(chǎn)問題復(fù)雜度高、應(yīng)用面廣，與其他領(lǐng)域的諸多調(diào)度問題及TSP、BPP和VRP等組合優(yōu)化問題具有很強(qiáng)的內(nèi)在相似性，是一類典型的復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題。對該類制造過程的調(diào)度問題，采用傳統(tǒng)的調(diào)度模型難以取得令人滿意的效果，而自動排產(chǎn)調(diào)度是求解該類問題的有效手段；另一方面通過自動排產(chǎn)模型，將企業(yè)的生產(chǎn)過程以相對合理的節(jié)拍展現(xiàn)出來，能夠?qū)ζ髽I(yè)的運(yùn)營決策、資源能力、環(huán)境協(xié)調(diào)等因素進(jìn)行指導(dǎo)，有效提高企業(yè)的生產(chǎn)管理和自動化制造水平。

2 自動排產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 排產(chǎn)模型的建立

在討論排產(chǎn)模型[2]前，有必要對模型的用語進(jìn)行闡述，以某企業(yè)在日常生產(chǎn)管理中的通用術(shù)語為例：“圖號”用來表示產(chǎn)品的代碼；“bom關(guān)系”用來表示父件、子件產(chǎn)品之間的升級關(guān)系；產(chǎn)品的“節(jié)拍工序”是該產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序或者瓶頸工序，節(jié)拍工序之間只能串行進(jìn)行，整個產(chǎn)品的生產(chǎn)周期由該節(jié)拍工序確定。以A（父件）的結(jié)果對B（子件）進(jìn)行排產(chǎn)為例，父件和子件均只包含一個節(jié)拍工序。

A的節(jié)拍周期大于等于B的節(jié)拍周期見圖1。

如圖1所示，A的節(jié)拍工序是3天，B的節(jié)拍工序是2天，已知A的3個小批A1、A2、A3的節(jié)拍工序的開工、完工時間。則可以得出B的3個小批B1、B2、B3節(jié)拍工序的開工、完工時間，以節(jié)拍工序?yàn)榛鶞?zhǔn)，算出節(jié)拍工序前后的工序開工、完工時間即可，從而保證B1滿足A1、B2滿足A2、B3滿足A3。

A的節(jié)拍周期小于B的節(jié)拍周期見圖2。

如圖2所示，A的節(jié)拍工序是2天，B的節(jié)拍工序是3天，已知A的3個小批A1、A2、A3的節(jié)拍工序的開工、完工時間，則可以得出B的3個小批B1、B2、B3節(jié)拍工序的開工、完工時間，以節(jié)拍工序?yàn)榛鶞?zhǔn)，算出節(jié)拍工序前后的工序開工、完工時間即可，從而保證B1滿足A1、B2滿足A2、B3滿足A3。

2.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計思路

排產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計如下。在系統(tǒng)自動排產(chǎn)前，需要人工錄入排產(chǎn)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、資源優(yōu)先級等參數(shù)。自動排產(chǎn)引擎[3]是系統(tǒng)的核心部件，由排產(chǎn)算法和排產(chǎn)規(guī)則庫驅(qū)動。人工啟動排產(chǎn)引擎，系統(tǒng)將排產(chǎn)的結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫中，并通過UI界面與用戶進(jìn)行實(shí)時交互。系統(tǒng)的各功能組件如圖3所示。

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是系統(tǒng)排產(chǎn)的初始化數(shù)據(jù)。系統(tǒng)不采用企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，原因在于標(biāo)準(zhǔn)的裝配工藝路線劃分過于精細(xì)、且標(biāo)準(zhǔn)工時期量不統(tǒng)一，不便于計算機(jī)按照固定的規(guī)則進(jìn)行處理。因此，需要人工將產(chǎn)品的工藝路線進(jìn)行合并和拆分，形成便于計算機(jī)識別的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

（2）資源優(yōu)先級參數(shù)用于在系統(tǒng)排產(chǎn)過程中，當(dāng)同一資源或者設(shè)備發(fā)生沖突時，由系統(tǒng)自動判別優(yōu)先將資源分配于哪個批次的哪個產(chǎn)品上使用，以保證優(yōu)先級高的產(chǎn)品能夠準(zhǔn)時交付；

（3）排產(chǎn)算法是系統(tǒng)排產(chǎn)的邏輯思想，對算法本身的參數(shù)、算子的改進(jìn)設(shè)計以及各種基礎(chǔ)調(diào)度算法混合的研究，以期獲得更加高效的調(diào)度算法，而實(shí)際的生產(chǎn)調(diào)度過程中，決策者的經(jīng)驗(yàn)知識和偏好對調(diào)度問題的求解起著至關(guān)重要的作用；

（4）自動排產(chǎn)引擎是系統(tǒng)的核心部件，當(dāng)用戶輸入需要排產(chǎn)的型號、批次、投產(chǎn)數(shù)量等參數(shù)時，由該引擎執(zhí)行后，獲取排產(chǎn)的結(jié)果，并將結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫中；

（5）排產(chǎn)規(guī)則庫主要用于處理父件和子件的時間關(guān)系。由于排產(chǎn)算法采用倒排邏輯，因此規(guī)則庫的作用是：當(dāng)排出父件的生產(chǎn)節(jié)拍后，如何確定子件的生產(chǎn)節(jié)拍能夠保證父件正常開工的前提下，使子件的安排更緊湊合理；

（6）圖形接口主要將排產(chǎn)的結(jié)果通過圖形化的形式展示出來，便于用戶直觀地分析結(jié)果，并能夠做到與數(shù)據(jù)庫的結(jié)果聯(lián)動。使用戶在界面上修改數(shù)據(jù)時，可以將數(shù)據(jù)實(shí)時地存儲在數(shù)據(jù)庫中。

3 裝配車間自動排產(chǎn)的效果分析

以上提出的排產(chǎn)模型已經(jīng)在P企業(yè)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，極大地降低了計調(diào)人員管控車間計劃任務(wù)的難度。例如：某產(chǎn)品的全年排產(chǎn)，手工排產(chǎn)到班組時需要3天，而通過系統(tǒng)排產(chǎn)時僅僅需要1分鐘。當(dāng)車間的全年任務(wù)量是多個型號、多個批次滾動投產(chǎn)時，由系統(tǒng)自動排產(chǎn)，不僅極大地縮短了排產(chǎn)的時間，而且能夠提高排產(chǎn)的正確性，減少手工排產(chǎn)時容易出現(xiàn)的跨周期考慮不完全、跨資源設(shè)備產(chǎn)生沖突的現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

本文提出的制造過程裝配排產(chǎn)調(diào)度技術(shù)，將制造企業(yè)的產(chǎn)品制造過程以相對合理的生產(chǎn)節(jié)拍展現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)了從總裝到零件（物資）的生產(chǎn)（采購）計劃倒排、生產(chǎn)過程的監(jiān)控、斷點(diǎn)（風(fēng)險）提前識別和預(yù)警、生產(chǎn)過程中斷后的延遲期量分析、各單元的生產(chǎn)能力平衡，對企業(yè)的決策、資源能力、環(huán)境協(xié)調(diào)等因素進(jìn)行指導(dǎo)，可以有效提高企業(yè)的生產(chǎn)管理和制造自動化水平。

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