摘 要：為了提高國際市場競爭力，輪胎模具企業(yè)除了關(guān)注先進制造技術(shù)，還會通過科學的合理的輪胎模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度方法來滿足客戶的需求和提高自身核心競爭力。如何科學合理的調(diào)度設(shè)計任務(wù)，提高交貨的準時性、降低成本和高效利用資源是研究的重點和難點。設(shè)計任務(wù)調(diào)度既是任務(wù)調(diào)度問題，又是員工調(diào)度問題，涉及人力資源這個重要的因素。調(diào)度過程不僅要考慮設(shè)計人員的知識技術(shù)水平、設(shè)計經(jīng)驗和綜合素質(zhì)，還要考慮企業(yè)的長足發(fā)展，關(guān)注員工的自主性和均衡企業(yè)與員工間的滿意度，使企業(yè)與員工利益達到“雙贏”的狀態(tài)。通過深化調(diào)度的相關(guān)研究，完善設(shè)計任務(wù)調(diào)度體系，將對實際的輪胎模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度問題提供科學合理的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：輪胎模具;設(shè)計任務(wù);生產(chǎn)計劃;任務(wù)調(diào)度;BBO算法

中圖分類號：TG76;TP311文獻標識碼：A

模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，其生產(chǎn)水平是衡量一個國家的制造水平的標志。目前，我國模具企業(yè)存在制造周期普遍較長，訂單拖期等問題，這極大的影響一個企業(yè)的和行業(yè)的聲譽，也缺乏國際競爭力。[1]而模具設(shè)計是模具生產(chǎn)制造的重要組成部分，合理的安排設(shè)計任務(wù)，將有效的解決產(chǎn)品拖期問題。目前，設(shè)計任務(wù)調(diào)度制定方法落后，基本上完全依賴于項目管理者的實際經(jīng)驗和技巧，缺乏精確化與量化，調(diào)度相對片面主觀，缺乏科學性和合理性，導致拖期現(xiàn)象頻繁發(fā)生。如何科學合理的調(diào)度設(shè)計任務(wù)，提高交貨的準時性、降低成本和高效利用資源引起學者的關(guān)注，也是研究的重點和難點。另外，像輪胎模具設(shè)計這種涉及多交叉專業(yè)領(lǐng)域的工作，企業(yè)更應(yīng)該通過合理的設(shè)計任務(wù)調(diào)度，合理的人力資源分配，培養(yǎng)多技能設(shè)計人員。本文將對輪胎模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度問題特點進行分析，并設(shè)計BBO算法（生物遺傳智能算法）的調(diào)度方法，運用WEB技術(shù)設(shè)計開發(fā)輪胎模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)。

一、輪胎模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度問題特點

輪胎模具企業(yè)是面向訂單的單件小批量生產(chǎn)企業(yè)，一個訂單模具設(shè)計任務(wù)可以看作是一個項目。模具設(shè)計任務(wù)是多個項目并行的，分多個階段完成，依賴設(shè)計人員的技術(shù)、知識與經(jīng)驗。科學合理的設(shè)計任務(wù)調(diào)度需要深入研究其自身特點，通過分析，輪胎模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度問題主要具有以下特點：

（一）輪胎模具設(shè)計任務(wù)特點分析

（1）輪胎模具設(shè)計是面向客戶訂單定制的，確定的設(shè)計方案和工藝方案必須滿足客戶的需求。由于訂單具有異質(zhì)性，訂單的輪胎類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、尺寸、規(guī)格和標準等會不一樣，因此每個訂單的輪胎模具設(shè)計設(shè)計方案以及工藝方案是不一樣的。

（2）輪胎模具設(shè)計任務(wù)涉及多個學科、專業(yè)領(lǐng)域的知識，并且依賴設(shè)計人員的經(jīng)驗。實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員會借助CAD＼＼CAM工具、有限元分析工具等進行設(shè)計，設(shè)計人員的學習能力，對模具專業(yè)領(lǐng)域理論知識的掌握程度和積累、AutoCAD、UG等繪圖軟件的熟練程度和編程的實操能力、模具設(shè)計、工藝設(shè)計工作經(jīng)驗的積累等對模具設(shè)計的效率和質(zhì)量都有影響。相同客戶的訂單通常存在通用圖紙，設(shè)計人員可以調(diào)用圖紙或者在相似圖紙上進行修改。因此，設(shè)計工作人員對同種產(chǎn)品的熟悉程度直接影響執(zhí)行任務(wù)的時間和質(zhì)量。而執(zhí)行設(shè)計任務(wù)可以積累工作經(jīng)驗，給員工鍛煉的機會，分配任務(wù)給新手則是培養(yǎng)多技能員工的途徑。

（3）輪胎模具產(chǎn)品多種多樣，但是每一副輪胎模具都是獨一無二的。模具的生產(chǎn)是單件小批量生產(chǎn)，模具設(shè)計任務(wù)具有較低的重復(fù)性。

（4）同一個設(shè)計項目可以根據(jù)一定規(guī)則按階段分解為多個子任務(wù)，各子任務(wù)受緊前和緊后任務(wù)約束，任務(wù)間存在偏序關(guān)系，本文使用有向非循環(huán)圖（Directed Acylic Graph，DAG）來表示任務(wù)間存在的偏序關(guān)系，任務(wù)完成的順序必須滿足任務(wù)間的偏序關(guān)系。[2]圖1為某模具設(shè)計項目的設(shè)計任務(wù)DAG圖，表示某設(shè)計項目分解的14個子任務(wù)間的偏序關(guān)系，各子任務(wù)受緊前和緊后任務(wù)約束。

圖1 某模具設(shè)計項目的設(shè)計任務(wù)DAG圖

（5）輪胎模具設(shè)計是面向訂單的多項目并行的訂單任務(wù)，整個設(shè)計過程需要設(shè)計人員之間的協(xié)同工作，包括整個過程的數(shù)據(jù)、信息、多領(lǐng)域知識的相互交互、相互反饋和相互協(xié)調(diào)。任務(wù)的中斷以及變更會增加信息交互的通信成本。

分解的各個子任務(wù)具有以下特點：

①任務(wù)緊急程度不同。各子任務(wù)在項目中的次序位置直接關(guān)系其對后續(xù)任務(wù)的影響，有的任務(wù)延遲會導致后續(xù)任務(wù)被迫延遲，導致怎個項目的設(shè)計周期延長，產(chǎn)生不必要的成本。因此，本文定義的任務(wù)緊急程度系數(shù)與任務(wù)的后繼任務(wù)的個數(shù)相關(guān)，任務(wù)的緊急程度與后續(xù)任務(wù)的個數(shù)成正相關(guān)關(guān)系。不同訂單的影響力不一樣，影響等級越高的訂單任務(wù)緊急程度也應(yīng)該越高。

②任務(wù)具有不同影響力等級。不同任務(wù)所屬的訂單重要程度不一樣，其影響力也不一樣。訂單的模具數(shù)量、客戶的重要程度、預(yù)計的收益以及訂單延期所造成的損失是任務(wù)具有影響力的重要指標。因此，設(shè)計的任務(wù)的影響力等級與所屬訂單項目影響力等級成正相關(guān)關(guān)系。

③設(shè)計技能人員的技能必須滿足設(shè)計任務(wù)的技能要求。不具備設(shè)計任務(wù)要求的技能的設(shè)計人員不能安排任務(wù)，否則系統(tǒng)設(shè)置該設(shè)計任務(wù)不能被該設(shè)計人員完成。

④調(diào)度的任務(wù)完成工時無法精確評估，本研究將項目分解的任務(wù)相當小，減少用時差別，也降低任務(wù)中斷的可能性。

（二）輪胎模具設(shè)計人員分析

（1）設(shè)計人員是具有多技能的異質(zhì)性人員。設(shè)計人員所學專業(yè)和知識不一樣，每位設(shè)計人員可以完成至少一個任務(wù)，但是對同類型任務(wù)完成所使用的時間和效果是不一樣的。

（2）設(shè)計人員的能力具有異質(zhì)性。設(shè)計人員因為知識、技能、工作經(jīng)驗的積累、職業(yè)培訓和工作的積極性、學習工作的動機、價值觀等不一樣，表現(xiàn)在完成任務(wù)的能力水平上是不一致的。同樣，能力往往與工作情境、工作崗位相關(guān)聯(lián)，并且具有動態(tài)性，會因為學習而得以改善，因為長時間不接觸而知識貶值而衰退。[3]

（3）設(shè)計人員是知識型人才，具備多種技能，在工作中會堅持學習，也會總結(jié)自己及他人的經(jīng)驗，不斷的提高自己。設(shè)計人員對任務(wù)的選擇也會有選擇偏好以及學習的偏好，因此，對調(diào)度結(jié)果也會有滿意度。

（三）輪胎模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度統(tǒng)一模型

一個模具設(shè)計任務(wù)按照一定規(guī)則分解為多個子任務(wù)，合理的安排給各個設(shè)計人員，并且設(shè)計人員的每個設(shè)計任務(wù)進行排序，在任務(wù)人員分配問題上，除了要滿足任務(wù)的技能要求，還要考慮設(shè)計人員的時間因素和偏好因素使得總目標最優(yōu)。

本文借鑒Salhieh提出的“任務(wù)-能力向量”（Task-Skill Vector，TSV）和“成員-能力向量”（Member-Skill Vector，MSV）方法對任務(wù)-設(shè)計人員做匹配選擇。在該方法中，用TSV向量表示任務(wù)所需的能力，用MSV向量表示成員具有的能力，k值為0或1：

二、BBO調(diào)度算法設(shè)計

BBO算法（生物地理學優(yōu)化算法）是基于生物地理學理論的一種新穎的智能優(yōu)化算法，在 2008 年 IEEE Transactions on Evolutionary Computation由Dan Simon提出。[4]它是在遺傳算法和粒子群算法的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，應(yīng)用于最優(yōu)化問題。BBO算法具有較好的群體信息利用能力，不管是單目標還是多目標離散優(yōu)化問題都具有較好的性能。設(shè)計的BBO調(diào)度算法基本流程圖如圖2所示。

三、系統(tǒng)模塊設(shè)計

通過對模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)進行需求分析，該系統(tǒng)主要包括四大功能模塊：系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、任務(wù)智能調(diào)度計劃安排模塊和監(jiān)控模塊。

（1）系統(tǒng)管理模塊：系統(tǒng)管理包含用戶注冊、登錄以及用戶密碼管理、角色管理和權(quán)限配置和管理。

（2）數(shù)據(jù)管理模塊：包括對設(shè)計任務(wù)以及設(shè)計人員基礎(chǔ)信息的錄入、添加、修改和刪除。其中設(shè)計任務(wù)包含訂單信息、按規(guī)則分解的任務(wù)信息。

（3）任務(wù)智能調(diào)度計劃安排模塊：通過BBO智能算法獲得任務(wù)調(diào)度計劃以及調(diào)度目標值，并投放任務(wù)。項目管理人員還可以根據(jù)實際需要修改調(diào)度計劃，最后審核確定設(shè)計人員負責的設(shè)計任務(wù)、任務(wù)的執(zhí)行順序和任務(wù)的開始時間、結(jié)束時間，項目的開始時間和結(jié)束時間等。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)：設(shè)計人員反饋安排任務(wù)的完成情況，管理人員可以監(jiān)控各個任務(wù)和各項目的完成情況。

四、系統(tǒng)開發(fā)

設(shè)計任務(wù)調(diào)度主要步驟如下：

（1）確定設(shè)計人員和設(shè)計任務(wù)的數(shù)量。根據(jù)當前設(shè)計部門人員的任務(wù)分配情況、工作負荷以及待調(diào)度任務(wù)的工作量選取。

（2）配置主要調(diào)度參數(shù)，調(diào)度的各個權(quán)重系數(shù)以及BBO智能算法的各個參數(shù)。

（3）執(zhí)行智能調(diào)度，查看調(diào)度計劃以及調(diào)度目標值，若滿意可以投放任務(wù)，否則重新配置調(diào)度參數(shù)后再執(zhí)行調(diào)度。當然管理人員還可以手動在智能調(diào)度結(jié)果基礎(chǔ)上適當修改，滿足實際的需要。

本調(diào)度系統(tǒng)信息架構(gòu)是基于Browser/Server（B/S）模式的，采用Browser/Web server/Database Server三層結(jié)構(gòu)。圖3表示B/S模式數(shù)據(jù)庫示意圖，圖4表示B/S模式數(shù)據(jù)庫運行方式。B/S模式使用web瀏覽器訪問數(shù)據(jù)，無需安裝專用的客戶端，操作簡單方便，又減少了系統(tǒng)升級的成本和工作量。

五、結(jié)語

本文對輪胎模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度特點進行深入分析，并且設(shè)計了BBO算法來進行智能調(diào)度，改變目前由管理者憑著經(jīng)驗來安排任務(wù)的方式，提高調(diào)度的科學性和合理性。通過web系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，提供一種簡便操作的可視化調(diào)度系統(tǒng)，提供合理科學的調(diào)度方案，減少項目拖期現(xiàn)象，關(guān)注員工的自主性和均衡企業(yè)與員工間的滿意度，使企業(yè)與員工利益達到“雙贏”的狀態(tài)，提高企業(yè)的競爭力。

參考文獻：

[1]劉建軍.基于負荷控制的模具制造系統(tǒng)生產(chǎn)控制方法研究[D].廣東工業(yè)大學，2011.

[2]李映，胡常偉，陳新度.基于BBO的模具設(shè)計任務(wù)調(diào)度方法研究[J].機械設(shè)計與制造，2016（2）：134-137.

[3]劉浩杰.基于優(yōu)化配置方法的能力模型及其信息系統(tǒng)研究[D].華北電力大學，2013.

[4]Simon D.Biogeography-Based Optimization[J].IEEE Transcations on Evolutionary Computation，2008，（06）.