|
采用两层递阶的车间作业调度策略对作业计划与调度控制进行集成，从两个层次上求解作业的有效排产和可行控制并开发系统原型，使得调度结果能更加符合车间的实际生产活动。 1. 基于两层递阶的集成化车间作业调度 调度系统以车间作业计划来驱动，是作业计划的执行者，整个过程是一个闭环、动态集成的管理过程，其结构框架，如图1 所示。 
一方面，在生产计划的粒度细化到工序后，车间作业计划为调度控制提供车间作业计划参数表包括订单交货期、由订单信息生成的工艺路径、设备分配需求等基础内容，调度人员通过作业排序层的相应模块，将作业任务进行合理排产生成调度表，最终下发工单，执行加工；另一方面，面向加工层的作业控制层按照系统生成的作业顺序和开工时间，将作业列表安排到具体的加工设备上加工，同时监控计划执行情况，不断更新工序台帐、设备运行参数，并向其它相关部门反馈生产信息，为计划调整提供依据。若执行中未出现非预期事件，则在原调度方案基础上进行局部调整计划，否则，按照车间生产实际状况重新生成作业计划。 从系统角度出发，两层应利用规范化方法，抽取和规划企业中相对稳定的数据资源[2]，建立调度系统的信息模型，在一个统一的信息平台和网络运行基础上完成两者的信息集成、功能集成，使得整个车间的计划—执行—控制过程具有更高的柔性和适应性。 2. 作业排序层的调度求解 目前，国内外许多专家学者都对车间生产调度问题进行了深入研究，多数调度算法都不同程度地存在着这样或那样的优缺点[3]，本文选择原理简单、易于实现、计算量小的优先调度规则进行逆序排产，结合两层调度策略实现“静态优化+动态管理”的协同模式解决调度问题。 2.1 排序算法的设计思想 在本文中为了便于作业排序的计算，作出了一些基本约束[4]，并在保证工件按时交货的前提下，以所有工件在系统中的完工时间最短为优化目标函数，应用简单的优先规则进行计算，意在得到一个满意可行的作业排序方案。其主要步骤如下： 步骤一：选取待排序的所有工件，计算每个工件的交货期松弛量，确定工件优先值，对必定会超期的工件做相应处理。 步骤二：根据工艺路线把工件进行工序展开，计算每个工件各工序的加工时间，最迟完工时间，存储在相应的数据表中。 步骤三：按照优先调度规则逆序排列工件的顺序：将所有工件的最后一道工序放入虚拟作业集合中，取最迟完工时间晚的工序优先安排；在完工时间相同的情况下，工件优先值大的工序优先安排；在两者都相同的情况下，加工时间长的工序优先安排，如存在多个工序，则任选其一；将选出的工序从虚拟作业集合中删除，并将该工序的前一道工序放入此集合中，进行新一轮的筛选， 直至完成所有工序的筛选； 最终选出的工序按照逆序构成工序顺序列表。 步骤四：按照工艺约束和工作日历约束，生成调度表，安排生产。 2.2 由交货期松弛量确定工件优先值 工件优先值是描述车间作业紧迫程度的一项重要参数，它的确定是作业排序时首先考虑的关键问题。本文选择剩余松弛时间来描述工件的相对紧迫程度，从而确定工件的优先级别，同一工件的所有工序具有相同的优先值，其公式为： 
在当前时间距离交货时间的时间段里包括了车间的非工作时间如休息日，非一天能完成的工序就占用了这些时间，但实际上并没有进行真正的加工即工时并没有增加，我们将这种时间段里的非工作时间称为加工虚时增量，在计算时应该扣除出去。 引入τi 的概念，可以解决在实际生产中由于某些原因出现工件（如超期工件）的最终完工时间超过交货期，车间可以在τi范围内安排加班时间，发挥设备的潜在产能，以满足交货期，因此具有较强的实际意义. 在计算完当前工件的剩余松弛时间，就可以按方法确定工件的优先值，如图2 所示。 
当STi<0 时，表示工件i 将推迟完成。显然这类工件若排在最后加工，将可能出现延期交货，我们称这类工件为超期工件；当STi=0 时，表示工件i 可能准时完成，对于这类工件我们称为常规工件；当STi>0 时，表示工件i 可能提前完成，对于这类工件我们称为提前工件。公式中ε（0≤ε＜1）为调节因子，由调度员根据实际情况对优先值做适当的调整。 3. 作业控制层的关键机制 从控制理论的角度来看，作业控制层的职能为负反馈控制，与作业排产层共同构成一个闭环调度控制系统。其主要监控加工设备的负荷、工件进度、工时统计和异常情况等内容，以工单下发—执行—返回为主线追踪作业执行情况，通过网络及时予以反馈相关报表、趋势图、甘特图等数据统计信息。该层中要实现与作业计划的有效集成主要依赖于下列几种关键机制，便于车间调度人员与系统交互以修正原有的调度方案。 3.1 信息共享和跟踪机制———递归编码 作业控制层首先需要建立信息共享和跟踪机制以获得与加工信息相关的信息，本文采用递归编码[5]的思想实现面向用户的实时计划修正。以加工工单号为例，用工件号与生成工单的时刻及工序号来唯一性地标识一项加工任务，用字符串形式表示其递归格式如下：  3.2 重调度机制 从系统实用性、可行性考虑，尽量基于原调度方案进行修正，必要时进行重调度。当受到非预期事件干扰时，则按照偏差值评价策略进行滚动重调度。 系统取工单计划执行率为评价对象，将实时监控的数据与计划数据进行对比计算，为调度员确定是否对车间作业计划进行滚动提供依据，其公式为： 
3.3 超期处理机制 若系统判断出工件的超期，可进行如下处理： 在加工虚时增量τi 的时间段中安排加班或者转移部分加工作业以加快生产进度，如果该工件仍然无法在需求日期内完工，应该调整车间作业计划，考虑外协加工甚至取消该工件的加工任务。 4. 系统实现 根据实际车间的作业计划情况，结合本文两层次的调度模式，系统采用VC#.NET 进行前台程序编译，以Oracle 9i 为后台数据库设计，并开发车间作业调度系统原型。其界面，如图3 所示。   5. 结论 针对单件小批的生产方式，提出了两层次的调度集成化策略，采用规则调度排产、实时控制等技术开发了车间作业调度系统原型，该系统原型的设计开发在一定程度上满足生产过程的集成化要求，对实现车间层生产管理的实时调度性具有一定的实用价值，但对于进一步完善车间层生产管理功能，扩大信息集成范围还有待于更深入的研究。 参考文献 1 Kenneth N. McKay，Vincent C.S. Wiers. Planning，scheduling and dispatching tasks in production contro［l J］.CognTechWork，2003（5）：82~93 2 马正元，陈春宝，王日清. 制造企业生产计划调度与控制集成策略研究［J］.机械，2003（30）：153~155 3 范路桥，常会友，朱旭东. 作业调度问题研究［J］. 现代计算机，2004（187）：21~25 4 余建国. Job-Shop 调度优化方法及其应用研究［D］. 西安理工大学学报，2005（3） 5 王岩. 通用的可重构Holonic 生产计划与控制系统研究［D］. 南京航空航天大学学报，2006（2） |
|
版权所有 民众工作室.制作 |
