福田模具MES车间作业排产问题的研究

　　1 引言

　　福田模具是福田汽车集团下属的专业汽车模具生产厂家，近年来福田模具依托胶东半岛制造业基地所积聚的雄厚工业基础和高端人力资源优势正迅速发展成为国内知名的汽车模具生产制造厂。引入MES管理系统是福田模具在信息化道路上的又一次探索，由于汽车模具的生产方式属于单件订单生产，产品本身具有单一性、品种多样性、加工复杂性等特点，使得车间生产情况不能按照普通流程制造业来模拟，而不确定因素如设备故障、零部件返工返修、拖期交货等情况时有发生，这些不确定因素就导致进行合理地作业排产难度较大。

　　作业排产是车间生产管理的核心，它影响着车间主要生产要素的合理安排，这些主要生产要素有：人员、设备以及作业进度等诸多方面。只有很好的解决了作业排产问题，才能有效地对车间作业进行管理和控制，才能使得企业的整个生产过程有机地结合在一起。作业排产的核心是作业排序，解决作业排产问题的实质就是如何实现合理、优化地生成作业排序。近几十年来，车间作业排序问题的研究取得了很大进展，也产生了一些成果，如分枝定界法、整数规划法、遗传算法、拉格朗日松弛法、神经网法等，但这些方法要么在实际应用中比较困难，要么在求解单件车间工序问题上效果不明显。因此，建立一种基于有限生产能力的、能够实现作业排序优化的作业排产思想，是解决目前汽车模具企业单件生产计划排产问题的最有效、最现实的方法。

　　2 基于有限生产能力的作业排产策略

　　基于有限生产能力的作业排产是指在保证不超过生产设备负荷能力的前提下，合理地确定所有工件在设备上的加工顺序，以及设备加工每道工序的开始和完工时间。作业排产策略是涉及排产过程中的关键因素，本文的作业排产策略主要包括以下几个部分。

　　1)作业优先级

　　在生产达到一定的繁忙程度时，必然会出现多个作业计划在生产资源方面的冲突。通过调整作业优先级，可以决定不同的作业计划在占有生产资源时的先后顺序。最后达到的效果是：在其他条件等同的情况下，优先级越高的作业计划，开始生产的时间越早。作业优先级的设定会影响到设备能力计划、物料需求计划、工具计划与人力资源计划的结果。

　　2)作业提前期

　　作业提前期是指一个作业从完工日期算起倒推到开始日期这段生产周期。确定作业提前期就是确定任务工作量的大小，由于汽车模具加工的复杂性，精确确定作业任务量很难，目前福田模具MES系统的作业提前期是根据长期积累的经验来确定的，在积累数据后再进行逐渐逼近实际情况。

　　3)车间运行日历

　　车间运行日历是车间用来编排计划的特殊形式的日历，它连续地给出了有效的实际工作日编号，是作业排产过程中一切生成与执行的时间基准，主要包括工作日、公体日、节假日以及加班日期等相关信息。

　　4)计划最早开始时间

　　编制作业排产的人员可以选择是否要考虑各作业的昂早开始时间．如果考虑，则作业只能在最早开始时间之岳才能执行；否则，一旦各种生产资源足够，计划就会被开始。由于实际生产的波动性较大．为了修正计划、提高计划与实际作业生产相符性．计划最早开始时间在福田模具MES中发挥了很大作用。

　　3 基于有限生产能力的作业排产步骤

　　依据有限生产能力的作业排产策略，为了准确、有序的安摔实际生产作业，作业排产过程主要包括三个步骤排产数据准备，作业排序优化、设备资源负荷计算。

　　3.1 排产数据准备

　　排产数据准备是构建排产所需的基础数据，这些基础数据是排产所需信息的根基，具体包括ERP主生产计划信息、排产模板、工厂日历、资源能力等内容。

　　3.1.1 ERP主生产计划信息

　　在福田模具信息流中，主生产计划是一个重要的ERP计划层次，是确定每一个具体的产品在每一个具体时间段的生产计划，它在计划模块中起承上启下，从宏观到微观计划的过渡作用。通过计划排产系统与ERP系统的集成，从主生产计划中查询制约车间排产的条件，主要包括模具铸件到位时问、设计完成时间、首轮样件时间、全序样件时间、交货期等，实时读取主生产计划中的这些信息．能够在模具计划排产中起约束作用。

　　3.1.2 排产模扳

　　排产模板是为了简化作业排产过程，把模具分成上模座、下模座和压件器等关键件，在关键件下再依据工艺要求细分工序，然后根据长期积累的经验设定工序的加工顺序和加工提前新。主要包括提前期、工序顺序号、工序名称和所属关键件，它在一定程度上可以看作作业的量的信息。

图1 排产模扳界面

　　3.1.3 车间运行日历

　　车间运行日历是模具车间用来编排计划的特殊形式的日历．它连续地给出了有效的实际第三届中国制造执行系统(MES)技术论文集工作日编号，是计划排产过程中一切生成与执行的时间基准，主要包括工作日、公休日、节假日以及加班日期等相关信息。

　　3.1.4 资源能力

　　在实际应用中，工作中心实际能力的计算对排产的准确性起着至关重要的作用，是车间有限能力排产的依据。一个工作中心可以由数台加工性质相同的设备组成，也可将数台不同加工性质的加工设备所构成的一个加工单元划分为一个工作中心。工作中心的定额能力按照以下公式计算：工作中心的定额能力=每日工作班次数×每班工作小时×效率×利用率，其中效率=完成定额工时数／实际投入工时数；利用率=实际投入工时数，计划工时数。通过这种相对准确的能力计算方法，以提高资源能力估算的精确性。

　　3.2 生产作业优化排序

　　3.2.1 启发式算法简介

　　启发式算法是一个基于直观或经验构造的算法，在可接受的花费(时间、占用空间等)下给出待解决组合优化问题每一个实例的一个可行解。在汽车模具生产过程中，动态因素较多，各种优化条件约束随时可能改变，这使传统的生产调度优化理论在应用于作业排序问题时存在很大局限，如建模困难、求解复杂等。启发式方法因其易于实现、计算复杂度低等原因，目前应用得最为广泛。

　　本文在按照时间进程采用正排法逐次为每台设备安排一个加工对象时，利用预先定义好的优先规则作为启发条件，从候选的等待作业中选取优先级最高的作业安排加工，如果无法满足交货期，则通过调整加工优先级，重新进行排序，经过若干次反馈就可以得到优化的排序结果。

　　3.2.2 确定加工优先级

　　确定加工优先级是一个人机对话的机制，是基于启发式算法作业排序的基础。由于模具企业对交货期要求特别严格，所以将交货期视为优先级设定的重要因素。另外，由于现实生产环境处于动态变化中，如经常发生紧急订单、零件返工返修、设备故障等情况，这些变化是在作业排序时必须考虑的，所以必须充分发挥人的作用。

　　因此，除了以交货期为优先规则的模具优先级外，还要给模具零件和设备设定优先级。零件优先级是根据实际情况和经验人为设定的；设备优先级是为了均衡设备负荷，按任务最少选择设备。将三者结合起来，一起构成工序的加工优先级。

　　3.2.3 设备负荷计算

　　经过作业排序后，每台设备都安排了加工对象，由于工序的加工提前期已知，同时工厂日历和工作中心的定额能力也已预先设置，即可计算出设备加工每道工序的开始、完工时间，从而可以得到设备的累积负荷，如果累积负荷超过设备的实际负荷能力，则必须通过调整工序的加工优先级，进行重新排产，或者采取加班、外委等方式，满足生产条件。

　　4 结论

　　本文结合福田模具自身单件生产特点，将启发式算法应用于作业排序中，研究了一种基于有限生产能力的作业排产方法。上述排产方法提高了福田模具的作业排产有效性，对于作业排产理论的研究与发展起到了积极促进作用。

转载：感谢您对网站平台的认可，以及对我们原创作品以及文章的青睐，非常欢迎各位朋友分享到个人站长或者朋友圈，但转载请说明文章出处。