基于OPT技术的车间作业管理系统在SAFMS中的应用

　　1 引 言

　　轻武器柔性制造系统(SAFMS)的提出是为了提高轻武器的开发、研究、设计能力，缩短产品的研制周期，加速科研成果迅速向生产力转化和进行技术储备，满足国防科研和国防动员任务的需要。项目的总目标是以中国兵器工业轻武器动员中心建设目标为基础，采用先进适用的技术和科学的管理方法，以缩短研制高品质枪械周期和开发适于国家经济动员生产的制造工艺;利用先进制造技术，通过对轻武器设计、开发、制造、检测、质量控制及管理等进行系统集成建成轻武器设计制造一体化系统。生产管理信息系统(PMIS)作为SAFMS的一个子系统，其目标是为总体目标的实现提供技术支持，即不仅要实现生产信息管理，还要通过车间管理信息系统将产品的研制开发与生产有机地集成在一起。因此，PMIS的车间管理主要用于产品的试制开发，其产品具有类多、单件、小量的生产特点。最优生产技术(OPT)是一种适合于这种情况的生产计划与控制技术。

　　2 OPT算法的基本原理

　　OPT的基本思想就是找出产品生产中影响生产进度的最薄弱的环节，集中精力保证薄弱环节的满负荷工作。其基本原理可以归纳为以下几点：

　　(1)尽量保证关键资源的满负荷工作。因为关键资源是限制生产系统生产效率的最薄弱的环节，它的使用状况将影响整个生产系统的生产效率和生产能力。因此，应采取一切有效措施，以避免关键资源做无效劳动或其他工序影响关键资源上的工序。

　　(2)以关键资源的能力决定非关键资源的利用率和生产效率。生产系统中总的物流量或出产量取决于系统中关键资源的能力，不考虑关键资源的利用率和生产效率，盲目提高非关键资源的利用率和生产效率，只会生产出不配套的多余的工件和产品。

　　(3)对关键工序的前导工序和后续工序采用不同的计划方法。为增强计划的可实施性，在进行计划编制时需要考虑关键资源的约束和有限的生产能力。为使工件不在关键工序前过多地积压和在关键工序后迅速成套，OPT系统对关键工序的前导工序和后续工序分别采用拉动和推动方式。

　　3 车间生产计划管理系统的设计

　　3.1 开发环境

　　系统体系结构采用客户/服务器模式。服务器端控制机选用HP NetServer LH PRO 6/200(64M内存、6G SCSI硬盘、17”彩显)，操作系统选用Windows NT Server 4.0， 以Oracle7 Workgroup Server for NT为数据库支撑平台，为应用系统提供数据服务及相关系统服务。客户端以Windows 95为系统平台，安装有Oracle客户端软件。开发工具则选用Oracle公司的Developer/2000。

　　3.2 系统功能

　　车间生产计划管理模块是PMIS系统的一个主要功能模块，也是联结工程设计系统和制造集成系统的纽带。计划部门可编制科研计划并生成产品设计任务书并下达给工程设计系统，PMIS系统在取得相应的工艺后，按照物料与能力的供应状态，编制单元任务，提交单元任务书给制造集成系统。而外协任务书、外(采)购任务书的编制以及外(采)购单的生成保证了辅助计划的实施。

　　3.3 PMIS中生产计划管理总体系结构

　　工艺数据的存在是进行生产计划安排的前提，制造资源(包括物料、工具、设备)的满足是进行计划安排的必要条件。因此，系统首先查看计划生产的零件是否已有工艺数据，然后再计算零件的物料需求、工艺需求以及设备能力需求，在这些都满足的基础上，最后按OPT原则对生产计划数据进行排序。总的体系结构如图1所示。

　　图1 生产计划管理体系结构总图

　　3.4 基于OPT的生产计划算法流程

　　考虑到SAFMS一期工程某些基础信息还不能准确提供，以及PMIS在整个系统中所处的位置，我们在生产计划中基本上采用OPT的设计思想，而并非完全按其要求进行。算法流程如图2所示。

　　图2 基于OPT编制生产计划的算法流程图

　　(1)估算各工序的交货期

　　根据生产计划中对零部件完工日期的要求，以及工艺路线中提供的零部件的加工时间、准备时间、检验时间以及相关资源等条件，可估算出各工序的交货期。具体过程如下：

　　a.取一条零部件的生产计划数据和该零部件的最后一个生产批量;

　　b.计算该零部件计划完工日期所对应的时间：该批量零件的最后一道加工工序的计划完工时间=零部件的计划完工时间，计算该批量零部件的最后一道工序的加工时间;

　　c.该工序若有前置工序就继续，没有则转e;

　　d.计算该批量零件前置工序的计划完工时间=本道工序的计划完工时间-该批量本道工序的加工时间-两工序间的间隔时间，转c;

　　e.若这是该零件的第一个批量就转g，不是则继续;

　　f.取该零件的前一个生产批量：该批量的零部件最后一道加工工序的计划完工时间=该零件上一批量的最后一道工序的计划完工时间-上一批量最后一道工序的加工时间，转c;

　　g.若这是该批计划的最末一条生产计划就转i，不是则继续;

　　h.取下一条零件生产计划数据和该零件最后一个生产批量，转b;

　　i.结束。

　　(2)平衡生产能力并确定关键资源

　　将计划投产的自制件根据工序要求分配到各生产单元，对各单元中该批计划所涉及的设备分别作如下处理：

　　a.核算生产单元各设备计划负荷;

　　b.计算该设备计划期内的额定能力;

　　c.根据各设备计划负荷、实际负荷、额定能力进行能力平衡分析，并确定出关键资源;

　　(3)编制关键件的生产计划

　　根据OPT生产计划的排定原则，具体过程如下：

　　a.将关键设备按其上任务完工时间的大小倒排序，取第一种关键设备;

　　b.找出在该设备上加工的各关键工序中交货期最晚的工序，确定该工序的开工时间和完工时间;

　　c.若该关键工序所对应的零件还有别的关键工序就继续，否则转e;

　　d.一次排定该零件两关键工序间的非关键工序;

　　e.若该设备上还有计划完工时间≤该工序的计划完工时间的工序就继续，无则转g;

　　f.取计划完工时间仅次于该工序的计划完工时间的下一工序，若该工序不止一道，就将下一工序中加工时间长的工序先排序，否则接着该工序排序;

　　g.确定排好序的工序的开工时间和完工时间后，转c;

　　h.若这是最后一种关键设备就继续，否则转j;

　　i.取下一种关键设备，转b;

　　j.将每零件的最小关键工序排序，然后按从大到小的顺序，将每零件的关键工序的前置工序按拉动方式排序;

　　k.将每零件的最大关键工序排序，然后按从小到大的顺序，将每零件的关键工序的后续工序按推动方式排序;

　　l.结束。

　　(4)编制单元生产计划

　　把排定的零件生产计划按工艺路线的要求分别下达到各单元。

　　4 结束语

　　采用基于OPT的思想，使关键资源得到充分的利用，编出的生产计划行之有效，达到了缩短产品研制开发周期的目的。本系统采用模块化结构，便于扩充;标准的图形界面，丰富的信息提示，使用简便。