制造執(zhí)行系統(tǒng)中計(jì)劃排產(chǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

宋岐國(guó)，朱瑞龍，朱 林

(1.紅塔遼寧煙草有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng)110001；2.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，遼寧 沈陽(yáng)110016；3.中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006)

隨著制造業(yè)信息化技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到了信息化帶來(lái)的益處。CIMS（Computer Integrated Manufacturing，計(jì)算機(jī)/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)）的三層結(jié)構(gòu)也越來(lái)越多的被企業(yè)所認(rèn)同，并且開(kāi)始逐漸開(kāi)始企業(yè)自己的信息化改造和升級(jí)[1]。首先，他們對(duì)實(shí)施難度較低的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改造或升級(jí)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和管理。接下來(lái)，對(duì)企業(yè)的管理進(jìn)行升級(jí)，引入ERP 系統(tǒng)，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)作進(jìn)行規(guī)范化管理。在實(shí)施了ERP 以后，企業(yè)的管理效率確實(shí)有了較大的提升。近些年，企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)車(chē)間的管理開(kāi)始高度關(guān)注，制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacture Execute System，MES）進(jìn)入他們的視線[2~3]。

作為CIMS 的中間一層，MES 對(duì)車(chē)間的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行直接的管理和控制，可以對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供最大的助力。MES 處于中間層，聯(lián)系著ERP 和PCS，所以他們之間的關(guān)系密切，特別在一些模塊中甚至出現(xiàn)重疊和覆蓋，例如生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)[4]。在ERP 中，生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)是對(duì)企業(yè)的訂單制定計(jì)劃，排定生產(chǎn)順序；在MES 中，計(jì)劃排產(chǎn)從ERP 中獲得生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)車(chē)間的實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)訂單按照工藝流程分解，再分配給具體的車(chē)間或設(shè)備執(zhí)行生產(chǎn)[5~6]。本文對(duì)MES 中的計(jì)劃排產(chǎn)模塊進(jìn)行研究，并針對(duì)實(shí)際企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，通過(guò)具體實(shí)施驗(yàn)證方法的可行。

1 計(jì)劃排產(chǎn)的問(wèn)題分析

在實(shí)施ERP 之前，現(xiàn)場(chǎng)管理大部分還處與手工狀態(tài)。針對(duì)企業(yè)的設(shè)備自動(dòng)化改造，為了能讓好的管理思想切實(shí)有效的發(fā)揮作用，MES 系統(tǒng)的實(shí)施是必要的[7]。

目前，ERP 業(yè)務(wù)覆蓋了生產(chǎn)計(jì)劃，并進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃編制。不考慮能力平衡問(wèn)題，根據(jù)零部件計(jì)劃完工情況進(jìn)行下一步計(jì)劃安排，以工作中心為最小單位，生產(chǎn)調(diào)度和能力平衡由車(chē)間內(nèi)部自行處理。但是，ERP 的生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)中運(yùn)用無(wú)限能力計(jì)劃編排方法，制定的生產(chǎn)計(jì)劃在實(shí)際生產(chǎn)中可行性不強(qiáng)，造成了計(jì)劃不能按時(shí)完成，訂單無(wú)法按期交貨等。

所以，需要由MES 對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)進(jìn)行管理，統(tǒng)一制定各車(chē)間的生產(chǎn)計(jì)劃，首先分解為各車(chē)間生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，再分解為各工作中心生產(chǎn)計(jì)劃。生產(chǎn)計(jì)劃以工作中心為最小單位。這樣可以根據(jù)實(shí)際情況安排生產(chǎn)，可行性高，可控制性強(qiáng)。

2 生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的設(shè)計(jì)

生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

2.1 閉環(huán)生產(chǎn)能力平衡計(jì)劃排產(chǎn)方法的設(shè)計(jì)

MES 是對(duì)車(chē)間生產(chǎn)的直接管理，計(jì)劃排產(chǎn)需要考慮車(chē)間的生產(chǎn)能力，如果不考慮的話，會(huì)嚴(yán)重影響計(jì)劃的執(zhí)行效果，MES 的優(yōu)勢(shì)也就無(wú)從體現(xiàn)。針對(duì)這一問(wèn)題，我們對(duì)生產(chǎn)能力的評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，其方法的流程圖，如圖2 所示。

圖2 閉環(huán)生產(chǎn)能力平衡流程圖

首先，MES 從ERP 接收3個(gè)月的生產(chǎn)計(jì)劃，并且將其分解為月份生產(chǎn)計(jì)劃，并且根據(jù)月份生產(chǎn)計(jì)劃中的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將月份生產(chǎn)計(jì)劃逐步分解為車(chē)間的零件月份生產(chǎn)計(jì)劃和車(chē)間工序月份生產(chǎn)計(jì)劃，最后下達(dá)到具體的車(chē)間班組執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃。當(dāng)進(jìn)入每個(gè)月的下旬，對(duì)生產(chǎn)能力進(jìn)行匯總分析，從車(chē)間班組直到整個(gè)公司。當(dāng)了解目前公司的生產(chǎn)能力后，再根據(jù)生產(chǎn)能力進(jìn)行下一個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)。

2.2 生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的分解

當(dāng)MES 從ERP 接收到生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，首先要對(duì)計(jì)劃分解，具體到每個(gè)設(shè)備和每個(gè)生產(chǎn)班組的生產(chǎn)計(jì)劃。分解流程如圖3 所示。

圖3 生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)分解流程

2.3 生產(chǎn)能力的分析匯總

生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的制定，都是基于生產(chǎn)能力已知的情況下，只有了解生產(chǎn)能力，才能根據(jù)能力定制計(jì)劃，否則，在不考慮實(shí)際情況而指定的計(jì)劃很難執(zhí)行和完成。對(duì)生產(chǎn)能力的評(píng)價(jià)需要從下至上，從車(chē)間的班組逐步匯總到公司的整體生產(chǎn)能力，這樣才是實(shí)際生產(chǎn)能力的反映，匯總流程如圖4 所示。

圖4 生產(chǎn)能力匯總流程

2.4 生產(chǎn)能力的約束條件

生產(chǎn)能力，不是單純的單位時(shí)間能加工零件數(shù)量的多少，還有其他因素需要考慮。例如：設(shè)備的定期維護(hù)和保養(yǎng)，生產(chǎn)班組的輪換和節(jié)假日休息，這些都是影響生產(chǎn)能力的約束條件。所以，在這里我們提出約束規(guī)則的概念。

約束規(guī)則主要包括工序工時(shí)約束、工序準(zhǔn)備時(shí)間約束、工序順序約束和工序設(shè)備匹配約束。

車(chē)間生產(chǎn)涉及的工時(shí)包括技術(shù)工時(shí)（由制造方法部提供）、額定工時(shí)（由綜合部提供）、實(shí)動(dòng)工時(shí)（根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)）、排產(chǎn)用技術(shù)工時(shí)。

工序準(zhǔn)備時(shí)間指熟悉圖紙及技術(shù)文件，裝卡、調(diào)整及拆卸工藝裝備，清理設(shè)備和場(chǎng)地的時(shí)間。準(zhǔn)備時(shí)間是生產(chǎn)時(shí)間的一部分，計(jì)劃時(shí)要考慮。

工序順序約束主要是依據(jù)工藝路線給定的前后工序之間的順序關(guān)系來(lái)定義。

車(chē)間是以工作中心來(lái)組織生產(chǎn)的，這里定義的工作中心是按設(shè)備功能相近、成本相同的原則對(duì)設(shè)備進(jìn)行劃分的，一個(gè)工作中心可以是若干功能相近的一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備，或者是一個(gè)班組，也可以是一個(gè)工作區(qū)域。工序/工作中心匹配約束定義了哪些工作中心可以進(jìn)行某個(gè)工序的操作。工作中心/設(shè)備匹配約束是指工作中心與設(shè)備之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.5 計(jì)劃排產(chǎn)的粒度

生產(chǎn)計(jì)劃的粒度對(duì)于排產(chǎn)非常關(guān)鍵。過(guò)大的粒度會(huì)導(dǎo)致對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的細(xì)節(jié)不夠關(guān)注，在出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，不能得到及時(shí)了解和解決，導(dǎo)致計(jì)劃執(zhí)行困難。過(guò)小的粒度會(huì)將一些無(wú)關(guān)生產(chǎn)細(xì)節(jié)也納入MES 的管理，這會(huì)給系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行變慢，影響效率。所以在這里，我們規(guī)定，公司下達(dá)的ERP 生產(chǎn)計(jì)劃以3個(gè)月為一個(gè)周期，對(duì)車(chē)間生成月份計(jì)劃，細(xì)化到零件月份生產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)車(chē)間月份生產(chǎn)計(jì)劃細(xì)化到工序，生成車(chē)間月份工序計(jì)劃。

在這樣的計(jì)劃粒度下，公司對(duì)計(jì)劃的執(zhí)行方便管理，對(duì)于車(chē)間，生產(chǎn)班組按照工序計(jì)劃順序執(zhí)行，不會(huì)將與生產(chǎn)關(guān)系不大的其他因素與MES 關(guān)聯(lián)，提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)，也提高了MES 的運(yùn)行效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)方法被應(yīng)用于具體的車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)實(shí)施，通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，較好的和現(xiàn)存的ERP 實(shí)現(xiàn)了協(xié)同管理，使ERP 制定的生產(chǎn)計(jì)劃被更好的執(zhí)行。同時(shí)，對(duì)車(chē)間的生產(chǎn)能力分析也提供了很好地幫助，使企業(yè)的ERP 生產(chǎn)計(jì)劃制定更加有針對(duì)性。下一步要對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的調(diào)度算法進(jìn)行研究，使其更有效率，而且對(duì)突發(fā)狀況下生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的變更能夠有效的反映，制定新的排產(chǎn)計(jì)劃。

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