考慮班組負(fù)荷均衡的智能制造車間工序級作業(yè)任務(wù)排程模型研究

何偉 孔向軍

摘 要：隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，市場競爭趨勢日益激烈，對于制造企業(yè)而言，將面臨著變批量、多品種、面向訂單的生產(chǎn)模式，此外生產(chǎn)模式還呈現(xiàn)出多約束、多目標(biāo)、干擾因子多和隨機(jī)性強(qiáng)等特征，在制造企業(yè)中最大的難題就是排程問題。在實際生產(chǎn)過程中，由于受到各種不確定因素影響，導(dǎo)致企業(yè)的日常生產(chǎn)活動受到干擾，進(jìn)一步降低了制造企業(yè)的生產(chǎn)效率。所以只有科學(xué)、合理的生產(chǎn)排程，才能有效提高制造企業(yè)的生產(chǎn)效率，促使智能制造進(jìn)一步實現(xiàn)。本文主要以混合集合規(guī)劃方法為基礎(chǔ)，根據(jù)生產(chǎn)車間的班組負(fù)荷均衡為重點，并考慮到生產(chǎn)過程中的實際問題，對制造車間工序級作業(yè)任務(wù)排程進(jìn)行建模分析，目的是在最大化生產(chǎn)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)班組負(fù)荷均衡的目的。

關(guān)鍵詞：負(fù)荷均衡；智能制造；制造車間；生產(chǎn)排程

一、混合集合規(guī)劃方法

混合集合規(guī)劃方法顧名思義就是綜合各種要素構(gòu)成的混合域上，包括集合、布爾量、整數(shù)和實數(shù)，通過集合和邏輯推理算法的求解系統(tǒng)，混合集合規(guī)劃方法最大的優(yōu)勢就是能夠精確描述集合、布爾量、整數(shù)和實數(shù)類型上的復(fù)雜約束。在混合集合規(guī)范方法中，提出的自然約束語言可通過使用數(shù)理邏輯實現(xiàn)對生產(chǎn)排程的相關(guān)問題，通過建模的方式進(jìn)行簡單的自然描述，這樣可使生產(chǎn)排程的問題得到有效的解決，并實現(xiàn)有效的規(guī)避組合爆炸[1]。所以，在大規(guī)模的復(fù)雜問題中，可通過使用混合集合規(guī)劃對其進(jìn)行求解，不僅可以有效提高求解問題的精度，還能提高其速率?；旌霞弦?guī)劃主要應(yīng)用在大規(guī)模計劃方案的研究中，并取得了明顯的成果。

二、排程問題分析

（一）制造車間生產(chǎn)流程分析

在制造行業(yè)中，通常情況下都是在接受到訂單后，首先確認(rèn)訂單的中具體需求量和交貨時間，然后評估制造車間的加工能力和技術(shù)以及物料，最后將制造業(yè)務(wù)傳達(dá)給生產(chǎn)車間[2]。在整個環(huán)節(jié)中，包括工序優(yōu)先級、最晚交貨時間、最早開工時間、工藝路線信息等等。

（二）排產(chǎn)思路解析

在制造車間中，一般情況下都是由若干班組組成，班組主要包括通用工具的設(shè)備和通用設(shè)備，班組是整個制造車間的核心部分。所謂的班組負(fù)荷率就是一個生產(chǎn)周期內(nèi)，班組計劃生產(chǎn)負(fù)荷和實際的加工能力的比值，班組負(fù)荷率主要是來衡量班組的負(fù)荷情況。制造車間根據(jù)每個班組的資源使用情況、設(shè)備負(fù)荷情況和實際的人數(shù)，通過計算的方式確認(rèn)產(chǎn)品工序級作業(yè)任務(wù)計劃，然后在這個排程傳達(dá)到具體的班組內(nèi)，該班組的主要負(fù)責(zé)人將作業(yè)任務(wù)具體安排到某些人員和設(shè)備，對產(chǎn)品進(jìn)行加工生產(chǎn)。

為了能夠進(jìn)一步研究班組負(fù)荷均衡的智能制造車間工序級作業(yè)任務(wù)排程模型，根據(jù)實際的生產(chǎn)需要，將工序級生產(chǎn)任務(wù)安排到具體的班組內(nèi)進(jìn)行研究，建立自然約束語言和數(shù)學(xué)模型[3]。排產(chǎn)以半天時間為限，生產(chǎn)周期為一周。

班組內(nèi)的組長作為主要領(lǐng)導(dǎo)者，首先要全面掌握和了解整個生產(chǎn)情況，然后根據(jù)實際生產(chǎn)對生產(chǎn)線做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在生產(chǎn)前必須要對各班組間的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行平衡，防止出現(xiàn)各個班組之間的生產(chǎn)任務(wù)負(fù)荷存在較大的差異，并影響到制造車間的生產(chǎn)效率。工序任務(wù)確定后傳達(dá)給對應(yīng)的班組，班組接收到工序任務(wù)后進(jìn)行具體的安排，分配到具體的設(shè)備上，從而實現(xiàn)了將大批量的生產(chǎn)任務(wù)細(xì)化安排到具體的班組內(nèi)，這樣不僅可以有效降低排程數(shù)據(jù)規(guī)模，同時還能防止出現(xiàn)人工排產(chǎn)耗時長等問題。

以半天為排產(chǎn)最小時間單元的主要目的是考慮到各種問題的存在，比如質(zhì)量問題和安全問題，如果在生產(chǎn)過程中，突發(fā)異常就會導(dǎo)致生產(chǎn)計劃變動，可能會出現(xiàn)停止生產(chǎn)或者是中斷生產(chǎn)，如果將排產(chǎn)最小時間單位以分鐘或是小時，那么這種研究將毫無意義。以半天為最小時間單元，其主要目的是不僅可以滿足日常的生產(chǎn)需求，還能確保在訂單交貨前完成產(chǎn)品的生產(chǎn)，并給班組長預(yù)留了足夠的調(diào)度時間。另外，在大批量生產(chǎn)排程中，排程精度越寬，那么其中的求解復(fù)雜度就越低，這樣可確保計算效率。

所以，在排程前需要對工序中所涉及到的工時進(jìn)行換算，將班組能力工時和工序中定額加工工時換算成半天的整數(shù)倍，如果工時不足半天可以四舍五入按照半天計算，這樣計算的目的是為排產(chǎn)結(jié)果預(yù)留足夠的時間[4]。

這個舉例沒看懂呢，老師能解釋下嗎 工時就是實際加工時間區(qū)間，倍率參數(shù)就是換算單位，不足4小時的按照4小時算1倍率參數(shù)

三、排產(chǎn)模型建立與求解

（一）數(shù)據(jù)邏輯分析

在制造車間工序級作業(yè)任務(wù)排程中，作業(yè)任務(wù)、工序、班組的相關(guān)屬性是生產(chǎn)排程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)都是來源于實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫中，包括四個重要的生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)表，分別是待排產(chǎn)工序表、工作日歷表、班組工時能力表、班組的工種表，并把這些數(shù)據(jù)變成為具體的數(shù)學(xué)變量。

（二）構(gòu)建排產(chǎn)約束

根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并堅持班組能力負(fù)荷均衡的目的，使用NCL語言對準(zhǔn)確全面地描述生產(chǎn)排程中的具體情況，并確認(rèn)各個環(huán)節(jié)中的具體時間，開始時間、加工時間和完成時間[5]。在工藝路線約束中，需要遵守一個原則，那就是作業(yè)人員不可以隨意更改工藝約束，必須由車間計調(diào)。另外在加工過程中，每一道工序完成必須由下一個半天進(jìn)行加工，并給另外一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供相應(yīng)的準(zhǔn)備時間。

（三）優(yōu)化目標(biāo)（一周時間內(nèi)？）這個時間沒有固定，可以是一周，10天，15天

在本次模型中，優(yōu)化目標(biāo)主要是選取最小時間跨度的生產(chǎn)排產(chǎn)，并顧忌到另外一個生產(chǎn)周期內(nèi)的負(fù)荷均能，確保產(chǎn)品能夠在一周時間內(nèi)完成，這樣不僅可以保證一個班組負(fù)荷率，還能確保在生產(chǎn)周期內(nèi)容完成，確保整個生產(chǎn)周期的生產(chǎn)任務(wù)都能得到順利完成。

最小化最晚完工時間表示方式：

結(jié)語

綜上所述，在本文研究中，主要是利用自然約束語言進(jìn)行數(shù)組建模，根據(jù)制造車間內(nèi)的工序級作業(yè)任務(wù)排程的實際情況進(jìn)行，并對排產(chǎn)問題進(jìn)行建模求解，把生產(chǎn)任務(wù)安排到具體的班組中，不僅可以減少排查中出現(xiàn)的相應(yīng)的問題，還能均衡每個班組的生產(chǎn)任務(wù)，有利于提高生產(chǎn)的效率，提高智能制造的智能化水平。

參考文獻(xiàn)

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