車間調(diào)度問題的特點(diǎn)與指標(biāo)分析

羅哲 顧曉猛 何循來

摘要：本文從車間調(diào)度的主要內(nèi)容出發(fā)，綜述了當(dāng)前車間調(diào)度問題的研究分類方法以及在實(shí)際生產(chǎn)中車間調(diào)度問題的各方面特點(diǎn)，其中重點(diǎn)就車間調(diào)度問題在按照加工系統(tǒng)的復(fù)雜性分類方法上進(jìn)行了詳細(xì)闡述，總結(jié)了車間調(diào)度問題的分派規(guī)則與調(diào)度指標(biāo)，以期為車間調(diào)度問題的研究拓展提供良好的借鑒。

Abstract： Based on the main content of workshop scheduling， this paper summarizes the current research and classification methods of workshop scheduling problems and the characteristics of various aspects of workshop scheduling problems in actual production， elaborates the workshop scheduling problem in the classification method according to the complexity of the processing system in detail， and summarizes the dispatching rules and scheduling indicators of the workshop scheduling problem， in order to provide a good reference for the research and development of the workshop scheduling problem.

關(guān)鍵詞：車間調(diào)度;生產(chǎn)計(jì)劃;調(diào)度特點(diǎn);調(diào)度性能

Key words： workshop scheduling;production planning;scheduling characteristics;scheduling performance

中圖分類號(hào)：TH164? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）11-0289-02

0? 引言

近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，生產(chǎn)過程發(fā)生了翻天覆地的變化，工業(yè)生產(chǎn)正向著技術(shù)更加先進(jìn)、規(guī)模更加龐大、復(fù)雜程度更高的方向發(fā)展，對(duì)于企業(yè)的管理和生產(chǎn)過程的監(jiān)控不斷提高。為了適應(yīng)這種變化并滿足工廠的要求，企業(yè)的管理者必須根據(jù)市場上的原料供應(yīng)、產(chǎn)品的需求以及自身的情況來對(duì)生產(chǎn)過程加以控制，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)利益最優(yōu)化。而車間調(diào)度解決的就是企業(yè)在生產(chǎn)過程中，以生產(chǎn)為中心，通過對(duì)有效的資源進(jìn)行合理指揮、控制和調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益目的的問題[1]。車間調(diào)度的優(yōu)化工作在提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本方面起著非常重要的作用，車間調(diào)度問題也已成為現(xiàn)代制造企業(yè)自身生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，越來越引起人們的關(guān)注與研究[2-3]。本文分別就車間調(diào)度的主要內(nèi)容、分類方式、問題特點(diǎn)、分派規(guī)則、調(diào)度指標(biāo)等方面展開分析，探討車間調(diào)度問題的相關(guān)特性情況。

1? 車間調(diào)度的主要內(nèi)容

車間調(diào)度覆蓋的時(shí)間范圍是從對(duì)產(chǎn)品已知或可以預(yù)知需求的時(shí)候開始，然后一直持續(xù)到銷售完成的這一段時(shí)間為止。在整個(gè)過程中客戶會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能提出要求，工廠自身的生產(chǎn)能力也有一定的限制，由于這兩方面約束的存在，所以生產(chǎn)加工過程需要進(jìn)行計(jì)劃和安排。通過計(jì)劃和安排就可以使工廠能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)均衡生產(chǎn)負(fù)荷并順利完成生產(chǎn)任務(wù)。這樣就不會(huì)有制品過多的積壓以致流動(dòng)資金停滯的現(xiàn)象發(fā)生。具體到生產(chǎn)車間中，就是要對(duì)生產(chǎn)資源進(jìn)行合理分配，即在一定的時(shí)間內(nèi)對(duì)共享資源和生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行排序，滿足企業(yè)以及客戶的需求的一些性能指標(biāo)。

車間調(diào)度主要是對(duì)企業(yè)的日常活動(dòng)進(jìn)行檢查、控制、調(diào)節(jié)以及指揮，來協(xié)調(diào)和平衡企業(yè)生產(chǎn)中的一些不平衡和矛盾，避免生產(chǎn)過程中脫節(jié)現(xiàn)象的發(fā)生，有效的把生產(chǎn)單位和生產(chǎn)的各個(gè)工作環(huán)節(jié)統(tǒng)一起來。車間調(diào)度的主要內(nèi)容包括：

①檢查設(shè)備的準(zhǔn)備情況，了解并掌握工作設(shè)備的是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，及時(shí)調(diào)整設(shè)備的加工對(duì)象和任務(wù)，督促設(shè)備的維護(hù)和修理等。

②調(diào)配生產(chǎn)力，調(diào)整勞動(dòng)組織，協(xié)調(diào)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，使所有的加工過程能夠順利完成。

③檢查生產(chǎn)資料的供應(yīng)情況、工廠內(nèi)的運(yùn)輸狀況，以及與有關(guān)部門相配合情況，保證原材料的供應(yīng)，保證在制品和半成品加工的完成和加工完成的產(chǎn)品正常入庫。

由此可見車間調(diào)度在生產(chǎn)過程中的重要性，所以人們不斷的對(duì)其進(jìn)行研究與探索，力求尋得最優(yōu)的車間調(diào)度算法，進(jìn)而提高生產(chǎn)設(shè)備的加工效率和操作管理的水平。

2? 車間調(diào)度問題的分類方法與特點(diǎn)

2.1 車間調(diào)度問題的分類方法

鑒于國內(nèi)外專家、學(xué)者在車間調(diào)度問題的研究分析上存在方向上的差異性，所以對(duì)于車間調(diào)度問題的分類方法也是多種多樣的。目前獲得普遍共識(shí)的分類方法是由Graves等人提出來的分類方法，其分類方法是基于車間調(diào)度的不同標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行分類[4]，可概括為四種類型。

2.1.1 依據(jù)加工系統(tǒng)分類

①單機(jī)調(diào)度問題;該類問題研究的是車間中僅有一臺(tái)機(jī)器，所有的生產(chǎn)加工任務(wù)都需要在這臺(tái)機(jī)器上完成。對(duì)于這類問題一般是根據(jù)工件的加工時(shí)間以及不同工件的交貨期限等，進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)排序。

②并行機(jī)器調(diào)度問題;該類問題研究的是在整個(gè)并行機(jī)器系統(tǒng)中，包含的所有機(jī)器都相同且每個(gè)工件可以在任何一臺(tái)空閑機(jī)器上加工，然后每個(gè)加工完的工件釋放一臺(tái)機(jī)器離開系統(tǒng)。

③開放車間調(diào)度問題;該類問題研究的是當(dāng)所有工件的加工都沒有先后要求的情況下，各工序之間也不存在工藝路線約束的問題。該類問題的工件加工可以從任意一道工序開始，并在任意一道工序結(jié)束。

④作業(yè)車間調(diào)度問題;該類問題研究的是n個(gè)工件要在m臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行加工的問題。該類問題不同工件的工序間沒有工藝路線的約束，同一個(gè)工件的工序要按照指定的加工路線加工且在加工過程中不能中途停止，直到這道工序加工完成，在全部的加工過程中工件的加工路徑可以不同。

⑤流水車間調(diào)度問題;該類問題研究的是n個(gè)待加工的工件在m臺(tái)機(jī)器上加工，且每個(gè)工件在機(jī)器上的加工順序都相同，工序的加工過程不能中斷直到工序加工完成為止的問題，也被稱為同順序車間調(diào)度問題。

2.1.2 依據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則分類

根據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則的不同可將車間調(diào)度問題分為基于費(fèi)用與基于性能這兩類車間調(diào)度問題。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要對(duì)費(fèi)用和性能兩方面因素進(jìn)行綜合考慮，但在車間調(diào)度的理論研究時(shí)一般只考慮車間調(diào)度性能的優(yōu)劣。

2.1.3 依據(jù)生產(chǎn)環(huán)境分類

基于不同的生產(chǎn)環(huán)境，可將車間調(diào)度問題大致分為隨機(jī)性和確定性這兩類車間調(diào)度問題，其中隨機(jī)性車間調(diào)度問題研究的是工件加工時(shí)間與交貨期限等參數(shù)都是隨機(jī)產(chǎn)生的變量的情況;確定性車間調(diào)度問題研究的是工件加工時(shí)間與交貨期限等參數(shù)都是已知的情況。

2.1.4 依據(jù)加工特點(diǎn)分類

依據(jù)加工特點(diǎn)的不同，可將車間調(diào)度問題分為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)車間調(diào)度問題。其中，靜態(tài)車間調(diào)度指的是所有的作業(yè)全部處于待加工狀態(tài)，調(diào)度確定以后所有作業(yè)的加工順序即被確定。動(dòng)態(tài)車間調(diào)度比較復(fù)雜，在動(dòng)態(tài)車間調(diào)度中，待加工工件依次進(jìn)入加工系統(tǒng)加工，而加工完成的工件又不斷離開加工系統(tǒng)，在加工過程中還必須考慮作業(yè)環(huán)境中不斷出現(xiàn)的設(shè)備損壞和加工超時(shí)等動(dòng)態(tài)擾動(dòng)。因此動(dòng)態(tài)車間調(diào)度要根據(jù)系統(tǒng)中隨時(shí)變化的情況及時(shí)對(duì)調(diào)度進(jìn)行調(diào)整。

2.2 車間調(diào)度問題的特點(diǎn)

在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，車間調(diào)度問題往往存在各種各樣的特點(diǎn)，但總的概括起來普遍存在如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

2.2.1 復(fù)雜性

由于在加工過程中要對(duì)加工作業(yè)進(jìn)行裝卸，設(shè)備進(jìn)行維護(hù)以及加工作業(yè)的搬運(yùn)等，而這些方面又是相互交叉影響的，以至對(duì)于每個(gè)作業(yè)均要考慮準(zhǔn)備時(shí)間、到達(dá)時(shí)間等一系列的問題，所以實(shí)際的車間調(diào)度是非常復(fù)雜的。車間調(diào)度問題在交貨期和工件的加工工藝的約束下對(duì)性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，在計(jì)算量上屬于完全NP-hard問題，即隨著問題規(guī)模的增大，對(duì)應(yīng)求解的計(jì)算量將會(huì)呈指數(shù)增長，所以一些常規(guī)的優(yōu)化方法無法解決。

2.2.2 動(dòng)態(tài)隨機(jī)性

在實(shí)際的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中會(huì)經(jīng)常伴隨著如工件加工時(shí)間隨機(jī)、工件到達(dá)時(shí)間不定等一系列的不確定因素，且實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中時(shí)常會(huì)發(fā)生一些突發(fā)和不可抗的偶然事件，如加工設(shè)備的損壞、修復(fù)或者客戶要求更改工件的交貨期等。

2.2.3 多目標(biāo)性

實(shí)際的車間調(diào)度通常是由一些相互影響相互制約的多目標(biāo)組成。例如加工作業(yè)的加工完成時(shí)間和作業(yè)提前加工完成所產(chǎn)生的存儲(chǔ)費(fèi)用這兩個(gè)目標(biāo)，如果加工完成時(shí)間過小就會(huì)使工件提前完成，由此就會(huì)產(chǎn)生附加的存儲(chǔ)費(fèi)用使生產(chǎn)成本過高，所以這兩個(gè)目標(biāo)之間就是相互耦合的。

3? 車間調(diào)度問題的分派規(guī)則和調(diào)度指標(biāo)

3.1 分派規(guī)則

車間調(diào)度問題的分派規(guī)則指根據(jù)企業(yè)自身的情況以及所加工工件工藝條件的不同等，基于特定的加工規(guī)則，將每一臺(tái)處理機(jī)與其對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)資源對(duì)待加工作業(yè)進(jìn)行排序。主要的分派規(guī)則有優(yōu)先選擇加工時(shí)間最短的工件、優(yōu)先選擇交貨期最早的工序、優(yōu)先選擇同臺(tái)機(jī)器上工件隊(duì)列中最先的工序等。學(xué)者們通過大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于優(yōu)先選擇最短加工時(shí)間的工序來進(jìn)行分配，對(duì)于大多數(shù)的車間調(diào)度性能指標(biāo)均能取得較好結(jié)果，這個(gè)結(jié)論已被大量仿真研究所證實(shí)[5]。如果客戶對(duì)產(chǎn)品有特殊的需求，我們可以根據(jù)具體情況來選擇車間調(diào)度的分配原則。

3.2 調(diào)度指標(biāo)

影響車間調(diào)度問題的因素通?？梢苑譃閮煞N：一種是生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的因素，它主要包括工廠的生產(chǎn)能力、加工設(shè)備的可用性、原料的供應(yīng)性、產(chǎn)品的投產(chǎn)期等;另一種則是客戶及待加工作業(yè)自身的因素，它主要包含產(chǎn)品的交貨期、產(chǎn)品批量的大小、加工作業(yè)的工藝要求、產(chǎn)品的成本限制等。對(duì)于這些影響因素可分為可知因素與不可知因素，其中，可知因素又可細(xì)分為必須滿足因素和基本滿足因素兩種。對(duì)于生產(chǎn)能力、交貨期限則往往是必須滿足的。對(duì)于生產(chǎn)成本則只需要基本滿足亦或是達(dá)到一定程度就好。對(duì)于設(shè)備故障、原料供應(yīng)不足、生產(chǎn)任務(wù)變化等因素往往事先是不可知的。調(diào)度指標(biāo)是評(píng)價(jià)調(diào)度方案優(yōu)劣程度的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，常用的調(diào)度指標(biāo)有如下幾點(diǎn)：①調(diào)度性能指標(biāo);主要涵蓋生產(chǎn)資源利用率的大小、生產(chǎn)周期的長短等方面，本質(zhì)是通過將生產(chǎn)能力最大化來達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。②成本指標(biāo);主要包括加工費(fèi)用的多少、換線成本的大小、工人工資的多少、超過交貨期的罰款等。③客戶滿意度指標(biāo);主要包括延期零件數(shù)量的多少、超過交貨期時(shí)間的長短等方面，而在實(shí)際的車間生產(chǎn)調(diào)度中，企業(yè)一般會(huì)以滿足制造周期最短、總流程時(shí)間最小以及交貨期等為調(diào)度的優(yōu)化目標(biāo)。

4? 總結(jié)

良好的車間調(diào)度對(duì)企業(yè)合理利用資源，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)利益最大化起著舉足輕重的作用。本文概述了車間調(diào)度的主要內(nèi)容，而后介紹了車間調(diào)度問題的分類方法與特點(diǎn)，最后探討了車間調(diào)度問題的分派規(guī)則與調(diào)度指標(biāo)。對(duì)于車間調(diào)度理論與方法的研究目前還在不斷擴(kuò)展，通過本文的論述，期待為車間調(diào)度問題的進(jìn)一步深入研究提供可行的參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建朝，袁逸萍，李曉娟，熊宗慧.關(guān)鍵鏈約束理論解決柔性車間調(diào)度問題[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2019（2）：30-33.

[2]靳彬鋒，畢利.基于遺傳算法的多目標(biāo)車間調(diào)度[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2019（4）：157-160.

[3]譚艷艷.幾種改進(jìn)的分解類多目標(biāo)進(jìn)化算法機(jī)器應(yīng)用[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2013.

[4]Graves S..A review of production scheduling [J].Operations Research， 1981，29（4）： 646-667.

[5]孫志峻.智能制造系統(tǒng)車間生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度[D].南京航空航天大學(xué)，2002.