[发明专利]跨车间协作模式下车间生产计划与调度一体化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造系统的生产计划与调度方法，特别涉及一种针对跨车间生产任务和机加、装配与热处理混合问题的生产计划与调度一体化方法，属于先进制造生产控制与调度优化领域。

背景技术

在我国，多数机械制造企业已经建立了现代化生产线，但同时，大量传统设备又与加工中心、数控机床等先进设备共存，尤其在大中型机械制造企业中，多品种混线生产的情况非常普遍、并将长期存在。在这种背景下，复杂生产过程计划与调度问题的建模与优化方法面临新的挑战。传统制造业的生产计划、调度与优化是两个独立的阶段，往往先单独制定并优化生产计划，然后在被优化的计划基础上优化生产调度，其结果是计划与调度不能达到整体优化，甚至出现生产计划导致调度不可行或性能很差的情况。这种生产计划与调度独立进行优化的模式，已经难以适应当前的以多品种、中小批量、混线生产的生产模式下跨车间转移频繁发生为特征的制造业生产模式。因此，如何有效地考虑生产计划与调度的集成优化，是当前机械制造企业实现现代化的重要课题之一。

机械制造企业通常以车间为单位组织生产。一般情况下每个车间的生产过程都可以封闭在该车间范围内进行独立控制，但在多品种、中小批量、混线生产的模式下，企业对比较贵重的设备采取少量购买，集中放置的策略，从而导致部分特殊零部件的加工需求无法与单个车间的设备能力相符合，因此一个零件需要多个车间协作完成，这样就产生了跨车间转移。

跨车间转移的存在主要给制定生产计划和调度带来如下三方面的影响：

(1)生产能力不平衡使得各车间难以制定一致的生产计划

在大型生产系统中，由于各车间生产特点的不同，导致各车间存在生产能力差异。调研结果显示，车间平均加工时间最短的只有2.85分钟/工序，其中最短工时为0.01分钟(下文记做车间A)；而车间平均加工时间最长的为146.35分钟/工序，其中最长工时达6923.08分钟(下文记做车间B)。在车间能力不平衡的背景下，跨车间转移给生产计划带来新问题。

假设某跨车间转移工件依次流经车间A和车间B，如果按照车间A的能力下达各车间生产计划，将会加剧车间B的压力，导致其无法完成生产任务；如果按照车间B的能力下达计划，则会造成车间A设备的闲置浪费。因此，由于各车间生产能力的差异，在跨车间转移频繁发生的情况下按照单一原则下达生产计划无法满足不同车间的需求，应该深入分析跨车间转移对不同能力的车间产生的影响，在不超出一定库存费用的约束下，根据各车间的生产能力制定不同的计划，以达到总体生产效率、设备利用率、在制品库存等多方面指标的综合优化。

(2)使零件调度难以在一个独立车间进行

如果各车间进行封闭式的独立调度，如图1所示，车间1执行完工序O1将零件A转出后，无法获知它何时能回到车间1执行工序O4；因为车间是封闭生产的，所以车间2也无法获知工件A何时到来，同样无法将它和其他零件一起统筹调度。

调研结果显示，在以车辆综合传动装置为代表的复杂产品生产过程中，产生跨车间转移的工件平均占该车型总工件数的50.61％，跨车间转移次数占总工序数的11.06％。工件的跨车间转移使各车间在调度上相互依赖和制约，无法独立进行控制，必须由各车间协作，实现统筹调度。

(3)使多工艺阶段集成的工件调度更加复杂

大中型机械制造企业往往以机加为核心，机加、装配、热处理多工艺阶段集成。调研结果显示，在以综合传动装置为代表的车辆关键零部件生产中，工件的加工路线普遍较长，平均8.8工序/工件，涉及机加单元、装配单元和热处理单元，三类单元之间的转移关系如图2所示。

图2中包含的复杂情况可分解为：(1)零件机加后装配成部件，部件回到加工线继续机加，即机加和装配交替进行；(2)零件机加后进行热处理，之后回到加工线继续机加，即机加和热处理交替进行；(3)零件装配成部件后进行热处理。因此，零件的跨单元转移路径上如果涉及不同工艺类型的单元，将使调度问题更加复杂。

由于上述问题的存在，现代化制造业需要实现生产计划和调度的一体化。

发明内容