CN101814165B

CN101814165B - 通过支持材料短缺的可视化来调度生产过程的方法

Info

Publication number: CN101814165B
Application number: CN201010126299.7A
Authority: CN
Inventors: P·方塔诺特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2030-02-24
Also published as: US8428760B2; EP2224383A1; US20100217419A1; CN101814165A

Abstract

本发明公开了一种用于调度生产过程的方法，其中需要组件(M1‑Mn)的生产订单被放置在生产调度上；其中通过计算单元来检测所述生产订单所需要的组件(M1‑Mn)的可用性；其中根据对应组件的可用性来分类请求组件(M1‑Mn)中的一个或多个的生产订单；以及其中在订单请求缺少的组件(Mx)和/或生产缺少的组件(My)的情况下，利用第一光学上可观察的标记(20.1、20.2)来显示所述生产订单。

Description

通过支持材料短缺的可视化来调度生产过程的方法

技术领域

本发明涉及用于调度生产过程的方法。

背景技术

组织制造活动的典型途径基于“工作订单(work order)”的概念。这是被结构化成包括管理生产的阶段所需的所有信息的逻辑实体。在这种信息之中，工作订单具有关于所生产的结果物品的细节(这些可以是完成的产品或中间材料)、关于要执行的操作的细节以及关于要使用的资源的细节。资源包括设备、人员和材料。

工作订单被发出以便符合由顾客或库存补充请求发起的需要。如果对于每个工作订单要执行的所有操作的所有资源需求都是满足的或能够符合的，则具有满足这样一组给定的生产请求的订单的生产计划是可行的。即使从全局来说足够量的资源是可用的，在没有适当的调度的情况下也不能保证所有操作的可行性，因为必须为每个操作考虑资源的暂时可用性。当建立生产调度时，许多不同的约束和目标被同时考虑，并且这通常使调度的整个过程不是简单的任务。该问题的复杂性随着要考虑的不同产品、资源和工作订单的数目而增加。通常，在基于计算机的调度系统的帮助下执行建立生产调度的任务。

这样的调度系统包括：数据库，其包含生产数据(这指关于要管理的所有订单和资源的信息)；计算引擎，其实施调度功能集；以及图形用户界面，其通常基于交互式甘特图(interactive Gantt－chart)。

甘特图是一种条形图，并且可以被用来说明工程调度。在图1中描绘了基于计算机的交互式甘特图的例子。该甘特图包括图形对象(其在下文中也被称为矩形或条(bar)，表示是生产调度的部分的任务。甘特图的每个行1到11在x轴上示出了特定机器的时间线(Timeline)。每个着色的矩形表示已被调度用于在机器上进行处理的任务。着色图式的意义对应于用户选择。每种不同的颜色可以表示不同的产品或不同的工具或不同的生产订单代码以便于用户和甘特图上的对象的交互。例如，在甘特图的行2中，时间线包括五个矩形，其中第一个是绿色G，第二个是蓝色B，第三个是绿色G，第四个是紫色P，以及第五个是黄色Y。

这向用户给出在甘特图上以图形的形式显示结果计划的能力，以及在一些情况下向用户给出对生产调度交互地引起变化的能力。这样的交互式工具向用户给出通过定点设备(例如鼠标、跟踪球或触摸屏)在屏幕上移动图形对象的能力。

调度中的普通问题是处理缺少的材料的问题。例如为了开始装配操作，需要一些组件(component)连同适当的工具、设备和人员资源一起在操作开始的时间点同时存在。如果供应这些组件中的一些组件的订单被延迟，则在组装操作中所涉及的所有其它资源将停留(stuck)等待缺少的组件。该问题在不连续的制造环境中是典型的，其由于停留等待某些缺少部分(原材料、组件或中间材料(例如相同的分组件(subassembly)))的订单而可能容易遭受干扰。在这种情况下，针对每个订单和操作的材料可用性的精确和及时调度在确保生产性能的可接受等级方面起主要的作用。

通常用在处理材料问题的生产调度中的方法是模拟与所调度的订单和操作有关的每种材料随时间的可用性。这基本上通过调度软件针对每种材料用“预计可用性平衡(projected availability balance)”的电子计算来完成。在图2中描绘了其例子。该平衡是表示对于所计算的材料的未来估计的可用性对生产或消耗给定材料的所有所调度的订单和操作的时间函数。在初始时间t0，这样的函数的存货值等于与给定材料的当前存货等级对应的“现有(on hand)”量。通过加或减由涉及这种材料的每个所调度的操作在那时所生产的或消耗的量来计算t＞t0的每个其它存货值。当存货值或可用量变成零以下时，该算法预测将发生给定材料的短缺。

对于由生产调度的订单和操作所请求的每种材料，不同的策略可能解决管理短缺的问题。

第一策略：

对于已经存在的生产调度，扫描(scan)预计可用性平衡函数从而查找短缺，并且当一些材料可用性变成零以下时发出警告。于是接收这样的警告的用户将试图通过交互地对调度引起某些变化来管理材料问题。

第二策略：

当建立新的生产调度或更新现有的调度时，通过将操作的材料需求与对应的预计可用性平衡进行比较来检查每个订单和操作的材料可用性。在一种或多种材料短缺的情况下，可以在调度上推迟和/或通过用于创建结果生产计划的调度算法加亮(highlight)(将被用户进一步认出(spot))该操作。利用这样的生产调度，用户可以考虑那些具有缺少的材料的订单或操作，然后在触发执行调度的部分或全局重建之前通过对调度数据引起某些变化来解决这些问题。

例如由Siemens在SIMATICIT(Siemens的注册商标)的交互式调度器中采用第一策略。在该调度环境中，人类用户通过交互式用户界面对所有的调度动作具有完全控制。手动地(在被设计用于加速该操作的特定工具的帮助下)或者通过总是在用户的完全监督下执行的简单调度算法来执行该调度的创建。在发生材料短缺的任何时候，向用户发出特定警告。为了解决该问题，在接收到缺少的材料的警告之后，用户必须分析该调度以便找出哪个操作正在消耗或生产缺少的材料，然后选择与所检查的缺货最严格相关的缺少的材料，并且最后在调度上推迟消耗这种材料的那些操作和/或预期生产这种材料的那些操作。这交互地使用由调度系统提供的用户界面的图形特征来完成。这样的方法原则上行得通，但是其实际使用有时会是麻烦的，因为该策略的主要焦点在短缺的材料上，但是用户实际上必须对调度引起的变化代替地被聚焦在操作上。

第二策略基本上被装备有自动调度引擎的系统所采用。从用户交互作用观点来看，这些产品像“黑盒子”那样工作，因为在执行由某些自动算法执行的调度任务期间，不发生交互作用。用户可以仅在调度已被软件创建或更新之后检验结果。调度引擎通过在一些优化策略之后比较大量的可替代调度选择来操作。对于生产调度的每个订单和操作，算法检查资源的可用性，并且根据选择策略来选择最好的可替代物。由调度器检测的具有缺少的材料的订单或操作可以被标记以用于进一步的处理。例如，Ortems的调度器的图形用户界面具有在甘特图视图上利用不同的颜色加亮这样的操作的可能性。于是用户可以容易地认出这些订单，并且因此决定是否可以对调度操作某些校正的动作，例如移动它们以便推迟材料问题。这些变化由用户交互地进行，并且调度引擎再次运行以便重建调度。该方法的限制是当为材料问题标记订单时，该特征仅表示对于被标记的订单来说存在某些缺少的材料，但是并不表示这些材料是否由某些其它订单使用并由此在调度修改的情况下可能潜在地被竞争。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于调度生产过程的方法，该方法避免上面提到的缺点并且给予用户更多关于实际和未来订单和操作的状态的信息。

根据本发明的一个方面，该目的由用于调度生产过程的方法实现。

用于调度生产过程的方法包括下面的步骤。在第一步骤中，需要组件的生产订单被放置在生产调度上以用于可视化生产过程。在第二步骤中，通过计算单元来检测生产订单所需要的组件的可用性。在第三步骤中，根据对应组件的可用性来分类请求组件中的一个或多个的生产订单。在第四步骤中，在生产订单请求缺少的组件和/或生产缺少的组件的情况下，生产订单利用第一光学上可观察的标记来显示。

优选地，在根据本发明的方法中，如果组件的可用性在确定的时间点位于确定值以下，则该组件被分类为在该时间点是缺少的。

根据本发明的另一个方面，如果订单请求组件中的至少一个，其中所述组件中的至少一个在其被请求的时间点是缺少的，则该订单被分类为临界的。

此外，根据本发明的方法可以包括以下步骤。如果订单在组件之一缺少之前在特定时间段内请求该组件之一，则订单被分类为次临界的。

在根据本发明的方法中也可以规定，如果订单在位于所述时间段开始的时间点之前的时间点请求组件之一，则该订单被分类为非临界的。

另外，在根据本发明的方法中规定，光学上可观察的标记是多色条。

在根据本发明的方法的实施例中，该条包括具有第一颜色的第一三角形区域以及具有第二颜色的第二三角形条。

在根据本发明的方法的另一实施例中，如果订单被分类为临界的，则该订单利用第二光学上可观察的标记来显示。

有利地，在根据本发明的方法中，如果订单被分类为非临界(noncritical)的，则该订单利用第三光学上可观察的标记来显示。

除此之外，在根据本发明的方法中，如果订单生产缺少的组件，则该订单利用第四光学上可观察的标记来显示。

在根据本发明的方法中，组件例如可以是材料、工具、设备或人员资源。

根据本发明的方法可以被用来制造执行系统。

此外，可以提供计算机程序元件，包括当被加载在计算设备的数字处理器中时用于执行根据上述方法的步骤的计算机程序代码。

最后，可以提供存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，包括用于使计算设备执行根据本发明的方法的计算机可读程序代码。

附图说明

在下面，将在5个附图的帮助下参考几个实施例来详细地阐明本发明。

图1示出根据现有技术的基于计算机的交互式甘特图的例子。

图2示出确定材料的可用性平衡图。

图3示出利用由根据本发明的方法创建的甘特图的多色条表示的任务。

图4示出由根据本发明的方法创建的基于计算机的交互式甘特图的例子。

图5示出根据本发明的方法用于在甘特图中生成条的流程图的例子。

具体实施方式

在图2中，描绘了材料Mx的预计可用性平衡图或简而言之可用性图的例子。材料Mx是来自一组输入材料M1到Mn的确定的输入材料，并且为确定的订单或操作所需要。为了简化以及下面更好地理解，往往遵照表达次序(expression order)来概述订单和操作。可用性平衡图的x轴对应于时间t，y轴对应于材料Mx的可用量或存货值Q。如从可用性平衡图的线路中可以看出，在时间点t0到t1x，材料Mx的确定量Qa是可用的。之后，材料Mx的可用量Q减少到值Qb。在时间点t3x，可用量Q变成负数，并且减少到值Qc。之后，材料Mx的可用量仍减少得更多，并且达到值Qd。在时间点t4x，可用量Q增加并且变成正值Qb以及之后变成Qa。这意味着，可以假设在时间点t3x和t4x之间将发生材料Mx的短缺，也即过少的材料Mx将是可用的，或者换句话说缺少材料Mx。还可以通过计算单元为另一材料My或者更一般地为所有的输入材料M1到Mn计算该可用性图。计算算法不限于计算材料的可用性，而是可以被用来也计算任何种类的组件(诸如工具、设备和人员资源)的可用性。

为了简化以及下面更好地理解，本方法不用组件而是示例性地用材料来解释。

可以通过利用交互式工具增强上述第一策略来解决在交互式调度环境中处理材料M1到Mn的可用性的问题，这允许在甘特图上直接可视化具有某些缺少的材料的订单和操作。该交互式工具或特征可以由用户通过对“材料短缺的颜色”选择适当的选项来激活该交互式工具或特征。因此，甘特图上的操作将使用反映关于所需要的输入材料的可用性的其状态的着色图式而自动地被显示。通过光学上可观察的标记，确定的订单或操作的状态可以在屏幕上被指示和显示。这样的光学上可观察的标记的例子是在图3中描绘的多色条20。该条20被分成两个三角形区域20.1和20.2。区域20.1被着色为黄色Y，且区域20.2被着色为暗绿色DG。在图4中描绘了包括这样的条的甘特图的例子。

有利地，该特征不局限于(如在上述第二策略中)仅示出具有某些缺少的材料的那些订单：甚至潜在地可能导致短缺的订单，因为它们主张(contend)使用该方法或工具加亮这样的材料。这向用户给出在甘特图上在何处定位材料问题的直接感知。当用户通过在甘特图上交互地移动订单或操作来执行校正的动作时，工具自动地重新计算材料可用性，并且着色图式直接反映改变的情况。于是工具可以帮助用户以非常直观的方式解决材料问题。

基本地，“材料短缺可视化”工具一旦被激活就以下面的方式工作。此外图5示出了对应的流程图的例子，其示出了该方法如何工作的简化方式。

首先，消耗适量的一个或多个材料M1到Mn的生产订单被放置在生产调度上，诸如根据图1的甘特图。所需的材料的数量与生产订单相关联。基于该相关联的所需的材料数据，自动算法为由生产调度的订单和操作所生产和/或消耗的所有材料M1到Mn计算可用性平衡。在根据图5的流程图中，这对应于步骤S1到S10。

在第二步骤S2中，该算法检测当材料可用性变成零以下时的材料短缺。与检测材料短缺相关的数据是缺少的材料Mx以及短缺的估计开始时间t3x。如果某些订单生产材料Mx，材料Mx的预计可用性平衡有可能再次变成正的，从而如在图2中所描绘的那样在时间点t4x处结束短缺。

在第三步骤中，算法以围绕时间点t3x和t4x的间隔询问请求材料Mx的所有订单和操作。所述订单和操作在下面被分类为：

3a.就材料Mx的可用性而言，在时间点t3x和时间点t4x之间请求材料Mx的订单和操作被认为是“临界的”。

3b.就材料Mx的可用性而言，在时间点t3x之前但是在围绕t3x的给定短间隔Δt中(例如在同一天或以t3x的相同位移)或者在时间点t4x之后但是在围绕t4x的给定短间隔Δt中请求材料Mx的订单和操作被认为是“次临界的”。在图2中示出了时间段或时间间隔Δt。时间点t2x是时间段Δt开始的时间点，t3x是时间段Δt结束的时间点。如上所述，时间段Δt还可以在时间点t4x开始。

3c.就材料Mx的可用性而言，请求材料Mx的并且还没有在步骤3a或3b中被分类的订单和操作被认为是“非临界的”。

如果已经检测到不同材料的短缺，则对于每个缺少的材料重复上面的分类步骤S3。在相同的订单或操作请求多于一个缺少的材料的情况下，通过给订单或操作分配最差情况选择来执行该分类。这在第四步骤S4中进行。例如，如果材料M1和M2是缺少的，并且消耗材料M1和M2两者的订单已在步骤S3中就材料M1而言被分类为“次临界的”，但是就材料M2而言被分类为“临界的”，则该订单被认为是“临界的”。

在第五步骤S5中，根据下面的着色图式来在交互式甘特图上标记消耗某一缺少的材料的订单和操作：

5a.以深绿色DG来着色“非临界的”订单和操作。

5b.以橙色O来着色“次临界的”订单和操作。

5c.以红色R来着色“临界的”订单和操作。

在第六步骤S6中，以深绿色DG来着色不消耗某一缺少的材料但是生产缺少的材料中的一个或多个的订单和操作。

在第七步骤S7中，如在图3中所描绘的那样，消耗某一缺少的材料且生产某一其它缺少的材料的订单和操作被显示在两色的条20中。条20在下文中也被称为两色模式。根据步骤5来着色条20的一个部分20.1，并且根据步骤6来着色另一部分20.2。

在第八步骤中，以浅灰色GRY来着色不消耗或生产任何临界材料的订单和操作。

着色图式可以被自由地配置。上面描述的着色图式仅是可以被用来在视觉上表示甘特图上的所检测的材料问题的例子。

用户可以选择是否应该为所有的材料激活上述程序(例如在甘特图上加亮所有的材料问题)，或者是否应该仅为单个材料激活所述程序。在约束针对特定材料的分析可能是有用的后一情况下，不显示步骤7的两色模式。

所提议的工具为执行或监督调度过程的用户给出识别材料问题的直接且直观的方式的优势。这些可以在甘特图上容易地被认出。区别临界、次临界问题的着色图式(coloring schema)连同消耗和生产临界材料的操作一起帮助用户选择最好的方式来作用于生产调度以便解决这样的问题。因此，在速度和效率方面改进调度和处理材料问题的任务。

材料问题有可能不能完全地被解决，因为对材料的总需要有时会超过当前可用量。在这种情况下，重要的是对这些问题在生产调度上位于何处有清楚且直接的观点，以便于决定校正的动作，所述校正的动作的目标是保证尽可能多的操作在没有干扰的情况下将是可行的。该工具大大有助于具有这种观点。

通过被直接加亮，由用户在甘特图上立即检测到具有某一缺少的材料的订单，而无需将聚焦于其外面。此外，可能潜在地导致材料问题的订单也被加亮。这帮助用户避免对校正的动作的尝试导致另一新的材料问题。

根据图4的甘特图具有根据图式的颜色集，该图式以红色R标记要求缺少的材料的订单和操作，以橙色O来标记那些可能潜在地遭受材料短缺的订单和操作，以及以绿色G来标记那些要求材料而不遭受短缺的订单和操作。以深绿色DG来标记供应该临界材料的操作。两色模式20被用于消耗和生产临界材料的操作。表示临界材料的消耗的三角形部分20.1以橙色O显示，并且表示临界材料的生产的三角形部分20.2以深绿色DG显示。

根据本发明的方法可以在制造执行系统(MES(Manufactruing ExecutionSystem))中来实施或者与制造执行系统(MES)相耦合，该制造执行系统是可以被用来测量和控制生产活动的制造管理系统。一些关于MES解决方案的益处是增加的跟踪能力、生产率以及质量。由MES解决方案服务的其它功能可以包括设备跟踪、产品谱系(productgenealogy)、劳动力跟踪(labor tracking)、存货管理、成本计算、电子签名捕获、缺陷和分辨率监控、关键绩效指标(key performance indicator)监控和警报、执行仪表板(executive dashboard)和其它各种报告解决方案。MES在近处操作过程并且由直接绑定到自动化来表征，并且使得能够实时控制生产。为此，MES包括数据采集和数据准备、诸如工厂数据捕获、机器数据记录以及个人数据采集、以及另外所有其它对制造/生产过程具有时间近效应(time near effect)的过程。术语MES通常指整个系统，其覆盖企业指导水平的企业资源计划(ERP(Enterprise Resource Planning))和制造和/或自动化水平中的实际制造和/或生产过程之间的范围。

已说明和描述了用于可视化生产调度的新型方法的优选实施例，注意的是，可以在不偏离本发明的精神或所附权利要求的范围的情况下进行本方法的变化和修改。

附图标记

1 行

2 行

3 行

4 行

5 行

6 行

7 行

8 行

9 行

10 行

11 行

20 两色模式

B 蓝色

DG 深绿色

LG 浅绿色

GRY 浅灰色

O 橙色

P 紫色

R 红色

Y 黄色

Mx 材料x

My 材料y

t0 时间点或初始时间

t1x 时间点

t2x 时间点

Δt 时间段

t3x 材料Mx的短缺的开始时间

t4x 材料Mx的短缺的结束

Q 量

Qa 量a

Qb 量b

Qc 量c

Qd 量d。

Claims

1.用于利用制造执行系统测量和控制生产过程的方法，

a)其中交互式调度环境被包括在制造执行系统内；

b)其中需要组件(M1－Mn)的生产订单交互式地被放置于在交互式调度环境中显示的甘特图上；

c)其中通过计算单元来检测所述生产订单所需要的组件(M1－Mn)的可用性；

d)其中根据对应组件的可用性来分类请求组件(M1－Mn)中的一个或多个的生产订单；

e)其中在生产订单请求缺少的组件(Mx)和/或生产缺少的组件(My)从而直观地识别材料问题的情况下，在甘特图中利用第一光学上可观察的标记(20.1、20.2)来显示所述生产订单；

f)其中通过纠正地在甘特图上替换或移动生产订单来交互式地解决该材料问题，以便实现无任何材料问题的甘特图；和

g)其中通过制造执行系统根据无任何材料问题的甘特图来执行生产过程。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中如果组件(Mx)的可用性在确定的时间点(t3x)位于确定值以下，则所述组件(Mx)被分类为在该时间点(t3x)是缺少的。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中如果订单请求组件中的至少一个(Mx)，其中所述组件中的至少一个在其被请求的时间点(t3x)是缺少的，则所述订单被分类为临界的。

4.根据权利要求2至3中的任何一项所述的方法，

其中如果订单在组件之一(Mx)缺少之前在确定的时间段(Δt)内请求所述组件之一(Mx)，则所述订单被分类为次临界的。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中如果订单在位于时间段(Δt)开始的时间点(t2x)之前的时间点(t1x)请求组件之一(Mx)，则所述订单被分类为非临界的。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中光学上可观察的标记(20.1、20.2)是多色条(20)。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中所述条(20)包括具有第一颜色(Y；O)的第一三角形区域(20.1)以及具有第二颜色(DG)的第二三角形区域(20.2)。

8.根据权利要求3所述的方法，

其中如果订单被分类为临界的，则所述订单利用第二光学上可观察的标记(R)来显示。

9.根据权利要求5所述的方法，

其中如果订单被分类为非临界的，则所述订单利用第三光学上可观察的标记(GRY)来显示。

10.根据权利要求1至3中任何一项所述的方法，

如果订单生产缺少的组件(Mx)，则所述订单利用第四光学上可观察的标记(DG)来显示。

11.根据权利要求1至3中任何一项所述的方法，

其中所述组件是材料(Mx)、工具、设备或人员资源。