CN101950387A - 一种机械产品装配过程实时物料配送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械产品装配过程实时物料配送方法，其特征是根据当日生产计划计算得到所需要的所有零部件，考虑各个工位上各种零件的储存能力、现有数量、物料提前期以及产品生产节拍，计算物料配送方案，按照所得的配送方案及时、小批量地配送零件，同时运用MES系统，实时追踪现场生产情况，记录在制品情况以及各个工位用料情况，及时反馈生产计划信息与工位库存信息。本发明方法能够达到准时化物料配送，并依据实时工况及时反馈调整配送方案，可提高生产效率、降低生产成本。

Description

一种机械产品装配过程实时物料配送方法

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其是机械产品装配领域，具体为一种机械产品装配过程实时物料配送方法。

背景技术

在准时化生产方式(Just In Time，简称JIT)下，目前现有的物料配送方式大多为现场拉动式，即现场某个工位缺料时，采用看板或物料拉动系统给出送货提示；或者设定安全库存，每当物料的消耗量到达安全库存时，车间工作人员向仓储部门发出提示信号，然后再由仓储部门安排配送工人进行配送。这种被动的配送模式，处理物料拉动的方式复杂且响应速度慢，容易造成物料短缺或堆积，影响生产进度，导致现场管理混乱，增加生产成本，同时不利于根据当日生产计划的变动实时调整配送方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械产品装配过程实时物料配送方法，能够达到准时化物料配送并依据实时工况及时反馈调整配送方案，以解决现有技术的配送方法响应速度慢导致生产效率低，生产成本增加的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明机械产品装配过程实时物料配送方法的特点是包括以下几个步骤：

(1)由车间日生产计划获知当天需要生产l种产品以及每种产品需要生产的数量N_l，根据每种产品的制造物料清单计算当天生产所需要的m种零部件以及每种零部件在每个工位的需求数量P_ij；

(2)在装配生产线开始生产之前，根据装配生产线的开始生产时间、生产节拍、运输装配生产线下线产品的车辆运力状况、装配生产线上各个工位的提前期、各个工位对于每种产品对应的零部件的需求数量以及需求时间，建立数学模型如下：

$\min {\mathrm{\Γ}}_1=\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\α}---\left(1\right)$

$s.t.\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{ijk}}=P_{\mathrm{ij}},(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,m;j=\mathrm{1,2}\·\·\·,n)---\left(2\right)$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{ijk}}\·{\mathrm{\μ}}_i)\≤C,(k=\mathrm{1,2},\·\·\·,s)---\left(3\right)$

$T^k\≤S_T+\min \left(\frac{O_{\mathrm{ij}}}{D_{\mathrm{ij}}}\right)-A_T,k=1---\left(4\right)$

$T^k\≤S_T+\min \left(\frac{O_{\mathrm{ij}}+\underset{x=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{N_{\mathrm{ij}}}^x}{D_{\mathrm{ij}}}\right)-A_T,k>1---\left(5\right)$

$(T_{k+1}+A_T-S_T)\·D_{\mathrm{ij}}-O_{\mathrm{ij}}\≤\underset{x=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{ijx}}\≤S_{\mathrm{ij}}+(T_k+A_T-S_T)\·D_{\mathrm{ij}}-O_{\mathrm{ij}}---\left(6\right)$

其中：

m为零部件的种类，作为下标指数，i＝1、2、3，…，m；

n为工位的个数，作为下标指数，j＝1，2，3…，n；

s为物料配送的批次数，作为下标指数，k＝1，2，3…，s；

P_ij为j工位需要i零部件的数量，当j工位不需要i零部件时P_ij＝0；

N_ij ^x为第k批物料中运送至第j工位第i种零部件的数量，并有：

i＝1，2…，m；j＝1，2，…，n；k＝1，2，…，s；

T^k为第k批物料的开始配送时间k＝1，2，…，s；

A_T为物料提前期，即零件从仓储部门送至工位所需时间；

S_T为装配线开始生产时间；

T表示装配线的生产节拍为t；

F_ij表示每个节拍即生产单个产品在j工位需要装配i零部件的数量；

D_ij表示j工位单位时间需要装配i零部件的数量，且D_ij＝F_ij/t；

μ_i表示i零部件转化为标准零部件的系数；

S_ij表示j工位最多可以存储i零部件的数量；

O_ij表示j工位原有i零部件的数量；

C表示车间运输设备一次最多可以运送的标准零部件数量，且满足：

$C\≥\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{ij}}\·{\mathrm{\μ}}_i,(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,m);$

α表示启用一次运输工具的固定成本；

Γ₁表示总运输成本；

(3)求解步骤(2)建立的数学模型得到配送结果集，所述配送结果集是指每一批物料包含的每种产品所需零部件的合理配送数量、所述零部件配送至装配生产线上设定工位、所述零部件配送至对应工位的配送时间；

(4)运用制造执行系统MES监控生产现场及日生产计划的执行状况，反馈调节配送结果，以调整配送结果集得到最新的配送方案。

本发明机械产品装配过程实时物料配送方法的特点也在于：

所述步骤(2)建立的数学模型是以整体配送次数最少为优化目标，以满足装配生产线的生产且工位旁不堆积物料为必要条件进行建模。

所述步骤(4)中反馈调节配送结果的过程包括两部分：首先通过求解模型得到的配送结果集中，第一批零部件的配送结果直接用于指导物料的配送，第二批及以后的配送结果需要结合所述制造执行系统MES中记录的当前工位旁零部件库存数量，判断零部件实际消耗数量与理论消耗数量的差值是否在误差范围之内，进而判断是否需要修改配送方案；其次，运用制造执行系统MES实时监控生产计划情况与生产现场情况，当生产计划异常、物料异常和生产异常时，及时修正配送方案；所述生产计划异常指日生产计划需要生产的产品种类、数量增加或减少；所述物料异常指下线的产品入库或者出库的种类、数量异常；所述生产异常指装配生产线上的加工设备异常、下线的产品及产品品质异常、装配生产线上的生产人员异常和装配生产线使用的能源异常。

本发明方法为事前计算，物料配送部门即仓储部门变被动为主动，不再被动的响应生产部门的需求，而是主动提供生产所需零部件，并能够根据车间现场的实际生产情况及时调整配送方案，避免物料短缺或堆积，保持现场的整洁与有序。

本发明与MES系统结合，实时追踪现场生产情况，记录在制品数量以及各个工位用料情况，及时反馈工位库存信息。当生产计划发生改变、生产现场发生异常等导致物料配送发生改变时，从MES系统触发配送算法，重新调用当前的零件所需数量、工位库存数量等数据进行计算，及时调整配送方案；同时，由于现场生产情况的复杂性，每次计算后只有第一批配送结果是准确的，所以在进行第二批物料配送前，调用从MES系统中得到的最新数据进行比较，若误差超过一定范围时则需要重新计算配送方案，达到真正的JIT配送。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、现有的物料配送模式习惯大批量送料，有的部门一天只进行一次或者两次配送，这样很容易造成现场管理混乱，同时不利于根据当日生产计划的变动实时调整配送方案。运用本发明实时、小批量的配送物料，有利于现场管理并且可以根据生产计划及时调整物料配送方案。

2、现有的被动物料配送模式，以生产拉动物料，处理拉动的方式复杂且响应速度慢，这样很容易造成物料短缺最终影响生产进度。本发明采用主动配送物料，根据生产计划情况，物料部门主动配送物料，即保证生产需求又不造成物料堆压，同时考虑配送成本，达到整体最优。

3、现有的物料配送方法没有考虑现场生产情况异常对物料配送的影响，当生产情况发生改变时很难及时响应。本发明运用MES系统实时监控现场情况，跟踪生产计划信息、记录工位库存情况，通过反馈及时准确的修正配送方案，实现整个制造车间生产体系高校运转，提高配送过程监控能力和配送效率，满足敏捷制造和网络制造的要求。

附图说明

图1为本发明系统总体方案图。

图2为本发明算法结构示意图。

图3为本发明反馈机制流程图。

具体实施方式

参见图1，通过日作业计划得到当日生产所需要的所有零部件信息，利用实时物料配送方法进行计算之后得到日配送结果集，由仓储配送部门按照配送清单及时、小批量的为生产线配送生产所需物料，同时，MES系统实时监控生产线，根据生产实际情况定期判断下一批即将配送的物料是否合理，及时调整配送方案。此外，如果生产计划发生改变，配送方案也随之改变。

参见图2，具体算法结构如下：利用产品BOM模型计算得到当日生产各个工位需要的零部件信息，综合考虑生产线的开始加工时间、生产节拍及每个节拍单位产品在各个工位的零部件消耗情况、工位旁料箱料架的物料存储量及原始物料数量、从仓库到各个工位的物料提前期、车辆的运力情况，经过计算得到一系列的配送清单，达到满足生产要求、工位尽量零库存以及运送成本最低等多重目标，达到整体效益最大化。

参加图3，面向MES的反馈机制如下：MES系统包括计划管理模块、库存管理模块、生产监控模块、报表统计模块等多个模块，本发明应用MES系统实时监控生产线，追踪生产计划执行情况、现场生产情况、以及工位库存情况。运用实时物料配送方法得到的配送结果集中的第一批物料配送方案是可以直接应用的，因为此时的现场状况与输入到算法的参数完全吻合。随着生产的进行，由于不可能完全按照理论情况进行生产，会产生一系列的误差，所以在第二批物料配送之前，利用MES系统比较理论零件消耗量与实际零件消耗量，如果误差在允许的范围之内，仍然按照先前的配送方案进行配送；如果误差在允许的范围之外，则重新计算，得到新的配送方案，按新的配送方案进行配送。其余非第一次的配送批次与第二次类似，都需要经过比较分析之后才可以应用到实际配送中。同时，若生产计划发生改变或者生产现场发生异常时，通过MES系统的相应模块如计划管理模块、设备维护模块等可以触发配送算法，重新计算配送方案指导配送。

具体实施中，

首先，由生产计划得到需要生产的产品种类与数量，再利用产品的制造物料清单(英文简称BOM)得到该产品的零件结构清单，进而计算得出生产这一批产品所需要的零部件情况，包括零部件的种类与数量。例如：生产一个70B3型号的变速箱在OP3030工位需要4个同步弹簧，70B3变速箱在2009年8月30日的日生产计划是100台，则2009年8月30日在OP3030工位需要同步弹簧4*100＝400个供生产该产品使用。

其次，建立数学模型如下：

1、模型参数定义：

实时物料配送模型中需要用到的参数定义如下：

m表示零件的种类，作为下标指数，i＝1、2、3，…，m；

n表示工位的个数，作为下标指数，j＝1，2，3…，n；

s表示物料配送的批次数，作为下标指数，k＝1，2，3…，s；

P_ij表示j工位需要i零件的数量，当j工位不需要i零件时P_ij＝0；

N_ij ^x表示第k批物料中运送至第j工位第i种零件的数量(i＝1，2…，m；j＝1，2，…，n；k＝1，2，…，s)；

T^k表示第k批物料的开始配送时间(k＝1，2，…，s)；

A_T表示物料提前期，即零件从仓储部门送至工位所需时间；

S_T表示装配线开始生产时间；t表示装配线的生产节拍为t；

F_ij表示每个节拍即生产单个产品在j工位需要装配i零件的数量；

D_ij表示j工位单位时间需要装配i零件的数量，且D_ij＝F_ij/t；

μ_i表示i零件转化为标准零件的系数；

S_ij表示j工位最多可以存储i零件的数量；O_ij表示j工位原有i零件的数量；

C表示车间运输设备一次最多可以运送的标准零件数量，且满足：

$C\≥\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{ij}}\·{\mathrm{\μ}}_i,(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,m);$

α表示启用一次运输工具的固定成本；Γ₁表示总运输成本。

2、建立数学模型：

$\min {\mathrm{\Γ}}_1=\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\α}---\left(1\right)$

$s.t.\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{ijk}}=P_{\mathrm{ij}},(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,m;j=\mathrm{1,2}\·\·\·,n)---\left(2\right)$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{ijk}}\·{\mathrm{\μ}}_i)\≤C,(k=\mathrm{1,2},\·\·\·,s)---\left(3\right)$

$T^k\≤S_T+\min \left(\frac{O_{\mathrm{ij}}}{D_{\mathrm{ij}}}\right)-A_T,k=1---\left(4\right)$

$T^k\≤S_T+\min \left(\frac{O_{\mathrm{ij}}+\underset{x=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{N_{\mathrm{ij}}}^x}{D_{\mathrm{ij}}}\right)-A_T,k>1---\left(5\right)$

$(T_{k+1}+A_T-S_T)\·D_{\mathrm{ij}}-O_{\mathrm{ij}}\≤\underset{x=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{ijx}}\≤S_{\mathrm{ij}}+(T_k+A_T-S_T)\·D_{\mathrm{ij}}-O_{\mathrm{ij}}---\left(6\right)$

式(1)表示配送成本最小，这里由于车间面积有限，与行驶距离相关的可变成本在本发明中暂不考虑，仅考虑一次启动运输工具的固定成本；式(2)表示每种零件的总配送量满足生产需求；式(3)表示每一批运送的零件总数不超过运力；式(4)、式(5)分别表示第1批或者第k批物料的配送时间小于或者等于零件消耗最快、最先不能满足生产的工位的要料时间；式(6)表示前k批物料到达之后需要满足第k+1批物料到达之前的生产需求，同时，当第k批物料到达时，总物料数量应小于最大库存。

再次，数学模型求解过程如下：

运用计算机中现有的数学软件工具，如matlab等求解步骤(2)建立的数学模型，得到配送结果集，包括T^k，N_ij ^x(k＝1，2，3…，s)，即运送至每个工位的每一批物料的配送数量和配送时间，例如：在09年8月25日生产中，建议7:50开始运送100个输出二档齿零件至工位编号为OP3050的工位供生产使用。

Claims (3)

1.一种机械产品装配过程实时物料配送方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

(1)由车间日生产计划获知当天需要生产l种产品以及每种产品需要生产的数量N_l，根据每种产品的制造物料清单计算当天生产所需要的m种零部件以及每种零部件在每个工位的需求数量P_ij；

(2)在装配生产线开始生产之前，根据装配生产线的开始生产时间、生产节拍、运输装配生产线下线产品的车辆运力状况、装配生产线上各个工位的提前期、各个工位对于每种产品对应的零部件的需求数量以及需求时间，建立数学模型如下：

$\min {\mathrm{\Γ}}_1=\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\α}---\left(1\right)$

$s.t.\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{ijk}}=P_{\mathrm{ij}},(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,m;j=\mathrm{1,2}\·\·\·,n)---\left(2\right)$

$\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{ijk}}\·{\mathrm{\μ}}_i)\≤C,(k=\mathrm{1,2},\·\·\·,s)---\left(3\right)$

$T^k\≤S_T+\min \left(\frac{O_{\mathrm{ij}}}{D_{\mathrm{ij}}}\right)-A_T,k=1---\left(4\right)$

$T^k\≤S_T+\min \left(\frac{O_{\mathrm{ij}}+\underset{x=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{N_{\mathrm{ij}}}^x}{D_{\mathrm{ij}}}\right)-A_T,k>1---\left(5\right)$

$(T_{k+1}+A_T-S_T)\·D_{\mathrm{ij}}-O_{\mathrm{ij}}\≤\underset{x=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\mathrm{ijx}}\≤S_{\mathrm{ij}}+(T_k+A_T-S_T)\·D_{\mathrm{ij}}-O_{\mathrm{ij}}---\left(6\right)$

其中：

m为零部件的种类，作为下标指数，i＝1、2、3，…，m；

n为工位的个数，作为下标指数，j＝1，2，3…，n；

s为物料配送的批次数，作为下标指数，k＝1，2，3…，s；

P_ij为j工位需要i零部件的数量，当j工位不需要i零部件时P_ij＝0；

N_ij ^x为第k批物料中运送至第j工位第i种零部件的数量，并有：

i＝1，2…，m；j＝1，2，…，n；k＝1，2，…，s；

T^k为第k批物料的开始配送时间k＝1，2，…，s；

A_T为物料提前期，即零件从仓储部门送至工位所需时间；

S_T为装配线开始生产时间；T表示装配线的生产节拍为t；

F_ij表示每个节拍即生产单个产品在j工位需要装配i零部件的数量；

D_ij表示j工位单位时间需要装配i零部件的数量，且D_ij＝F_ij/t；

μ_i表示i零部件转化为标准零部件的系数；S_ij表示j工位最多可以存储i零部件的数量；

O_ij表示j工位原有i零部件的数量；

C表示车间运输设备一次最多可以运送的标准零部件数量，且满足：

$C\≥\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{\mathrm{ij}}\·{\mathrm{\μ}}_i,(i=\mathrm{1,2},\·\·\·,m);$

α表示启用一次运输工具的固定成本；Γ₁表示总运输成本；

(3)求解步骤(2)建立的数学模型得到配送结果集，所述配送结果集是指每一批物料包含的每种产品所需零部件的合理配送数量、所述零部件配送至装配生产线上设定工位、所述零部件配送至对应工位的配送时间；

(4)运用制造执行系统MES监控生产现场及日生产计划的执行状况，反馈调节配送结果，以调整配送结果集得到最新的配送方案。

2.根据权利要求1所述的机械产品装配过程实时物料配送方法，其特征在于：所述步骤(2)建立的数学模型是以整体配送次数最少为优化目标，以满足装配生产线的生产且工位旁不堆积物料为必要条件进行建模。

3.根据权利要求1所述的机械产品装配过程实时物料配送方法，其特征在于：所述步骤(4)中反馈调节配送结果的过程包括两部分：首先通过求解模型得到的配送结果集中，第一批零部件的配送结果直接用于指导物料的配送，第二批及以后的配送结果需要结合所述制造执行系统MES中记录的当前工位旁零部件库存数量，判断零部件实际消耗数量与理论消耗数量的差值是否在误差范围之内，进而判断是否需要修改配送方案；其次，运用制造执行系统MES实时监控生产计划情况与生产现场情况，当生产计划异常、物料异常和生产异常时，及时修正配送方案；所述生产计划异常指日生产计划需要生产的产品种类、数量增加或减少；所述物料异常指下线的产品入库或者出库的种类、数量异常；所述生产异常指装配生产线上的加工设备异常、下线的产品及产品品质异常、装配生产线上的生产人员异常和装配生产线使用的能源异常。

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