CN101963810A - 一种分批流水生产压件数量分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述一种分批流水生产压件数量分析方法，属于现代制造集成技术及自动化领域。对于流水生产中的待处理零件，获取该零件的最相邻的下两道工序及其加工设备集合，根据加工设备集合中各设备当前的生产状态，取得其中前一道工序的最晚的计划开始时间以及后一道工序的最早的计划开始时间，为保证不出现生产间断，前道工序的压件数量应满足后一道工序的需要，得到流水工序ps_s，r需要压件的数量。本发明可用于指导流水生产过程中工序间的缓冲程度，从而保证流水工序不会出现生产间断或积压的现象，保证流水节拍机制，实现合理的流水调度问题，从而可进一步满足车间其他作业模式的需要。

Description

一种分批流水生产压件数量分析方法

发明领域

本发明涉及一种流水生产压件数量分析方法，属于现代制造集成技术及自动化领域。

背景技术

随着当前企业生产模式逐步转化为多品种变批量的形式，由此产生了研制性产品与批产性产品共用资源的现象，从而导致了批产性产品生产所追求的效率与研制性产品生产所追求的柔性之间的矛盾问题。为了有效的化解此矛盾，可以采取流水与离散式生产混线生产的模式，由此便产生了面向流水离散混合模式的车间作业调度。

所谓流水离散混合模式的作业调度主要体现为单元内流水作业与单元外离散作业的混合，同时单元内流水生产的空闲时间也被用于离散工序的生产。从而达到以具有批量生产和加工质量一致性要求的产品在单元内形成流水式生产的形式解决效率问题，以普通零件在单元内外展开离散式生产的形式解决柔性问题的目的。这里所述的单元即为生产中的加工单元，是以一定目标或规则为基础建立的若干设备的集合，将生产车间中的设备划分为设备单元有利于提高生产效率，是车间中普遍采用的形式。

当前企业中由于普遍存在的混合生产模式，从而使车间调度面临着新的问题：混线生产、工序并行加工等现象，使得车间内设备与设备之间、设备与零件之间的关系复杂，使计划制定人员很难在规定的时间内生成合理的作业计划，同时传统的生产调度中单一生产模式的假设与混线生产的实际情况不相符，无法适应面向多品种变批量生产的要求。并行设备加工虽然在传统调度中有所涉及，却没有考虑流水加工的节拍保障机制。因此需要建立一种新型的分批流水生产压件数量分析方法，可利用其指导混线生产中的流水调度计划制定，保证调度计划的可用性。

随着对生产调度问题研究的深入，已经出现了很多针对车间生产的调度软件。然而传统调度软件在流水排产问题上面对生产企业作业习惯、加工工时不确定等问题时，存在以下不足：

(1)调度算法较多存在于理论层面，在与车间生产实际结合上存在问题，很难直接指导车间生产，并难于适应复杂的制造环境；

(2)调度软件主要针对单一的离散生产环境，对于流水混合模式下的生产调度涉及较少。同时对于流水过程中存在的瓶颈工序并行生产问题，没有与流水加工节拍较好的集成。

发明内容

本发明的目的是提供一种分批流水生产压件数量分析方法，该方法可用于指导流水生产过程中，工序间的缓冲程度，从而保证流水工序不会出现生产间断或积压的现象，实现合理的流水调度问题，从而可进一步满足车间其他作业模式的需要。

为了实现这一功能，通过分析流水调度的特点，并结合生产调度过程中的生产约束，提出了保证流水节拍机制的压件计算方法。由此可以达到充分利用生产资源的目标。

一种分批流水生产压件数量分析方法，包括如下步骤：

过程(1)：对于流水生产中的待处理零件pp_r(其中pp_r表示一个具体加工零件，下标r∈(1，2，…，n)是该零件的唯一标识)，获取该零件的最相邻的下两道工序ps_s，r和ps_s+1，r，下标s∈(1，2，…，n)是工序在加工零件r内的唯一标识；并且获取加工这两道工序的加工设备集合(n_s，n_s′，…，n_s′″)和(n_s+1，n_s+1′，…，n_s+1′″)，其中n_s表示可加工工序s的设备，下标s表示工序标识。且这两个加工设备集合内的设备数量分别为：Size(n_s，n_s′，…，n_s′″)＝SN_s和Size(n_s+1，n_s+1′，…，n_s+1′″)＝SN_s+1，Size(·)表示取集合中元素的数量，SN_s表示加工工序s的设备的总数；

过程(2)：根据加工设备集合中各设备当前的生产状态，取得工序ps_s，r在其加工设备集合(n_s，n_s′，…，n_s′″)中各设备上开始加工此工序的最晚的计划开始时间下标l_s代表工序位于设备n_s上的第s个，即该设备上已经安排了s-1个工序。并且还要取得工序ps_s+1，r在加工设备集合(n_s+1′，n_s+1″，…，n_s+1′″)中各设备上开始加工此工序的最早的计划开始时间

过程(3)：按照公式5b和5b获得工序ps_s+1，r的开始时间

${\mathrm{PB}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}{|}_{\frac{{\mathrm{SN}}_{s+1}}{{\mathrm{SN}}_s}\×{\mathrm{TS}}_{s,r,n}>{\mathrm{TS}}_{s+1,r,n_{s+1}}}$

${\mathrm{PB}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}{|}_{\frac{{\mathrm{SN}}_{s+1}}{{\mathrm{SN}}_s}\&times;{\mathrm{TS}}_{s,r,n}<{\mathrm{TS}}_{s+1,r,n_{s+1}}}$

其中，表示向上取整操作；

NP_s，r：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r的计划加工数量；

TS_s，r，n：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r在加工设备n_s上的单件加工时间，可通过读取调度基础信息获得；

TA_s，r，n：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r在加工设备n_s上的生产准备时间，可通过读取调度基础信息获得；

过程(4)：为保证工序ps_s+1，r不出现生产间断，前道工序ps_s，r的压件数量应满足工序ps_s+1，r的需要，即根据公式6a或者公式6b得到流水工序ps_s，r需要压件的数量：

(6a)

(6b)

根据上述过程(1)-(4)，可对流水线上除最后一道工序外的所有工序进行压件数量分析计算，从而可以建立整个车间流水生产工序的调度计划，指导车间生产。

对比现有技术，本发明的有益效果在于，流水生产普遍存在于生产企业中，为了保证流水节拍机制，本发明提出的一种分批流水生产压件数量分析方法，其主要针对下两道相邻工序间的缓冲压件生产数量，即为了保证其中后一道工序生产不会出现间断，同时前一道工序也不会因为压件过多造成而无法达到流水的效果，必须通过计算得到合理的压件数量。同时在流水生产中，进一步考虑此工序进行分批生产，由此便要根据流水生产的前后工序的分批个数分析需要压件的零件数量，提高该方法的可用性。可用于指导流水生产过程中，工序间的缓冲程度，从而保证流水工序不会出现生产间断或积压的现象，保证流水节拍机制，实现合理的流水调度问题，从而可进一步满足车间其他作业模式的需要。

附图说明

图1为应用本发明所述的分批流水生产压件数量分析方法的有益效果图；

图2为本发明的流水压件的分析计算实例图；

图3为本发明的违反压件生产数量造成的问题图；

图4为本发明的混线生产流水调度算法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容进行解释。一种分批流水生产压件数量分析方法，包括如下步骤：

过程(1)：对于流水生产中的待处理零件pp_r(其中pp_r表示一个具体加工零件，下标r∈(1，2，…，n)是该零件的唯一标识)，获取该零件的最相邻的下两道工序ps_s，r和ps_s+1，r，下标s∈(1，2，…，n)是工序在加工零件r内的唯一标识，下标r∈(1，2，…，n)与加工零件pp_r中的元素发生关联。并且由于分批工序的存在，即一道工序可能被分配到多台设备上生产，因此要提前得到加工这两道工序的加工设备集合(n_s，n_s′，…，n_s′″)和(n_s+1，n_s+1′，…，n_s+1′″)，其中n_s表示可加工工序s的设备，下标s表示工序标识。且这两个加工设备集合内的设备数量分别表示为：Size(n_s，n_s′，…，n_s′″)＝SN_s和Size(n_s+1，n_s+1′，…，n_s+1′″)＝SN_s+1，Size(·)表示取集合中元素的数量，SN_s表示加工工序s的设备的总数；

过程(2)：根据加工设备集合中各设备当前的生产状态，取得工序ps_s，r在其加工设备集合(n_s，n_s′，…，n_s′″)中各设备上开始加工此工序的最晚的计划开始时间

，其中PB_s，r，n表示工序ps_s，r在加工设备的n_s上的计划开始时间，下标l_s代表工序位于设备n_s上的第s个，即该设备上已经安排了s-1个工序。并且还要取得工序ps_s+1，r在加工设备集合(n_s+1′，n_s+1″，…，n_s+1′″)中各设备上开始加工此工序的最早的计划开始时间

与

需要满足的关系可表示为公式1和2：

${\mathrm{PB}}_{s,r,n_s,l_s}=\underset{n_s\&Element;(n_s,{n_s}^{\&prime;},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,{n_s}^{\&prime;\&prime;\&prime;})}{\max }\left({\mathrm{PB}}_{s,r,n_s,l_s}\right)---\left(1\right)$

${\stackrel{\_}{\mathrm{PB}}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}=\underset{n_{s+1}\&Element;(n_{s+1},{n_{s+1}}^{\&prime;},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,{n_{s+1}}^{\&prime;\&prime;\&prime;})}{\min }\left({\stackrel{\_}{\mathrm{PB}}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}\right)---\left(2\right)$

必须小于或者等于

，其中

表示工序ps_s+1，r的开始时间，是要考虑生产约束的生产时间，而

只是考虑设备上计划开始时间，没有考虑生产约束。所述生产约束包括后一道工序的开始时间必须在前一道工序完成后才能开始。

此外，和

之间的关系如公式3所示：

TS_s，r，n：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r在加工设备n_s上的单件加工时间，可通过读取调度基础信息获得；

TA_s，r，n：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r在加工设备n_s上的生产准备时间，可通过读取调度基础信息获得；

j：表示零件pp_r加工到第几个；

这是由于

是工序ps_s，r在其加工设备集合(n_s，n_s′，…，n_s′″)中各设备上开始加工此工序的最晚的计划开始时间，因此要取得到时间的最大值，而

要是加工设备集合中所有设备满足的计划开始时间最早的，因此要取所有时间中的最小值，公式3是由于工序ps_s+1，r在单台设备上要完成加工第j个零件时，工序ps_s，r在单台设备上至少要开始加工第j+1个零件，才能保证后一道工序不会出现间断，同时要考虑分批的影响，因此要乘以SN_s+1与SN_s的比值，举例：如前道工序只在一台设备上生产，而后一道工序要在2台设备上生产，要保证后一道工序在两台设备上都不出现间断，后一道工序在2台设备上生产第1件时，前一道工序至少要生产两件，即

件，因此如公式3中所示，后一道工序在加工设备上的开始时间，加上前j件的加工时间，再加上此道工序的生产准备时间，必须要大于等于前一道工序的最晚的计划开始时间，加上

个零件的加工时间和生产准备时间，式中

表示向上取整操作，

从而最终推导出上公式1、2和3；

过程(3)：根据过程(2)中需要保证的公式(3)，可以得到以下公式4，

设：

则

可见

对于变量j为单调函数，当时为单调递增函数，因此随着j的增大，

也增大，由于要得到满足约束的最早的开始时间，从而取j＝0便可得到此函数的最值，即可得到的工序ps_s+1，r的开始时间

，如公式5a所示。当

时为单调递减函数，因此随着j的增大，

不断减小，从而在j取最大值时，开始时间取得最小值，故令j取可加工的最大加工数量，即整个零件的计划加工数量NP_s，r，如公式5b所示。

${\mathrm{PB}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}{|}_{\frac{{\mathrm{SN}}_{s+1}}{{\mathrm{SN}}_s}\&times;{\mathrm{TS}}_{s,r,n}>{\mathrm{TS}}_{s+1,r,n_{s+1}}}$

${\mathrm{PB}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}{|}_{\frac{{\mathrm{SN}}_{s+1}}{{\mathrm{SN}}_s}\&times;{\mathrm{TS}}_{s,r,n}<{\mathrm{TS}}_{s+1,r,n_{s+1}}}$

NP_s，r：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r的计划加工数量；

TS_s，r，n：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r在加工设备n_s上的单件加工时间，可通过读取调度基础信息获得；

TS_s，r，n：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r在加工设备n_s上的生产准备时间，可通过读取调度基础信息获得；

过程(4)：为保证工序ps_s+1，r不出现生产间断，前道工序ps_s，r的压件数量应满足工序ps_s+1，r的需要，即根据公式6a或者公式6b得到流水工序ps_s，r需要压件的数量：

(6a)

(6b)

通过本技术方案所述的分批流水生产压件数量分析方法的应用实施例可以看到如图1所示的有益效果。从图1中可以看出没有进行压件分析可能导致流水生产过程中出现间断或流水效果不明显的问题，而使用本方法后，可以得到较优化的结果。

以下结合技术方案实施例和附图说明对本发明的具体实施方式进行解释。结合图2成对于流水压件的分析计算。

一个轴类零件a包含2道工序，共生产10件，第1道工序为铣，单件加工时间为3小时，生产准备时间为1小时，被安排到2台设备上生产，如图中所示为A、B两台设备。第2道工序为车，单件加工时间为2小时，生产准备时间为2小时，在2台设备上生产，两台设备分别为C、D。现对第1道工序的压件数量分析计算如下：

过程(1)：第1道工序的加工设备集合中所含设备数量为2，即SN₁＝2，第2道工序的加工设备集合中所含设备数量为2，即SN₂＝2；

过程(2)：有图可以看出工序1在设备A、B上的两个工序的最晚结束时间为12，因此PB_{1，a，A，2}＝17，此处下标表示a零件的第1道工序，位于设备A上的第2个位置。同时通过比较可得到设备C、D上工序2如果要进行生产的最早开始时间为6，因此

过程(3)：根据公式5所示，分别计算两个开始时间

${\mathrm{PB}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}{|}_{\frac{{\mathrm{SN}}_{s+1}}{{\mathrm{SN}}_s}\&times;{\mathrm{TS}}_{s,r,n}>{\mathrm{TS}}_{s+1,r,n_{s+1}}}$

${\mathrm{PB}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}{|}_{\frac{{\mathrm{SN}}_{s+1}}{{\mathrm{SN}}_s}\&times;{\mathrm{TS}}_{s,r,n}<{\mathrm{TS}}_{s+1,r,n_{s+1}}}$

其中第一道工序的开始时间PB_{1，a，A，2}＝17，加工设备集合分别为SN₁＝2，SN₂＝2，单件生产时间TS_1，a，B＝TS_1，a，B＝3，TS_2，a，C＝TS_2，a，D＝2，计划加工数量NP_1，a＝NP_2，a＝10，生产准备时间TS_1，a，A＝TA_1，a，B＝1，TA_2，a，C＝TA_2，a，D＝2，将这些一直数据带入公式5可得到：

根据公式(5a)计算的结果：

根据公式(5b)计算的结果：

过程(4)：根据公式6a得到流水工序1需要压件的数量：

所以

由此得到压件生产数量，因此在图中也可看出工序2的开始生产时间。由此很好的体现了流水加工的特点。如果不然，例如增加压件数量，则会增加设备上出现空闲时间段，但如果减少压件数量，则会造成工序2在生产过程中出现间断，例如图3所示。

此外，本发明还可用于混线生产模式下的自动调度过程中的混线生产流水调度方法，在基于车间现有生产模式的分析的基础上，建立以流水生产为核心流水离散混合生产的机制，通过合理的计算缓冲生产数量和离散工序插入生产，保证调度方案和生产现场的一致性，下面简要介绍运行过程中与本发明有关的实施方式。

自动生产调度过程不需要操作者对调度过程进行任何的操作，由计算机根据制造资源、生产计划信息和当前设备的生产队列等信息，在调度规则、调度约束和混线调度节拍保障机制的支持下，完成作业计划的排产。

首先，从调度基础信息数据中读取生产计划信息，而后判断生产计划内是否含有关重件，此处所说的关重件即为关键和重要零件，是需要进行流水式生产的零件。如果含有关重件，则首先采用混线生产流水调度算法完成对关重件的调度，随后采用混线生产离散调度算法完成非关重件的调度，最后生成作业计划。可调度工序集是两种调度算法中都使用的一个概念，可调度工序集即指所有没有零件内前驱工序或者零件内前驱供需已经调度的工序的集合。只有属于可调度工序集的工序才是可以进行调度操作的。混线生产流水调度算法的流程如图4所示。

混线生产流水调度方法包括如下步骤：

步骤(1)：从调度基础信息处获取采用流水方式生产的零件和制造单元的设备信息；

步骤(2)：从可调度工序集合中筛选出一个待调度工序，如果可调度工序集合为空则转至步骤(7)；

步骤(3)：根据初始化数据读取该调度工序所需要的加工设备数量，利用以优先级筛选规则为首要规则的设备选择规则从所有可选设备中选取规定数量的加工设备，此处的设备选择规则是在由发明人开发的调度软件中总结出来的，适应离散和流水调度过程，其主要原则是保证设备的利用率，保证各个设备的生产任务平衡，例如一道工序的可选设备为3台，其中两台分别安排了5小时和6小时的生产任务，而第三台设备只有1小时的生产任务，则应优先将该工序安排到第三台设备上；

步骤(5)：通过本技术方案中提出的分批流水生产压件数量分析方法得到的下一道工序所需的流水生产压件数量，接着计算工序的最早可开始时间，结合加工工时计算工序的计划生产结束时间；

步骤(6)：转至步骤2；

步骤(7)：调度结束。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种分批流水生产压件数量分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

过程(1)：对于流水生产中的待处理零件pp_r，获取该零件的最相邻的下两道工序ps_s，r和ps_s+1，r，其中下标r是该零件的唯一标识，下标s是工序在加工零件r内的唯一标识；进一步地，

获取加工这两道工序的加工设备集合(n_s，n_s′，…，n_s′″)和(n_s+1，n_s+1′，…，n_s+1′″)，其中n_s表示可加工工序s的设备；进一步地，

获得这两个加工设备集合内的设备数量分别为：Size(n_s，n_s′，…，n_s′″)＝SN_s和Size(n_s+1，n_s+1′，…，n_s+1′″)＝SN_s+1，其中Size(·)表示取集合中元素的数量，SN_s表示加工工序s的设备的总数；

过程(2)：根据加工设备集合中各设备当前的生产状态，取得工序ps_s，r在其加工设备集合(n_s，n_s′，…，n_s′″)中各设备上开始加工此工序的最晚的计划开始时间

，下标l_s代表工序位于设备n_s上的第s个，即该设备上已经安排了s-1个工序；

并且还要取得工序ps_s+1，r在加工设备集合(n_s+1′，n_s+1″，…，n_s+1′″)中各设备上开始加工此工序的最早的计划开始时间

过程(3)：按照公式(5b)和(5b)获得工序ps_s+1，r的开始时间

${\mathrm{PB}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}{|}_{\frac{{\mathrm{SN}}_{s+1}}{{\mathrm{SN}}_s}\&times;{\mathrm{TS}}_{s,r,n}>{\mathrm{TS}}_{s+1,r,n_{s+1}}}$

${\mathrm{PB}}_{s+1,r,n_{s+1},l_{s+1}}{|}_{\frac{{\mathrm{SN}}_{s+1}}{{\mathrm{SN}}_s}\&times;{\mathrm{TS}}_{s,r,n}<{\mathrm{TS}}_{s+1,r,n_{s+1}}}$

   其中，

表示向上取整操作；

NP_s，r：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r的计划加工数量；

TS_s，r，n：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r在加工设备n_s上的单件加工时间，可通过读取调度基础信息获得；

TA_s，r，n：表示零件pp_r所含的工序ps_s，r在加工设备n_s上的生产准备时间，可通过读取调度基础信息获得；

过程(4)：为保证工序ps_s+1，r不出现生产间断，前道工序ps_s，r的压件数量应满足工序ps_s+1，r的需要，即根据公式(6a)或者公式(6b)得到流水工序ps_s，r需要压件的数量：

(6a)

(6b)。

2.根据权利要求1所述一种分批流水生产压件数量分析方法，其特征在于：TS_s，r，n和TA_s，r，n可通过读取调度基础信息获得。

3.根据权利要求1或2所述一种分批流水生产压件数量分析方法，其特征在于：根据所述过程(1)-(4)，对流水线上除最后一道工序外的所有工序进行压件数量分析，从而建立整个车间流水生产工序的调度计划。

4.一种混线生产流水调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：从调度基础信息处获取采用流水方式生产的零件和制造单元的设备信息；

步骤(2)：从可调度工序集合中筛选出一个待调度工序，如果可调度工序集合为空则转至步骤(7)；

步骤(3)：根据初始化数据读取该调度工序所需要的加工设备数量，利用以优先级筛选规则为首要规则的设备选择规则从所有可选设备中选取规定数量的加工设备，此处的设备选择规则包括保证设备的利用率，保证各个设备的生产任务平衡；

步骤(5)：利用权利要求1中所述一种分批流水生产压件数量分析方法得到的下一道工序所需的流水生产压件数量，接着计算工序的最早可开始时间，结合加工工时计算工序的计划生产结束时间；

步骤(6)：转至步骤(2)；

步骤(7)：调度结束。

Images