CN107016449B - 一种基于跨企业动态计划排程的智能制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于跨企业动态计划排程的智能制造方法,该方法的步骤包括基于公共平台登记企业制造资源和能力并获取状态信息S1、基于公共平台共享的制造资源和能力状态信息进行计划排程S2、约束未能满足时通过提高协作配套企业制造资源和能力的负荷,或者在公共平台上扩大协作配套企业的范围实现柔性S3和跨企业任务调度,过程监控及扰动事件处理S4。本发明利用公共平台的边界开放特性联合开展跨企业的动态计划排程,通过多轮迭代不断扩大制造资源和能力的负荷和选择范围,从而实现按需组织社会化制造资源和能力进行最优化配置和柔性化重组,从而在互联工厂/企业层面实现智能制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能制造方法,特别是涉及一种基于跨企业动态计划排程的智能制造方法。
背景技术
当前,全球制造业正在从相对稳定、大规模制造到以顾客为中心、个性化制造转变,对产品制造的时间、质量、成本、服务、环境等要求越来越苛刻。这是由于以互联网技术为代表的新兴信息技术正在给传统制造业带来巨大冲击;以数字化、智能化为手段、以个性化(定制化)、服务化、社会化为特征的新一轮工业革命正在到来。为了应对挑战,抢占竞争优势,世界各国纷纷出台先进制造计划,如“德国工业4.0”、“中国制造2025”等。其本质都是通过新兴信息技术与工业深度融合,大力发展智能制造,抢占新一轮产业竞争的制高点。
智能制造已经成为当前的研究热点,但是目前智能制造的相关工作更多集中于工业机器人等智能装备层面、基于CPS的智能车间等智能制造单元层面,对涵盖价值链、产业联盟层面的智能制造还缺乏有效的方法。价值链、产业联盟层面智能制造的价值是:通过对相关企业制造资源和能力的有效接入和集成,实现制造资源和能力的共享和协同,支持最优化配置和柔性化重组,以盘活存量制造资源和能力,促进制造资源和能力的效能提升,进而敏捷、高效、优质、低耗地制造产品和服务用户,提高制造企业(或集团)的市场竞争能力。
目前已知的相关工作还不能充分支撑价值链、产业联盟层面的智能制造。ERP、MES等产品和技术更多只是集中于单个制造企业(集团)内部,无法支撑企业(集团)突破自身资源条件的限制,根据需要动态组织社会化制造资源和能力为己所用。相比之下,供应链管理方面有一些值得借鉴的工作成果,如面向电子商务的供应链计划管理,分布(全球)的多工厂生产计划调度,集成工艺规划和生产车间调度等。但存在的问题是:一方面,采用分而治之的方式将计划调度按照不同业务过程、时间区间进行分解,底层的资源状态不能及时反馈并影响上层的计划排程;另一方面,价值链没有按需灵活贯通,计划排程没有同时兼顾价值链节点的优选,以及信息流、物流、资金流的集成优化。总之,由于缺跨企业充分的集成与协同,敏捷程度、柔性化水平都不高,离智能制造仍有差距。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于跨企业动态计划排程的智能制造方法,以解决设备设施、生产工艺或者产品的加工生产能力等不同粒度制造资源和能力,基于在公共平台登记并共享制造资源和能力的状态信息,联合开展跨企业的动态计划排程,并利用公共平台的边界开放特性,通过多轮迭代不断扩大制造资源和能力的负荷和选择范围,实现按需组织社会化制造资源和能力进行最优化配置和柔性化重组的问题。
为解决上述技术问题,本发明采用下述技术方案:
一种基于跨企业动态计划排程的智能制造方法,该方法的步骤包括
S1、公共平台对注册企业的制造资源和能力进行登记,并获取企业制造资源和能力的底层状态信息;所述注册企业包括任务提出方和任务承接方;
S2、任务提出方基于公共平台共享的企业制造资源和能力的状态信息,在选定的协作配套企业范围之内进行联合计划排程;
S3、任务提出方根据计划排程判断现有的约束是否能够满足,若能,则直接执行计划排程结果;若不能,则通过提高协作配套企业制造资源和能力的负荷,或者在公共平台上扩大协作配套企业的范围,重新进行计划排程实现柔性制造;
S4、根据计划排程的运行结果,进行跨企业任务调度和过程监控,对出现的扰动事件进行及时的处理。
优选的,所述步骤S1中企业制造资源和能力的粒度包括设备设施、生产工艺或者产品的加工生产能力。
优选的,所述步骤S1采用对企业资源计划系统ERP或制造执行系统MES的集成或直接对制造资源和能力进行接入集成,获取制造资源和能力的底层状态信息。
优选的,所述步骤S2包括:
S21、任务提出方经公共平台授权,获取主要的协作配套企业在公共平台登记的制造资源和能力的状态信息;
S22、通过计划排程对制造过程各个环节的任务承接方及其制造资源和能力进行择优选取,同时,对制造全过程的信息流、物流和资金流进行综合优化。
优选的,所述步骤S3中支持集团企业或者大型龙头企业优先将任务安排在本企业内部或者核心供应商内部,如果不能满足需求再逐步扩大协作配套范围来完成任务分配。
优选的,所述步骤S4中在计划排程结果范围内的任务承接方的内部细粒度的计划排程不受干预。
本发明的有益效果如下:
本发明所述技术方案基于设备设施、生产工艺或者产品的加工生产能力等不同粒度制造资源和能力的服务化,通过在公共平台登记并共享制造资源和能力的状态信息,联合开展跨企业的动态计划排程,支持集团企业或者大型龙头企业首先将任务尽量安排在本企业内部或者核心供应商内部,如果不能满足需求再逐步扩大协作配套范围来完成任务分配,从而实现按需组织社会化制造资源和能力进行最优化配置和柔性化重组。在面对大规模个性化定制时,能够协助企业(集团)突破自身资源能力的限制,将合适且闲置的社会化制造资源和能力为己所用,并能够通过智能优化将精益制造从内部延伸到整个价值链和产业联盟,保证交期、成本等多重目标。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明;
图1示出一种基于跨企业动态计划排程的智能制造方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
本发明公开了面向个性化定制的制造业发展趋势,在价值链、产业联盟层面的基于跨企业动态计划排程的智能制造方法,该方法针对设备设施、生产工艺或者产品的加工生产能力等不同粒度制造资源和能力,基于在公共平台登记并共享制造资源和能力的状态信息,联合开展跨企业的动态计划排程,利用公共平台的边界开放特性,通过多轮迭代不断扩大制造资源和能力的负荷和选择范围,在满足约束前提下既实现优选制造过程各个环节的任务承接方及其制造资源和能力,同时实现对制造全过程的信息流、物流、资金流的综合优化,进而敏捷、高效、优质、低耗地制造产品和服务用户,提高制造企业(集团)的市场竞争能力。
本发明所述一种基于跨企业动态计划排程的智能制造方法的具体步骤包括:
第一步公共平台对注册企业(包括任务提出方和任务承接方)的制造资源和能力进行登记,并获取企业制造资源和能力的底层状态信息。
公共平台对注册企业(包括任务提出方和任务承接方)的制造资源和能力进行登记,基于对ERP、MES等现有信息系统的集成或直接对制造资源和能力进行接入集成,获取企业制造资源和能力的底层状态信息。该底层状态信息包括物料、产品的库存信息和加工中心任务、负荷情况。加工中心可以是一条生产线、一组同工种工人或同类设备,通常用生产线的产量或者工人或设备的工(台)时进行度量。加工中心空闲能力的计算需要扣除已经分配出去的能力,设备维护或安排工人加班等都会影响加工中心的空闲能力,需要通过底层状态信息的收集实时获取。
第二步任务提出方基于公共平台共享的企业制造资源和能力的状态信息,在选定的协作配套企业范围之内进行联合计划排程。
任务提出方首先在公共平台输入任务信息,并根据授权获取主要的协作配套企业在公共平台登记的制造资源和能力的底层状态信息,,并基于获取到的状态信息进行计划排程。计划排程的输出是为相关企业分配任务的数量,指示加工生产的开始时间、结束时间以及送达时间。通过计划排程既是优选制造过程各个环节的任务承接方及其制造资源和能力,也是对制造全过程的信息流、物流、资金流综合优化。
第三步任务提出方根据计划排程判断现有的约束是否能够满足,若能,则直接执行计划排程结果;若不能,则通过提高协作配套企业制造资源和能力的负荷,或者在公共平台上扩大协作配套企业的范围,重新进行计划排程实现柔性制造。
计划排程的范围是动态的:如果约束条件不能满足,可以要求协作配套企业延长工作时间,通过提高相关制造资源和能力的负荷实现柔性;约束条件仍然不能满足,则在公共平台扩大协作配套企业的范围,根据更多协作配套企业制造资源和能力的状态信息进行计划排程从而实现柔性。支持集团企业或者大型龙头企业首先将任务尽量安排在本企业内部或者核心供应商内部,如果不能满足需求再逐步扩大协作配套范围来完成任务分配。
第四步根据计划排程的运行结果,进行跨企业任务调度和过程监控,对出现的扰动事件进行及时的处理。
根据计划排程的结果,将部件级的主生产计划下发给主要协作配套企业的ERP,将零件级任务下发给各企业加工中心的MES,或下发给直接接入公共平台的关键设备资源。在计划排程结果范围内的企业内部细粒度的计划排程(如工序的排程)将不会被干预。但是,任务的开始和结束信息将被收集,任务是否在规定的时间节点开始和完成将会被监控。被监控的扰动事件还包括,任务是否在企业进行内部细粒度的计划排程时被移动出规定的开始和结束范围;加工中心的能力是否由于设备故障等原因发生变化等等。扰动事件处理的步骤包括,评估扰动事件的影响,优先进行局部调整避免扰动事件影响的传播,不能满足再在全局范围内进行插入寻优,仍不能满足再进行重排。
下面通过一组实施例对本发明做进一步说明:
本实例以现有信息系统为例,结合上述方法对本发明所述方案做进一步描述。
本发明所述基于跨企业动态计划排程的智能制造方法的步骤包括:
第一步公共平台对注册企业(包括任务提出方和任务承接方)的制造资源和能力进行登记,并获取企业制造资源和能力的底层状态信息。
公共平台对注册企业(包括任务提出方和任务承接方)的制造资源和能力进行登记,并对ERP、MES等现有信息系统进行集成。对于没有ERP、MES的企业,直接对关键的制造资源和能力进行接入集成,并产生制造资源和能力的底层状态信息;该底层状态信息包括物料、产品的库存信息和加工中心任务、负荷情况等。物料、产品的库存信息结构包括所属企业,最大容量,物料或产品的编码、最小批量、单位成本以及库存数量(现存量、现存可用量,……)。加工中心的信息结构包括所属企业,单位成本,可承接任务的关键工艺、材料、技术指标,表征任务、负荷情况的资源日历(时间段1、总能力、剩余能力,……)。
第二步任务提出方基于公共平台共享的企业制造资源和能力的状态信息,在选定的协作配套企业范围之内进行联合计划排程。
任务提出方对主生产计划进行WBS分解,再同步生产相关任务到公共平台进行发布。发布任务的信息结构包括加工对象,加工数量,关键工艺、材料、技术指标要求,紧前任务,任务的物料需求,任务的交付时间,任务的延期成本。任务提出方经公共平台授权,上下游制造资源和能力的状态信息。信息结构包括任务承接方可承担的最小批量,最大批量,拟用资源(加工中心1,……),允许开始时间、允许结束时间,可用资源量估计(加工中心1、估计工时,……)。计划排程的输出是为相关企业分配任务的数量,指示加工生产的开始时间、结束时间以及送达时间。计划排程采用智能优化算法,在以集团企业或者大型龙头企业为中心的上下游多个企业间,对制造资源和能力的性能最好、生产成本最低/利润最高、生产过程周转率最快等多目标进行综合寻优。
第三步任务提出方根据计划排程判断现有的约束是否能够满足,若能,则直接执行计划排程结果;若不能,则通过提高协作配套企业制造资源和能力的负荷,或者在公共平台上扩大协作配套企业的范围,重新进行计划排程实现柔性制造。
计划排程的范围是动态的:如果约束条件不能满足,可以要求协作配套企业延长工作时间,通过提高相关制造资源和能力的负荷实现柔性;约束条件仍然不能满足,则在公共平台扩大协作配套企业的范围,根据更多协作配套企业制造资源和能力的状态信息进行计划排程从而实现柔性。支持集团企业或者大型龙头企业首先将任务尽量安排在本企业内部或者核心供应商内部,如果不能满足需求再逐步扩大协作配套范围来完成任务分配。
第四步根据计划排程的运行结果,进行跨企业任务调度和过程监控,对出现的扰动事件进行及时的处理。
系统根据智能计划排程的推荐确定中标企业并下发加工生产任务,监控任务执行情况,如遇扰动事件,再根据智能计划排程推荐动态调整生产任务。扰动事件的信息结构包括:任务被移动,原因代码,详情;任务有拖延,原因代码,详情;加工中心能力变化,原因代码,详情。扰动事件处理的步骤包括,评估扰动事件的影响,优先进行局部调整避免扰动事件影响的传播,不能满足再在全局范围内进行插入寻优,仍不能满足再进行重排。
综上所述,本发明所述技术方案基于设备设施、生产工艺或者产品的加工生产能力等不同粒度制造资源和能力的服务化,通过在公共平台登记并共享制造资源和能力的状态信息,联合开展跨企业的动态计划排程,支持集团企业或者大型龙头企业首先将任务尽量安排在本企业内部或者核心供应商内部,如果不能满足需求再逐步扩大协作配套范围来完成任务分配,从而实现按需组织社会化制造资源和能力进行最优化配置和柔性化重组。在面对大规模个性化定制时,能够协助企业(集团)突破自身资源能力的限制,将合适且闲置的社会化制造资源和能力为己所用,并能够通过智能优化将精益制造从内部延伸到整个价值链和产业联盟,保证交期、成本等多重目标。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (5)
1.一种基于跨企业动态计划排程的智能制造方法,其特征在于,该方法的步骤包括
S1、公共平台对注册企业的制造资源和能力进行登记,并获取企业制造资源和能力的底层状态信息;所述注册企业包括任务提出方和任务承接方;
S2、任务提出方基于公共平台共享的企业制造资源和能力的状态信息,在选定的协作配套企业范围之内进行联合计划排程;
S21、任务提出方经公共平台授权,获取主要的协作配套企业在公共平台登记的制造资源和能力的状态信息;
S22、通过计划排程对制造过程各个环节的任务承接方及其制造资源和能力进行择优选取,同时,对制造全过程的信息流、物流和资金流进行综合优化;
S3、任务提出方根据计划排程判断现有的约束是否能够满足,若能,则直接执行计划排程结果;若不能,则通过提高协作配套企业制造资源和能力的负荷,或者在公共平台上扩大协作配套企业的范围,重新进行计划排程实现柔性制造;
S4、根据计划排程的运行结果,进行跨企业任务调度和过程监控,对出现的扰动事件进行及时的处理。
2.根据权利要求1所述的智能制造方法,其特征在于,所述步骤S1中企业制造资源和能力的粒度包括设备设施、生产工艺或者产品的加工生产能力。
3.根据权利要求1所述的智能制造方法,其特征在于,所述步骤S1采用对企业资源计划系统ERP或制造执行系统MES的集成或直接对制造资源和能力进行接入集成,获取制造资源和能力的底层状态信息。
4.根据权利要求1所述的智能制造方法,其特征在于,所述步骤S3中支持集团企业或者大型龙头企业优先将任务安排在本企业内部或者核心供应商内部,如果不能满足需求再逐步扩大协作配套范围来完成任务分配。
5.根据权利要求1所述的智能制造方法,其特征在于,所述步骤S4中在计划排程结果范围内的任务承接方的内部细粒度的计划排程不受干预。
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