CN111415069B - 离散制造业工序级智能实时调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制造业工序调度领域，公开了一种离散制造业工序级智能实时调度方法，包括如下：A)建立调度模型；B)设备处于空闲状态；C)由机台申请计划；D)判断是否存在同工序任务，如是，执行G)；否则，执行E)；E)获取主生产线号，执行F)；F)选择设备最优的工序，执行G)；G)判断工序待分配任务是否为空，如是，执行H)；否则，执行I)；H)获取辅助生产线号，返回F)；G)判断工序待分配任务是否为空，如是，执行H)；否则，执行I)；H)获取辅助生产线号，返回F)；I)选择最高优先级任务，执行J)。本发明能降低基础数据收集及录入的工作量、降低人工成本和时间成本、增加实用性。

Description

离散制造业工序级智能实时调度方法

技术领域

本发明涉及制造业工序调度领域，特别涉及一种离散制造业工序级智能实时调度方法。

背景技术

中国目前是制造大国，存在大量的中小企业，而且都是劳动密集型的离散型制造企业，占整个制造业企业中95％以上，而且还会有相当长的时间存在离散型制造企业。同时现在个性化定制也越来越成为主流，除了大众快消品产品之外，大多产品的批量都不是很大，所以导致柔性制造显得越来越需求强烈，从精益制造管理角度更希望由制造大国转变成制造强国，离不开自动化，自动化就需要设备，设备需要智能化，又由于产品的个性化定制越来越多，所以要求设备与产品间能自由认知，需建立起通讯关系，由产品的特性(由工艺中定义)需要设备能自动识别，自动选择已有的工装及夹具，但工装及夹具总是有限，这种情况在生产设备过程中的机加工必定存在小批量及多品种的情况，导致在生产过程的计划高度很难做到JIT的调度。

对于物料及产能规划与现场详细作业排程而言，企业常因无法确实掌握生产制造现场实际的产能状况及物料进货时程，而采取有单就接的接单政策与粗估产能的生产排程方式，但又在提高对顾客的服务水平及允诺交期的基本前提下，导致生产车间常以加班或外包来满足订单交期。此外，由于物料规划无法考虑产能的限制，又可能造成原料/零组件的采购计划无法配合生产计划，以致影响既定生产进度，而造成无法满足顾客交期或成本过高的恶性循环。也因此，无法达到快速响应顾客(Quick Response)的需求与有效益的可允订货数量/时间(Available-to-Promise；ATP或Capable To Promise；CTP)的目标。

为了解决上述问题，一个能妥善、有效的规划企业资源﹝如机器、人员、工具、物料等﹞来满足顾客需求，达到最大产出量、瓶颈资源使用率最高及前置时间最短等生产策略，并能协助生产管理人员找出实际可行的企业信息应用系统已迫在眉睫。

随着信息科技的进步(信息处理速度与数据储存能力)，提升了规划技术的规划时间与规划效益，大幅提升了应用先进的规划技术解决生产排程问题的可行性。

APS—进阶生产规划及排程系统便是利用先进的信息科技及规划技术，例如遗传算法(Genetic Algorithm)、限制理论(Theory of Constraints)、运筹学(OperationsResearch)、生产仿真(Simulation)及限制条件满足技术(Constraint SatisfactionTechnique)等，在考虑企业资源(主要为物料与产能)限制条件与生产现场的控制与派工法则下，规划可行的物料需求计划与生产排程计划，以满足顾客需求及面对竞争激烈的市场。进阶生产规划及排程亦提供了what-if的分析，可以让规划者快速结合生产信息(如订单、途程、存货、BOM与产能限制等)，做出平衡企业利益与顾客权益的最佳规划和决策。

由于APS算法的局限性，在约束资源过多的情况下，APS的计算结果通常是无解，或在有些情况下通过变通给出了次优解或近优解，但往往并不符合企业的实际情况。另外，相对固定的算法，并不能适应多变的市场变化，当企业业务规则变化后，APS很难跟上更新的步伐，使得APS的适应性和柔性仍比较差。

APS在离散制造业应用中通常会存在如下问题：1)由于生产订单多品种，少批量，导致生产工艺流程多样化，不固定，对生产的过程的节拍时间给不出合理的具体数值；2)在设置工序的加工时间、等待时间、排队时间、物料移动时间、换型时间均不定，所以给不出一个合理的参数值；3)加工设备的故障出现及维修时长不固定，对生产的影响有多大无法预知；4)APS计算只会考虑哪些订单上哪些设备加工，不会考虑实际生过程中哪些设备先空闲，也不考虑设备物理摆放位置而导致的物料移动的损失时间；5)对于工具或模具方面的需求及寿命等因素的约束，无法做到实时的实际变化；6)95％的企业都是将某个时间段(通常是周为单位)的计划下达到车间，并由车间调度来协调，但车间调度人员难以实时掌握车间的在制品数量及工序位置，和生产批次信息，而且调度人员也做不到按工单的先后优先级控制车间的下料及加工顺序，时常出现，该先做的没先做，不该先做的做了；7)如果工序流程多的产品，在车间的在制品会分布在不同的工序上，进度计划更加不能有效的控制，导致生产周期无法有效控制，同时物料也分散在各处，不得于在制品管理。8)离散制造过程中，异常时时都有可能发生，这些异常在80％以上企业都存在，包括，缺料、设备异常、质量异常、设计异常、模具夹具异常，这些异常在APS系统中无法预料到，从而计划的准确率非常低，而且做不到精细化工序级别。9)工序需要用到的部件物料，无法实时预知到仓库及车间在制品的数量及位置；10)实时跨车间物料转运难以计算，因为跨车间物料转动需要批量及时间；11)所有计划都需要实时的工序完成情况汇报，APS无法保证获得实时的完工情况；12)APS所计算的工序目前大都是基于大的工作中心来完成的，在大的工作中心中存在各设备能加工物料的细节差异(例如车床Ф30和Ф50对物料的约束就会有差别，而APS不会区分这些，将所有相似功能的车床定义为一个大的工作中心)；13)对于一个生产订单的工艺流程，有时不同的工艺流程段需要用不同的算法，但APS做不到；14)APS无法兼顾质量追溯的生产批次单元管理。

总之，在应用APS时，在实际情况下有诸多的输入条件无法给出，也不能动态给出，而且准备的基础数收集及录入的工作量繁重，投入的人工成本，时间成本很大，且参数数据无法固定，导致难以实用。另外，一些成熟的ERP软件在运算MPS时就相当的慢，例如：500个生产订单，每个生产订单的工序数为40道工序，运算一次MPS需要花费4小时的时间，在这4个小时里，现场加工的状态与4小时之前的状态有可能相差很大，所以注定APS只能以大的工作中心定义范围要粗，工序定义也需粗。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能降低基础数据收集及录入的工作量、降低人工成本和时间成本、增加实用性的离散制造业工序级智能实时调度方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种离散制造业工序级智能实时调度方法，包括如下步骤：

A)建立调度模型；

B)设备处于空闲状态；

C)由机台申请计划；

D)判断是否存在同工序任务，如是，执行步骤G)；否则，执行步骤E)；

E)获取主生产线号，执行步骤F)；

F)选择设备最优的工序，执行步骤G)；

G)判断工序待分配任务是否为空，如是，执行步骤H)；否则，执行步骤I)；

H)获取辅助生产线号，返回步骤F)；

I)选择最高优先级任务，执行步骤J)；

J)判断设备与物料特征是否符合，如是，执行步骤L)；否则，执行步骤K)；

K)选择次优先级任务，返回步骤J)；

L)检查物料是否齐套，如是，执行步骤M)；否则，返回步骤K)；

M)判断是否满足待分配数＞班产能力，如是，执行步骤O)；否则，执行步骤N)；

N)修改可计划数，执行步骤O)；

O)判断模具数量是否充足，如是，执行步骤P)；

P)获取其他排产原则，执行步骤Q)；

Q)生成机台已分配计划，执行步骤R)；

R)下达机台计划，执行步骤S)；

S)进行机台加工，执行步骤T)；

T)完工汇报，执行步骤U)；

U)生成下一个工序任务，执行步骤V)；

V)判断是否到达尾工序，如是，执行步骤W)；否则，返回步骤I)；

W)结束。

在本发明所述的离散制造业工序级智能实时调度方法中，所述工序待分配任务对应的任务存在优先级别。

在本发明所述的离散制造业工序级智能实时调度方法中，所述设备与工序是多对多的关系。

在本发明所述的离散制造业工序级智能实时调度方法中，当机台申请计划时，由设备编号申请计划。

在本发明所述的离散制造业工序级智能实时调度方法中，所述步骤A)进一步包括：

A1)建立任务优先级；

A2)进行计划排产；

A3)进行计划下达；

A4)计划待分配；

A5)机台获取计划；

A6)已分配计划；

A7)按照计划进行加工；

A8)完工报工，执行步骤A9)、A9＇)或A9″)；

A9)移动到下一工序，执行步骤A10)或返回步骤A4)；

A10)进行车间转运，返回步骤A4)；

A9＇)将成品入库到成品仓；

A9″)将成品入库到半成品仓，执行步骤A10″)；

A10″)将所述半成品仓或原料仓中的物料进行配送，返回步骤A5)。

实施本发明的离散制造业工序级智能实时调度方法，具有以下有益效果：由于建立调度模型，将工序进行优先级排列，取优先级别最高的工序，由工序在工序待分配任务集合中查找，工序待分配任务对应任务存在优先级别，本发明能降低基础数据收集及录入的工作量、降低人工成本和时间成本、增加实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明离散制造业工序级智能实时调度方法一个实施例中的流程图；

图2为所述实施例中建立调度模型的具体流程图；

图3为所述实施例中调度模型的示意图；

图4为所述实施例中现状与假设条件的对应示意图；

图5为所述实施例中离散制造业工序级智能实时调度方法与传统APS的对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明离散制造业工序级智能实时调度方法实施例中，该离散制造业工序级智能实时调度方法的流程图如图1所示。

生产过程中计划排产需要知道哪些订单在哪条产线，哪个工序哪个设备上加工多少批次多少数量。前提条件需要实时知道哪些订单做到哪个工序，有多少生产批，多少数量。哪些订单的物料特性能在哪些设备上加工，不能在哪些设备上加工，虽然设备能做某工序，但在定义工序时很难定义严格区分能在哪些设备上加工，所以需要在某工序的物料特性参数及设备加工对物料的约束条件进行匹配，例如：车床1能加工最大的物料直径Ф30mm，车床2能加工最大的物料直径Ф50mm，当某物料直径Ф25mm时，能在车床1和车床2上都可以加工，但某物料直径Ф35mm时，就只能在车床2上加工，不能在车床1上加工，这时计划调度应能区分该属性，不能分配计划任务到车床2上，这点在流行的各ERP和APS系统中无法进行识别，只能是笼统的工作中心进行处理

离散制造过程中，异常时时都有可能发生，这些常态异常对JIT实时的智能调度需求就显得十分必要了。既然无法预知哪个时刻会发生异常，我们可以换一种思路，如果异常避免不了，一种方法只需在出现异常时有种机制来减少异常排除的时间，异常处理后继续按优先级流转下一工序，无需调度人员花大量的精力去处理调度问题；另一种方法，将将异常的计划放一边，取下一个优先级别高的计划加工(上工序已加工完的在制品)。

假设计划的准确执行排除人的因素，只要设备可以用，就表示可以加工，系统中加入设备可用状态的标识，这样就将复杂的问题可以简单化了，而从粗计划中，每个车间，每条产线，每设备的产能基本衡定，需要多少人上班，上几班，基本可以事先知道。

接下来要处理的就如下的几种问题：对调度因素简单化；设备不闲为前提原则；异常处理实时化；调度优先级得到控制；工序完工准时报工；在制品生产批次跟踪及分布；处理质量异常返工批次；调度优先原则制定；工序物料齐套性检查；指导物料配送时间节拍。

图1中，该离散制造业工序级智能实时调度方法包括如下步骤：

步骤S01建立调度模型：本步骤中，建立调度模型，该调度模型的示意图如图3所示。

步骤S02设备处于空闲状态：本步骤中，设备处于空闲状态。

步骤S03由机台申请计划：本步骤中，由机台申请计划，具体是由设备编号申请计划。

步骤S04判断是否存在同工序任务：本步骤中，判断是否存在上次加工的工序，如是，执行步骤S07；否则，执行步骤S05。

步骤S05获取主生产线号：本步骤中，获取主生产线号。执行完本步骤，执行步骤S06。

步骤S06选择设备最优的工序：本步骤中，选择设备最优的工序。执行完本步骤，执行步骤S07。图4为本实施例中现状与假设条件的对应示意图，以图4为例，由设备找到可以加工的工序50(设备与工序多对多关系，一个设备可以加工多个工序，分主要工序，次要工序，手工计划)，取优先级别最高的工序。

步骤S07判断工序待分配任务是否为空：本步骤中，判断工序待分配任务是否为空，如果判断的结果为是，则执行步骤S08；否则，执行步骤S09。

步骤S08获取辅助生产线号：如果上述步骤S07判断的结果为是，则执行本步骤。本步骤中，获取辅助生产线号。执行完本步骤，返回步骤S06。

步骤S09选择最高优先级任务：如果上述步骤S07判断的结果为否，则执行本步骤。本步骤中，选择最高优先级任务。以图4为例，由工序在50工序待分配任务集合(T2[6,40,360],T4[4,50,300],T6[5,50,36])中查找50工序待分配任务对应任务存在优先级别(T4[4],T6[5],T2[6]),选择T4[4,50,300]。执行完本步骤，执行步骤S10或步骤S11。

步骤S10判断设备与物料特征是否符合：本步骤中，判断设备与物料特征是否符合，如果判断的结果为是，则执行步骤S12；否则，执行步骤S11。

步骤S11选择次优先级任务：如果上述步骤S10的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，选择次优先级任务。执行完本步骤，返回步骤S10。

步骤S12检查物料是否齐套：如果上述步骤S10的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，检查物料是否齐套，如果判断的结果为是，则执行步骤S13；否则，返回步骤S11。

步骤S13判断是否满足待分配数＞班产能力：本步骤中，判断是否满足待分配数＞班产能力，如果判断的结果为是，则执行步骤S15；否则，执行步骤S14。

步骤S14修改可计划数：如果上述步骤S13的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，修改可计划数。执行完本步骤，执行步骤S15。

步骤S15判断模具数量是否充足：如果上述步骤S13的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，判断模具数量是否充足，如果判断的结果为是，则执行步骤S16。

步骤S16获取其他排产原则：本步骤中，如果上述步骤S15的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，获取其他排产原则。执行完本步骤，执行步骤S17。

步骤S17生成机台已分配计划：本步骤中，生成机台已分配计划。执行完本步骤，执行步骤S18。

步骤S18下达机台计划：本步骤中，下达机台计划。执行完本步骤，执行步骤S19。

步骤S19进行机台加工：本步骤中，进行机台加工。执行完本步骤，执行步骤S20。

步骤S20完工汇报：本步骤中，完工汇报。执行完本步骤，执行步骤S21。

步骤S21生成下一个工序任务：本步骤中，生成下一个工序任务。执行完本步骤，执行步骤S22。

步骤S22判断是否到达尾工序：本步骤中，判断是否到达尾工序，如果判断的结果为是，则执行步骤S23；否则，返回步骤S09。

步骤S23结束：本步骤中，结束本次调度流程。本发明能降低基础数据收集及录入的工作量、降低人工成本和时间成本、增加实用性。

对于本实施例而言，上述步骤S01还可进一步细化，其细化后的流程图如图2所示。图2中，该步骤S01进一步包括如下步骤：

步骤S101建立任务优先级：本步骤中，建立任务优先级。

步骤S102进行计划排产：本步骤中，进行计划排产。

步骤S103进行计划下达：本步骤中，进行计划下达。

步骤S104计划待分配：本步骤中，计划待分配。

步骤S105机台获取计划：本步骤中，机台获取计划。

步骤S106已分配计划：本步骤中，已分配计划。

步骤S107按照计划进行加工：本步骤中，按照计划进行加工。

步骤S108完工报工：本步骤中，完工报工。执行完本步骤，执行步骤S109、S109＇或步骤S109″。

步骤S109移动到下一工序：本步骤中，移动到下一工序。执行完本步骤，执行步骤S110或返回步骤S104。

步骤S110进行车间转运：本步骤中，进行车间转运。执行完本步骤，返回步骤S104。

步骤S109＇将成品入库到成品仓：本步骤中，将成品入库到成品仓。

步骤S109″将成品入库到半成品仓：本步骤中，将成品入库到半成品仓。执行完本步骤，执行步骤S110″。

步骤S110″将半成品仓或原料仓中的物料进行配送：本步骤中，将半成品仓或原料仓中的物料进行配送。执行完本步骤，返回步骤S105。

总之，本实施例中，由于建立调度模型，将工序进行优先级排列，取优先级别最高的工序，由工序在工序待分配任务集合中查找，工序待分配任务对应任务存在优先级别，因此本发明能降低基础数据收集及录入的工作量、降低人工成本和时间成本、增加实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种离散制造业工序级智能实时调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)建立调度模型；

B)设备处于空闲状态；

C)由机台申请计划；

D)判断是否存在同工序任务，如是，执行步骤G)；否则，执行步骤E)；

E)获取主生产线号，执行步骤F)；

F)选择设备最优的工序，执行步骤G)；

G)判断工序待分配任务是否为空，如是，执行步骤H)；否则，执行步骤I)；

H)获取辅助生产线号，返回步骤F)；

I)选择最高优先级任务，执行步骤J)；

J)判断设备与物料特征是否符合，如是，执行步骤L)；否则，执行步骤K)；

K)选择次优先级任务，返回步骤J)；

L)检查物料是否齐套，如是，执行步骤M)；否则，返回步骤K)；

M)判断是否满足待分配数＞班产能力，如是，执行步骤O)；否则，执行步骤N)；

N)修改可计划数，执行步骤O)；

O)判断模具数量是否充足，如是，执行步骤P)；

P)获取其他排产原则，执行步骤Q)；

Q)生成机台已分配计划，执行步骤R)；

R)下达机台计划，执行步骤S)；

S)进行机台加工，执行步骤T)；

T)完工汇报，执行步骤U)；

U)生成下一个工序任务，执行步骤V)；

V)判断是否到达尾工序，如是，执行步骤W)；否则，返回步骤I)；

W)结束。

2.根据权利要求1所述的离散制造业工序级智能实时调度方法，其特征在于，所述工序待分配任务对应的任务存在优先级别。

3.根据权利要求1所述的离散制造业工序级智能实时调度方法，其特征在于，所述设备与工序是多对多的关系。

4.根据权利要求1所述的离散制造业工序级智能实时调度方法，其特征在于，当机台申请计划时，由设备编号申请计划。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的离散制造业工序级智能实时调度方法，其特征在于，所述步骤A)进一步包括：

A1)建立任务优先级；

A2)进行计划排产；

A3)进行计划下达；

A4)计划待分配；

A5)机台获取计划；

A6)已分配计划；

A7)按照计划进行加工；

A8)完工报工，执行步骤A9)、A9＇)或A9″)；

A9)移动到下一工序，执行步骤A10)或返回步骤A4)；

A10)进行车间转运，返回步骤A4)；

A9＇)将成品入库到成品仓；

A9″)将成品入库到半成品仓，执行步骤A10″)；

A10″)将所述半成品仓或原料仓中的物料进行配送，返回步骤A5)。

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