CN117094515A - 一种基于分阶段柔性生产算法的智能排产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分阶段柔性生产算法的智能排产方法，包括以下步骤：进行齐套性检查；拆分生产计划为分段式的生产任务，解析任务之间的逻辑依赖关系，进入待排产队列；在待排产队列中勾选生产任务进行排产，判断是否存在待排任务，若有待排任务，按顺序对队列中的任务进行资源分配；根据资源分配结果绘制日程甘特图和生成生产任务单，关联生产任务的工序加工时间、加工设备和物料投入数量。本发明根据农药化工行业内不同的生产特点进行计划拆分，同时可根据客户指定的规则如任务优先级、紧急程度确定初始投产顺序，再通过生产排产方法进行资源分配，提高了资源利用率。

Description

一种基于分阶段柔性生产算法的智能排产方法
技术领域
本发明涉及计算机应用技术领域，特别是应用于化工行业的制造执行系统，具体涉及农药化工产品阶段性生产中根据不同工艺特点安排生产任务队列的一键排产方法。
背景技术
在制造执行系统软件中，生产任务的资源分配会直接影响车间生产效率与订单的交付情况。农药化工行业中，生产类型多，往往同时包括离散模式和流程模式，由于生产工艺复杂、产线需要清洁，阶段性的生产方式成为现场主要的生产模式之一。化工产品种类多，配方数据维护难度大，生产任务间可能存在逻辑依赖关系和交叉污染约束，且产线产能有限，普通的日程安排方法导致生产效率低下，信息反馈不及时，调整难度大。为了提高生产效率，根据阶段性生产的工艺特点建模，从而提供自动化的一键排产工具是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是针对现有行业技术及业务实现存在的不足，提出农药化工行业阶段性生产下的排产方法，本方法主要以生产数据、库存数据为依托，针对生产计划进行物料的齐套性检查，并基于图形化工艺建模行物料识别和计划拆分，考虑产线产能、产线柔性、交叉污染等条件，将拆分得到的生产任务逻辑顺序和约束关系输入排产模型和算法实现自动排产一键化，并通过系统开发实现生产数据的日常维护、生产计划的调整、生产任务的发放和接收。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于分阶段柔性生产算法的智能排产方法，包括以下步骤：
(1)根据生产计划所需要的生产产量与物料消耗量，并获取物料库存余量，进行齐套性检查；
(2)根据物料BOM(即物料组成结构清单)，按照成品、半成品、中间产品三种产品类型拆分生产计划为分段式的生产任务，包括配置、灌装、组装三类生产任务，并解析任务之间的逻辑依赖关系，进入待排产队列；
(3)在待排产队列中勾选生产任务进行排产，获取符合客户需求的初始投产顺序、可用产线信息、交叉污染约束、任务逻辑依赖关系、工序工时、设备数据，并判断是否存在待排任务，若没有待排任务则结束排产，若有待排任务，则按顺序对队列中的任务进行资源分配：定义i的初始值为0，判断任务i是否存在未完成的前置任务，若存在则令i＝i+1并重新判断任务i是否存在未完成的前置任务，若不存在则根据交叉污染约束和产线管理筛选出可用产线，完成初筛后根据设备空闲时间选择最早可用的一条产线；对所选产线的产能进行判断，对生产任务的工序进行二次拆分，基于前置任务完工时间、工序工时、机器空闲时间计算各道工序的机器加工时间，最后从待排生产任务队列中移除任务i；
(4)根据步骤(3)中计算的资源分配结果绘制日程甘特图和生成生产任务单，关联生产任务的工序加工时间、加工设备和物料投入数量。
本发明根据农药化工行业的生产特点进行计划拆分，同时提供给用户可选择的规则，如按照客户优先级或任务紧急程度确定初始投产顺序，再通过排产方法进行资源分配，提高资源利用率。
其中，本发明智能排产方法还包括网页端和移动端应用：生成的生产任务单存储于数据库，网页端和移动端同步调用该数据库；用户通过移动端对负责的生产任务单执行生产投料和录入产出数据，并在移动端保存；通过网页端查看生产任务单的最新执行状态，包括未开始、执行中和已结束。通过在移动端查看并执生产任务单从而提高生产效率。
进一步的，本发明智能排产方法基于产线柔性和机器柔性，包括同一车间设置多条相同的产线，不同车间设置工艺相似的产线，一条产线在单个工序上设置多台相同的机器。
进一步的，上述智能排产方法还包括基础数据的同步与维护；所述基础数据的同步与维护包括关联生产车间的编码和班制，定义产线编码、名称、所属车间、批控和类型，管理工艺设备关联的车间、产线、设备，定义批控编码、批控名称和设备容量，明确各条产线所包含的具体设备，管理产品各道工序的编码、名称、工序时长和批控名称，管理产品的工艺编码、工艺名称、版本和启用状态，通过流程审核对产品生产的工序时长及先后顺序、物料规格及数量、加工设备进行关联，通过图形化工艺建模对产品生产工序的先后顺序、所需物料及加工设备进行定义与关联。通过图形化配置创建工艺流程图，操作简明。
进一步的，步骤(3)中判断任务i是否存在未完成的前置任务的具体步骤为：输入生产任务之间的逻辑关系sij∈{0,1}，sij＝1表示i是j的前置任务，则任务的开始结束时间存在逻辑顺序约束stj≥sij*eti，其中stj表示任务j的开始时间，eti表示任务i的结束时间；
对所选产线的产能进行判断，对生产任务的工序进行二次拆分的具体步骤为：核算生产任务i生产数量与产线l产能的差异n＝[ci/ql]+1，拆分任务i的所有工序pi,m为pi,m,1,pi,m,2,...,pi,m,n，其中ci为生产任务i生产数量,ql为产线l的产能；计算各道工序的机器加工时间的具体步骤为：计算工序加工开始时间sti,m+1＝max{eti,m,t_proi,t_macf}，其中eti,m为上道工序结束时间、t_proi为前置任务完工时间、t_macf为机器可用空闲时间，加工结束时间为eti,m+1＝sti,m+1+tti,m+1，同时更新机器空闲时间t_macf＝eti,m+1。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供的一键排产方法具有普适性，根据农药化工行业内不同的生产特点进行计划拆分和模块建模，可广泛应用于离散模式和流程模式，既能面向阶段性生产，当然也可面向连续生产，具有通用性。
本发明基于对产品生产过程中的最小单元即工序进行排产，排产过程中选择时间可用的机器，提高了资源利用率，有利于实际产能和生产效率的提升。相比于人工排产，本发明智能排产方法的准确性和灵活性很高，可迅速应对计划变更，进行重排。
附图说明
图1为本发明智能排产方法的系统总体架构图；
图2为图1中生产计划模块的功能框图；
图3为图1中基础数据模块的功能框图；
图4为图1中排产中心模块的功能框图；
图5为图1中生产任务单模块的功能框图；
图6为本发明智能排产方法的详细流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明，本发明的一些技术效果在本实施例中会变得更加明显。需要说明的是，在本发明中，术语“排产”是指为生产任务分配产线资源，包括安排生产时间和加工设备。
考虑到农药化工行业产品的工艺特殊性，同一种产品的生产可能存在包括流水车间、作业车间等多种类型的生产方式，既有基于Batch的批控处理作业，也有流水连续作业，且存在产线清洗的要求，企业采用阶段性的生产方式以应对多样化的工艺要求。
本发明在前期调研中发现：现有的排产、生产管理系统和/或方法不适用于化工行业阶段性生产的根本原因在于，其在管理阶段性生产任务的约束关系时缺乏整体简化的思维和自动拆分方法，多依赖于人工排产。为了实现生产计划迅速排产，本发明提出一种新的排产系统及方法，综合考虑了产线产能、产线柔性和机器柔性、生产任务逻辑顺序、交叉污染约束、客户排产需求等因素，通过计算得到准确的投产顺序和资源分配信息。其中，所述的产线柔性和机器柔性包括但不限于：同一车间设置多条相同的产线，不同车间设置工艺相似的产线，一条产线在单个工序上设置多台相同的机器。所述客户排产需求的特点在于，客户可以采用不同的算法进行排产。下面结合实施方式附图，对本发明的方案作进一步描述：
1、图1示出本发明的一种基于分阶段柔性生产算法的智能排产系统的总体架构图。如图1所示，一种排产系统，包括生产计划模块1、基础数据模块2、排产中心模块3、生产任务单模块4及移动端应用模块5，可概括排产系统的所有业务模块。
2、根据图2所示功能，进行生产计划1001的定义，包括：生产计划新建1002、计划变更申请1003，此模块由生产计划人员管理，排产所需的直接生产数据如产品产量、产品种类、交货期等可以通过接口获取或直接录入。
3、根据图3所示功能，进行基础数据的同步与维护，包括：生产车间2001、产线管理2002、工艺设备2003、工序设置2004、物料BOM2005、工艺路线2006、配方管理2007、图形化工艺建模2008，此模块的部分基础生产数据可以进行编辑，初次使用本系统工具时需要创建，之后可以长期维护及使用。其中，图形化工艺建模可以通过图形化配置创建工艺流程图，操作简明。
4、根据图4所示功能，排产中心业务流程即本发明智能排产方法的核心计算步骤，包括：齐套性检查3001、计划拆分3002、一键排产3003，排产中心在上述生产计划模块2至基础数据模块3的部分定义与生产数据准备完成后，基于此部分进行物料核算，将生产计划拆分为分段式生产任务，一键启动排产计算，按照排产方法计算待排产任务的资源分配：
1)齐套性检查3001：即检查排产用到的物料库存是否满足，通过生产计划模块2和基础数据模块3，提取生产计划所需的生产产量与物料消耗量，从第三方物料接口获取物料库存余量进行齐套性检查。
2)计划拆分3002：通过基础数据模块3的2005物料BOM，本实施例按照成品、半成品、中间产品三种类型拆分生产计划为分段式的生产任务，包括配置、灌装、组装三类生产任务，并解析任务之间的逻辑依赖关系，进入待排产队列。
3)一键排产3003：通过一种阶段性生产排产方法实现“一键排产”功能，如图6示出该方法的计算流程。在待排产队列中勾选生产任务进行排产，当3003-01启动一键排产业务时，进入3003-02获取符合客户需求的初始投产顺序、可用产线信息、交叉污染约束、任务逻辑依赖关系、工序工时、设备数据，3003-03判断是否存在待排任务，若没有待排任务则3003-12结束排产，若有待排任务，则按顺序对队列中的任务进行资源分配；3003-04定义i的初始值为0，3003-05判断任务i是否存在未完成的前置任务，若存在则进入3003-06令i＝i+1并重新进入3003-05，若不存在则3003-07根据交叉污染约束和所述3的2002产线管理筛选出可用产线，完成初筛后3003-08会根据设备空闲时间选择最早可用的一条产线；3003-09对所选产线的产能进行判断，对生产任务的工序进行二次拆分，3003-10根据生产数据和创建的数学模型，基于前置任务完工时间、工序工时、机器空闲时间等计算各道工序的机器加工时间，最后3009-11从待排生产任务队列中移除任务i。
5、根据图5所示功能，遵循上述排产中心模块3计算的资源分配结果发放生产任务单，包括：4001工序时间表、4002日程甘特图、4003生产任务单，此部分为系统的输出模块，根据一键排产的计算结果绘制日程甘特图和生成生产任务单，关联生产任务的工序加工时间、加工设备和物料投入数量。
6、移动端应用接收生产任务单和反馈生产数据，生产任务单包括未开始、执行中和已结束三种状态，工人通过扫码执行生产投料和录入产出数据。
7、接下来对排产中心模块3中的一键排产3003方法所涉及的模型、算法及特征进一步说明：
1)系统在不同场景下规定不同的排产目标，且在将生产计划拆分为分段式任务时，成品的工艺被拆分为若干个相关联的子工艺模型，有多条可选产线，因此可以被归纳为柔性生产排产模型。接下来主要对3003-05前置任务判断、3003-09产线产能核算和3009-10计算工序机器加工时间的约束条件进行说明。输入生产任务之间的逻辑关系sij∈{0,1}，sij＝1表示i是j的前置任务，则任务的开始结束时间存在逻辑顺序约束stj≥pij*eti。核算生产任务i生产数量与产线l产能的差异n＝[cl/qi]+1，拆分任务i的所有工序pi,m为pi,m,1,pi,m,2,...,pi,m,n。计算工序加工开始时间sti,m+1＝max{eti,m,t_proi,t_macf}，即取上道工序结束时间、前置任务完工时间、机器可用空闲时间的最大值，加工结束时间为eti,m+1＝sti,m+tti,m，同时更新机器空闲时间t_macf＝eti,m+1。
2)本发明采用规则调度算法(Rule-based Scheduling)，根据客户指定的规则如任务优先级、紧急程度确定初始投产顺序，再通过生产排产方法进行资源分配。
3)系统提供的一键排产方法具有普适性，根据化工行业内不同的生产特点进行计划拆分和模块建模，可广泛应用于离散模式和流程模式，既能面向阶段性生产，当然也可面向连续生产，具有通用性。本方法采用基于工序的编码方式，可降低运算难度、提高运算效率；采用插入式解码方式，对机器时间进行插空式分配，提高了资源利用率，有利于实际产能和生产效率的提升。相比于人工排产，本方法的准确性和灵活性很高，可迅速应对计划变更，进行重排。
本发明不局限于上述实施方式，任何人因得知在本发明的启示下做出的于本发明具有相同或相近的技术方案，均纳入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种基于分阶段柔性生产算法的智能排产方法，其特征在于，该智能排产方法用于农药化工行业，包括以下步骤：
(1)根据生产计划所需要的生产产量与物料消耗量，并获取物料库存余量，进行齐套性检查；
(2)根据物料组成结构清单，按照成品、半成品、中间产品三种产品类型拆分生产计划为分段式的生产任务，包括配置、灌装、组装三类生产任务，并解析任务之间的逻辑依赖关系，进入待排产队列；
(3)在待排产队列中勾选生产任务进行排产，获取符合客户需求的初始投产顺序、可用产线信息、交叉污染约束、任务逻辑依赖关系、工序工时、设备数据，并判断是否存在待排任务，若没有待排任务则结束排产，若有待排任务，则按顺序对队列中的任务进行资源分配：定义i的初始值为0，判断任务i是否存在未完成的前置任务，若存在则令i＝i+1并重新判断任务i是否存在未完成的前置任务，若不存在则根据交叉污染约束和产线管理筛选出可用产线，完成初筛后根据设备空闲时间选择最早可用的一条产线；对所选产线的产能进行判断，对生产任务的工序进行二次拆分，基于前置任务完工时间、工序工时、机器空闲时间计算各道工序的机器加工时间，最后从待排生产任务队列中移除任务i；
(4)根据步骤(3)中计算的资源分配结果绘制日程甘特图和生成生产任务单，关联生产任务的工序加工时间、加工设备和物料投入数量。
2.根据权利要求1所述的基于分阶段柔性生产算法的智能排产方法，其特征在于，所述智能排产方法还包括网页端和移动端应用：生成的生产任务单存储于数据库，网页端和移动端同步调用该数据库；用户通过移动端对负责的生产任务单执行生产投料和录入产出数据，并在移动端保存；通过网页端查看生产任务单的最新执行状态，包括未开始、执行中和已结束。
3.根据权利要求1或2所述的基于分阶段柔性生产算法的智能排产方法，其特征在于，所述智能排产方法基于产线柔性和机器柔性，包括同一车间设置多条相同的产线，不同车间设置工艺相似的产线，一条产线在单个工序上设置多台相同的机器。
4.根据权利要求3所述的基于分阶段柔性生产算法的智能排产方法，其特征在于，所述智能排产方法还包括基础数据的同步与维护；所述基础数据的同步与维护包括关联生产车间的编码和班制，定义产线编码、名称、所属车间、批控和类型，管理工艺设备关联的车间、产线、设备，定义批控编码、批控名称和设备容量，明确各条产线所包含的具体设备，管理产品各道工序的编码、名称、工序时长和批控名称，管理产品的工艺编码、工艺名称、版本和启用状态，通过流程审核对产品生产的工序时长及先后顺序、物料规格及数量、加工设备进行关联，通过图形化工艺建模对产品生产工序的先后顺序、所需物料及加工设备进行定义与关联。
5.根据权利要求4所述的基于分阶段柔性生产算法的智能排产方法，其特征在于，所述步骤(3)中判断任务i是否存在未完成的前置任务的具体步骤为：输入生产任务之间的逻辑关系sij∈{0,1}，sij＝1表示i是j的前置任务，则任务的开始结束时间存在逻辑顺序约束stj≥sij*eti，其中stj表示任务j的开始时间，eti表示任务i的结束时间；对所选产线的产能进行判断，对生产任务的工序进行二次拆分的具体步骤为：核算生产任务i生产数量与产线l产能的差异n＝[ci/ql]+1，拆分任务i的所有工序pi,m为pi,m,1,pi,m,2,...,pi,m,n，其中ci为生产任务i生产数量,ql为产线l的产能；计算各道工序的机器加工时间的具体步骤为：计算工序加工开始时间sti,m+1＝max{eti,m,t_proi,t_macf}，eti,m为上道工序结束时间、t_proi为前置任务完工时间、t_macf为机器可用空闲时间，加工结束时间为eti,m+1＝sti,m+1+tti,m+1，同时更新机器空闲时间t_macf＝eti,m+1。
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