TWI663557B - 製造排程變異最小化系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種製造排程變異最小化系統，其包含：一工廠訂單處理模組、一資料擷取模組及一資料運算模組，工廠訂單處理模組接收外部之一訂單資訊；資料擷取模組接收複數加工機台之一機台資訊；資料運算模組應製造流程將訂單資訊配合各機台資訊，透過一動態調整程式進行一混合式基因排列組合，以產生一原始排程；當資料運算模組接收來自於工廠訂單處理模組或資料擷取模組之一排程異動訊息，透過動態調整程式根據排程異動訊息及原始排程進行混合式基因排列組合，以產生變動最小化之一變異排程；藉此，以動態排程方式，降低工廠生產損失與風險。

Description

製造排程變異最小化系統
本發明係關於一種資料處理系統，尤指一種製造排程變異最小化系統。
所謂排程係將系統中需要執行之作業，在滿足系統技術、資源或其他條件限制下，安排每一個作業之執行時間與順序，使其順利完成所有工作的決策過程。
對於製造工廠而言，排程是很重要的工作，生產計畫必須滿足客戶交期的要求，其中，對於少量多樣化混線式生產之製造工廠而言，除了需要考慮交期，亦須考慮到不同製程之特性與限制，使生產資源(例如：人員、機台、原料及方法等)做最佳化之運用。
當業務部門接單並與生管部門，基於產能限制安排適當之生產計劃，而製造部門依照排程完成產品製造，以交貨給客戶；但是於產品製造過程中，可能會發生緊急插單、機台故障或其它意外，導致得耗費時間與成本進行各部門間之協調，由於各部門多考量各自部門之目標，因而無法規劃出最佳化之排程。
再者，少量多樣化混線式生產，會面臨到緊急插單、訂單內容調整、取消訂單或機台故障等問題時，傳統靜態式排程方法，無法時即提供有效資訊供使用者決策，而且為了解決面臨之問題而須重新排程，並無法確保新之排程不會產生過多之成本增加與時間浪費。
為解決上述課題，本發明提供一種製造排程變異最小化系統，藉由動態調整程式搭配混合式基因排列組合，最小化排程異動訊息與原始排程間之變動；藉此，將生產排程以動態即時調整方式，降低生差損失與風險。
本發明之一項實施例提供一種製造排程變異最小化系統，其包含：一工廠訂單處理模組、一資料擷取模組及一資料運算模組，工廠訂單處理模組接收外部之一訂單資訊；資料擷取模組接收複數加工機台之一機台資訊；資料運算模組對應製造流程將訂單資訊配合各機台資訊，透過一動態調整程式進行一混合式基因排列組合，以產生一原始排程；當資料運算模組接收來自於工廠訂單處理模組或資料擷取模組之一排程異動訊息，透過動態調整程式根據排程異動訊息及原始排程進行混合式基因排列組合，以產生變動最小化之一變異排程。
藉由上述，當產品於製造過程中，遇到面臨到緊急插單、訂單內容調整、取消訂單或機台故障等問題時，本發明利用動態調整程式搭配混合式基因排列組合，將排程異動訊息與原始排程間之變動最小化；藉此，改善傳統靜態式排程方法，無法時即提供最佳化排程之缺點，進而達到以動態調整方式，主動規劃出最小變動之排程，以確保製造產線之流暢度，並且降低工廠之成本 損耗與時間浪費。
再者，本發明透過動態調整程式搭配混合式基因排列組合，將排程異動訊息與原始排程間之變動最小化，能夠改善跨部門於生產計劃與生產排程之溝通疑慮，並且能夠確保排成流暢度與加工製程之可行性，以及提高生產效率與訂單達交率。
另外，本發明資料運算模組根據工廠訂單處理模組接收之訂單資訊，透過動態調整程式搭配混合式基因排列組合，快速且即時進行自動最佳化排程，提供產線最佳化資源分配及製造流程順暢度，藉以改善習知無法規劃出最佳化排程之問題。
100‧‧‧製造排程變異最小化系統
10‧‧‧工廠訂單處理模組
20‧‧‧資料擷取模組
30‧‧‧加工機台
31‧‧‧機台資訊
40‧‧‧資料運算模組
圖1係本發明系統方塊示意圖。
為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達，合先敘明。
請參閱圖1所示，本發明提供一種製造排程變異最小化系統100，其架設於內部伺服器或雲端伺服器，於本發明實施例中，最小化製造排程變異系統100係架設於工廠之內部伺服器；製造排程變異最小化系統100包含：一工廠訂單處理模組10，其用以接收外部之一訂單資訊，其中，訂單資訊具有複數原始工件資料或複數原始工件類型資料；進一步說明，每個 訂單資訊中會有所需生產之產品數量，而各原始工件資料就是指所需生產之產品；而對於少樣多量化生產而言，每個訂單資訊會有多種產品類型，而各原始工件類型資料就是指所需生產之產品類型；換言之，一個訂單資訊中，能夠係同類型且複數個原始工件資料，或是有多個不同類型之原始工件類型資料，而各原始工件類型資料會具有複數個原始工件資料；於本發明實例中，人員藉由操作介面(例如：電腦終端機或行動裝置)將客戶需求之訂單資訊輸入傳送至工廠訂單處理模組10。
一資料擷取模組20，其與複數加工機台30耦接，資料擷取模組20接收各加工機台30之一機台資訊31；進一步說明，根據產品製造流程需求，於工廠中設置不同或相同類型之複數個加工機台30，於本發明一項實施例中，每個加工機台30皆設有感應器，各感應器產生之訊號具有各加工機台30之目前狀態、作用類型、製造流程之排程工序時間或其它相對應之機台資訊31；或是於本發明另一項實施例中，利用物聯網技術取得各加工機台30之目前狀態、作用類型、製造流程之排程工序時間或其它相對應之機台資訊31；因此，資料擷取模組20得以利用有線或無線方式擷取各加工機台30含有機台資訊31之訊號。
一資料運算模組40，其與工廠訂單處理模組10及資料擷取模組20耦接，資料運算模組40對應製造流程將訂單資訊配合各機台資訊31，透過一動態調整程式進行一混合式基因排列組合，以產生一原始排程；進一步說明，當資料運算模組40接收到訂單資訊時，資料運算模組40將訂單資訊之各原始工件資料或各原始工件類型資料，根據產品需求對應製造流程，並且搭配各機台資訊31透過動態調整程式進行混合式基因排列組合，以產生最佳化之原始排程。
再者，資料運算模組40接收來自於工廠訂單處理模組10或資料擷 取模組20之一排程異動訊息，其中，排程異動訊息能夠係工廠訂單處理模組10接收外部之一急單資訊、資料擷取模組20接收到其中一加工機台30發生故障之機台資訊31、工廠訂單處理模組10接收到取消訂單資訊或是其他相對應會發生於生產製造過程之意外變動狀況。
資料運算模組40之動態調整程式能夠根據排程異動訊息及原始排程進行混合式基因排列組合，以產生變動最小化之一變異排程，其中，混合式基因排列組合為基因演算法搭配模擬退火法(Simulated Annealing)及禁忌搜索演算法(Tabu Search)；於本發明實施例中，資料運算模組40具有複數個動態調整程式，每個動態調整程式代表最小化不同變動目標，例如：最小化急單資訊之延遲完工時間、最小化急單資訊與訂單資訊於製造流程之開始加工時間、最小化各加工機台30等待時間、最小化產品移動數量等等目標，使用者或系統自動根據排程異動訊息設定所需最小化之動態調整程式。
進一步說明，當資料運算模組40接收到排程異動訊息時，使用者或系統能夠設定所需之動態調整程式，資料運算模組40根據所設定之動態調整程式隨機產生複數解決路徑，將各解決路徑轉化成對應之一第一適應目標；接著，將所述之第一適應目標與動態調整程式比對，當各個第一適應目標中，有其中一個第一適應目標符合動態調整程式，則是為滿足條件，而符合之第一適應目標便視為最佳解，也就是變動最小化之變異排程。
然而，當任何一個第一適應目標，皆無法滿足動態調整程式，即產生不可行解時，便將所述之第一適應目標進行基因運算法，基因運算係將各第一適應目標進行選擇複製、交配及突變運算，以產生複數第二適應目標；接著，將所述之第二適應目標進行模擬退火法，以產生複數第一評估路徑；同時 將所述之第二適應目標進行禁忌搜索演算法，以產生複數第二評估路徑；然後，將各第一評估路徑與各第二評估路徑轉化成一混合適應目標，將混合適應目標與動態調整程式比對，當混合適應目標符合動態調整程式時，則將混合適應目標視為最佳化解，也就是變動最小化之變異排程。
說明1：當排程異動訊息為工廠訂單處理模組10接收外部之急單資訊，動態調整程式為用以最小化急單資訊之延遲完工時間，動態調整程式之 程式函式為：，其中，i為急單資訊之序號，也就是說， i=1表示第1個接收到之急單資訊，i=2表示第2個接收到之急單資訊，以此類推；C i 為第i張急單資訊延遲完工所需繳納之罰鍰金額；NT i 為批次急單資訊之完工時間；DD i 為批次急單資訊之預定完工時間。
說明2：排程異動訊息為工廠訂單處理模組10接收外部之急單資訊，急單資訊具有複數急單工件資料，動態調整程式用以最小化合計各急單工件資料與各原始工件資料，於製造流程中，各加工機台30開始加工時間，而資料運算模組40會將各急單工件資料及各原始工件資料編排至變異排程中；動態 調整程式之程式函式為：，i為各急單工件資料或各 原始工件資料，i=1表示第1個急單工件資料或原始工件資料，i=2表示第2個急單工件資料或原始工件資料，以此類推；j為i之製造流程的步驟，j=1表示各急單工件資料或各原始工件資料之第1個製程步驟，j=2表示各急單工件資料或各原始工件資料之第2個製程步驟，以此類推；k為各加工機台30之機台資訊31，也就是於製造流程中所需運用到的各加工機台30，k=1表示第1個加工機台30，k=2表示第2個加工機台30，以此類推；NS ijk 為訂單資訊或急單資訊於各加工機台30開始加工時間；S ijk 為訂單資訊於各加工機台30開始加工時間。
說明3：排程異動訊息為資料擷取模組20接收到其中一加工機台30之機台資訊31發生故障，動態調整程式用以最小化合計於製造流程中，各原始工件資料分配至其餘所述之加工機台30之開始加工時間；動態調整程式之程 式函式為：，i為各急單工件資料或各原始工件資料； j為i之製造流程的步驟；k為各機台資訊31；NS ijk 為訂單資訊或急單資訊於各加工機台30開始加工時間；S ijk 為訂單資訊於各加工機台30開始加工時間。
說明4：排程異動訊息為工廠訂單處理模組10接收外部之急單資訊，或是資料擷取模組20接收到其中一加工機台30之機台資訊31發生故障，動態調整程式用以於製造流程中最小化平均各原始工件資料分配至其餘所述之加工機台30之開始加工時間；動態調整程式用以最小化平均各急單工件與各原始工件資料，於製造流程中各加工機台30開始加工時間，動態調整程式之程式函式為： ，i為各急單工件資料或各原始工件資料；j為i之製 造流程的步驟；k為各機台資訊31；NS ijk 為急單資訊於各加工機台30開始加工時間；S ijk 為訂單資訊於各加工機台30開始加工時間。
說明5：排程異動訊息為工廠訂單處理模組10接收外部之急單資訊，急單資訊具有複數急單工件類型資料，對於少樣多量化生產而言，各急單工件類型資料就是指所需生產之產品類型；動態調整程式用以最小化平均各急單工件類型資料與各原始工件類型資料，各加工機台30開始加工時間，其中，資料運算模組40會將各急單工件類型資料及各原始工件類型資料批次編排至變 異排程中，動態調整程式之程式函式為：，i為各急單工件類 型資料或各原始工件類型資料，i=1表示第1種類型之急單工件類型資料或原始工 件類型資料，i=2表示第2種類型之急單工件類型資料或原始工件類型資料，以此類推；為各急單工件類型資料於各加工機台30開始加工時間；為各原始工件類型資料於各加工機台30開始加工時間。
說明6：排程異動訊息為工廠訂單處理模組10接收外部之急單資訊，動態調整程式用以最小化急單資訊影響原始排程之完工時間，動態調整程式之程式函式為：DMS=NCmax-Cmax，NCmax為製造流程增加急單資訊後之完工時間；Cmax為原始排程之完工時間。
說明7：排程異動訊息為工廠訂單處理模組10接收外部之急單資訊，或是資料擷取模組20接收到其中一加工機台30之機台資訊31發生故障，動態調整程式用以最小化急單資訊影響各原始工件資料於原始排程中被移動分配至各加工機台30之數量，或是最小化各原始工件資料須被移動分配至其餘各加工機台30之數量，也就是說，原始排程已經根據訂單資訊配合製造流程，將各原始工件資料或各原始工件類型資料分配於各加工機台30製造，所以當有急單資訊或加工機台30故障時，需要將各原始工件資料重新移動分配至其餘加工機台30，若是需要移動之原始工件資料之數量過多，便容易造成原始工件資料損傷，導致成本增加，因此，需要最小化原始工件資料移動數量，減少搬運浪費、產品損傷與人力成本負擔之增加；動態調整程式之程式函式為： ； j O i , c C, s S，X(j+1)ikcs 及 X jikcs 為各加工機台30之分配；RD i 為各原始工件資料處於製造流程中之數量。
再者，於說明7中，本發明之動態調整程式之程式函式，亦能夠最小化各原始工件資料移動製不同生產線或廠區之數量，藉此，最小化排程異動訊息對於原始排程所造成之影響。
因此，當工廠訂單處理模組10接收到訂單資訊時，資料運算模組40透過動態調整程式搭配混合式基因排列組合，快速且即時進行自動最佳化排程，提供產線作最佳化資源分配及製造流程順暢度。
再者，當產品於製造過程中，遇到面臨到緊急插單、訂單內容調整、取消訂單或機台故障等排程異動訊息時，資料運算模組40透過動態調整程式搭配混合式基因排列組合，將排程異動訊息與原始排程間之變動最小化；藉此，以動態調整方式，主動規劃出最小變動之排程，以確保製造產線之流暢度，並且降低工廠之成本損耗與時間浪費。
以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明意欲保護之範疇。

Claims (10)

  1. 一種製造排程變異最小化系統，其包含：一工廠訂單處理模組，其用以接收外部之一訂單資訊；一資料擷取模組，其與複數加工機台耦接，該資料擷取模組接收各該加工機台之一機台資訊；以及一資料運算模組，其與該工廠訂單處理模組及該資料擷取模組耦接，該資料運算模組對應製造流程將該訂單資訊配合各該機台資訊，透過一動態調整程式進行一混合式基因排列組合，以產生一原始排程，其中，當該資料運算模組接收來自於該工廠訂單處理模組或該資料擷取模組之一排程異動訊息，透過該動態調整程式根據該排程異動訊息及該原始排程進行該混合式基因排列組合，以產生變動最小化之一變異排程。
  2. 如請求項1所述之製造排程變異最小化系統，其中，該排程異動訊息為該工廠訂單處理模組接收外部之一急單資訊，該動態調整程式用以最小化該急單資訊之延遲完工時間，該動態調整程式之程式函式為：，i為該急單資訊之序號；C i 為延遲該急單資訊完工之罰鍰金額；NT i 為批次該急單資訊之最終完工時間；DD i 為批次該急單資訊之預定完工時間。
  3. 如請求項1所述之製造排程變異最小化系統，其中，該排程異動訊息為該工廠訂單處理模組接收外部之一急單資訊，該急單資訊具有複數急單工件資料，該訂單資訊具有複數原始工件資料，各該原始工件資料編排於該原始排程，該動態調整程式用以最小化合計各該急單工件資料與各該原始工件資料，於製造流程各該加工機台開始加工時間，各該急單工件資料及各該原始工件資料編排至該變異排程，該動態調整程式之程式函式為：，i為各該急單工件資料或各該原始工件資料；j為i之製造流程的步驟；k為各該機台資訊；NS ijk 為該急單資訊於各該加工機台開始加工時間；S ijk 為該訂單資訊於各該加工機台開始加工時間。
  4. 如請求項1所述之製造排程變異最小化系統，其中，該訂單資訊具有複數原始工件資料，各該原始工件資料編排於該原始排程，該排程異動訊息為該資料擷取模組接收到其中一加工機台之機台資訊發生故障，該動態調整程式用以最小化合計於製造流程中，各該原始工件資料分配至其餘所述之加工機台之開始加工時間，該動態調整程式動態調整程式之程式函式為：ST=，i為各該急單工件資料或各該原始工件資料；j為i之製造流程的步驟；k為各該機台資訊；NS ijk 為該急單資訊於各該加工機台開始加工時間；S ijk 為該訂單資訊於各該加工機台開始加工時間。
  5. 如請求項1所述之製造排程變異最小化系統，其中，該排程異動訊息為該工廠訂單處理模組接收外部之一急單資訊，該急單資訊具有複數急單工件資料，該訂單資訊具有複數原始工件資料，各該工件資料編排於該原始排程，該動態調整程式用以最小化平均各該急單工件與各該原始工件資料，於製造流程中各該加工機台開始加工時間，該動態調整程式動態調整程式之程式函式為：，i為各該急單工件資料或各該原始工件資料；j為i之製造流程的步驟；k為各該機台資訊；NS ijk 為該急單資訊於各該加工機台開始加工時間；S ijk 為該訂單資訊於各該加工機台開始加工時間。
  6. 如請求項1所述之製造排程變異最小化系統，其中，該訂單資訊具有複數原始工件資料，各該工件資料編排於該原始排程，該排程異動訊息為該資料擷取模組接收到其中一加工機台之機台資訊發生故障，該動態調整程式用以最小化平均於製造流程中，各該原始工件資料分配至其餘所述之加工機台之開始加工時間，該動態調整程式動態調整程式之程式函式為：，i為各該急單工件資料或各該原始工件資料；j為i之製造流程的步驟；k為各該機台資訊；NS ijk 為該急單資訊於各該加工機台開始加工時間；S ijk 為該訂單資訊於各該加工機台開始加工時間。
  7. 如請求項1所述之製造排程變異最小化系統，其中，該排程異動訊息為該工廠訂單處理模組接收外部之一急單資訊，該急單資訊具有複數急單工件類型資料，該訂單資訊具有複數原始工件類型資料，各該原始工件類型資料批次編排於該原始排程，該動態調整程式動態調整程式用以最小化平均各該急單工件類型資料與各該原始工件類型資料，批次於製造流程各該加工機台開始加工時間，各該急單工件類型資料及各該原始工件類型資料批次編排至該變異排程，該動態調整程式之程式函式為：，i為各該急單工件類型資料或各該原始工件類型資料；為各該急單工件類型資料於各該加工機台開始加工時間；為各該原始工件類型資料於各該加工機台開始加工時間。
  8. 如請求項1所述之製造排程變異最小化系統，其中，該排程異動訊息為該工廠訂單處理模組接收外部之一急單資訊，該動態調整程式用以最小化該急單資訊影響該原始排程之完工時間，該動態調整程式之程式函式為：DMS=NCmax-Cmax，NCmax為製造流程增加該急單資訊之完工時間；Cmax為該原始排程之完工時間。
  9. 如請求項1所述之製造排程變異最小化系統，其中，該訂單資訊具有複數原始工件資料，各該原始工件資料批次編排於該原始排程，該排程異動訊息為該工廠訂單處理模組接收外部之一急單資訊，該動態調整程式用以最小化該急單資訊影響各該原始工件資料於該原始排程中被移動分配至各該加工機台之數量，該動態調整程式之程式函式為：； j O i , c C, s S，X(j+1)ikcs 及X jikcs 為各該加工機台之分配；RD i 為各該原始工件資料處於製造流程中之數量。
  10. 如請求項1所述之製造排程變異最小化系統，其中，該混合式基因排列組合為基因演算法搭配模擬退火法及禁忌搜索演算法。
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