面向MES的船舶柴油機(jī)加工車間調(diào)度系統(tǒng)研究.pdf

1、全球市場競爭激烈，上層計(jì)劃管理系統(tǒng)受市場影響越來越大，計(jì)劃的適應(yīng)性問題愈來愈突出，明顯感到計(jì)劃跟不上變化。面對客戶對交貨期的苛刻要求，面對更多產(chǎn)品的改型和訂單的不斷調(diào)整，企業(yè)的決策者逐漸認(rèn)識(shí)到計(jì)劃的制定和執(zhí)行要依賴于市場和實(shí)際的作業(yè)執(zhí)行狀態(tài)，而不能單純以物料和庫存來控制生產(chǎn)。 制造執(zhí)行系統(tǒng)是在企業(yè)的信息化建設(shè)中出現(xiàn)斷層的情況下出現(xiàn)的。ERP/MRPII等系統(tǒng)運(yùn)用的整體效果不理想，使得如何集成企業(yè)的信息已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。目前MRP

2、II/ERP軟件，如SAP的R/3 System、利瑪信息技術(shù)公司的CAPMS等，大都為企業(yè)的上層生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)，其中有些軟件是從財(cái)務(wù)管理和物料管理角度開發(fā)的，在對車間級(jí)制造執(zhí)行過程的管理上較弱，基本不能完善地解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的復(fù)雜多變問題，軟件的適應(yīng)性比較差。例如，目前的大多數(shù)MRPII/ERP商品軟件只能做到零部件級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃，而沒有做到工序級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃。個(gè)別商品軟件雖然做到工序級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃，但還是比較粗糙。在實(shí)際的應(yīng)用中，難以充分利

3、用企業(yè)的所有資源和能力，造成生產(chǎn)時(shí)緊時(shí)松，原料、上裝或輔料等短缺。 因此，解決生產(chǎn)計(jì)劃的適應(yīng)性，增加底層生產(chǎn)過程與計(jì)劃層的信息流動(dòng)及共享，實(shí)施制造執(zhí)行系統(tǒng)以及對整個(gè)制造生產(chǎn)過程的有效管理控制己經(jīng)成為一個(gè)重要的研究課題。本課題基于車間的現(xiàn)代生產(chǎn)管理思想----制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution Systems，MES），針對目前以多品種、小批量離散加工為特點(diǎn)的制造企業(yè)中存在的任務(wù)調(diào)度、生產(chǎn)中異常處理周期長

4、及在制品等待時(shí)間長等車間計(jì)劃調(diào)度問題，提出了一種基于設(shè)備的Petri網(wǎng)模型調(diào)度方法。在穩(wěn)定主生產(chǎn)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，能夠?qū)囬g作業(yè)進(jìn)行靈活調(diào)度，并進(jìn)一步對目前計(jì)劃調(diào)度工作進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。 本文主要開展了以下幾方面的研究： 1 在分析MES和車間調(diào)度問題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢基礎(chǔ)上，對現(xiàn)階段MES仍需解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究分析。指出現(xiàn)階段對MES的研究多停留在“解決計(jì)劃層與控制層的信息斷層“問題上。但是由于企業(yè)實(shí)施MES的最終目

5、標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成，以保證企業(yè)信息流的暢通，因此MES的功能應(yīng)該擴(kuò)大到整個(gè)生產(chǎn)執(zhí)行層的實(shí)施制造管理。ERP系統(tǒng)服務(wù)于長周期的生產(chǎn)計(jì)劃，往往是經(jīng)過了數(shù)周或數(shù)月才能付諸執(zhí)行。在這段時(shí)間間隔中，產(chǎn)品的需求和市場都在變化；制造環(huán)境也會(huì)發(fā)生變化，設(shè)備故障、物料延遲以及人力缺勤等都會(huì)造成生產(chǎn)的混亂，導(dǎo)致計(jì)劃的失效。如何更好地利用車間實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息，縮短反應(yīng)時(shí)間，盡可能避免計(jì)劃趕不上變化的發(fā)生，是MES必須要考慮的問題。因此，解決生產(chǎn)計(jì)劃的

6、適應(yīng)性，增加底層生產(chǎn)過程的信息流動(dòng)及共享，實(shí)施制造執(zhí)行系統(tǒng)以及對整個(gè)制造生產(chǎn)過程的有效管理控制己經(jīng)成為一個(gè)重要的研究課題。研究采取何種優(yōu)化計(jì)劃調(diào)度方法，充分利用計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)，如何利用好加工、裝配現(xiàn)場的實(shí)時(shí)信息并將之反饋到上層計(jì)劃管理系統(tǒng)，使生產(chǎn)作業(yè)更準(zhǔn)確可行，使調(diào)度更加實(shí)時(shí)有效正是本文的主要工作。 2基于MES的思想，結(jié)合某企業(yè)的實(shí)際情況，指出了企業(yè)在管理方面存在的問題，有針對性地建立了以最小化最大完工時(shí)間為目標(biāo)的車間調(diào)度

7、數(shù)學(xué)模型。車間調(diào)度問題可以簡單描述為：n個(gè)工件在m臺(tái)機(jī)器上加工，一個(gè)工件分為k道工序，每道工序可以在若干臺(tái)機(jī)器上加工。每一臺(tái)機(jī)器在每個(gè)時(shí)刻只能加工某個(gè)工件的某道工序，只能在上道工序加工完成后才能開始下一道工序的加工，前者稱為占用約束，后者稱為順序約束。由此可見，生產(chǎn)調(diào)度就是對一個(gè)可用的加工機(jī)床集在一定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行加工任務(wù)集分配，以滿足一個(gè)性能指標(biāo)集。典型的車間生產(chǎn)調(diào)度問題包括一個(gè)要完成的作業(yè)集，每個(gè)作業(yè)由一個(gè)操作集組成，各操作的完成需要

8、占用機(jī)床或其它資源，并且必須按一些可行的工藝次序進(jìn)行加工；每臺(tái)機(jī)床可加工零件的若干操作，并且在不同機(jī)床上能加工的操作集可以不同。在約束條件下，調(diào)度的目標(biāo)是將作業(yè)合理地安排到各機(jī)床，并合理安排作業(yè)的加工次序和加工開始時(shí)間，同時(shí)優(yōu)化一些性能指標(biāo)。 3 在對制造系統(tǒng)模擬方面國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，對制造車間的設(shè)備進(jìn)行Petri網(wǎng)建模（變遷代表加工，庫所代表加工狀態(tài)），在軟件上通過為每個(gè)設(shè)備配置一個(gè)相應(yīng)的小型服務(wù)器來搜索適合的加工序列；利用

9、集成建模工具Petri-UML設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體模型；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了主生產(chǎn)計(jì)劃和車間作業(yè)計(jì)劃的信息建模。 4 利用UML設(shè)計(jì)了面向MES的船用柴油機(jī)加工車間調(diào)度系統(tǒng)的各模塊，描述了模塊的相互關(guān)系、并且相應(yīng)地將UML模型轉(zhuǎn)化成了整個(gè)系統(tǒng)的Petri網(wǎng)信息流模型，從而為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)打下了基礎(chǔ)。 5 對調(diào)度規(guī)則進(jìn)行分析，建立了AHP的數(shù)學(xué)模型，為規(guī)則的選擇提供了一種機(jī)制，解決有多道工序滿足條件下的生產(chǎn)安排；利用系統(tǒng)Petri網(wǎng)信息