0 引言

    煙草行業(yè)由行業(yè)管理機(jī)構(gòu)（國家煙草專賣局）實(shí)行�？�，其生產(chǎn)總量由國家煙草專賣局計(jì)劃下達(dá)。不同卷煙產(chǎn)品之間存在著競爭，然而國內(nèi)各煙草企業(yè)原料類型基本相似，加工機(jī)械水平基本相近，加工工藝也基本一致，單純通過傳統(tǒng)的改進(jìn)技術(shù)不能滿足企業(yè)競爭的需要。煙草工業(yè)企業(yè)只能在國家計(jì)劃的基礎(chǔ)上，通過引入信息技術(shù)來進(jìn)行進(jìn)一步分解，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低成本，以此來提升企業(yè)綜合競爭力。目前煙草工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃受市場影響越來越大，大部分企業(yè)明顯感到計(jì)劃跟不上變化，面對銷售部門對產(chǎn)品交貨時(shí)間的嚴(yán)格要求，面對營銷計(jì)劃的不斷調(diào)整和生產(chǎn)過程中品名的更換，造成了生產(chǎn)計(jì)劃不斷變更。通過引入信息技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化，可以成為煙草工業(yè)企業(yè)贏得市場與利潤的有效手段。MES系統(tǒng)主要解決企業(yè)整體優(yōu)化中生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)過程的脫節(jié)問題，這一問題長期以來不僅直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部信息集成和企業(yè)之間供應(yīng)鏈優(yōu)化的瓶頸。MES制造執(zhí)行系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)對企業(yè)的生產(chǎn)流水線的操作狀態(tài)以及生產(chǎn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將有關(guān)數(shù)據(jù)信息上報(bào)至數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，極大地提高了勞動效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)變能力。在MES系統(tǒng)中，計(jì)劃與調(diào)度模塊處于非常重要的位置，負(fù)責(zé)整個(gè)車間的計(jì)劃管理以及資源調(diào)度等多項(xiàng)重要功能，在車間優(yōu)化控制方面，計(jì)劃與調(diào)度管理更是處在最重要的位置。

    目前已經(jīng)有許多煙草行業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度方面的研究文獻(xiàn)。王愛民針對煙草卷包排產(chǎn)方案優(yōu)化制定、周訂單滾動追加，以及面向訂單執(zhí)行時(shí)間和數(shù)量變化的計(jì)劃與實(shí)際同步調(diào)整等問題，提出了煙草卷包作業(yè)動態(tài)調(diào)度技術(shù)。卞新中針對煙草行業(yè)的特點(diǎn)并實(shí)際結(jié)合將軍集團(tuán)生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了將軍集團(tuán)制造執(zhí)行系統(tǒng)，著重介紹了生產(chǎn)計(jì)劃排程、生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備管理等子系統(tǒng)。謝五峰介紹了當(dāng)前流行的MES支撐平臺——SIMATICIT(西門子平臺)的軟件架構(gòu)和各部分功能，并提出了種適合煙草企業(yè)卷包排產(chǎn)的規(guī)則算法論述了基于該排產(chǎn)算法的毛煙廠卷包排產(chǎn)子系統(tǒng)，包括子系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和卷包排產(chǎn)的一些步驟。上述的研究工作具有重要的理論參考價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

    本文給出了生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，說明了系統(tǒng)的主要功能模塊，最后介紹了提出的系統(tǒng)規(guī)則調(diào)度算法。

1 生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    本文以某煙草企業(yè)為應(yīng)用背景，設(shè)計(jì)了一套運(yùn)行在企業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)上的、獨(dú)立的、開放的信息化計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)，主要是在廠級范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)劃與調(diào)度，以確保生產(chǎn)的均衡性、連續(xù)性，減少換牌、避免停機(jī)待料、優(yōu)化生產(chǎn)過程，以及提高生產(chǎn)過程的快速應(yīng)變能力為原則制定詳細(xì)的能源動力、制絲和卷包生產(chǎn)計(jì)劃三類生產(chǎn)計(jì)劃，使生產(chǎn)計(jì)劃的編制更加快捷、科學(xué)、合理，并優(yōu)化生產(chǎn)的組織和管理。

    系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1 軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)按功能可劃分為4個(gè)層次，即數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用處理層及客戶表示層。

    數(shù)據(jù)采集層：采集現(xiàn)場設(shè)備的信息，主要是各車間、各主要設(shè)備狀態(tài)。

    數(shù)據(jù)處理層：用Oracle10g 和Microsoft SQL Server 2008構(gòu)成的異構(gòu)數(shù)據(jù)源作為數(shù)據(jù)庫的支撐平臺存儲各種生產(chǎn)參數(shù)。

    應(yīng)用處理層：根據(jù)路徑限制規(guī)、輔料需求規(guī)則等，將接收到的月計(jì)劃細(xì)分為各車間的日生產(chǎn)和加工任務(wù)，以指揮各生產(chǎn)車間按統(tǒng)一的目標(biāo)，有節(jié)奏、協(xié)調(diào)地生產(chǎn)出符合工藝要求、高質(zhì)量臨時(shí)調(diào)整，進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。

    客戶表示層：面向客戶的操作界面，客戶可應(yīng)用界面輸入月計(jì)劃等。

2 系統(tǒng)的功能模塊

    系統(tǒng)提供如下功能模塊：

圖2 系統(tǒng)功能圖

    計(jì)劃接收：接收公司的月生產(chǎn)計(jì)劃，并根據(jù)各車間的具體情況進(jìn)行一些修改。

    計(jì)劃排產(chǎn)：根據(jù)各車間、各主要設(shè)備狀態(tài)、庫存情況等，把接收到的月生產(chǎn)計(jì)劃分解成周日生產(chǎn)計(jì)劃，生成計(jì)劃通知單下發(fā)到車間。

    物料需求：根據(jù)制定的周生產(chǎn)計(jì)劃，生成物料需求單，并下達(dá)到倉庫進(jìn)行備料操作。

    指令調(diào)度：根據(jù)產(chǎn)品牌號獲取工藝參數(shù)信息，并按照工藝段分別下達(dá)到相應(yīng)的設(shè)備，為生產(chǎn)提供保障。

    生產(chǎn)追蹤：對計(jì)劃的完成情況進(jìn)行追蹤，并對實(shí)時(shí)庫存、設(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控，為計(jì)劃的制定提供參考。

3 系統(tǒng)工作流程

    企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度接收來自上層管理信息系統(tǒng)（MIS/ERP）或人工輸入的月生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)品試制計(jì)劃、特需生產(chǎn)計(jì)劃，并對其進(jìn)行確認(rèn)；在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)能力進(jìn)行周、日計(jì)劃排程，以保證卷包車間按計(jì)劃的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)，并以盡可能減少品種的轉(zhuǎn)換次數(shù)為主要原則，確定卷包車間所要生產(chǎn)的品種、數(shù)量和生產(chǎn)時(shí)間；根據(jù)產(chǎn)品配方計(jì)算生產(chǎn)所需要煙葉的品種、數(shù)量；以卷包計(jì)劃為依據(jù)，儲絲房剩余煙絲信息，制定制絲車間生產(chǎn)計(jì)劃，以保證煙絲及時(shí)供給，保證煙絲存儲時(shí)間不少于工藝要求；生產(chǎn)調(diào)度將生產(chǎn)計(jì)劃分解為各生產(chǎn)部門所需的日調(diào)度作業(yè)任務(wù)，下達(dá)給車間執(zhí)行。車間根據(jù)牌號配方將日制絲計(jì)劃進(jìn)行分解，形成對應(yīng)的分組批次計(jì)劃，和各工藝段的執(zhí)行計(jì)劃，并對相同分組批次計(jì)劃進(jìn)行合并，進(jìn)行投料組織生產(chǎn)。系統(tǒng)流程如下圖示：

圖3 系統(tǒng)流程圖

4 基于規(guī)則的調(diào)度算法

    優(yōu)化排產(chǎn)與調(diào)度（APS）是生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的重要組成部分，它通過接收MIS/ERP編制完成的品牌計(jì)劃，以物料資源、設(shè)備能力、工藝要求等為依據(jù)，把其細(xì)分為各車間的日生產(chǎn)和加工任務(wù)，以指揮各生產(chǎn)車間按統(tǒng)一的目標(biāo)，有節(jié)奏、協(xié)調(diào)地生產(chǎn)出符合工藝要求、高質(zhì)量和滿足用戶要求的產(chǎn)品，有效地控制訂單的準(zhǔn)時(shí)完成。同時(shí)對已運(yùn)行計(jì)劃的臨時(shí)調(diào)整，進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。作業(yè)指令包括兩大類，一是具有相對穩(wěn)定性的指令，如作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（設(shè)備維保標(biāo)準(zhǔn)、工藝卡片、輔料規(guī)格要求、工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工藝路線等）；二是具有很強(qiáng)實(shí)時(shí)性要立即執(zhí)行的指令，如機(jī)臺作業(yè)任務(wù)計(jì)劃單、批次計(jì)劃單、換牌調(diào)度單、設(shè)備調(diào)度停臺通知單、儲柜調(diào)度單、動能供給調(diào)度單、原輔料備料單、調(diào)度通知等。相對穩(wěn)定的指令只有當(dāng)其發(fā)生變化時(shí)才下發(fā)，正常情況下根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)牌號自動查詢有效的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行。

    排產(chǎn)與調(diào)度接收 ERP 系統(tǒng)傳遞的生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)品配方，結(jié)合設(shè)備狀況、設(shè)備維修保養(yǎng)計(jì)劃等信息，將生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行細(xì)化分解，分別生成制絲、卷包、物流生產(chǎn)的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃書；按工序細(xì)化為批次作業(yè)指令，指導(dǎo)原、輔料的供應(yīng)，同時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)工單的發(fā)布。同時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息、設(shè)備運(yùn)行狀況，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工單。

    計(jì)劃排產(chǎn)與調(diào)度管理系統(tǒng)通過對本月的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行分解，分配到機(jī)臺和工藝段。由車間操作人員根據(jù)分解后的計(jì)劃完成生產(chǎn)，生產(chǎn)后的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或通過現(xiàn)場操作員在現(xiàn)場終端完成數(shù)據(jù)的收集或錄入工作，并把收集的數(shù)據(jù)傳遞到相關(guān)的模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔和分析工作。

    整條制絲線由幾條生產(chǎn)線構(gòu)成，還有眾多貯柜以及各種加工設(shè)備。加工路徑比較多，制絲工藝比較復(fù)雜，需要的原材料較多，因而影響生產(chǎn)的因素也就比較多，這就對計(jì)劃調(diào)度提出非常高的要求。在該系統(tǒng)中我們采用了基于規(guī)則的調(diào)度，根據(jù)對制絲工藝的分析研究和參考調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出來多種規(guī)則。根據(jù)這些規(guī)則進(jìn)行計(jì)劃調(diào)度，指導(dǎo)制絲生產(chǎn)。這些規(guī)則構(gòu)成一個(gè)規(guī)則庫，每條規(guī)則擁有自己的優(yōu)先級，系統(tǒng)根據(jù)這些規(guī)則和生產(chǎn)現(xiàn)場的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度，完成指導(dǎo)生產(chǎn)的任務(wù)。主要規(guī)則有路徑限制規(guī)則、貯柜限制規(guī)則、煙絲牌號規(guī)則、設(shè)備狀態(tài)規(guī)則、香料需求規(guī)則、輔料需求規(guī)則等。

圖4 基于規(guī)則的調(diào)度算法

    4.1 計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)描述

    該系統(tǒng)接收公司制定的年生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)公司年生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)品配方的要求，充分考慮原料、輔料的庫存和車間在制情況，進(jìn)行綜合平衡將計(jì)劃逐層分解，以形成指導(dǎo)生產(chǎn)環(huán)節(jié)或工序的生產(chǎn)任務(wù)并下達(dá)。

圖5 計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)功能樹

    目前由于ERP系統(tǒng)沒有實(shí)施，所以廠級月生產(chǎn)計(jì)劃需要手動錄入。廠級計(jì)劃員接收到公司的月生產(chǎn)計(jì)劃后，根據(jù)廠內(nèi)的具體情況進(jìn)行月生產(chǎn)計(jì)劃的維護(hù)。月生產(chǎn)計(jì)劃確定后，根據(jù)庫存狀態(tài)、產(chǎn)品配方、設(shè)備產(chǎn)能等進(jìn)行計(jì)劃排產(chǎn)，再經(jīng)過相關(guān)人員審核與確認(rèn)。卷包車間接收廠級計(jì)劃，根據(jù)設(shè)備的具體產(chǎn)能情況，進(jìn)行日計(jì)劃的生成。制絲車間根據(jù)卷包車間的計(jì)劃，生成制絲的日作業(yè)計(jì)劃，并進(jìn)行相應(yīng)的任務(wù)分解與指令下達(dá)。

    4.2 系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)施

    該系統(tǒng)基于實(shí)際業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，操作簡單方便，權(quán)限控制等技術(shù)全面保證企業(yè)信息的安全。采用先進(jìn)的.Net技術(shù)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，以O(shè)racle10g 和Microsoft SQL Server 2008構(gòu)成的異構(gòu)數(shù)據(jù)源作為數(shù)據(jù)庫的支撐平臺，融入分布式管理控制和人性化界面設(shè)計(jì)理念，使人機(jī)交互更為親切靈活，可高可靠性的完成計(jì)劃與調(diào)度任務(wù)。

    該系統(tǒng)接收上層管理系統(tǒng)的任務(wù)來安排廠級生產(chǎn)計(jì)劃，并根據(jù)各車間的具體情況進(jìn)行一些修改生成計(jì)劃通知單下發(fā)到車間，再按照一定的規(guī)則進(jìn)行指令調(diào)度下達(dá)到相應(yīng)的設(shè)備，對計(jì)劃的完成情況進(jìn)行追蹤，并對實(shí)時(shí)庫存、設(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控，為計(jì)劃的制定提供參考。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)從接收計(jì)劃到計(jì)劃排產(chǎn)直到下達(dá)指令到設(shè)備的一體化操作，使得企業(yè)能夠很好的適應(yīng)生產(chǎn)計(jì)劃的變更，能及時(shí)的掌握當(dāng)前各訂單情況、能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)的歷史情況和現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確地根據(jù)銷售合同和調(diào)度計(jì)劃制定科學(xué)合理的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，真正實(shí)現(xiàn)管理與控制一體化操作。

5 結(jié)論

    本文設(shè)計(jì)與開發(fā)了面向煙草生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)，闡述了軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用處理層和客戶表示層等四個(gè)層次，主要包括計(jì)劃接收、計(jì)劃排產(chǎn)、物料需求、指令調(diào)度和生產(chǎn)追蹤等功能模塊。給出了計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)工作流程，并設(shè)計(jì)了基于規(guī)則的調(diào)度算法。系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)施說明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)度算法的合理性和實(shí)用性。系統(tǒng)應(yīng)用方面，目前的主要不足為當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃出現(xiàn)變更時(shí)，排產(chǎn)調(diào)度算法的交互性較差。進(jìn)一步的研究工作將主要進(jìn)行多批次生產(chǎn)計(jì)劃下的實(shí)時(shí)重調(diào)度方法研究。

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本文標(biāo)題：煙草企業(yè)ERP生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

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