1 引言
    模具是汽車(chē)零部件的重要工藝裝備，其生產(chǎn)方式屬于單件訂單生產(chǎn)，由于產(chǎn)品本身的訂單隨機(jī)性、品種多樣性、加工復(fù)雜性等特點(diǎn)，使得車(chē)間生產(chǎn)情況多變，時(shí)常出現(xiàn)設(shè)備故障、零部件返工返修、拖期交貨等情況，這些不確定因素就決定了進(jìn)行合理地計(jì)劃排產(chǎn)的難度較大，目前我國(guó)汽車(chē)模具企業(yè)排產(chǎn)基本是基于無(wú)限生產(chǎn)能力，車(chē)間生產(chǎn)任務(wù)的開(kāi)、完工時(shí)間完全是按零件的提前期算出的[1]，因此排定的作業(yè)計(jì)劃很不準(zhǔn)確，無(wú)法精確指導(dǎo)車(chē)間實(shí)際生產(chǎn)。

    計(jì)劃排產(chǎn)是車(chē)間生產(chǎn)管理的核心，影響著物料流動(dòng)、生產(chǎn)進(jìn)度、設(shè)備利用等眾多方面。只有很好的解決了計(jì)劃排產(chǎn)問(wèn)題，才能有效地對(duì)車(chē)間作業(yè)進(jìn)行管理和控制，才能使得企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程有機(jī)地結(jié)合在一起，才能保證生產(chǎn)流程連貫有序地進(jìn)行。作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)的核心是作業(yè)排序，解決計(jì)劃排產(chǎn)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是如何實(shí)現(xiàn)合理、優(yōu)化地生產(chǎn)作業(yè)排序。近幾十年來(lái)，車(chē)間作業(yè)排序問(wèn)題的研究取得了很大進(jìn)展，也產(chǎn)生了一些成果，如分枝定界法、整數(shù)規(guī)劃法、遺傳算法、拉格朗日松弛法、神經(jīng)網(wǎng)法等，但這些方法要么在實(shí)際應(yīng)用中比較困難，要么在求解單件車(chē)間工序問(wèn)題上效果不明顯[2]。因此，建立一種基于有限生產(chǎn)能力的、能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)排序優(yōu)化的計(jì)劃排產(chǎn)思想，是解決目前汽車(chē)模具企業(yè)單件生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)問(wèn)題的最有效、最現(xiàn)實(shí)的方法。

2 基于有限生產(chǎn)能力的計(jì)劃排產(chǎn)方法與步驟
    基于有限生產(chǎn)能力的計(jì)劃排產(chǎn)是指在保證不超過(guò)生產(chǎn)設(shè)備負(fù)荷能力的前提下，合理地確定所有工件在設(shè)備上的加工順序，以及設(shè)備加工每道工序的開(kāi)始和完工時(shí)間。

    本文的計(jì)劃排產(chǎn)過(guò)程主要包括三個(gè)步驟:排產(chǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)排序優(yōu)化、設(shè)備資源負(fù)荷計(jì)算。基于有限能力的計(jì)劃排產(chǎn)業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1有限生產(chǎn)能力的排產(chǎn)業(yè)務(wù)流程

2.1 排產(chǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
     排產(chǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是排產(chǎn)的基礎(chǔ)，為計(jì)劃排產(chǎn)提供必要的數(shù)據(jù)支持，具體包括ERP主生產(chǎn)計(jì)劃信息查詢、CAPP工藝信息查詢、工廠日歷設(shè)置、資源能力設(shè)定等內(nèi)容。

2.1.1 ERP主生產(chǎn)計(jì)劃信息
    主生產(chǎn)計(jì)劃是一個(gè)重要的ERP計(jì)劃層次，是確定每一個(gè)具體的產(chǎn)品在每一個(gè)具體時(shí)間段的生產(chǎn)計(jì)劃，它在計(jì)劃模塊中起承上啟下，從宏觀到微觀計(jì)劃的過(guò)渡作用[3]。通過(guò)計(jì)劃排產(chǎn)系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的集成，從主生產(chǎn)計(jì)劃中查詢制約車(chē)間排產(chǎn)的條件，主要包括模具鑄件到位時(shí)間、設(shè)計(jì)完成時(shí)間、首輪樣件時(shí)間、全序樣件時(shí)間、交貨期等，實(shí)時(shí)讀取主生產(chǎn)計(jì)劃中的這些信息，能夠在模具計(jì)劃排產(chǎn)中起約束作用。

2.1.2 CAPP生產(chǎn)工藝信息查詢
    生產(chǎn)工藝信息是汽車(chē)模具生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)準(zhǔn)備工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是制定生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度生產(chǎn)的重要依據(jù)，包括加工路線、加工工時(shí)、設(shè)備能力等，是計(jì)劃排產(chǎn)依賴的主要基礎(chǔ)信息。通過(guò)計(jì)劃排產(chǎn)系統(tǒng)與CAPP系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)工藝信息的實(shí)時(shí)讀取與調(diào)用。

2.1.3 工廠日歷設(shè)置
    工廠日歷是企業(yè)用來(lái)編排計(jì)劃的特殊形式的日歷，它連續(xù)地給出了有效的實(shí)際工作日編號(hào)，是計(jì)劃排產(chǎn)過(guò)程中一切生成與執(zhí)行的時(shí)間基準(zhǔn)，主要包括工作日、公休日、節(jié)假日以及加班日期等相關(guān)信息。

2.1.4 資源能力設(shè)定
    在實(shí)際應(yīng)用中，工作中心實(shí)際能力的計(jì)算對(duì)排產(chǎn)的準(zhǔn)確性起著至關(guān)重要的作用，是車(chē)間有限能力排產(chǎn)的依據(jù)。一個(gè)工作中心可以由數(shù)臺(tái)加工性質(zhì)相同的設(shè)備組成，也可將數(shù)臺(tái)不同加工性質(zhì)的加工設(shè)備所構(gòu)成的一個(gè)加工單元?jiǎng)澐譃橐粋�(gè)工作中心。工作中心的定額能力按照以下公式計(jì)算：工作中心的定額能力﹦每日工作班次數(shù)×每班工作小時(shí)×效率×利用率，其中效率﹦完成定額工時(shí)數(shù)/實(shí)際投入工時(shí)數(shù)；利用率﹦實(shí)際投入工時(shí)數(shù)/計(jì)劃工時(shí)數(shù)[4]。通過(guò)這種相對(duì)準(zhǔn)確的能力計(jì)算方法，以提高資源能力估算的精確性。

2.2 生產(chǎn)作業(yè)優(yōu)化排序
2.2.1 啟發(fā)式算法簡(jiǎn)介
   啟發(fā)式算法是一個(gè)基于直觀或經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造的算法，在可接受的花費(fèi)(時(shí)間、占用空間等)下給出待解決組合優(yōu)化問(wèn)題每一個(gè)實(shí)例的一個(gè)可行解[5]。在汽車(chē)模具生產(chǎn)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)因素較多，各種優(yōu)化條件約束隨時(shí)可能改變，這使傳統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化理論在應(yīng)用于作業(yè)排序問(wèn)題時(shí)存在很大局限，如建模困難、求解復(fù)雜等。啟發(fā)式方法因其易于實(shí)現(xiàn)、計(jì)算復(fù)雜度低等原因，目前應(yīng)用得最為廣泛。

    本文在按照時(shí)間進(jìn)程逐次為每臺(tái)設(shè)備安排一個(gè)加工對(duì)象時(shí)，利用預(yù)先定義好的優(yōu)先規(guī)則作為啟發(fā)條件，從候選的等待作業(yè)中選取優(yōu)先級(jí)最高的作業(yè)安排加工，如果無(wú)法滿足交貨期，則通過(guò)調(diào)整加工優(yōu)先級(jí)，重新進(jìn)行排序，經(jīng)過(guò)若干次反饋就可以得到優(yōu)化的排序結(jié)果。

2.2.2 加工優(yōu)先級(jí)設(shè)定
    設(shè)定模具的加工優(yōu)先級(jí)是基于啟發(fā)式算法作業(yè)排序的基礎(chǔ)。由于模具企業(yè)對(duì)交貨期要求特別嚴(yán)格，所以將交貨期視為優(yōu)先級(jí)設(shè)定的重要因素。另外，由于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境處于動(dòng)態(tài)變化中，如經(jīng)常發(fā)生緊急訂單、零件返工返修、設(shè)備故障等情況，這些變化是在作業(yè)排序時(shí)必須考慮的，所以必須充分發(fā)揮人的作用。

    因此，除了以交貨期為優(yōu)先規(guī)則的模具優(yōu)先級(jí)外，還要給模具零件和設(shè)備設(shè)定優(yōu)先級(jí)。零件優(yōu)先級(jí)是根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)人為設(shè)定的；設(shè)備優(yōu)先級(jí)是為了均衡設(shè)備負(fù)荷，按任務(wù)最少選擇設(shè)備。將三者結(jié)合起來(lái)，一起構(gòu)成工序的加工優(yōu)先級(jí)，如圖2所示。
 

圖2 工序加工優(yōu)先級(jí)構(gòu)成

2.2.3 基于啟發(fā)式算法的作業(yè)排序優(yōu)化
    本文使用如下設(shè)定：
    ① {P1,P2,P3……Pm}——m臺(tái)設(shè)備；
    ② {J1,J2,J3……Jn}——n個(gè)工件；
    ③  Qij——工件Ji的第j道工序；
    ④ {Dt}——各套模具交貨期的集合；
    ⑤ {Qt}——各零件未安排作業(yè)的第1道工序的集合；
    ⑥ t——步數(shù)，每排一道工序稱一步；
    ⑦ St——t步之前已排序的工序構(gòu)成的作業(yè)集合。

圖3 作業(yè)排序優(yōu)化函數(shù)

    圖3所示的排序函數(shù)是啟發(fā)式算法在作業(yè)排序中的具體應(yīng)用。排序算法具體步驟如下：

    ① 根據(jù)ERP主生產(chǎn)計(jì)劃得到各模具的交貨期，從CAPP中的加工路線和加工時(shí)間得到各個(gè)工序的加工提前期，輸入工序的加工優(yōu)先級(jí)，并將它們儲(chǔ)存起來(lái)；
    ② 初始化:設(shè)t＝1, St為空，總工序數(shù)為N；
    ③ T＝min{Dt},求出T對(duì)應(yīng)的零件Ji，若Ji數(shù)目大于1,則根據(jù)零件優(yōu)先級(jí)選擇Ji,并從{Qt}中找出零件Ji的工序Qij；
    ④ 從{P1，P2，P3……Pm}中找出工序Qij所對(duì)應(yīng)的設(shè)備Pj，若滿足條件的Pj數(shù)目大于1,根據(jù)設(shè)備優(yōu)先級(jí)選擇Pj，即將此工序排在任務(wù)最少的設(shè)備上；
    ⑤ 把已排工序Qij放入{St}中,并從{Qt}中刪除此工序,并將Qij的緊后工序{Qt}中；
    ⑥ 令t＝t+1，若t小于N，則轉(zhuǎn)移到第③步；若t大于N，則計(jì)算排定的計(jì)劃是否滿足交貨期，若計(jì)劃超出交貨期，則調(diào)整零件優(yōu)先級(jí)，更新加工優(yōu)先級(jí)，重新進(jìn)行排序，否則結(jié)束。

2.3 生產(chǎn)資源負(fù)荷計(jì)算
    經(jīng)過(guò)作業(yè)排序后，每臺(tái)設(shè)備都安排了加工對(duì)象，由于工序的加工提前期已知，同時(shí)工廠日歷和工作中心的定額能力也已預(yù)先設(shè)置，即可計(jì)算出設(shè)備加工每道工序的開(kāi)始、完工時(shí)間，從而可以得到設(shè)備的累積負(fù)荷，如果累積負(fù)荷超過(guò)設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷能力，則必須通過(guò)調(diào)整工序的加工優(yōu)先級(jí)，進(jìn)行重新排產(chǎn)，或者采取加班、外委等方式，滿足生產(chǎn)條件。

3 結(jié)論
    本文結(jié)合汽車(chē)模具單件生產(chǎn)特點(diǎn)，將啟發(fā)式算法應(yīng)用于作業(yè)排序中，研究了一種基于有限生產(chǎn)能力的計(jì)劃排產(chǎn)方法。上述排產(chǎn)方法提高了中小企業(yè)的計(jì)劃排產(chǎn)有效性，對(duì)于我國(guó)生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)理論的研究與發(fā)展起到了積極促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)
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本文標(biāo)題：ERP系統(tǒng)面向單件生產(chǎn)的車(chē)間作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)問(wèn)題的研究

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