專利名稱：一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的生產(chǎn)排程方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)排程方法，尤指一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)(prop)定位的MTO和ATO兩種生產(chǎn)方式下的排程方法。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)排程(Production Scheduling)問題,又稱生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃或生產(chǎn)調(diào)度。從有限資源角度看，生產(chǎn)排程是一個(gè)決策過程，是指生產(chǎn)部門為完成銷售部門下達(dá)的訂單，根據(jù)確定的生產(chǎn)計(jì)劃和訂單交貨期安排，按照產(chǎn)品的加工工藝路線，將有限資源安排給不同的工作，并決定何時(shí)開始，由哪部設(shè)備加工，并完成哪件工作，并設(shè)法達(dá)到預(yù)定的如交貨期要求和提高設(shè)備利用率的目標(biāo)。這些有限資源主要包括:機(jī)器和設(shè)備(包括搬運(yùn)設(shè)備)、工夾具、作業(yè)員、存儲(chǔ)容器或空間等。在現(xiàn)有的技術(shù)中，關(guān)于生產(chǎn)排程的研究主要集中在排程算法的設(shè)計(jì)上，忽略了對(duì)排程模型的改進(jìn)，尚未有文獻(xiàn)提及生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)，也沒有文獻(xiàn)涉及到將生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)引入大批量定制的生產(chǎn)排程研究中。目前需要本領(lǐng)域的技術(shù)人員解決的一個(gè)技術(shù)問題就是:如何創(chuàng)新一種生產(chǎn)排程方法，使得整個(gè)生產(chǎn)排程過程，既能滿足客戶訂單的個(gè)性化需求，也能使排程目標(biāo)和排程過程整體得到簡(jiǎn)化，以短時(shí)間低成本滿足客戶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種生產(chǎn)排程方法，即提出生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)，并在生產(chǎn)排程中引入生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)，既能滿足客戶訂單的個(gè)性化需求，使排程受制造系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)性減小，也能使排程目標(biāo)和排程過程整體得到簡(jiǎn)化，以短時(shí)間低成本滿足客戶需求。本發(fā)明的生產(chǎn)排程方法包括:
1、生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)(prop)概念的提出:將大批量定制中自制件的通用化與差異化最佳分界點(diǎn)定義為生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)。2、生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)(prop)的定位的前提:生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位模型的前端輸入是自制件BOM表，表中給出了自制件名稱和數(shù)量等信息。生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)的確定還需要自制件的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)例如零件的工藝卡片，該信息可從產(chǎn)品族數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用。由于大批量定制生產(chǎn)的對(duì)象是批量化的零件，生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的研究對(duì)象必須是相似的批量自制件，因此在建立生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位模型之前需要對(duì)自制件進(jìn)行聚類處理。聚類完成后，以聚為一類的自制件為研究對(duì)象進(jìn)行生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位模型的建立。3、生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)(prop)定位模型的建立:本方法以成本和時(shí)間為目標(biāo)，以滿足客戶要求的個(gè)性化程度作為約束，建立生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)(prop)定位的多目標(biāo)模型。該模型立足于大批量快速定制生產(chǎn)方式下的供應(yīng)鏈上的生產(chǎn)商或者企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)，在綜合考慮了生產(chǎn)商自身的成本以及由生產(chǎn)商承擔(dān)的其它環(huán)節(jié)成本基礎(chǔ)上，以成本最低和交貨期最短為目標(biāo)分別建立了集中型管理和分散型管理兩種庫(kù)存策略下的PPDP多目標(biāo)定位模型，并求解出最優(yōu)PPDP位置。4、MTO生產(chǎn)方式下的生產(chǎn)排程模型的建立:如附圖1所示生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)將制造企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)劃分為通用化和差異化兩個(gè)階段，將以成本、交貨期和個(gè)性化需求三個(gè)目標(biāo)同時(shí)優(yōu)化為目標(biāo)得到的最優(yōu)生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)引入到生產(chǎn)計(jì)劃與排程中，從而起到簡(jiǎn)化排程難度，縮短生產(chǎn)時(shí)間的目的。如附圖2所示，本方法首先確定PPDP的位置，然后分別建立了按訂單制造和按訂單裝配兩種環(huán)境下的生產(chǎn)排程模型。當(dāng)最優(yōu)生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)的位置定位于企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的加工制造環(huán)節(jié)時(shí)，此生產(chǎn)方式稱為按訂單制造即MTO生產(chǎn)方式。在這種生產(chǎn)方式中，企業(yè)接到客戶訂單后根據(jù)已有的產(chǎn)品零部件數(shù)據(jù)信息進(jìn)行零部件的制造和裝配，從而完成客戶訂單。在MTO生產(chǎn)方式下，PPDP之前的生產(chǎn)為通用化生產(chǎn)階段，即PPDP之前的生產(chǎn)排程為同一工件即通用化半成品件的#道工序的生產(chǎn)排程問題；PPDP之后的生產(chǎn)為差異化生產(chǎn)階段，即PPDP之后的生產(chǎn)排程為層個(gè)不同工件即個(gè)性化工件的道工序的生產(chǎn)排程問題，因此，可將MTO環(huán)境下的生產(chǎn)排程問題考慮為PPDP前和PPDP后的組合問題。5、ATO生產(chǎn)方式下的生產(chǎn)排程模型的建立:當(dāng)最優(yōu)生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)的位置定位于企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的裝配環(huán)節(jié)時(shí)，此生產(chǎn)方式稱為按訂單裝配即ATO生產(chǎn)方式。在這種生產(chǎn)方式中，企業(yè)接到客戶訂單后利用庫(kù)存零部件裝配成客戶需要的定制產(chǎn)品，從而完成客戶訂單。在建立ATO環(huán)境下的生產(chǎn)排程模型前首先描述出產(chǎn)品的樹狀網(wǎng)絡(luò)圖。根據(jù)產(chǎn)品的裝配順序，可以定義三種大批量定制生產(chǎn)模式下生產(chǎn)方式:(I)簡(jiǎn)單裝配順序下的單一產(chǎn)品的生產(chǎn)；(2)復(fù)雜裝配順序下的單一產(chǎn)品的生產(chǎn)；(3)層種產(chǎn)品同時(shí)裝配的生產(chǎn)。通常把這
三種生產(chǎn)方式下的生產(chǎn)排程問題依次定義為%計(jì)劃問題,Ge計(jì)劃問題和]產(chǎn)品計(jì)劃問題。在ATO生產(chǎn)方式下,最優(yōu)PPDP之前的活動(dòng)為通用化的大批量生產(chǎn),屬于( 生產(chǎn)；最優(yōu)PPDP之后的活動(dòng)為差異化的生產(chǎn)，與Jf-產(chǎn)品生產(chǎn)問題相對(duì)應(yīng)。在ATO生產(chǎn)方式下，建立了以最長(zhǎng)完工時(shí)間最短為目標(biāo)函數(shù)的PPDP之前生產(chǎn)排程模型以及PPDP之后的生產(chǎn)排程方法。6、基于混合遺傳算法的MTO生產(chǎn)排程模型的求解:綜合考慮基于調(diào)度規(guī)則的算法、基于運(yùn)籌學(xué)的算法、基于鄰域搜索的算法三類算法的優(yōu)缺點(diǎn)，采用在遺傳算法的基礎(chǔ)上結(jié)合啟發(fā)式算法，構(gòu)成混合遺傳算法求解MTO環(huán)境下的生產(chǎn)排程模型，使得兩者的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，大大提高排程結(jié)果的可行性和有效性。由于遺傳算法不適合與在最優(yōu)解附近進(jìn)行精細(xì)搜索，因此將啟發(fā)式局部搜索方法應(yīng)用在遺傳算法中，組成混合遺傳算法。本方法以以下三種形式將啟發(fā)式算法引入到遺傳算法中:1)改進(jìn)初始種群。一般的遺傳算法的初始種群是隨機(jī)產(chǎn)生的，改進(jìn)后是由啟發(fā)式排程算法產(chǎn)生種群規(guī)模30%的個(gè)體，另外70%的個(gè)體隨機(jī)產(chǎn)生，這樣在尋找最優(yōu)解的過程中融入了啟發(fā)式排程經(jīng)驗(yàn)，可以避免遺傳算法的早熟現(xiàn)象。2)在遺傳算子選擇、交叉等操作中插入啟發(fā)式搜索，將局部搜索和全局搜索相結(jié)合，大大提到了搜索效率。3)改進(jìn)了優(yōu)選操作。一般的遺傳算法優(yōu)選操作是把上一代的最優(yōu)值直接遺傳到下一代，引入啟發(fā)式搜索算法是把上一代的群體規(guī)模的10%的最優(yōu)個(gè)體保留到下一代，避免最優(yōu)值的丟失。7、基于啟發(fā)式算法的ATO生產(chǎn)排程模型的求解:啟發(fā)式算法以提高搜索效率為目的，其核心為一組具有建議性質(zhì)的規(guī)則集， 根據(jù)此規(guī)則集，計(jì)算機(jī)可在解空間中依據(jù)某項(xiàng)或某幾項(xiàng)規(guī)則指導(dǎo)出的算法搜索方向?qū)ふ乙粋€(gè)較優(yōu)解。本方法通過兩個(gè)啟發(fā)式算法來(lái)求解ATO環(huán)境下的生產(chǎn)排程模型中的Jf -產(chǎn)品計(jì)劃問題。本發(fā)明提供一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的生產(chǎn)排程方法，既能滿足客戶訂單的個(gè)性化需求，使排程受制造系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)性減小，也能使排程目標(biāo)和排程過程整體得到簡(jiǎn)化，以短時(shí)間低成本滿足客戶需求，對(duì)于情況復(fù)雜且數(shù)量較多的訂單，求解排程模型時(shí)求解結(jié)果準(zhǔn)確有效、應(yīng)用范圍廣、可拓展性強(qiáng)、運(yùn)算速度快、優(yōu)化性能好。


圖1為基于PPDP定位的生產(chǎn)內(nèi)部過程模型圖。圖2為基于PPDP定位的生產(chǎn)排程流程圖。圖3為物料清單界面。圖4為生產(chǎn)工序設(shè)置界面。圖5為零件工序設(shè)置界面。圖6為單個(gè)零件的甘特圖。圖7為物料聚類界面。圖8為過程解耦界面。圖9為一種零件的甘特圖。圖10為聚類訂單預(yù)計(jì)交付期計(jì)算界面。圖11為客戶訂單交付期查看界面。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)基于PPDP生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的生產(chǎn)排程方法做出系統(tǒng)詳細(xì)說(shuō)明。1、系統(tǒng)生產(chǎn)排程的前提。如附圖3，生產(chǎn)排程前端輸入是自制件BOM表，表中給出了自制件名稱和數(shù)量等信息以及自制件的生產(chǎn)數(shù)據(jù)如工藝卡片，即系統(tǒng)中的料清單內(nèi)容。2、進(jìn)行生產(chǎn)工序設(shè)置。如附圖4，，在生產(chǎn)工序中填寫訂單生產(chǎn)排程中所需的所有生產(chǎn)工序，以及每道工序所需加工設(shè)備和單件加工所需時(shí)間。3、進(jìn)行零件工序設(shè)置。如附圖5，從最小構(gòu)件中選取不同的加工零件，對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行工序設(shè)定，也就是按每個(gè)零件的加工生產(chǎn)順序進(jìn)行工序編號(hào)。4、單個(gè)零件甘特圖查看。如附圖6，在零件設(shè)置完成后，可以查看單個(gè)零件加工的甘特圖，橫坐標(biāo)表示加工時(shí)間，縱坐標(biāo)表示每道工序的加工設(shè)備。5、進(jìn)行物料聚類。如附圖7，在物料清單的基礎(chǔ)上輸入產(chǎn)品名稱，確認(rèn)聚類產(chǎn)品類型，選擇聚類日期范圍，計(jì)算出這一期間范圍內(nèi)的聚類訂單所有零件數(shù)量。6、進(jìn)行解耦，求解最優(yōu)PPDP。如附圖8，在物料聚類的基礎(chǔ)上對(duì)最小構(gòu)件進(jìn)行最優(yōu)PPDP點(diǎn)求解。如圖中蝸輪的最優(yōu)PPDP點(diǎn)為2，而蝸桿的最優(yōu)PPDP為O。求解完成后，保存解耦結(jié)果。7、相同最小構(gòu)件零件甘特圖查看。如附圖9，在求解出最優(yōu)PPDP之后，可把最優(yōu)PPDP之前的加工視為庫(kù)存零件，只對(duì)PPDP之后的零件加工進(jìn)行計(jì)算。得出生產(chǎn)該種零件的甘特圖，橫坐標(biāo)代表加工時(shí)間，縱坐標(biāo)代表每道工序的加工設(shè)備。8、計(jì)算聚類訂單預(yù)計(jì)交付日期。如附圖10，通過產(chǎn)品名稱選擇需查看的已匹配聚類訂單，選擇起始和終止時(shí)間，最后選擇生產(chǎn)開始日期和每日工作小時(shí)數(shù)，可根據(jù)零件生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算出聚類訂單的預(yù)計(jì)交付曰期。計(jì)算結(jié)束后，保存計(jì)算結(jié)果。 9、查看客戶訂單交付日期。如附圖11，可查看客戶訂單規(guī)定的交付日期，及訂單參數(shù)詳情。
權(quán)利要求
1.一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的生產(chǎn)排程方法，分為以下幾個(gè)步驟:(1)建立生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)(prop)的定位模型；(2)求解出最優(yōu)生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)(prop)的位置；(3)當(dāng)PPDP位置定位于企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的加工制造環(huán)節(jié)時(shí)，建立按訂單制造即MTO生產(chǎn)方式下的生產(chǎn)排程模型；(4)求解MTO生產(chǎn)方式下的生產(chǎn)排程模型；(5)當(dāng)PPDP位置定位于企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的裝配環(huán)節(jié)時(shí)，建立按訂單裝配即ATO生產(chǎn)方式下的生產(chǎn)排程模型；(6)求解ATO生產(chǎn)方式下的生產(chǎn)排程模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的生產(chǎn)排程方法，其特征在于:所述步驟I中，將大批量定制中自制件的通用化與差異化最佳分界點(diǎn)定義為生產(chǎn)過程解率禹點(diǎn)(Production Process Decoupling Point, PF1DP)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的生產(chǎn)排程方法，其特征在于:所述步驟I中，在生產(chǎn)流程分析的基礎(chǔ)上建立了集中型和分散型兩類生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)的多目標(biāo)定位模型，模型以生產(chǎn)成本和交貨期為目標(biāo)，以滿足客戶的個(gè)性化需求為約束條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的生產(chǎn)排程方法，其特征在于:無(wú)論P(yáng)PDP定位在機(jī)器加工階段或者裝配階段，根據(jù)PPDP定義，當(dāng)PPDP的最優(yōu)解獲得之后的生產(chǎn)排程實(shí)現(xiàn)了把一個(gè)復(fù)雜問題分界為一個(gè)簡(jiǎn)單問題和一個(gè)次復(fù)雜問題。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的生產(chǎn)排程方法，其特征在于:在PPDP定位的過程中已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本最低和交貨期最短的目標(biāo)，排程模型僅以最長(zhǎng)完工時(shí)間最短為目標(biāo)就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的排程方法，其特征在于:所述步驟3和步驟5中 ，根據(jù)生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)的兩種可能的取值，建立了 MTO和ATO兩種生產(chǎn)方式下的排程模型，并分別求解上述兩類生產(chǎn)排程問題。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的排程方法，其特征在于:所述步驟3中，當(dāng)PPDP定位于企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的加工制造環(huán)節(jié)時(shí)，利用MTO生產(chǎn)方式，企業(yè)接到客戶訂單后根據(jù)已有的產(chǎn)品零部件數(shù)據(jù)信息進(jìn)行零部件的制造和裝配。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的排程方法，其特征在于:所述的MTO生產(chǎn)階段，分為通用化生產(chǎn)階段和差異化生產(chǎn)階段。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的排程方法，其特征在于:在MTO生產(chǎn)方式下，分別建立了以最長(zhǎng)完工時(shí)間最短為目標(biāo)函數(shù)的PPDP之前的生產(chǎn)排程模型和PPDP之后的生產(chǎn)排程模型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的排程方法，其特征在于:所述步驟4中，采用在遺傳算法的基礎(chǔ)上結(jié)合啟發(fā)式算法，構(gòu)成混合遺傳算法求解MTO環(huán)境下的生產(chǎn)排程模型。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的排程方法，其特征在于:所述步驟5中，當(dāng)PPDP定位于企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的裝配環(huán)節(jié)時(shí)，利用ATO生產(chǎn)方式，企業(yè)接到客戶訂單后利用庫(kù)存零部件裝配成客戶需要的定制產(chǎn)品。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的排程方法，其特征在于:在ATO生產(chǎn)方式下，最優(yōu)PPDP之前的活動(dòng)為通用化的大批量生產(chǎn)，即為G^Gc生產(chǎn);最優(yōu)PPDP之后的活動(dòng)為差異化的生產(chǎn)，與1-產(chǎn)品生產(chǎn)問題相對(duì)應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的排程方法，其特征在于:在ATO生產(chǎn)方式下，建立了以最長(zhǎng)完工時(shí)間最短為目標(biāo)函數(shù)的PPDP之前生產(chǎn)排程模型以及PPDP之后的生產(chǎn)排程方法。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的排程方法，其特征在于:所述步驟6中，通過兩個(gè)啟發(fā)式算法來(lái)求解ATO環(huán)境下的生產(chǎn)排程模型中的g和產(chǎn)品計(jì)劃問題。 ·
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)定位的生產(chǎn)排程方法，該方法提出了生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)的概念，在生產(chǎn)流程分析的基礎(chǔ)上建立了生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)的多目標(biāo)定位模型。然后根據(jù)生產(chǎn)過程解耦點(diǎn)的兩種定位位置，分別建立了MTO和ATO兩種生產(chǎn)方式下的排程模型，并求解上述兩類生產(chǎn)排程問題。采用本申請(qǐng)實(shí)施例的方法進(jìn)行排程，既能滿足客戶訂單的個(gè)性化需求，使排程受制造系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)性減小，也能使排程目標(biāo)和生產(chǎn)過程整體得到簡(jiǎn)化，以短時(shí)間低成本滿足客戶需求，對(duì)于情況復(fù)雜且數(shù)量較多的訂單，求解排程方案時(shí)求解結(jié)果準(zhǔn)確有效、應(yīng)用范圍廣、可拓展性強(qiáng)、運(yùn)算速度快、優(yōu)化性能好。
文檔編號(hào)G05B13/04GK103176407SQ201210106328
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者葛江華, 孫永全, 于廣濱 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)