[摘 要] 本文介紹了當(dāng)前家紡布藝織造的基本流程，以及家紡行業(yè)ERP在生產(chǎn)排程環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題。進(jìn)一步解釋了現(xiàn)有家紡布藝ERP系統(tǒng)排程模塊形同虛設(shè)的原因，同時(shí)介紹了基于現(xiàn)代智能優(yōu)化算法是解決排程問(wèn)題的有效途徑。最后介紹了基于智能優(yōu)化算法的家紡布藝織造排程系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案以及排程的基本步驟。

[關(guān)鍵詞] 智能排程系統(tǒng) 布藝制造流程 可視化建模 表示層 排程步驟

紡織行業(yè)中只有少數(shù)具有較大規(guī)模的企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基本信息化，大部分企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作流程基本上基于手工操作運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)前一些具有一定規(guī)模的布藝織造企業(yè)ERP系統(tǒng)絕大部分是基于MRP原理設(shè)計(jì)，雖然在一定程度上較好的反映了國(guó)內(nèi)紡織企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)作和供應(yīng)鏈的流程，但是基于MRP的企業(yè)管理系統(tǒng)的生產(chǎn)排程模塊在實(shí)際運(yùn)用中差強(qiáng)人意。在紡織布藝行業(yè)，在企業(yè)現(xiàn)有的信息化基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)并開發(fā)布藝織造智能排程系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義，但是要開發(fā)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的布藝織造智能排程系統(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，希望本文能夠?qū)Σ妓嚳椩焐a(chǎn)排程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)與實(shí)現(xiàn)以及未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行初步的探討。

一、家紡布藝制造流程分析家紡布藝生產(chǎn)流程如圖1:

如圖1 所示，可以發(fā)現(xiàn)布藝織造流程在上機(jī)織造前有兩條并行的流程:經(jīng)紗預(yù)處理和緯紗預(yù)處理。在預(yù)處理結(jié)束后經(jīng)紗與緯紗都匯聚在織機(jī)上進(jìn)行織布工藝。圖1是家紡布藝織造流程的縮略圖，中間省略了一些不一定要進(jìn)行的環(huán)節(jié)，如:經(jīng)紗與緯紗在織造前的上漿、染色;織機(jī)上完成的布匹下機(jī)后需要染色、印花，涂層等后處理工序。

二、基于MRP家紡布藝織造ERP生產(chǎn)排程模塊的困境與解決方式

1.當(dāng)前家紡行業(yè)ERP在生產(chǎn)排程方面的不足

MRP與基于MRP的ERP系統(tǒng)為什么不能滿足要求呢?主要是連續(xù)的流程而不是同步的;對(duì)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸能力沒(méi)有限制;沒(méi)有優(yōu)化功能;缺乏能力決策支持功能;事件不能觸發(fā)重新計(jì)劃。

如在MRP中完成一個(gè)計(jì)劃循環(huán)將涉及一些連續(xù)的、耗時(shí)的和需要人工參與的流程，它們所尋求的是可行的、但并非最佳的解決方案。生成物料計(jì)劃是為了確定合適的物料、合適的數(shù)量以及合適的訂單期限。但對(duì)能力沒(méi)有限制。MRP系統(tǒng)所假定的情況是，無(wú)論采購(gòu)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和加工環(huán)節(jié)需要多少資源，物料都應(yīng)按需供應(yīng)。

粗略能力計(jì)劃和能力需求計(jì)劃是根據(jù)可用能力來(lái)檢查與物料需求計(jì)劃相關(guān)聯(lián)的工作負(fù)荷。存在的問(wèn)題則由能力計(jì)劃來(lái)顯示說(shuō)明。沒(méi)有用于解決能力失衡的決策支持。人工調(diào)整物料計(jì)劃要求有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)和判斷能力。調(diào)整物料計(jì)劃可以消除一個(gè)生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題，但又會(huì)引起另一個(gè)的瓶頸問(wèn)題，因此，這就需要再次運(yùn)行物料和能力需求計(jì)劃。通常，在這一連續(xù)且不斷重復(fù)的流程使資源接近最佳利用狀態(tài)之前，就會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，而人們的耐性也會(huì)喪失殆盡。傳統(tǒng)的MRP系統(tǒng)視野過(guò)于狹窄，計(jì)劃很少能跨部門，跨企業(yè)的。

2.新的基于智能優(yōu)化算法的排程系統(tǒng)

進(jìn)化計(jì)算方法是一類模擬生物進(jìn)化過(guò)程的隨機(jī)搜索方法，其主要包括遺傳算法、進(jìn)化策略、進(jìn)化規(guī)劃和遺傳規(guī)劃等基于進(jìn)化計(jì)算方法等智能優(yōu)化算法的排程系統(tǒng)具有對(duì)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸能力沒(méi)有限制，具有實(shí)時(shí)優(yōu)化功能，根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時(shí)觸發(fā)新的排程的特點(diǎn)，能有效地克服當(dāng)前基于MRP的家紡行業(yè)ERP在車間級(jí)排程的不足。

三、家紡布藝織造排程系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

家紡布藝織造排程系統(tǒng)總體框架如圖2;

1. 調(diào)度總控模塊

該模塊通過(guò)與用戶進(jìn)行交互(包括選擇布藝織造排程任務(wù)范圍、確定排程目標(biāo)及不同類型訂單的排程要求等)，調(diào)用多類智能優(yōu)化排程算法以實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)模式下的作業(yè)計(jì)劃優(yōu)化制定和動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.布藝生產(chǎn)可視化建模模塊

通過(guò)該模塊，可對(duì)布藝生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃制定過(guò)程所需的各基本要素(如加工機(jī)器、工藝路徑和工藝約束等)進(jìn)行可視化建模，以支持布藝織造排程算法的作業(yè)計(jì)劃制定。

3.布藝生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃智能制定摸塊

該模塊根據(jù)調(diào)度總控所設(shè)置的算法相關(guān)參數(shù)(排程任務(wù)范圍、排程目標(biāo)及其他排程要求等)，通過(guò)調(diào)用適應(yīng)于不同生產(chǎn)模式復(fù)雜制造過(guò)程的智能決策方法庫(kù)中的相關(guān)智能優(yōu)化算法，進(jìn)行各級(jí)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)化制定;同時(shí)，在發(fā)生不確定事件(如訂單插人/更改/刪除、工藝變更、機(jī)器故障、質(zhì)量事故和原料短缺等)及發(fā)生訂單拖期時(shí)，該模塊可通過(guò)布藝織造排程功能實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)計(jì)劃的自動(dòng)調(diào)整，從而有效提高企業(yè)在異常事件發(fā)生時(shí)對(duì)作業(yè)計(jì)劃的干預(yù)與管理能力。

4.布藝織造排程仿真摸塊

該模塊在考慮訂單交貨期、工藝約束、訂單/機(jī)器狀況和原料供應(yīng)狀況等因素的前提下，通過(guò)進(jìn)行各工序的仿真，以模擬給定生產(chǎn)周期內(nèi)制造過(guò)程各主要工序的作業(yè)過(guò)程，從而有效評(píng)價(jià)布藝織造排程系統(tǒng)所產(chǎn)生各級(jí)作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)劣(通過(guò)準(zhǔn)時(shí)交單率和平均制造周期等多項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià))，為全局調(diào)度層和車間/工序作業(yè)調(diào)度層作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)化制定提供有效的支撐平臺(tái)。

5. 布藝作業(yè)計(jì)劃管理模塊

該模塊接收作業(yè)計(jì)劃智能制定模塊所輸出的(多個(gè))作業(yè)計(jì)劃，并以表格和圖形等多種形式展示給用戶，以供用戶分析各個(gè)作業(yè)計(jì)劃性能的優(yōu)劣并對(duì)其做出修改，最終將用戶調(diào)整后的作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行下發(fā)。

6. 布藝生產(chǎn)約束庫(kù)模塊

實(shí)際制造過(guò)程中具有多種與排程問(wèn)題相關(guān)的不同類型的約束，該類約束對(duì)調(diào)度性能有重要影響。該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)上述約束的統(tǒng)一建模、維護(hù)和存儲(chǔ)功能，以供作業(yè)計(jì)劃智能制定模塊調(diào)用。

7.布藝生產(chǎn)規(guī)則庫(kù)模塊

家紡布藝生產(chǎn)企業(yè)在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中往往會(huì)積累一些符合自身生產(chǎn)管理特點(diǎn)的行之有效的排程規(guī)則，在排程系統(tǒng)中引人這些排程規(guī)則，將會(huì)對(duì)提高排程效果起到很好的作用。在實(shí)際布藝生產(chǎn)企業(yè)的作業(yè)計(jì)劃制定過(guò)程中，該模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類排程規(guī)則的統(tǒng)一建模、維護(hù)和存儲(chǔ)功能，供作業(yè)計(jì)劃制定模塊調(diào)用，以使作業(yè)計(jì)劃更好地滿足企業(yè)生產(chǎn)管理的需求。

8. 統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)測(cè)模塊

在以人機(jī)交互方式制定或調(diào)整作業(yè)計(jì)劃時(shí)，常需查詢部分相關(guān)系統(tǒng)(如設(shè)備管理、作業(yè)跟蹤和質(zhì)量管理等)中有助于進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃制定的設(shè)備、作業(yè)進(jìn)度和質(zhì)量等信息，本模塊可根據(jù)實(shí)際制造企業(yè)作業(yè)計(jì)劃制定過(guò)程的需要，提供對(duì)上述相關(guān)信息的查詢功能。同時(shí)，通過(guò)該模塊可預(yù)估指定時(shí)間范圍內(nèi)的產(chǎn)能、負(fù)載、原料和人力需求，并以條狀圖和餅圖等形式顯示，以有效輔助企業(yè)的原料、庫(kù)存、機(jī)器維修和人力管理等部門制定適應(yīng)生產(chǎn)需要的相關(guān)計(jì)劃，同時(shí)可預(yù)估新接訂單的加工完成日期及新接訂單對(duì)原有作業(yè)計(jì)劃的影響，并可預(yù)估符合生產(chǎn)要求的外協(xié)任務(wù)發(fā)放時(shí)間及接收時(shí)間，從而確保制造過(guò)程的高效運(yùn)行，并為銷售和外協(xié)等相關(guān)部門提供有效的決策支持。

9. 表示層與圖形用戶界面

體系框架圖中家紡布藝織造智能排程系統(tǒng)以外的基本上屬于ERP的功能范疇，但是排程系統(tǒng)的表示層相對(duì)于傳統(tǒng)的ERP圖形用戶界面有其特別之處。用戶界面是系統(tǒng)的一個(gè)重要部分。這些界面設(shè)計(jì)是否合理往往決定了系統(tǒng)是不是會(huì)被使用。大多數(shù)用戶界面都使用窗口和圖形。用戶經(jīng)常會(huì)希望同時(shí)看到兩個(gè)或更多的信息源。這不僅有存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的靜態(tài)數(shù)據(jù)，也有依賴于調(diào)度的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

排程生成模塊可以提供給用戶一系列的計(jì)算方法和算法。在排程生成模塊中這些方法庫(kù)需要它自己的用戶界面，從而使得排程人員選擇合適的算法甚至去設(shè)計(jì)整個(gè)新的方法。

用來(lái)顯示排程信息的用戶界面有很多種不同的形式。排程操作的界面決定了系統(tǒng)的基本性質(zhì)，這是因?yàn)樯a(chǎn)排程人員經(jīng)常使用這些界面。排程操作界面的形式依賴于詳細(xì)程度和考慮的排程時(shí)間范圍。下面詳細(xì)描述了4種這樣的界面，它們是:

(1) 甘特圖界面;

(2)分配列表界面;

(3)能力桶界面;

(4) 生產(chǎn)量圖界面。

第1種顯示排程信息的用戶界面是甘特圖，它是最流行的排程操作界面的形式。甘特圖通常由水平條圖表構(gòu)成的，它的x軸表示時(shí)間，y軸表示各種布藝生產(chǎn)設(shè)備。顏色和(或)模式代碼可以用來(lái)表示特征或是相應(yīng)工作的屬性。甘特圖的優(yōu)點(diǎn)是直觀、明了，但是也有缺點(diǎn)，特別是有很多的機(jī)器和工作的時(shí)候。確定哪個(gè)方塊或矩形對(duì)應(yīng)哪項(xiàng)工作是非常困難的。由于屏幕大小有限，為每一項(xiàng)工作所對(duì)應(yīng)的方塊分配一個(gè)數(shù)字也是不可能的。甘特圖界面經(jīng)常提供在一個(gè)方塊上單擊鼠標(biāo)然后打開顯示詳細(xì)信息窗口的能力。

第2種顯示排程信息的用戶界面形式是分配列表界面。排程人員經(jīng)常希望看到在每臺(tái)機(jī)器上的工作表單，它們是以加工順序排列的。有了這種形式的界面，排程人員也希望擁有修改的能力。那就是，他們希望改變工作在某臺(tái)機(jī)器上的執(zhí)行順序，或者將工作從一臺(tái)機(jī)器上移到另一臺(tái)機(jī)器上。這種形式的界面沒(méi)有甘特圖所具有的缺點(diǎn)，因?yàn)楣ぷ骱退拇?hào)一起被列出來(lái)，排程人員準(zhǔn)確地知道工作所處的位置。如果排程人員需要了解更多的工作屬性(例如加工時(shí)間、工期、在現(xiàn)行調(diào)度下的完成時(shí)間等)，那么一個(gè)或多個(gè)欄可以加入到工作序號(hào)欄后面，每個(gè)欄包含一個(gè)屬性。分配列表界面的缺點(diǎn)是排程人員對(duì)排程與時(shí)間的關(guān)系沒(méi)有一個(gè)直觀的了解。用戶也許不能直接看出哪一項(xiàng)工作是最后完成的，哪一個(gè)機(jī)器是最空閑的，等等。

用戶界面的第3種形式是能力桶界面。時(shí)間軸被劃分成很多時(shí)間槽或桶。桶可以是天、星期或月。對(duì)每一臺(tái)機(jī)器而言，一個(gè)桶的處理能力是已知的。在一定的排程環(huán)境中，可以通過(guò)在一定時(shí)間段內(nèi)將工作分配給機(jī)器的方式來(lái)生成調(diào)度表。當(dāng)這樣的分配完成后，能力桶界面顯示在每個(gè)時(shí)間段每臺(tái)機(jī)器可用加工能力的百分比。如果排程人員看到一臺(tái)機(jī)器在某個(gè)給定的時(shí)間段內(nèi)過(guò)度使用，他就會(huì)知道在相應(yīng)桶中的工作應(yīng)該重新進(jìn)行排程。能力桶界面與甘特圖界面在某種意義上是可以對(duì)照的。一個(gè)甘特圖顯示的是延遲的工作數(shù)量及其相應(yīng)的滯后量。延遲工作的數(shù)量和總滯后時(shí)間量就表明了加工能力的不足。因此當(dāng)有限的工作(20或30)時(shí)，甘特圖可以很好地表明短期內(nèi)(幾天或幾周)可用的加工能力。當(dāng)排程人員進(jìn)行中長(zhǎng)期計(jì)劃時(shí)，能力桶是有用的。桶的大小可以是1周或1個(gè)月，同時(shí)總周期涵蓋3或4個(gè)月。當(dāng)然，能力桶是一種比較粗略的信息表達(dá)形式，因?yàn)樗鼈儧](méi)有顯示哪些工作按時(shí)完成，哪些延遲。

用戶界面的第4種形式是輸人-輸出圖或生產(chǎn)量圖界面，它在基于庫(kù)存的生產(chǎn)中較常用。這些圖描述了隨時(shí)間累積接收到的訂單總量、生產(chǎn)總量和發(fā)貨總量。在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的前兩條曲線的差是等待處理的訂單數(shù)量，而第二和第三條曲線的差等于庫(kù)存中的成品總量。這種類型的界面既沒(méi)有確定延遲工作的數(shù)量，也沒(méi)有確定它們相應(yīng)的滯后量。而它提供給排程人員的是關(guān)于機(jī)器利用率和在制品的信息。

四、 家紡布藝織造基本排程步驟

布藝織造排程的特點(diǎn)是要考慮多種班次，班次例外，假日，資源再分配(由于沖突)，拆分及重疊工序。

其中，排程系統(tǒng)的主要投入要素是:物料、工藝路徑、生產(chǎn)訂單、班次、班次例外、資源、資源組、假日、規(guī)則。排程系統(tǒng)的主要產(chǎn)出要素是:數(shù)據(jù)、排程跟蹤日志、派工。

其中錄入的關(guān)鍵數(shù)據(jù)主要來(lái)自于企業(yè)的ERP系統(tǒng)，因此在實(shí)施排程系統(tǒng)前，紡織企業(yè)應(yīng)當(dāng)已經(jīng)有一套順利運(yùn)行的成熟的ERP系統(tǒng)，這是布藝織造企業(yè)實(shí)施基于智能優(yōu)化算法的高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)的前提。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文基于家紡布藝制造流程的特點(diǎn)以及當(dāng)前家紡行業(yè)信息化建設(shè)的狀況，提出了基于現(xiàn)代智能優(yōu)化算法和高級(jí)計(jì)劃排程的布藝織造排程系統(tǒng)，探討了基于MRP家紡布藝織造ERP生產(chǎn)排程模塊的困境與解決方式。進(jìn)一步提出了家紡布藝織造排程系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)以及家紡布藝生產(chǎn)排程的基本步驟。

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