邵佳楠，耿 也

(大連工業(yè)大學研究生學院，遼寧 大連 116033)

0 引言

在新型的市場環(huán)境中，中小型離散制造企業(yè)面臨著日益激烈的國際競爭和錯綜復雜的市場變化。為了適應高節(jié)奏、短周期、動態(tài)變化的生產(chǎn)特點，大多數(shù)的中小型離散制造型企業(yè)選擇采用多品種、小批量、快速響應的制造策略。因此與大型企業(yè)截然不同的，中小型企業(yè)車間往往是小批量生產(chǎn)，甚至是單件生產(chǎn)，從而導致車間生產(chǎn)存在著較多弊端，比如說沒有成型的生產(chǎn)工藝，無法采用以往的生產(chǎn)調度模式和生產(chǎn)流程安排，多項目多機器的并行生產(chǎn)調度很大程度上都要依靠經(jīng)驗來完成。這對解決中小型企業(yè)生產(chǎn)的復雜性、多約束性、多目標性和不確定性等難點帶來了阻礙。要想切實做到節(jié)約資源、縮短周期、降低成本，中小型企業(yè)要比大型企業(yè)更加注重車間生產(chǎn)的調度模式，加強信息化管理，做到逐層推進信息流動，做到物質流和信息流相統(tǒng)一［1］，設計出真正適合于中小型企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)。

1 中小型企業(yè)車間生產(chǎn)調度模式的現(xiàn)狀

車間生產(chǎn)調度是對一個可用的加工機床集在時間上進行加工任務集分配，以滿足一個性能指標集。典型的車間生產(chǎn)調度問題包括一個要完成的作業(yè)集，每個作業(yè)由一個操作集組成，各個操作需要占用機器設備或其他資源，并且必須按照可行的工藝次序加工;一個資源集，包括人員、設備、工具和材料等，每臺設備可完成工件的若干操作，并且在不同設備上能加工的操作集也可以不同，一個約束條件集，如任務的優(yōu)先級、工序的先后關系、每個作業(yè)要求完成的時間和資源的能力等;一個性能指標集，用以規(guī)定生產(chǎn)過程中需要優(yōu)化的目標，如生產(chǎn)周期、在制品量、訂單交貨期、資源利用率和生產(chǎn)成本等。在約束條件下，調度的目標是合理分配作業(yè)資源，合理安排作業(yè)的加工次序和加工開始時間，同時使部分或全部生產(chǎn)性能指標得到優(yōu)化［2-3］。

在全面質量管理理論中，影響產(chǎn)品質量的五大主要因素是“人機料法環(huán)”，即人員、機器、原料、方法和環(huán)境。而在實際的生產(chǎn)過程中，同樣根據(jù)這一理論，生產(chǎn)調度也正是依據(jù)這五大要素指導生產(chǎn)的。具體來說，人員是指直接參與車間生產(chǎn)調度過程中的組織者、指揮者和操作者，包括人員的技術水平、心理行為和犯錯概率等;機器是執(zhí)行車間生產(chǎn)調度的設備;原料是執(zhí)行車間生產(chǎn)調度時用到的全部原材料、配件和半成品等;方法是指在生產(chǎn)調度過程中，從技術、管理、經(jīng)濟效益等方面綜合分析的優(yōu)化方案;環(huán)境則是指生產(chǎn)調度過程中的車間現(xiàn)場環(huán)境和質量保證體系等。而在實際的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)調度是在接受生產(chǎn)定單并確定其工藝路線后，根據(jù)工藝路線和決策支持提供的相關知識編排生產(chǎn)計劃，然后對各個工作中心下達生產(chǎn)調度單，在滿足時間要求和有限共享資源約束的條件下，分配所需資源與時間，進而完成相關資源的調度?？梢哉f，車間生產(chǎn)調度過程需要一個多元化管理模式，而對于中小型離散制造企業(yè)來說，訂單的隨機性、作業(yè)計劃和生產(chǎn)調度的復雜性、制作工藝的多樣性、生產(chǎn)過程的不確定性和動態(tài)性、能力負荷的多約束性和不均衡性最為棘手［4］，需要良好快速響應機制，要求在宏觀上規(guī)劃生產(chǎn)，微觀上調控生產(chǎn)，做到充分利用資源，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)利潤。

一般制造業(yè)企業(yè)中，生產(chǎn)計劃、調度、車間現(xiàn)場管理三個職能形成一種遞階結構。這個過程就是在現(xiàn)有的工藝、機器設備、基礎設施和人員配置條件下，在一個時段(調度期)上，為全部機器編排一系列工序的調度表。而此項工作基本是單獨依靠計劃人員的經(jīng)驗來完成的，我們熟知的可應用于車間生產(chǎn)調度管理的軟件一般只是依據(jù)調度表的相關數(shù)據(jù)得出基于機器的甘特圖或基于工序的甘特圖，顯示出所有機器上全部作業(yè)的起止時刻，實現(xiàn)調度表的可視化，實現(xiàn)所謂的生產(chǎn)調度現(xiàn)代化，而沒有真正利用高效的優(yōu)化算法對生產(chǎn)調度進行輔助優(yōu)化［5-6］。

2 中小型企業(yè)車間生產(chǎn)調度模式的設計

基于中小型離散制造企業(yè)車間生產(chǎn)調度的特殊性，理想化的生產(chǎn)調度模式或者說是生產(chǎn)調度系統(tǒng)應該是在一定的約束條件下，能夠安排好包括資源的調度方式、可能的算法，生產(chǎn)計劃的安排方式，加工順序，項目、資源、時間各個視圖的檢測方案等，通過數(shù)據(jù)的錄入，依據(jù)數(shù)字仿真或者圖形仿真獲得產(chǎn)品制造時間或成本的最優(yōu)化。

中小型離散制造企業(yè)的車間生產(chǎn)是從企業(yè)簽訂訂單，技術人員設計出合理的工藝流程后，主要負責車間人員安排、機器調度、產(chǎn)品加工的制造過程。因此在調度模式的理想狀態(tài)下，暫時無需考慮生產(chǎn)準備情況、材料供應情況、機器使用規(guī)則、車間生產(chǎn)環(huán)境等因素，僅從中小型制造企業(yè)人員數(shù)量少、人員素質不均衡、設備數(shù)量少、更新緩慢等實際特點出發(fā)，兼顧生產(chǎn)過程中可能事件的隨機性和動態(tài)性，追求產(chǎn)品制造最短期限、最大利潤和最小成本和費用，機器設備的最大資源利用率和客戶對產(chǎn)品質量的最滿意程度。綜合以上幾點，中小型離散制造企業(yè)的車間生產(chǎn)調度框架如圖1［7］所示。

圖1 中小型離散制造企業(yè)車間生產(chǎn)調度框架

(1)面向訂單生產(chǎn)方式與面向庫存生產(chǎn)方式相結合。面向訂單生產(chǎn)是先訂貨后生產(chǎn)，無需庫存，沒有銷售風險，比較適合于產(chǎn)品種類多、需求波動大、生產(chǎn)過程復雜、緊急訂單和插單多的企業(yè)，尤其是中小型離散制造企業(yè)，但如何縮短生產(chǎn)周期，保證按時交貨則是提高企業(yè)生產(chǎn)效益的關鍵;而面向庫存生產(chǎn)，即備貨生產(chǎn)產(chǎn)品，庫存中有訂單產(chǎn)品所需的一定數(shù)量的原配件，可以很好的解決面向訂單生產(chǎn)的交貨期問題，但由于庫存消耗費用，也會不同程度的造成生產(chǎn)成本的增加。因此，采用面向訂單和庫存的混合生產(chǎn)方式［8］一舉兩得，既可以減少成本庫存費用，又能保證交貨期。

(2)由于中小型企業(yè)車間生產(chǎn)的隨機性和動態(tài)性比較明顯，易發(fā)生突發(fā)事件，因此，要求智能調度軟件能夠隨時調整調度計劃，變更生產(chǎn)單據(jù)，采用動態(tài)重調整策略真正做到調度計劃可追溯，生產(chǎn)進度可調整?；谀壳暗难芯浚瑢τ趧討B(tài)調度的具體策略有周期調度、連續(xù)調度、事件驅動調度、周期與事件驅動混合調度、周期與連續(xù)調度混合的策略等在線調度。

(3)利用并行或分組策略和流行的智能算法，結合制造業(yè)經(jīng)驗，分解生產(chǎn)計劃或調度策略，開發(fā)可視化智能軟件，通過計算機錄入數(shù)據(jù)(如原料到場時間、設備可運行時間、人員開工時間、項目起始時間和產(chǎn)品交貨期限等)，通過降低問題的復雜性和規(guī)模，得出相應的最優(yōu)化生產(chǎn)調度計劃。

(4)在中小型離散制造企業(yè)車間制造系統(tǒng)的實現(xiàn)上，智能算法是基于多目標性能指標來選擇的，比如基于時間的優(yōu)化目標，基于交貨期的優(yōu)化目標，基于完成時間的優(yōu)化目標和基于制造成本的優(yōu)化目標等等。

(5)嚴格控制訂單的真實性［9］，客戶需求產(chǎn)品的準確性。要求從簽訂訂單開始，到各個職能部門層級討論后的生產(chǎn)調度方案，都必須保證其真實可靠，可嘗試采用員工利潤激勵法，通過市場鏈機制，在生產(chǎn)的管理層、調度層和生產(chǎn)控制層強化部門鏈條關系的咬合，從而避免生產(chǎn)進度和部門溝通之間的壁壘導致的訂單失真。

(6)在加工產(chǎn)品過程中，不考慮“料”、“法”、“環(huán)”因素，僅從“人”、“機”出發(fā)，針對車間的每一名員工，每一臺設備，每一項作業(yè)都能夠通過智能軟件做到有單可循、有據(jù)可查，便于生產(chǎn)計劃與過程調度集成策略的應用，提高車間制造系統(tǒng)的柔性。

(7)在車間生產(chǎn)調度中，不確定性事件隨時都有可能發(fā)生。制造設備資源出現(xiàn)故障或者冗余，可安排受影響的生產(chǎn)任務臨時外協(xié)加工或者其他作業(yè)上線加工;員工缺勤情況不容避免，企業(yè)人事應提前設立臨時工團隊替代，或者同工種人員加班，甚至是臨時外協(xié)加工;在處理緊急訂單上，將作業(yè)插入空閑設備，制造人員臨時加班，根據(jù)作業(yè)和時間的優(yōu)先級別安排生產(chǎn)任務。

3 生產(chǎn)調度模式的前景展望

鑒于企業(yè)生產(chǎn)調度在發(fā)展過程中面臨的問題和自身的特點，企業(yè)生產(chǎn)調度決策水平的提高已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程能否穩(wěn)定高效運轉的決定性因素之一，對生產(chǎn)調度理論的研究也因此備受學術界和企業(yè)界的關注。近年來，有一些新的生產(chǎn)管理模式為信息技術和管理方法在生產(chǎn)車間中的應用指出了更多的新方向，比如說并行工程、敏捷工程、精良生產(chǎn)和動態(tài)聯(lián)盟等等?，F(xiàn)階段，中小型離散制造企業(yè)在生產(chǎn)系統(tǒng)信息化建設中，無論是采用計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)，還是其他形式的企業(yè)信息系統(tǒng)，應用到車間一層時都會不同程度的遇到困難［10］。除了轉變經(jīng)營機制外，最根本的是要運用先進的制造技術和科學的管理方法，制定出適合于某一行業(yè)特征的車間信息管理系統(tǒng)，使其能夠高效使用有限資源，縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本，從而提高中小型離散制造企業(yè)的快速應變能力，使CIMS中原本難以處理的具有生產(chǎn)與管理雙重性質的信息問題得到解決，實現(xiàn)信息的快速傳遞與集成。

［1］金鋒，吳澄.大規(guī)模生產(chǎn)調度問題的研究現(xiàn)狀與展望［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2006，12(2):161-166.

［2］熊銳，吳澄.車間生產(chǎn)調度問題的技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］. 清華大學學報(自然科學版)，1998，38:55-56.

［3］王亞輝，夏芳臣，劉建勝，等.車間生產(chǎn)調度系統(tǒng)的虛擬仿真研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2007(12):62-64.

［4］許慶瑞，王愛民，張友仁.生產(chǎn)管理 第一版［M］.北京:高等教育出版社，1990.

［5］任華，孫林巖.離散制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)調度［J］.經(jīng)營戰(zhàn)略，2007，20(1):21-22.

［6］張洪業(yè)，曲朝陽，王宇新.QPSO算法在生產(chǎn)調度中的研究與應用［J］.計算機工程與應用，2009，45(20):208-210.

［7］李鑫，夏筱筠，常曉芳.企業(yè)車間生產(chǎn)調度MES系統(tǒng)的設計與研究［J］.組合機床與自動化加工技術，2010(8):109-111.

［8］吳波.車間生產(chǎn)調度性能評價理論及其應用［D］.武漢:武漢理工大學，2008.

［9］曹洋. 如何用定單控制庫存［EB/OL］，［2010-3-16］.http://www.china.com.cn/market/qiye/453995.htm.

［10］朱釩，連志剛，管在林，等.離散制造業(yè)機械裝備企業(yè)車間生產(chǎn)調度問題與方法研究——以廣東科達機電為例［J］.華東經(jīng)濟管理，2008，22(7):134-137.