王東云，胡 飛，劉新新

(1.中原工學(xué)院 電子信息學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.黃淮學(xué)院 智能制造學(xué)院，河南 駐馬店 463000)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，大批量生產(chǎn)模式下的同質(zhì)化服裝產(chǎn)品，越來越無法滿足消費(fèi)者對時尚和品味的追求[1]。這種需求的變化造成多品種、小批量的服裝訂單持續(xù)增加。與之相應(yīng)，服裝制造企業(yè)陷入兩難：一方面，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)庫存過大問題一直難以解決，導(dǎo)致行業(yè)利潤被蠶食，去庫存成為了行業(yè)的“心病”[2]；另一方面，小批量的個性化定制產(chǎn)品和服務(wù)，因伴隨著高昂的成本而無法大面積推廣和普及。為解決或者緩和服裝產(chǎn)業(yè)的供求矛盾，提高服裝企業(yè)的應(yīng)變能力，一種能夠快速且靈活響應(yīng)市場需求，在滿足消費(fèi)者個性化需求的同時，既能保證大批量生產(chǎn)的服裝成品質(zhì)量，又具有較低生產(chǎn)成本和較短交貨周期的服裝生產(chǎn)模式——大規(guī)模定制生產(chǎn)模式[3]，應(yīng)運(yùn)而生。

胡琴芳等將大規(guī)模定制模式界定為能夠精確識別、快速響應(yīng)顧客異質(zhì)需求，實現(xiàn)大規(guī)模效益，使得企業(yè)增值的戰(zhàn)略模式，并指出其主要特點表現(xiàn)為柔性制造、延時制造、模塊化生產(chǎn)等[4]。這些特點交織在一起，互相影響，構(gòu)成了大規(guī)模定制生產(chǎn)的全面快反系統(tǒng)的基石。對于服裝定制生產(chǎn)過程來說，柔性制造能通過精益生產(chǎn)、智能排產(chǎn)和智能人機(jī)排位等技術(shù)，實現(xiàn)多品種、多款式、小批量的快速生產(chǎn)[5]；延時制造采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和通用化的設(shè)計與生產(chǎn)方式，使產(chǎn)品具有兼容性和統(tǒng)一性，將差異化的定制部分從成衣組合中分離出來并進(jìn)行推遲處理，以實現(xiàn)定制訂單的快速生產(chǎn)[6]；模塊化生產(chǎn)是通過產(chǎn)品各組成部件的拆分來設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品簇，將客戶選擇的模塊組合成定制產(chǎn)品的生產(chǎn)方式[7]?？梢哉f，模塊化生產(chǎn)是構(gòu)建定制模式下全面快反系統(tǒng)的基礎(chǔ)[8]。眾多學(xué)者在通過模塊分割實現(xiàn)服裝生產(chǎn)設(shè)計快速反應(yīng)的基礎(chǔ)上，闡述了基于模塊化思想的服裝智能傳輸系統(tǒng)的開發(fā)思路，并驗證了模塊化生產(chǎn)的可行性[7,9-10]。曾有學(xué)者通過對比模塊化生產(chǎn)和傳統(tǒng)制造模式，證明了模塊化生產(chǎn)的流水線能緩解定制服裝生產(chǎn)中換款頻繁造成的流水線中斷問題[11-12]。謝子昂等將訂單分解為多部件支線和部件組裝線來實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，從投產(chǎn)秩序上減少了服裝部件的匹配時間和調(diào)動次數(shù)[13]。但是，大規(guī)模定制生產(chǎn)時，多品種、多款式頻繁切換帶來的工藝同步要求和模塊化串并行混合生產(chǎn)時的秩序優(yōu)化問題，依然有待解決。為此，本文將對吊掛流水線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，并通過工業(yè)以太網(wǎng)對流水線的工藝信息同步、生產(chǎn)信息實時采集及串并行混合生產(chǎn)的秩序優(yōu)化功能進(jìn)行集成，提升吊掛流水線對大規(guī)模定制生產(chǎn)的響應(yīng)能力和柔性作業(yè)能力。這對傳統(tǒng)服裝制造企業(yè)向定制生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型具有重要的現(xiàn)實意義。

1 傳統(tǒng)吊掛流水線存在的問題

服裝吊掛系統(tǒng)早在20世紀(jì)70年代已經(jīng)出現(xiàn)，是人們在總結(jié)多年服裝生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上逐漸研發(fā)并確定的生產(chǎn)運(yùn)輸方式，它能夠有效解決服裝制作過程中輔助作業(yè)時間占比高、生產(chǎn)周期長、成衣質(zhì)量難控制等問題[14]。國外吊掛流水線的控制系統(tǒng)靈活性強(qiáng)、智能化程度高，能夠顯著提高服裝制造企業(yè)的生產(chǎn)效率。我國從20世紀(jì)90年代開始引進(jìn)國外吊掛流水線和信息集成系統(tǒng)，但長期以來，一方面在核心技術(shù)上受制于人，另一方面在員工素質(zhì)、企業(yè)管理水平、生產(chǎn)設(shè)備狀況等方面與國外企業(yè)相比存在一定差距，限制了吊掛流水線生產(chǎn)能力的發(fā)揮。目前，國內(nèi)對這些吊掛流水線的應(yīng)用主要集中在一些大型服裝制造企業(yè)，且引進(jìn)的吊掛流水線中多數(shù)僅作為形象工程保留著，在實際中應(yīng)用的并不多[15]。

吊掛流水線能將自動化技術(shù)用于生產(chǎn)管理，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平。近年來，國內(nèi)企業(yè)對吊掛流水線的需求量逐漸增大，一些中小型企業(yè)也嘗試用吊掛流水線來提升企業(yè)的競爭力。國內(nèi)雖然對吊掛流水線的研究起步較晚，但是服裝企業(yè)眾多，應(yīng)用市場龐大。目前國內(nèi)已有吊掛流水線相關(guān)設(shè)備制造廠商，如“圣瑞斯”“衣拿”等品牌，但制造水平與國際同行的差距較大，與中國 “服裝制造業(yè)大國”的頭銜極不匹配[16]。目前市場上的吊掛流水線產(chǎn)品基本都只是在引進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上改進(jìn)了電子器件和智能控制設(shè)備，機(jī)械部分則與原機(jī)型相差不大[16]。

在服裝產(chǎn)品市場過度供給的情況下，服裝企業(yè)紛紛對可滿足消費(fèi)者個性化需求的大規(guī)模定制生產(chǎn)模式進(jìn)行探索。然而，大部分服裝制造企業(yè)都缺乏連續(xù)生產(chǎn)小批量、多品種訂單的能力。大規(guī)模定制的小批量、多品種訂單會引起流水線上生產(chǎn)秩序和生產(chǎn)工藝的頻繁切換，導(dǎo)致吊掛流水線只能生產(chǎn)加工工藝相似的不同款服裝，而難以應(yīng)對大規(guī)模定制生產(chǎn)品種差異大、批量彈性大訂單時需要的響應(yīng)速度、工站組合能力和頻繁變更的工藝信息傳遞需要，致使部分從事服裝定制生產(chǎn)的企業(yè)放棄了使用吊掛流水線來提升生產(chǎn)效率的想法。

2 大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的需求分析

吊掛流水線屬于懸空的物料傳輸線，它能有效克服傳統(tǒng)捆扎式服裝生產(chǎn)流水線的不足，有利于建立連續(xù)、高效的生產(chǎn)秩序，使服裝縫制過程既有節(jié)奏又有秩序，便于發(fā)揮每個生產(chǎn)單元的生產(chǎn)能力。面對市場的新需求，企業(yè)不必再大批量地生產(chǎn)某種單一產(chǎn)品，而是靈活多變地連續(xù)生產(chǎn)多種不同的服裝。這種特殊的大規(guī)模定制生產(chǎn)模式對生產(chǎn)管理水平、企業(yè)員工素質(zhì)、生產(chǎn)設(shè)備性能都提出了新的要求，同時已成為目前服裝企業(yè)突破發(fā)展瓶頸的有效選擇。

2.1 應(yīng)具有靈活高效的工站組合能力

個性化定制的訂單復(fù)雜多變，且生產(chǎn)周期短，需要生產(chǎn)線具備快速生產(chǎn)“小批量、多品種”產(chǎn)品的能力。采用訂單池延遲生產(chǎn)策略，不但會受到延遲交付成本的制約，而且也不能從根本上消除訂單頻繁切換對生產(chǎn)線造成的沖擊；同時，企業(yè)原投資的生產(chǎn)設(shè)備又不可能全部拋棄使用。因此，在現(xiàn)有大批量生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，提升服裝企業(yè)對定制訂單的生產(chǎn)柔性和快速制造能力，成為了突破的方向。受現(xiàn)階段的技術(shù)限制，用智能機(jī)器人來實現(xiàn)多品種、小批量的具有高度柔性的生產(chǎn)還難以實現(xiàn)[15]，而采用能靈活組合工站的吊掛流水線來應(yīng)對多變的生產(chǎn)任務(wù)，已成為一種切實可行的辦法。

吊掛流水線由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩大部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括由導(dǎo)軌和檢測單元組成的主運(yùn)輸軌道、由進(jìn)出站控制裝置和提升臂組成的各個工站。工站設(shè)置于各工位附近。主運(yùn)輸軌道上的推桿鏈條具有固定的傳動方向，能對各工站間的衣架進(jìn)行沿環(huán)形軌道的傳遞。傳統(tǒng)吊掛流水線一般為環(huán)形結(jié)構(gòu)，居中的主運(yùn)輸軌道能將沿軌道排列的所有工位有序串聯(lián)起來，如圖1所示。吊掛流水線的控制系統(tǒng)由主控制器和分布在各工站的分布式控制器工位終端共同組成。

圖1 傳統(tǒng)吊掛流水線的結(jié)構(gòu)

因為傳統(tǒng)吊掛流水線只能單向傳遞物料，所以排產(chǎn)時，多以流水線上的工位順序安排加工順序。在圖2所示6種排產(chǎn)方案的生產(chǎn)工位順序中，A方案的6個工站需要依次完成6個工序的加工任務(wù)。吊掛流水線可以根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和工位的設(shè)備信息調(diào)整工位數(shù)量，以適應(yīng)新的服裝款式，如圖2中B方案和C方案。當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)中加工順序與工站排列順序不一致，且任務(wù)批量足夠大的時候，可以優(yōu)先考慮調(diào)整機(jī)器排位，如圖2中D方案。但是，在面對大規(guī)模定制頻繁更換的小批量訂單安排生產(chǎn)時，若選擇調(diào)整機(jī)器位置去適應(yīng)生產(chǎn)任務(wù)就會浪費(fèi)生產(chǎn)線的大量生產(chǎn)時間。定制服裝生產(chǎn)模式下，由于生產(chǎn)過程中對質(zhì)量控制和生產(chǎn)周期要求非常嚴(yán)格，且在生產(chǎn)時沒有冗余物料，因此不可避免地會出現(xiàn)圖2中E方案的生產(chǎn)返工現(xiàn)象。這種問題只能通過增加衣架在主運(yùn)輸軌道上的運(yùn)輸周數(shù)來解決。由于出現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸和空閑的位置隨著定制訂單種類的更換會產(chǎn)生變動，因此生產(chǎn)系統(tǒng)很難對其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。在面對圖2中F方案，即生產(chǎn)中存在串、并行工序混合生產(chǎn)的情況時，由于傳統(tǒng)吊掛流水線的加工順序無法根據(jù)工站的加工情況適時調(diào)整，因此只能將F方案轉(zhuǎn)化為A方案的串行生產(chǎn)方式。

圖2 6種排產(chǎn)方案的生產(chǎn)工位順序

服裝加工設(shè)備的通用性較強(qiáng)，一臺加工設(shè)備通常具有完成多種加工任務(wù)的能力，而固定順序的串行生產(chǎn)方案不僅限制了設(shè)備利用率的提高，還降低了工人生產(chǎn)的積極性。

2.2 應(yīng)具有敏捷可靠的制造協(xié)同能力

服裝產(chǎn)品的一個重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)就是生產(chǎn)工藝設(shè)計，其信息化與智能性特征表現(xiàn)為：根據(jù)設(shè)計開發(fā)過程或與客戶交流中所獲取的信息，以產(chǎn)品生產(chǎn)流程優(yōu)化為基礎(chǔ)，在服裝的生產(chǎn)流程、工藝制作方法、工序編排等方面進(jìn)行系統(tǒng)的管理，在保持生產(chǎn)線動態(tài)平衡的同時，能根據(jù)環(huán)境與任務(wù)的變化產(chǎn)生適時的智能性反應(yīng)[17]。服裝工藝作為服裝產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的主要部分，包含的產(chǎn)品工藝流程、工藝操作方法、質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)、工藝裝備(設(shè)備、工夾具等)、工藝縫型、工時定額和工藝參數(shù)、材料定額等信息貫穿于產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程[18]。通常，工藝設(shè)計信息是以符號、文字、圖表來表達(dá)的。工藝設(shè)計的目的在于：降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，快速響應(yīng)客戶需求。無論是大規(guī)模生產(chǎn)還是小批量生產(chǎn)，過分對人的依賴都無法形成標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)力，而現(xiàn)代化的生產(chǎn)力是離不開標(biāo)準(zhǔn)化過程的。

服裝定制生產(chǎn)模式因存在訂單到達(dá)時間隨機(jī)、款式差異明顯、插單和追單頻繁等特點，增加了服裝制造企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的復(fù)雜性。服裝制造企業(yè)為了確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性、連續(xù)性和生產(chǎn)調(diào)度的響應(yīng)速率，往往要求生產(chǎn)線能夠根據(jù)訂單任務(wù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)度[19]。服裝定制生產(chǎn)模式下的訂單既有款式切換快、插單和追單時間隨機(jī)、產(chǎn)品批大量小等問題，又存在工藝準(zhǔn)備時間不固定、工藝變更頻繁、設(shè)備故障和瑕疵品返工難預(yù)測等問題，導(dǎo)致制造資源的狀態(tài)難以預(yù)測，因此需要通過收集生產(chǎn)過程的各種有用數(shù)據(jù)，為資源利用的最大化和生產(chǎn)要素的協(xié)同奠定基礎(chǔ)。利用MES(Manufacturing Execution System)，能夠?qū)崟r掌握生產(chǎn)資源全貌，進(jìn)行生產(chǎn)信息集成，實現(xiàn)敏捷生產(chǎn)。這意味著制造過程中需要對車間內(nèi)設(shè)備能力、其他異地多點的資源進(jìn)行整合優(yōu)化，實現(xiàn)制造資源的高效共享與配置，以便以最快的速度、專業(yè)的質(zhì)量來協(xié)同完成產(chǎn)品的制造過程[20]。

用于服裝生產(chǎn)的吊掛流水線貫穿于整個縫制加工過程，能將縫前的裁剪和縫后的熨燙、包裝連接起來，承前啟后作用重大；同時，它又是生產(chǎn)監(jiān)測和人機(jī)協(xié)同的主體。因此，大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的正常運(yùn)行，既需要實時采集工位、設(shè)備參數(shù)，又需要向各工位的工人和設(shè)備智能地匹配工藝信息，以滿足不斷變更的加工要求；同時應(yīng)能根據(jù)預(yù)測的生產(chǎn)趨勢，靈活地組合加工單元，應(yīng)對頻繁變動的生產(chǎn)安排，以實現(xiàn)人、機(jī)、料、法的制造協(xié)同。

3 大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)架構(gòu)

針對傳統(tǒng)吊掛流水線，采用分布式控制技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，可以提高整個控制系統(tǒng)的可靠性、擴(kuò)展性和靈活性，實現(xiàn)資源共享，以便有效地實施大規(guī)模定制生產(chǎn)。

針對大規(guī)模定制生產(chǎn)對吊掛流水線靈活組合和制造協(xié)同能力的需要，本文在傳統(tǒng)吊掛流水線上增設(shè)了反向傳輸?shù)能壍?副軌)、正反雙向傳輸軌道的連接機(jī)構(gòu)和工位的工藝同步單元，設(shè)計了大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的結(jié)構(gòu)

面對大規(guī)模定制生產(chǎn)需要，吊掛流水線的控制系統(tǒng)應(yīng)能通過各工站對衣架的檢測，一方面同步生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，匹配工藝信息，并在各工站的顯示屏幕上顯示對應(yīng)衣架的加工指南，同時向生產(chǎn)設(shè)備傳送加工文件和生產(chǎn)指令；另一方面收集各工站的生產(chǎn)信息，通過分析生產(chǎn)信息對生產(chǎn)趨勢進(jìn)行預(yù)測，并動態(tài)調(diào)整工站的組合，以應(yīng)對生產(chǎn)安排的變化。本文結(jié)合大規(guī)模定制生產(chǎn)的特點和傳統(tǒng)吊掛流水線功能提出的大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線控制系統(tǒng)(其架構(gòu)如圖4所示)，能通過雙軌更加靈活地調(diào)配、篩選特定的衣架，實現(xiàn)工站的靈活組合和緩存區(qū)衣架的統(tǒng)一調(diào)配，以提升生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性。

圖4 大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的控制系統(tǒng)架構(gòu)

大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的控制系統(tǒng)主要用于對衣架傳輸過程的控制，實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化。生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化的實質(zhì)也在于對衣架傳送路徑的重新規(guī)劃，以減少生產(chǎn)中的等待時間。

4 流水線執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)吊掛流水線的結(jié)構(gòu)剛性大，缺乏對工站高效靈活組合的支持能力。本文在傳統(tǒng)吊掛流水線的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上增設(shè)用于反向傳輸衣架的副軌道以及正反雙向軌間由連接裝置組成的調(diào)節(jié)軌道。改進(jìn)后吊掛流水線的工站被圍在正反雙向傳輸軌道組成的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，通過雙軌之間的調(diào)節(jié)軌道實現(xiàn)雙軌之間的衣架流動。工位終端控制器控制L形搭桿的抬起放下動作，通過調(diào)節(jié)軌道控制主、副軌的連接斷開狀態(tài)。L形搭桿抬起時，主副軌斷開；放下時，主、副軌連接。改進(jìn)后吊掛流水線執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能優(yōu)勢體現(xiàn)在工站靈活組合、緩存區(qū)共享、特定衣架篩選三方面。

主軌逆時針以設(shè)定速率推動軌道上的衣架前行，副軌則順時針以設(shè)定速率推動軌道上的衣架前行。為了實現(xiàn)主軌和副軌間衣架的順利流動，并減少衣架傳遞對站內(nèi)工人作業(yè)的影響，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計時，讓從主軌進(jìn)入調(diào)節(jié)軌道的衣架經(jīng)過一個提升臂連接至高于主軌的副軌，同時讓從副軌進(jìn)入主軌的衣架能從高度上經(jīng)過緩降的緩存區(qū)調(diào)整至主軌高度。吊掛流水線改進(jìn)后，由于每個工站都比改進(jìn)前增加了從主軌至副軌的單向調(diào)節(jié)軌道和從副軌至主軌的單向調(diào)節(jié)軌道，通過任意工站間的衣架傳遞能實現(xiàn)各工站的自由組合，也可通過雙軌執(zhí)行機(jī)構(gòu)和雙軌間的調(diào)節(jié)軌道實現(xiàn)衣架的篩選，達(dá)到生產(chǎn)工站和篩選站的功能統(tǒng)一。同時，改進(jìn)后吊掛流水線能通過工站的自由組合，對所有工站的緩存區(qū)進(jìn)行邏輯組合，實現(xiàn)分布式緩存。工站結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 工站結(jié)構(gòu)示意圖

圖5中：1為工站進(jìn)站L形搭桿，當(dāng)主軌上射頻讀卡器檢測到衣架并判定需要進(jìn)站時，1落下，完成衣架進(jìn)站；2為工站中待加工衣架的緩存及加工區(qū)；3為控制工站中衣架出站的L形搭桿；4為控制衣架進(jìn)入副軌的L形搭桿；5為衣架提升臂，一方面用來避免衣架進(jìn)入副軌時對工站內(nèi)工人操作的影響，另一方面由于提升前后高度差的存在，為衣架通過L形搭桿6進(jìn)入副軌提供了便利；副軌將衣架反向傳送到對應(yīng)工站后，副軌上的射頻讀卡器讀取衣架ID，對應(yīng)工站的終端控制器控制工站的L形搭桿7落下，通過副軌的推桿將衣架送入指定工站；8為工站中用于緩存半成品的導(dǎo)軌，具有衣架緩存功能，且能將衣架緩降到與主軌同一高度，通過工站的L形搭桿9讓衣架回到主軌上。

4.1 實現(xiàn)工站的靈活組合

大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能實現(xiàn)流水線上各工站的靈活組合。針對一條吊掛流水線，可通過虛擬方式設(shè)計多條流水線并行加工的場景，根據(jù)各工位的實際加工情況調(diào)整并行工序，以減少各工位的等待時間。這里以圖2中F方案為例，進(jìn)行工站靈活組合的系統(tǒng)功能分析。按1-2-3-4-5-6的工站順序組織生產(chǎn)時，如果2號工站出現(xiàn)了衣架堆積現(xiàn)象，可讓后面的衣架先進(jìn)入4號和5號工站加工，再通過副軌將衣架傳遞至2號工站加工，形成1-4-5-2-3-6 新的工站順序；如果3號工站出現(xiàn)衣架堆積現(xiàn)象，可以讓后面的衣架先進(jìn)入4號和5號工站加工，再通過副軌將衣架傳遞至3號工站加工，形成1-2-4-5-3-6新的工站順序。雙軌結(jié)構(gòu)的吊掛流水線打破了原有工站的空間限制，能通過邏輯關(guān)系形成更加靈活的工站順序，為工序?qū)崟r調(diào)整和工站的靈活組合奠定基礎(chǔ)。對需要調(diào)整加工順序的衣架，可通過圖5中虛線方框內(nèi)的調(diào)節(jié)軌道和副軌實現(xiàn)衣架的反向傳遞。當(dāng)j-i

4.2 實現(xiàn)衣架的共享緩存

在吊掛流水線執(zhí)行機(jī)構(gòu)中設(shè)計反向軌道和正反雙軌道之間的調(diào)節(jié)軌道，一方面讓各工站有了更大的衣架緩存空間，另一方面讓多個工站彼此獨立的緩存區(qū)能通過邏輯組合形成分布式共享緩存區(qū)。工站Sj(1≤i

4.3 實現(xiàn)特定衣架的篩選

服裝模塊化生產(chǎn)中通常將加工工序最多的部件選定為主體部件，多部件組合生產(chǎn)時需要篩選出與主體部件匹配的衣架，進(jìn)行組合加工。各部件在加工完成后會在緩存區(qū)中暫存，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)主體部件的加工要求，篩選緩存區(qū)，并從緩存區(qū)中取出與主體部件匹配的部件，通過軌道運(yùn)往組合工站進(jìn)行加工。改進(jìn)后吊掛流水線的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)在服裝生產(chǎn)需要從半成品緩存區(qū)篩選衣架Jm時，能將Jm和Jm之前緩存的衣架通過圖5中L形搭桿9傳遞到主軌道上，并將衣架Jm留在主軌道上，實現(xiàn)衣架篩選功能；同時，能在放下L形搭桿4后，用衣架提升臂5和L形搭桿6將Jm之前緩存的衣架送入反向副軌道，再讓該衣架經(jīng)過L形搭桿4 進(jìn)入緩存區(qū)。此外，改進(jìn)后吊掛流水線執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有的特定衣架篩選功能，使篩選出的衣架Jm既可以沿著主軌道向下游傳遞，也可以通過副軌道向上游傳遞。

5 流水線控制系統(tǒng)設(shè)計

大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的正常運(yùn)行，需要生產(chǎn)設(shè)備、工藝、物料之間保持信息的互動和同步。傳統(tǒng)的吊掛流水線控制系統(tǒng)功能單一，缺乏對生產(chǎn)信息的實時采集功能和生產(chǎn)工藝信息同步功能的集成，信息不同步，生產(chǎn)難以協(xié)同。本文采用嵌入式技術(shù)對工站控制、信息采集和工藝顯示功能進(jìn)行集成，來提高人、機(jī)、料、法之間的協(xié)同能力，即在原有的控制系統(tǒng)上增設(shè)用于顯示工藝指南并進(jìn)行人機(jī)交互的觸摸顯示屏，以及具有生產(chǎn)信息采集和傳遞功能的數(shù)據(jù)通信接口；為了滿足功能集成后的通信要求，將吊掛流水線控制系統(tǒng)原有的低速串行網(wǎng)絡(luò)(RS232、RS485、CAN等)改為高速、穩(wěn)定的百兆級工業(yè)以太網(wǎng)，并根基工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)高速、實時、大冗余的特點，用各工站終端與吊掛流水線控制系統(tǒng)組成環(huán)形局域網(wǎng)，以保證通信暢通，方便擴(kuò)展，避免設(shè)備因線路突然中斷而引發(fā)控制中斷。

5.1 實現(xiàn)工藝信息同步

大規(guī)模定制下訂單的產(chǎn)品量小、款式更新頻繁、工藝要求多變，而且服裝加工柔性高，對人的經(jīng)驗依賴性強(qiáng)。因此，服裝企業(yè)現(xiàn)階段很難實現(xiàn)“機(jī)器換人”，服裝制造過程需要較多工人參與，工人要根據(jù)工單要求調(diào)整設(shè)備并進(jìn)行作業(yè)。而工藝匹配的高準(zhǔn)確率、低更新時延是定制生產(chǎn)得以高質(zhì)量實現(xiàn)的前提，大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的控制系統(tǒng)設(shè)計中必須考慮工藝信息同步問題。

客戶端-服務(wù)器分布模式具有交互性強(qiáng)、存取安全、響應(yīng)快等特點。本文設(shè)計的控制系統(tǒng)，采用客戶端-服務(wù)器分布模式，使工站終端在檢測到衣架進(jìn)站后，能通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，利用MES緩存衣架上服裝部件的當(dāng)前工站工藝信息；在衣架從緩存區(qū)進(jìn)入待加工區(qū)時，能通過待加工區(qū)的射頻讀卡器獲取衣架信息；能從工站終端緩存區(qū)篩選與衣架匹配的工藝信息，且篩選出的工藝信息能顯示在終端控制系統(tǒng)的觸摸屏上；設(shè)備參數(shù)和加工文件可通過終端通信端口傳遞到生產(chǎn)設(shè)備層；終端能對當(dāng)前設(shè)備的原設(shè)置參數(shù)進(jìn)行讀取，并且可修改設(shè)備參數(shù)，提高生產(chǎn)工藝的達(dá)成度和大規(guī)模定制生產(chǎn)的效率。

5.2 實現(xiàn)生產(chǎn)信息實時采集

預(yù)調(diào)度的前提在于對生產(chǎn)過程中每個工序加工時間的準(zhǔn)確評估，但是服裝定制生產(chǎn)模式下的訂單實際加工時間波動較大，導(dǎo)致了制造資源的不斷變化。這就需要實時收集生產(chǎn)過程的各種有用數(shù)據(jù)，對加工任務(wù)的狀態(tài)進(jìn)行實時跟蹤并進(jìn)行生產(chǎn)信息的分析；將實時狀態(tài)和歷史信息作為預(yù)測模型的輸入，對生產(chǎn)趨勢進(jìn)行預(yù)測，以滿足生產(chǎn)過程中出現(xiàn)隨機(jī)擾動時的自適應(yīng)需求。因此，生產(chǎn)狀態(tài)的跟蹤記錄和保存，對生產(chǎn)預(yù)測和調(diào)度優(yōu)化的意義重大。

大規(guī)模定制生產(chǎn)模式下的訂單存在產(chǎn)品款式隨機(jī)性強(qiáng)、插單和追單頻繁、大批少量、加工時間不穩(wěn)定等問題，工站衣架數(shù)量難以準(zhǔn)確描述當(dāng)前工站的加工情況。大規(guī)模定制吊掛流水線的控制系統(tǒng)，可通過增設(shè)的衣架檢測裝置，檢測衣架的到來和離開時間，用衣架離開時間減去到達(dá)時間作為衣架的實際加工時間(包含物料取放時間)；通過衣架的加工時間、等待時間(進(jìn)站時刻到加工開始時刻的時長)和實際加工時間，來評估當(dāng)前工站的生產(chǎn)效率，為并行生產(chǎn)工序的調(diào)整提供參考；通過設(shè)備信息的實時采集和監(jiān)控來評估生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)，為故障預(yù)測、故障定位、計劃變更和質(zhì)量追溯提供數(shù)據(jù)參考?？傊?，大規(guī)模定制生產(chǎn)的吊掛流水線控制系統(tǒng)的生產(chǎn)信息采集功能在于，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集和挖掘，幫助企業(yè)實現(xiàn)排產(chǎn)計劃制定、產(chǎn)品質(zhì)量追溯、故障位置快速定位、生產(chǎn)效能提升和產(chǎn)品質(zhì)量控制等目標(biāo)。

6 流水線串、并行混合生產(chǎn)秩序優(yōu)化

服裝生產(chǎn)的作業(yè)調(diào)度可分為串行調(diào)度和并行調(diào)度兩種方式。對于串行調(diào)度，在任意時刻，只允許執(zhí)行至多1項工序加工任務(wù)；對于并行調(diào)度，在任意時刻，沒有優(yōu)先關(guān)系的工序，可在不同加工設(shè)備上同時進(jìn)行處理。并行調(diào)度相對串行調(diào)度方式來說，具有柔性高的特點，但串行調(diào)度可以提高單臺設(shè)備的利用率。由于鎖眼、釘扣等設(shè)備價格昂貴，服裝生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備資源有限，專用設(shè)備配置的數(shù)量較少，因此服裝企業(yè)的實際排產(chǎn)工序之間存在著串、并行混合的關(guān)系。串行加工的加工周期長，并行生產(chǎn)會受到生產(chǎn)企業(yè)加工資源的限制而難以實施。若將串行調(diào)度和并行調(diào)度結(jié)合起來進(jìn)行混合調(diào)度，則可兼顧生產(chǎn)柔性要求和設(shè)備資源限制，縮短生產(chǎn)等待時間，提高吊掛流水線的生產(chǎn)效率。

本文以襯衣生產(chǎn)為例，對大規(guī)模定制生產(chǎn)吊掛流水線的串、并行混合生產(chǎn)秩序優(yōu)化問題進(jìn)行討論。在串行生產(chǎn)順序(圖6)中，單件物料依次流經(jīng)各個工序，經(jīng)過加工完成縫制任務(wù)，工藝路線固定且可優(yōu)化程度有限。襯衣從結(jié)構(gòu)上可以分為袖子、袖口、領(lǐng)子和大身等部件。由于各部件的加工工序互不影響,因此各部件可以同時并行加工。加工過程的組合階段是將大身部件分別與領(lǐng)子、袖子組合，而大身與領(lǐng)子組合、大身與袖子組合，二者存在相鄰并行的關(guān)系。在圖7所示的串、并行混合生產(chǎn)順序中，從St開始，大身、領(lǐng)子、袖子、袖口的生產(chǎn)過程各自獨立，若選擇并行生產(chǎn)方式，則可將單部件完工時間縮短至各部件中加工時間最長的部件加工時間；由于大身、領(lǐng)子、袖子、袖口都需經(jīng)過鎖眼和釘扣兩道工序，鎖眼與釘扣兩道工序互斥，大身、領(lǐng)子、袖子、袖口4個部件可以自由選擇鎖眼和釘扣的工序，這相較圖6的串行生產(chǎn)順序，減少了約1/2的等待時間；绱領(lǐng)子與绱袖子兩個工序互斥，绱領(lǐng)子工序可以根據(jù)后續(xù)組合工序的生產(chǎn)等待情況，作為插入工序來安排，以縮短單件產(chǎn)品完工時間。Fn表示縫制加工過程結(jié)束。

圖6 串行生產(chǎn)順序

圖7 串、并行混合生產(chǎn)順序

在襯衣的模塊化生產(chǎn)中，各部件的組合匹配既需要各部件的生產(chǎn)保持同步，還需要在組合工序加工前將相關(guān)部件篩選出來，并進(jìn)行秩序調(diào)整。無論是單件流還是模塊化生產(chǎn)，都需要將小部件組合到大部件(即主體部件)中。部件的組合邏輯如下：訂單J的第i件衣服由Ji,a、Ji,b、Ji,c和Ji,d4個部件組成，4個部件分別獨立加工，加工完分別排隊進(jìn)入鎖眼、釘扣兩道工序。假設(shè)Ji,a為主體部件，Ji,b、Ji,c和Ji,d分別和Ji,a進(jìn)行組合加工，且Ji,b、Ji,c和Ji,d之間相互獨立；Ji,a在組合工站至少要與Ji,b、Ji,c和Ji,d中的一個部件進(jìn)行組合加工，首先讓Ji,x(x為b、c、d)與Ji,a一起或先后進(jìn)入組合工站，然后依次從剩下的部件中選擇一個部件進(jìn)行組合加工。各部件完成加工后儲存在相應(yīng)的部件加工緩存區(qū)，在主體部件完成加工時從緩存區(qū)篩選與之匹配的其他部件，直至主體部件與所有其他部件都完成組合加工為止。

7 結(jié) 語

對大規(guī)模定制生產(chǎn)模式下的生產(chǎn)需求和傳統(tǒng)吊掛流水線的分析得出，阻礙服裝大規(guī)模定制生產(chǎn)效率提升的關(guān)鍵在于，服裝生產(chǎn)的柔性制造能力與個性化定制需求的不匹配。為此，本文針對服裝大規(guī)模定制生產(chǎn)的特點，設(shè)計了一套雙軌吊掛流水線。所設(shè)計基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的流水線控制系統(tǒng)具有工藝信息同步、生產(chǎn)信息實時采集功能，能夠保證信息傳遞的可靠性、實時性以及控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，為工人、設(shè)備、運(yùn)輸?shù)男畔f(xié)同奠定基礎(chǔ)。該流水線具有正反雙向的傳輸軌道，將普通工站與篩選工站的功能合二為一，不僅賦予了普通工站的衣架篩選功能，還提升了工站的靈活組合能力。

所設(shè)計大規(guī)模定制生產(chǎn)的吊掛流水線能大幅提高流水線上各工站的靈活性和利用率，為串、并行混合生產(chǎn)提供技術(shù)支撐；能夠幫助服裝企業(yè)更好地應(yīng)對大批量個性化訂單的生產(chǎn)挑戰(zhàn)，使批量加工的服裝制造企業(yè)有信心向服裝定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，同時使服裝定制小企業(yè)能放心地用吊掛流水線提升產(chǎn)能；能夠為服裝制造業(yè)從大批量生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)型創(chuàng)造條件。本文在現(xiàn)有單軌單向吊掛流水線的通用功能之上，有針對性地提出了提升生產(chǎn)柔性的改進(jìn)方法，簡化了個性化訂單生產(chǎn)時衣架之間的串并行混合關(guān)系。但服裝生產(chǎn)過程突發(fā)狀況的分析、主動式的調(diào)度策略等仍需要未來進(jìn)行深入研究。