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(huì)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(duì)時(shí)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(kù)存過大問題一直難以解決，導(dǎo)致行業(yè)利潤(rùn)被蠶食，去庫(kù)存成為了行業(yè)的“心病”[2]；另一方面，小批量的個(gè)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(chǎng)需求，在滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求的同時(shí)，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(shí)別、快速響應(yīng)顧客異質(zhì)需求，實(shí)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(diǎn)表現(xiàn)為柔性制造、延時(shí)制造、模塊化生產(chǎn)等[4]。這些特點(diǎn)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(duì)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(shí)現(xiàn)多品種、多款式、小批量的快速生產(chǎn)[5]；延時(shí)制造采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和通用化的設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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]。可以說，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(shí)現(xiàn)服裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)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(yàn)證了模塊化生產(chǎn)的可行性[7,9-10]。曾有學(xué)者通過對(duì)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(shí)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(shí)間和調(diào)動(dòng)次數(shù)[13]。但是，大規(guī)模定制生產(chǎn)時(shí)，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(shí)的秩序優(yōu)化問題，依然有待解決。為此，本文將對(duì)吊掛流水線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并通過工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)流水線的工藝信息同步、生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)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?cè)诳偨Y(jié)多年服裝生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)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(shí)間占比高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成衣質(zhì)量難控制等問題[14]。國(guó)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(guó)從20世紀(jì)90年代開始引進(jìn)國(guó)外吊掛流水線和信息集成系統(tǒng)，但長(zhǎng)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(guó)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(guó)內(nèi)對(duì)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(shí)際中應(yīng)用的并不多[15]。

吊掛流水線能將自動(dòng)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(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)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(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)雖然對(duì)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(chǎng)龐大。目前國(guó)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(guó)際同行的差距較大，與中國(guó) “服裝制造業(yè)大國(guó)”的頭銜極不匹配[16]。目前市場(chǎng)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(chǎng)過度供給的情況下，服裝企業(yè)紛紛對(duì)可滿足消費(fèi)者個(gè)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(huì)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(duì)大規(guī)模定制生產(chǎn)品種差異大、批量彈性大訂單時(shí)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(gè)生產(chǎn)單元的生產(chǎn)能力。面對(duì)市場(chǎng)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(duì)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(shí)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(gè)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(huì)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(duì)生產(chǎn)線造成的沖擊；同時(shí)，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(duì)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(shí)現(xiàn)多品種、小批量的具有高度柔性的生產(chǎn)還難以實(shí)現(xiàn)[15]，而采用能靈活組合工站的吊掛流水線來應(yīng)對(duì)多變的生產(chǎn)任務(wù)，已成為一種切實(shí)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(cè)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(gè)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(dòng)方向，能對(duì)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?yàn)閭鹘y(tǒng)吊掛流水線只能單向傳遞物料，所以排產(chǎn)時(shí)，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(gè)工站需要依次完成6個(gè)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(shí)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(duì)大規(guī)模定制頻繁更換的小批量訂單安排生產(chǎn)時(shí)，若選擇調(diào)整機(jī)器位置去適應(yīng)生產(chǎn)任務(wù)就會(huì)浪費(fèi)生產(chǎn)線的大量生產(chǎn)時(shí)間。定制服裝生產(chǎn)模式下，由于生產(chǎn)過程中對(duì)質(zhì)量控制和生產(chǎn)周期要求非常嚴(yán)格，且在生產(chǎn)時(shí)沒有冗余物料，因此不可避免地會(huì)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(huì)產(chǎn)生變動(dòng)，因此生產(chǎn)系統(tǒng)很難對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。在面對(duì)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(shí)，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(shí)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(tái)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(gè)重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)就是生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，其信息化與智能性特征表現(xiàn)為：根據(jù)設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)平衡的同時(shí)，能根據(jù)環(huán)境與任務(wù)的變化產(chǎn)生適時(shí)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、工藝裝備(設(shè)備、工夾具等)、工藝縫型、工時(shí)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(jì)信息是以符號(hào)、文字、圖表來表達(dá)的。工藝設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)間隨機(jī)、款式差異明顯、插單和追單頻繁等特點(diǎn)，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(dòng)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(shí)間隨機(jī)、產(chǎn)品批大量小等問題，又存在工藝準(zhǔn)備時(shí)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(cè)等問題，導(dǎo)致制造資源的狀態(tài)難以預(yù)測(cè)，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(shí)掌握生產(chǎn)資源全貌，進(jìn)行生產(chǎn)信息集成，實(shí)現(xiàn)敏捷生產(chǎn)。這意味著制造過程中需要對(duì)車間內(nèi)設(shè)備能力、其他異地多點(diǎn)的資源進(jìn)行整合優(yōu)化，實(shí)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(gè)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(shí)，它又是生產(chǎn)監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)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(shí)應(yīng)能根據(jù)預(yù)測(cè)的生產(chǎn)趨勢(shì)，靈活地組合加工單元，應(yīng)對(duì)頻繁變動(dòng)的生產(chǎn)安排，以實(shí)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(duì)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(gè)控制系統(tǒng)的可靠性、擴(kuò)展性和靈活性，實(shí)現(xiàn)資源共享，以便有效地實(shí)施大規(guī)模定制生產(chǎn)。

針對(duì)大規(guī)模定制生產(chǎn)對(duì)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(jì)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(duì)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(duì)衣架的檢測(cè)，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(duì)應(yīng)衣架的加工指南，同時(shí)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(duì)生產(chǎn)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整工站的組合，以應(yīng)對(duì)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(diǎn)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(shí)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(duì)衣架傳輸過程的控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化。生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化的實(shí)質(zhì)也在于對(duì)衣架傳送路徑的重新規(guī)劃，以減少生產(chǎn)中的等待時(shí)間。

4 流水線執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)吊掛流水線的結(jié)構(gòu)剛性大，缺乏對(duì)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(shí)現(xiàn)雙軌之間的衣架流動(dòng)。工位終端控制器控制L形搭桿的抬起放下動(dòng)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(shí)，主副軌斷開；放下時(shí)，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(shì)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(shí)針以設(shè)定速率推動(dòng)軌道上的衣架前行，副軌則順時(shí)針以設(shè)定速率推動(dòng)軌道上的衣架前行。為了實(shí)現(xiàn)主軌和副軌間衣架的順利流動(dòng)，并減少衣架傳遞對(duì)站內(nèi)工人作業(yè)的影響，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，讓從主軌進(jìn)入調(diào)節(jié)軌道的衣架經(jīng)過一個(gè)提升臂連接至高于主軌的副軌，同時(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)，改進(jìn)后吊掛流水線能通過工站的自由組合，對(duì)所有工站的緩存區(qū)進(jìn)行邏輯組合，實(shí)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(cè)到衣架并判定需要進(jìn)站時(shí)，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(shí)對(duì)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(duì)應(yīng)工站后，副軌上的射頻讀卡器讀取衣架ID，對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)流水線上各工站的靈活組合。針對(duì)一條吊掛流水線，可通過虛擬方式設(shè)計(jì)多條流水線并行加工的場(chǎng)景，根據(jù)各工位的實(shí)際加工情況調(diào)整并行工序，以減少各工位的等待時(shí)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(shí)，如果2號(hào)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(hào)和5號(hào)工站加工，再通過副軌將衣架傳遞至2號(hào)工站加工，形成1-4-5-2-3-6 新的工站順序；如果3號(hào)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(hào)和5號(hào)工站加工，再通過副軌將衣架傳遞至3號(hào)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(shí)調(diào)整和工站的靈活組合奠定基礎(chǔ)。對(duì)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(shí)現(xiàn)衣架的反向傳遞。當(dāng)j-i

4.2 實(shí)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(jì)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(gè)工站彼此獨(dú)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(shí)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(shí)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(huì)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(shí)，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(shí)現(xiàn)衣架篩選功能；同時(shí)，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(jì)

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(dòng)和同步。傳統(tǒng)的吊掛流水線控制系統(tǒng)功能單一，缺乏對(duì)生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)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(duì)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(jí)工業(yè)以太網(wǎng)，并根基工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)高速、實(shí)時(shí)、大冗余的特點(diǎn)，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(shí)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(duì)人的經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)。因此，服裝企業(yè)現(xiàn)階段很難實(shí)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(shí)延是定制生產(chǎn)得以高質(zhì)量實(shí)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(jì)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(diǎn)。本文設(shè)計(jì)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(cè)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(shí)，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(duì)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)采集

預(yù)調(diào)度的前提在于對(duì)生產(chǎn)過程中每個(gè)工序加工時(shí)間的準(zhǔn)確評(píng)估，但是服裝定制生產(chǎn)模式下的訂單實(shí)際加工時(shí)間波動(dòng)較大，導(dǎo)致了制造資源的不斷變化。這就需要實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)過程的各種有用數(shù)據(jù)，對(duì)加工任務(wù)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤并進(jìn)行生產(chǎn)信息的分析；將實(shí)時(shí)狀態(tài)和歷史信息作為預(yù)測(cè)模型的輸入，對(duì)生產(chǎn)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以滿足生產(chǎn)過程中出現(xiàn)隨機(jī)擾動(dòng)時(shí)的自適應(yīng)需求。因此，生產(chǎn)狀態(tài)的跟蹤記錄和保存，對(duì)生產(chǎn)預(yù)測(cè)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(shí)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(cè)裝置，檢測(cè)衣架的到來和離開時(shí)間，用衣架離開時(shí)間減去到達(dá)時(shí)間作為衣架的實(shí)際加工時(shí)間(包含物料取放時(shí)間)；通過衣架的加工時(shí)間、等待時(shí)間(進(jìn)站時(shí)刻到加工開始時(shí)刻的時(shí)長(zhǎng))和實(shí)際加工時(shí)間，來評(píng)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(shí)時(shí)采集和監(jiān)控來評(píng)估生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)，為故障預(yù)測(cè)、故障定位、計(jì)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(shí)現(xiàn)排產(chǎn)計(jì)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(duì)于串行調(diào)度，在任意時(shí)刻，只允許執(zhí)行至多1項(xiàng)工序加工任務(wù)；對(duì)于并行調(diào)度，在任意時(shí)刻，沒有優(yōu)先關(guān)系的工序，可在不同加工設(shè)備上同時(shí)進(jìn)行處理。并行調(diào)度相對(duì)串行調(diào)度方式來說，具有柔性高的特點(diǎn)，但串行調(diào)度可以提高單臺(tái)設(shè)備的利用率。由于鎖眼、釘扣等設(shè)備價(jià)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(shí)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(zhǎng)，并行生產(chǎn)會(huì)受到生產(chǎn)企業(yè)加工資源的限制而難以實(shí)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(shí)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(duì)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(gè)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(shí)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(dú)立，若選擇并行生產(chǎn)方式，則可將單部件完工時(shí)間縮短至各部件中加工時(shí)間最長(zhǎng)的部件加工時(shí)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(gè)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(shí)間；绱領(lǐng)子與绱袖子兩個(gè)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(shí)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(gè)部件組成，4個(gè)部件分別獨(dú)立加工，加工完分別排隊(duì)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(dú)立；Ji,a在組合工站至少要與Ji,b、Ji,c和Ji,d中的一個(gè)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(gè)部件進(jìn)行組合加工。各部件完成加工后儲(chǔ)存在相應(yīng)的部件加工緩存區(qū)，在主體部件完成加工時(shí)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(yǔ)

對(duì)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(gè)性化定制需求的不匹配。為此，本文針對(duì)服裝大規(guī)模定制生產(chǎn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套雙軌吊掛流水線。所設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)采集功能，能夠保證信息傳遞的可靠性、實(shí)時(shí)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(jì)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(duì)大批量個(gè)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(shí)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?yàn)榉b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(duì)性地提出了提升生產(chǎn)柔性的改進(jìn)方法，簡(jiǎn)化了個(gè)性化訂單生產(chǎn)時(shí)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(dòng)式的調(diào)度策略等仍需要未來進(jìn)行深入研究。