一种混线生产离散工序插入调度方法 【发明领域】
本发明涉及一种混线生产离散工序插入调度方法， 属于现代制造集成技术及自动化领域。 背景技术 随着当前企业生产模式逐步转化为多品种变批量的形式， 由此产生了研制性产品 与批产性产品共用资源的现象， 从而导致了批产性产品生产所追求的效率与研制性产品生 产所追求的柔性之间的矛盾问题。为了有效的化解此矛盾， 可以采取流水与离散式生产混 线生产的模式， 由此便产生了面向流水离散混合模式的车间作业调度。
所谓流水离散混合模式的作业调度主要体现为单元内流水作业与单元外离散作 业的混合， 同时单元内流水生产的空闲时间也被用于离散工序的生产。从而达到以具有批 量生产和加工质量一致性要求的产品在单元内形成流水式生产的形式解决效率问题， 以普 通零件在单元内外展开离散式生产的形式解决柔性问题的目的。 这里所述的单元即为生产 中的加工单元， 是以一定目标或规则为基础建立的若干设备的集合， 将生产车间中的设备
划分为设备单元有利于提高生产效率， 是车间中普遍采用的形式。
当前企业中由于普遍存在的混合生产模式， 从而使车间调度面临着新的问题 ： 如 何保证车间内流水与离散的生产模式， 即如何兼顾效率与柔性， 在按期交货目标的指导下， 保证单元内零件流水式作业和单元外零件柔性作业相混合情况下的资源优化配置， 是混线 生产作业调度必须解决的问题， 也是传统调度技术中未曾研究的领域。因此需要建立一种 新型的支持混线生产的作业调度技术， 使其能够快速的生成符合要求的作业计划。
随着对生产调度问题研究的深入， 已经出现了很多针对车间生产的调度软件。然 而传统调度软件在面对生产企业作业习惯、 加工工时不确定等问题时， 存在以下不足 ：
(1) 调度算法较多存在于理论层面， 很少能够应用与车间实际生产， 由此较难适应 复杂的制造环境 ；
(2) 调度软件主要针对单一的离散生产环境， 对于流水混合模式下的生产调度涉 及较少。 发明内容
本发明的目的是提供一种实现流水离散混合车间作业调度的方法， 为了实现这一 目标， 通过分析流水调度的特点， 在流水生产过程中加入离散式生产， 将离散工序插入到流 水单元内外， 从而充分利用生产设备， 提高设备的利用率， 最终通过使用上述方法便可形成 一套切实可行的混合作业调度方法， 来生成车间生产计划。
为了提高混线生产情况下， 设备的整体利用率， 本发明提出混线生产离散工序插 入调度方法 ： 在车间完成流水零件排产， 插入离散工序， 插入算法要首先保证流水工序生产 不受影响， 即保证了流水生产模式的高效率得到体现， 进而考虑剩余离散工序的生产， 由此 便要根据设备总体的利用率， 进行插空生产， 即用离散工序填满流水排产完成后， 设备上的空闲时间段。所述生产制造单元是以一定目标或规则为基础建立的若干设备的集合， 将生 产车间中的设备划分为生产制造单元有利于提高生产效率， 是车间中普遍采用的形式。
本发明的一种混线生产离散工序插入调度方法， 包括如下步骤 ：
过程 (1) ： 将待插入的离散工序的可选设备集合初始化为 ： 可加工此道工序的所 有设备的总和， 这些设备包括生产制造单元内和生产制造单元外部的设备 ； 所述生产制造 单元是以一定目标或规则为基础建立的多个设备的集合 ；
获得可选设备集合中各设备完成各自全部生产任务的时间， 将其中最早的时间作 为插入时间 TSC 的初始值， 此处的插入时间为一个时间点， 例如某日的几点几分 ； 将这个最 早完成自身所有生产任务的设备作为可插入设备集合的初始值 ；
过程 (2) ： 从当前可选设备集合中为待插入的离散工序选择一个设备， 筛选设备 时首要选择生产任务较少的设备， 即空闲时间较多的设备， 如此可平衡各设备间的生产任 务；
过程 (3) ： 在所选加工设备上的加工队列的各个空闲中， 选择大于待插入工序所 需加工时间的空闲， 并且从中选择空闲的起始时间与该待插入工序的预定插入时间最近 的， 将这个空闲的起始时间作为待插入工序在该加工设备上的可插入时间 ； 如果找不到满 足要求的空闲， 则从可选设备集合中删除这个加工设备， 然后执行过程 (5) ；
所述的预定插入时间指该待插入工序在满足所有加工约束情况下的最早开始时 间， 此处的加工约束是指此道工序进行前必须完成的准备工作， 例如物料、 刀具等条件是否 具备 ；
过程 (4) ： 将过程 (3) 获得的待插入工序在该加工设备上的可插入时间与当前记 录的插入时间 TSC 相比较 ：
A. 如果待插入工序在该加工设备上的可插入时间早于 TSC， 即可以将待插入工序 的开工时间提前， 则将这个可插入时间记录为更新后的 TSC， 并将该加工设备作为可插入设 备集合中的唯一元素 ； 也就是说使可插入设备集合中仅包含这个加工设备 ； 并且从可选设 备集合中删除这个加工设备 ；
B. 如果待插入工序在该加工设备上的可插入时间晚于 TSC， 则从可选设备集合中 删除这个加工设备 ；
C. 如果待插入工序在该加工设备上的可插入时间与 TSC 相同， 则将这个加工设备 保存到可插入设备集合中 ； 并且从可选设备集合中删除这个加工设备 ；
过程 (5) ： 对可选设备集合进行判断， 如果可选设备集合为空， 则转至过程 (6)， 否 则再次执行过程 (2) 至过程 (4) ；
过程 (6) ： 对可插入设备集合进行判断 ：
如果可插入设备集合中有多个加工设备时 ( 这些设备的可插入时间都相同 )， 则 优先选择其中属于生产制造单元内的加工设备作为选定的加工设备， 这是因为生产制造单 元内部主要完成对于流水零件的生产， 其中会由于压件生产形式产生很多空隙， 优先插入 单元内设备可实现提高单元内的设备利用率的目的 ；
否则， 将可插入设备集合中保存的唯一的加工设备作为选定的加工设备 ；
事实上， 如果 TSC 仍是初始化时的极大值， 即可选设备集合中各设备完成各自全 部生产任务的最早时间， 则表示该工序没有找到任何空闲可插入， 此时将可插入设备集合中保存的唯一的加工设备作为选定的加工设备， 也就是将该离散工序插入到最早完成自身 所有生产任务的设备上 ；
过程 (7) ： 以当前 TSC 作为插入位置， 将待插入工序插入到选定的加工设备的加工 队列中， 以此提高设备利用率 ；
进一步地， 还包括，
过程 (8) ： 返回过程 (1) 继续处理其他待插入工序， 直至所有待插入工序都完成插 入， 即完成离散工序排产。
对比现有技术， 本发明的有益效果在于， 本方法结合生产实际， 在对混合生产模式 进行分析的基础上， 建立了一种针对已经完成流水零件排产后， 离散工序的插入调度方法， 使应用此方法的调度系统能够适应流水和离散的调度模式， 从而保证了离散生产的柔性和 重要零件流水生产的效率， 解决了两者在车间生产中兼容的矛盾， 同时保证生产任务交货 期， 进一步提高方案的可用性。 实现流水与离散的混合调度问题， 满足车间混合作业模式的 需要。在使用离散工序插入调度算法后， 对于混线生产中整体设备利用率都得到了提升。 附图说明
图 1 为本发明的混线生产离散工序插入调度方法的整体流程图 ； 图 2 为本发明的混线生产离散工序插入调度方法的有益效果图 ； 图 3 为本发明的混线生产离散工序插入调度方法的应用实例图 ； 图 4 为本发明的混线生产模式下的自动调度技术的应用实例图。具体实施方式
以下结合技术方案和附图说明本发明的具体实施方式。
本发明所述混线生产离散工序插入调度算法的整体流程图如附图 1 所示。本发明 的有益效果如图 2 所示， 在使用离散工序插入调度算法后， 对于混线生产中整体设备利用 率都得到了提升。
以下结合技术方案实施例和附图对本发明的具体实施方式进行解释。 见附图 3， 对 于待插入工序的计算方法进行如下分析。
如图 3(a) 所示， 单元一包含设备 A 和 B， 其上已经安排了工序 1 和 2， 另外两台设 备 C 和 D 为单元外设备， 其上也已安排了 3、 4 和 5， 假设待插入工序集合中包含工序为 6， 工 序 6 的加工时间为 3 小时， 插入时间 TSC 初始值根据设备 D 上的工序可选为时刻 4， 而预设 的可插入时间选为坐标零点， 即其可在任何时间段生产， 同时 A、 B、 C 和 D 设备都可以加工工 序 6。现根据插入调度算法完成此工序 6 的排产。
过程 (1) ： 选取工序 6 作为第一个待插入工序， 初始化其可选设备集合， 由已知可 得 A、 B、 C 和 D 设备都在此集合中 ； TSC 初始值根据设备 D 上的工序可选为时刻 4， 可插入设 备集合初始化为只包含设备 D ；
过程 (2) ： 由图中可以看出， 各设备的生产任务较为平均 ； 可从可选设备集合中选 择任一设备 ；
过程 (3) ： 由已知可得工序 6 的预定插入时间为坐标轴的零时刻， 在可选设备集合 中查找可得， 设备 B 和 C 含有可生产工序 6 的空闲时间段， 因此下面只分析设备 B 和 C ；过程 (4) ： 在设备 B 上， 工序 2 前刚好存在一段空闲， 且该空闲时间段正好为 3 小 时， 故工序 6 可在此空闲内生产， 因此可将插入时间 TSC 提前至选取 B 设备生产的最早可开 始时刻 0， 同时清空现有可插入设备集合， 将设备 B 放入可插入设备集合中， 并从可选设备 集合中删除设备 B ；
过程 (5)-(7) ： 继续循环发现剩余设备 C 对于工序 6 的 TSC 都晚于 0 时刻， 即无法 再将 TSC 提前， 且为单元外设备， 故采用设备 B 生产 ； 显然 TSC 发生了前移， 因此可选定设备 B 作为插入设备并可根据插入点即可完成工序 6 的排产过程 ；
最终得到的图 3(b) 中的效果， 由此可看出通过混线生产离散工序插入调度算法 得到了较为紧凑的调度排产结果， 从整体上提高了车间设备的利用率。
下面提供基于车间现有生产模式的分析， 根据本技术方案建立以流水生产为核心 流水离散混合生产的机制的实施例， 通过合理的计算缓冲生产数量和离散工序插入生产， 保证了调度方案和生产现场的一致性， 同时， 本实施例中借助人机交互机制对已有方案进 行手动修改， 充分利用人因经验， 对完成方案的进一步优化， 使得方案更加符合车间生产习 惯， 提高调度方案的可用性起到了一定的作用。
应用本发明的混线生产模式下的自动调度方法 ： 自动生产调度过程不需要操作者对调度过程进行任何的操作， 由计算机根据制造 资源、 生产计划信息和当前设备的生产队列等信息， 在调度规则、 调度约束和混线调度节拍 保障机制的支持下， 完成作业计划的排产。
首先， 从调度基础信息数据中读取生产计划信息， 而后判断生产计划内是否含有 关重件， 此处所说的关重件即为关键和重要零件， 是需要进行流水式生产的零件。 如果含有 关重件， 则首先采用本方法中的混线生产流水调度算法完成对关重件的调度， 随后采用混 线生产离散调度算法完成非关重件的调度， 最后生成作业计划。可调度工序集是两种调度 算法中都使用的一个概念， 可调度工序集即指所有没有零件内前驱工序或者零件内前驱供 需已经调度的工序的集合。只有属于可调度工序集的工序才是可以进行调度操作的。
整个自动调度方法中利用到混线生产插入调度方法的部分如下 ：
步骤 (1) ： 从调度资源基础信息处获取采用离散方式生产的零件和设备信息 ；
步骤 (2) ： 从可调度工序集合中选择唯一一个待调度工序， 如果可调度工序集合 为空则转至步骤 6 ； 所述工序选择规则包括保证设备的利用率， 保证各个设备的生产任务 平衡 ；
步骤 (3) ： 根据基础数据计算该调度工序所需要的加工设备数量， 从所有可选设 备中选取唯一一个加工设备， 此处的设备选择规则与在流水排产时使用的规则相同 ；
步骤 (4) ： 使用本发明所述混线生产离散工序插入调度方法， 结合加工工时利用 计划完工算法计算工序的计划加工结束时间。
步骤 (5) ： 转至步骤 2 ；
步骤 (6) ： 调度结束。
整个自动调度过程的流程如图 4 所示。
以上所述的具体描述， 对发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限定本发明的保护范 围， 凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明
的保护范围之内。