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 近年來，隨著信息化技術(shù)的不斷提高，位于企業(yè)上層計(jì)劃管理與底層工業(yè)控制之間的 面向CIMS的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)逐步形成并得到迅速發(fā)展。作為MES的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，車間作業(yè)調(diào)度貫穿于企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過程中，是保證車間生產(chǎn)在動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)環(huán)境下能夠高效可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。有關(guān)資料表明，制造過程中的大部分時(shí)間消耗在非切削過程。因此，有效的調(diào)度方法和優(yōu)化技術(shù)可以使車間設(shè)備和人員得到充分的利用，賦予企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)以柔性，提高效率，降低成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)利益的最大化。針對(duì)MES中的生產(chǎn)管理進(jìn)行深入研究，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了適用于中小型企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度原型系統(tǒng)，并詳細(xì)分析了該系統(tǒng)的功能特點(diǎn)以及具體的實(shí)現(xiàn)方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

MES的應(yīng)用環(huán)境主要是生產(chǎn)車間，其任務(wù)是對(duì)整個(gè)車間的制造過程進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的分析和處理，為操作人員和管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源的當(dāng)前狀態(tài)信息。

生產(chǎn)調(diào)度作為MES中的重要模塊，對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)管理系統(tǒng)的短期計(jì)劃安排，主要目標(biāo)是通過良好的作業(yè)加工排序最大限度減少生產(chǎn)過程中的準(zhǔn)備時(shí)間，優(yōu)化某一項(xiàng)或幾項(xiàng)生產(chǎn)目標(biāo)，為生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行和控制提供指導(dǎo)。生產(chǎn)調(diào)度直接控制生產(chǎn)的穩(wěn)定和有序的執(zhí)行，良好的生產(chǎn)調(diào)度能夠預(yù)先解決生產(chǎn)中的干擾，縮短產(chǎn)品在車間的流動(dòng)時(shí)間，減少在制品庫存，保證準(zhǔn)時(shí)交貨。MES是面向敏捷車間的先進(jìn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，如何設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)作為其核心功能的調(diào)度系統(tǒng)是重要的研究內(nèi)容。

在不同的問題環(huán)境中，生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化目標(biāo)也不同（如加工總流程時(shí)間最短、零件按期交貨、設(shè)備利用率最高等），目前還沒有哪一種算法能夠使得各種性能指標(biāo)均取得較為滿意的值。另外考慮到車間生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)性，完全依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)度可能無法滿足實(shí)際要求。因此，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想是：針對(duì)不同的優(yōu)化目標(biāo)設(shè)計(jì)不同的調(diào)度算法，對(duì)零件進(jìn)行初步加工排序并以甘特圖顯示調(diào)度結(jié)果，同時(shí)結(jié)合直方圖對(duì)機(jī)床加工負(fù)荷進(jìn)行分析與安排，充分發(fā)揮調(diào)度人員的智慧和經(jīng)驗(yàn)，通過人機(jī)交互對(duì)調(diào)度結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，直至滿足要求。

2 系統(tǒng)模塊組成及主要功能

系統(tǒng)包括以下幾個(gè)功能模塊：系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、調(diào)度數(shù)據(jù)管理、算法設(shè)計(jì)、加工調(diào)度、人工調(diào)整、車間信息顯示、檢測(cè)加工沖突和調(diào)度結(jié)果輸出，各模塊的關(guān)系及詳細(xì)功能劃分。

主要功能模塊說明如下：

a）調(diào)度數(shù)據(jù)管理模塊：該模塊的主要功能是為每組加工任務(wù)建立一張調(diào)度表，用以對(duì)排序計(jì)算所需的基本數(shù)據(jù)（包括零件編號(hào)、工序編號(hào)、批量、加工時(shí)間、所用機(jī)床等）進(jìn)行管理，在算法設(shè)計(jì)時(shí)將直接從選定的調(diào)度表中提取數(shù)據(jù)進(jìn)行加工排序；

b）算法設(shè)計(jì)模塊：在本系統(tǒng)中采取基于規(guī)則的啟發(fā)式方法來解決多道工序競爭一臺(tái)機(jī)床時(shí)的工件排序問題和一道工序可在多臺(tái)機(jī)床上加工時(shí)的機(jī)床選擇問題，該模塊包含幾個(gè)子模塊，以對(duì)應(yīng)不同的優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)相應(yīng)的目標(biāo)分別選擇優(yōu)先分配規(guī)則并進(jìn)行算法設(shè)計(jì)；

c）加工調(diào)度模塊：根據(jù)定單情況和實(shí)際生產(chǎn)需要選擇調(diào)度目標(biāo)，通過已設(shè)計(jì)好的算法對(duì)零件進(jìn)行加工排序，確定每臺(tái)機(jī)床上不同工序的加工順序和各道工序的開工、完工時(shí)間，并將排序結(jié)果用甘特圖的形式顯示在屏幕上；

d）人工調(diào)整模塊：利用調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)對(duì)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過程中的實(shí)際情況進(jìn)行分析和處理，通過人機(jī)交互，對(duì)計(jì)算機(jī)排序結(jié)果進(jìn)行手工拖動(dòng)，直至獲得滿意的結(jié)果；

e）車間信息顯示模塊：以甘特圖的形式顯示零件的工藝路線及每道工序的加工狀態(tài)，以直方圖的形式顯示每臺(tái)機(jī)床的加工負(fù)荷，作為人工調(diào)整的依據(jù)；

f）檢測(cè)加工沖突模塊：人工調(diào)整之后，檢測(cè)每臺(tái)機(jī)床上不同加工任務(wù)之間是否存在時(shí)間重疊，即某道工序的開始時(shí)間是否在該機(jī)床前一加工任務(wù)的結(jié)束時(shí)間之前；對(duì)于某些多工位允許有部分加工重疊時(shí)間的機(jī)床，則檢測(cè)其加工重疊時(shí)間是否在允許的時(shí)間沖突范圍內(nèi)；

g）調(diào)度結(jié)果輸出模塊：保存最終調(diào)度結(jié)果，并以甘特圖和數(shù)據(jù)表格兩種方式輸出，甘特圖使得各臺(tái)機(jī)床上所安排的加工任務(wù)及其先后順序一目了然，數(shù)據(jù)表格為調(diào)度人員和操作人員提供工序開始時(shí)間、加工時(shí)間、結(jié)束時(shí)間等詳細(xì)數(shù)據(jù)，此結(jié)果即作為車間生產(chǎn)的依據(jù)。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 調(diào)度結(jié)果的顯示

對(duì)于調(diào)度人員及操作人員來說，調(diào)度結(jié)果的顯示要求簡單明了、方便查詢，并能提供每道工序的基本加工信息。本系統(tǒng)采用兩種甘特圖來顯示調(diào)度結(jié)果：一種以機(jī)床為縱坐標(biāo)，顯示每臺(tái)機(jī)床上不同任務(wù)的加工順序，為操作人員提供加工依據(jù)；另一種以零件為縱坐標(biāo)，顯示不同零件的工藝路線及每道工序的加工狀態(tài)，方便調(diào)度人員在不同時(shí)間段對(duì)零件的加工進(jìn)程進(jìn)行查詢。

每項(xiàng)任務(wù)（即每道工序）均由程序內(nèi)部控件生成，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理中設(shè)定零件的顏色代碼，顯示調(diào)度結(jié)果時(shí)同一零件的各道工序用同種顏色表示，而不同零件的顏色不可重復(fù)，以便于調(diào)度人員進(jìn)行瀏覽。考慮到甘特圖是從總體上顯示該車間整批加工任務(wù)的調(diào)度結(jié)果，無法顯示精確信息，因此在結(jié)果輸出界面中設(shè)置工件基本信息框，當(dāng)選中某道工序時(shí)在信息框中顯示該工序的基本加工信息，包括工件號(hào)、工序號(hào)、加工設(shè)備、開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間等。

3.2 人工調(diào)整

將調(diào)度結(jié)果甘特圖中的各道工序設(shè)置為允許鼠標(biāo)進(jìn)行拖動(dòng)，則可根據(jù)車間生產(chǎn)的實(shí)際情況對(duì)計(jì)算機(jī)排序結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，同時(shí)工件基本信息框中的加工信息也將隨著工序位置的變化而改變。手工調(diào)整有以下幾點(diǎn)約束：某道工序移動(dòng)時(shí)，其同一零件上的后續(xù)工序?qū)⑼瑫r(shí)移動(dòng)相應(yīng)的時(shí)間長度；工序向前移動(dòng)時(shí)，其開始時(shí)間不能大于其前道工序的結(jié)束時(shí)間；零件第一道工序的開始時(shí)間不能小于零。

3.3 調(diào)度結(jié)果存儲(chǔ)方式

在數(shù)據(jù)庫中，調(diào)度結(jié)果用臨時(shí)表和正式表兩種方式進(jìn)行存儲(chǔ)。臨時(shí)表只有一張，用來存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)排序后的臨時(shí)加工數(shù)據(jù)，生成甘特圖時(shí)將從此表中提取數(shù)據(jù)。調(diào)度結(jié)果經(jīng)過人工調(diào)整，滿足車間生產(chǎn)實(shí)際情況和機(jī)床能力要求后，方可存入與相應(yīng)加工任務(wù)表同名的正式表中，永久保存調(diào)度結(jié)果且作為派工依據(jù)，同時(shí)將刪除臨時(shí)表中的數(shù)據(jù)。

3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

鑒于上述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和關(guān)鍵技術(shù)，本系統(tǒng)采用Client/Server結(jié)構(gòu)，以Visual Basic6.0為開發(fā)工具，利用ODBC接口（open database connectivity，開放式數(shù)據(jù)庫連接）訪問數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，開發(fā)出簡單實(shí)用的車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，其調(diào)度主界面。

4 結(jié)束語

本文介紹的面向CIMS的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)針對(duì)MES中生產(chǎn)管理的具體要求和特征，提出了一種面向中小型企業(yè)的車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)模型，并開發(fā)出了實(shí)用的原型系統(tǒng)，針對(duì)不同優(yōu)化目標(biāo)對(duì)零件進(jìn)行計(jì)算機(jī)排序結(jié)合手動(dòng)調(diào)整，從而合理安排生產(chǎn)過程和機(jī)床負(fù)荷，減輕調(diào)度人員的負(fù)擔(dān)，優(yōu)化車間生產(chǎn)運(yùn)作，提高生產(chǎn)效率。