面向工作流技術(shù)的車間生產(chǎn)調(diào)度研究

宋 娟

SONG Juan

（寧夏大學物理電氣信息學院，寧夏 750021）

面向工作流技術(shù)的車間生產(chǎn)調(diào)度研究

Research of shop production scheduling facing Work flow-oriented technology

宋 娟

SONG Juan

（寧夏大學物理電氣信息學院，寧夏 750021）

本文以工作流模型為基礎(chǔ)，結(jié)合車間生產(chǎn)實際情況提出了根據(jù)生產(chǎn)制造流程的過程分解方法，建立了車間生產(chǎn)過程模型;然后根據(jù)過程模型及資源信息獲取生產(chǎn)任務(wù)所需的信息指導加工過程，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的實例化、流轉(zhuǎn)和全程監(jiān)控，并對生產(chǎn)過程中發(fā)生的異常情況提出了解決方案，為企業(yè)管理者提供了決策支持。

工作流；車間生產(chǎn)；生產(chǎn)管理

1 工作流引擎的概念

工作流引擎是工作流管理系統(tǒng)的核心，它為工作流實例提供運行環(huán)境，包括流程圖的解釋、資源的分配、邏輯的控制等。工作流引擎是一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換機。工作流管理系統(tǒng)是一個以過程為中心的系統(tǒng)，所有的運行都是數(shù)據(jù)驅(qū)動的。對于一個流程來說，每個邏輯單元都代表著一個流程的實際業(yè)務(wù)的邏輯功能。在流程實例的生存期內(nèi)，狀態(tài)是重要的控制數(shù)據(jù)，它通過改變當前的流程實例的狀態(tài)，控制應(yīng)用的工作狀態(tài)。在工作流邏輯中，狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是按照一定的規(guī)則進行，工作流引擎的任務(wù)就是按照定義的規(guī)則控制實例的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

圖1 工作流管理系統(tǒng)參考模型

工作流引擎是流程的路由控制器，一個流程對應(yīng)著一條實際流轉(zhuǎn)的業(yè)務(wù)，流程的流轉(zhuǎn)路線受當前實例數(shù)據(jù)的控制，流程定義時就是指定了流程的流程規(guī)則。工作流引擎是工作流執(zhí)行服務(wù)的核心，是執(zhí)行企業(yè)經(jīng)營過程的“業(yè)務(wù)操作系統(tǒng)”的內(nèi)核 。從提供的功能上看，它主要完成以下任務(wù)：

l）對過程定義進行解釋;

2）控制過程實例的創(chuàng)建、啟動、掛起、終止等;

3）控制活動實例間的轉(zhuǎn)換，包括串行或并行的操作、工作流相關(guān)數(shù)據(jù)的解釋等;

4）提供支持用戶操作的接口;

5）維護工作流控制數(shù)據(jù)和工作流相關(guān)數(shù)據(jù)，在應(yīng)用或用戶間傳遞工作流相關(guān)數(shù)據(jù);

6）提供用于啟動外部應(yīng)用程序和訪問工作流相關(guān)數(shù)據(jù)的接口;

7）提供控制、管理和監(jiān)督工作流過程實例執(zhí)行情況的功能。

2 車間生產(chǎn)過程的實例化

通過過程模型，己經(jīng)確立了制造過程中各個活動間的時序關(guān)系、邏輯關(guān)系、資源屬性等。建模的目的就是為了通過對制造過程的執(zhí)行，從不同的角度反映出制造過程的執(zhí)行狀況，從而對其進行管理，并進一步優(yōu)化。圖2就反映了過程實例狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

在本文中，使用實際的歷史數(shù)據(jù)來建立光伏發(fā)電量和負載的概率模型。圖2給出了由APS測量[15]的典型光伏發(fā)電量的PDF曲線，圖3給出了典型負載數(shù)據(jù)的PDF曲線。這些數(shù)據(jù)可以是用于計算功率注入的矩和累積量。

過程實例包括以下六種運行狀態(tài)：

圖2 過程實例狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

l）準備(initiated)：一個過程實例已經(jīng)生成，但該過程實例目前還沒有滿足開始執(zhí)行的條件，即計劃員還沒有對此生產(chǎn)過程進行派工;

2）就緒(～ing)：該過程實例己經(jīng)可以執(zhí)行，但是還不滿足開始執(zhí)行第一個活動并生成一個任務(wù)項的條件，即計劃員己經(jīng)對此生產(chǎn)過程進行派工，但由于種種原因(如：資源未到位，工裝未領(lǐng)取等等)工人還未接受此派工，活動還未開始;

3）運行(active)：一個或多個活動已經(jīng)開始執(zhí)行(也就是已經(jīng)生成一個或者多個任務(wù)項并分配給了合適的活動實例)，即工人己經(jīng)開始進行加工;

4）完成(completed)：該過程實例執(zhí)行已經(jīng)完成，并且滿足了結(jié)束該實例的條件，即此生產(chǎn)過程的最后一道工序已順利完工，在制品狀態(tài)也更改為成品或半成品;

5）掛起(suspended)：該過程實例正在運行，但處于靜止狀態(tài)，除非有一個“重啟”的命令或者外部實踐促使該過程實例回到準備或運行狀態(tài)，否則所有的活動都不會執(zhí)行，即當生產(chǎn)過程出現(xiàn)異常(如：制造超差，設(shè)備故障等)時，當前工序無法按正常情況完成，因此過程必須被掛起，當異常情況解決以后，調(diào)度員可以更改此狀態(tài)變?yōu)闇蕚浠蛘哌\行，使得實例繼續(xù)運行;

6）終止(terminated)：該過程實例在正常結(jié)束前被迫終止，即在生產(chǎn)過程中由于出現(xiàn)一些錯誤或異常(如：該生產(chǎn)批次的零件都報廢，或者生產(chǎn)決策者覺得此生產(chǎn)批次沒有完成的必要)，調(diào)度員可以終止該過程。

從圖中可以看出，各種實例狀態(tài)的轉(zhuǎn)換比較復雜的，因此過程執(zhí)行必須采用動態(tài)過程執(zhí)行機制，處理過程中工序狀態(tài)和工序的流轉(zhuǎn)：

1）工序的開始條件/結(jié)束條件

條件是工序狀態(tài)改變的判斷標準。通過開始條件來約束工序什么情況下可正常啟動，進入運行狀態(tài)；通過結(jié)束條件來判斷工序是否可正常結(jié)束。

2）工序的時間限制

它規(guī)定了工序的開始時間，準結(jié)工時及單件工時。一方面作為時間約束，另一方面表示了工序之間的執(zhí)行先后關(guān)系，形成了一定的串行關(guān)系。

3）工序狀態(tài)的變更

根據(jù)工序的執(zhí)行狀況，顯示工序的不同狀態(tài)，有六種狀態(tài)(準備、就緒、運行、完成、掛起、終止)，能使管理者方便的了解制造過程的進展狀況。

3 車間生產(chǎn)過程控制

3.1 生產(chǎn)過程的流轉(zhuǎn)

生產(chǎn)過程實例化以后就進入到執(zhí)行階段，在這個過程中，工作流引擎根據(jù)過程定義和工作流相關(guān)數(shù)據(jù)為過程實例的流轉(zhuǎn)進行導航，如根據(jù)過程的進入和退出的條件啟動和終止一個過程實例;根據(jù)工序之間的關(guān)聯(lián)和工序的執(zhí)行條件，決定并行或串行執(zhí)行后續(xù)活動；給用戶提供需要操作的生產(chǎn)任務(wù)項信息 。圖3反映了整個生產(chǎn)過程流程。

l）工人查看任務(wù)列表。車間工人當天上班后使用給定的賬戶登陸系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)賬號判斷工人的權(quán)限，并以任務(wù)列表的方式顯示調(diào)度員派給工人的任務(wù)，雖然工人可以查看近幾天的任務(wù)，但也只能對當天的任務(wù)進行操作，近幾天的任務(wù)只供其參考做到心里有數(shù)，因為調(diào)度員還有可能隨時調(diào)換；

2）工人接受派工并開始加工。工人在自己的任務(wù)列表上可以看到四種任務(wù)狀態(tài)，以四種顏色來表示：（1）綠色：表示該任務(wù)處于就緒狀態(tài)，可以開始進行加工；（2）黃色：表示該任務(wù)處于運行狀態(tài)；（3）灰色：表示該任務(wù)已經(jīng)完工；4）紅色：表示該任務(wù)處于準備狀態(tài)，還不可運行，如果該任務(wù)的開始條件都滿足后會自動條狀為綠色。當該任務(wù)顯示為綠色時，工人接受派工，根據(jù)系統(tǒng)提供的工藝規(guī)程卡片去工具室領(lǐng)取工裝，然后開始加工，這時任務(wù)顏色改變?yōu)辄S色，并且在工人加工過程中不可以在接受另一個任務(wù)的派工，即使還有其他可執(zhí)行的任務(wù)，也都不可操作。另外，根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)研，因為工人有時要做互檢等工作，他要求可以查看本工序的前工序及后工序，因此，我們提供了該工人查看前后工序的工藝規(guī)程的權(quán)限，但也僅限于次，這樣就避免了工人去翻閱和查看大量的工藝規(guī)程文件，節(jié)約了大量的時間，提高了生產(chǎn)效率;

圖3 生產(chǎn)過程流程圖

3）工人完工提交。當工人加工完成后，填寫質(zhì)量信息，即正常件完工數(shù)量以及超差件完工數(shù)量，對于有超差件的零件則填寫相應(yīng)的質(zhì)量控制卡。工人提交完工后，系統(tǒng)自動將任務(wù)信息傳遞給后續(xù)工序，并將后工序的任務(wù)狀態(tài)改變?yōu)榭蓤?zhí)行。

3.2 車間生產(chǎn)過程的監(jiān)控

工人在加工過程中將本工序的加工時間，加工設(shè)備，異常問題等與生產(chǎn)相關(guān)的一系列問題都提交給系統(tǒng)，系統(tǒng)整理后存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，車間管理者可以通過讀取數(shù)據(jù)庫來對車間發(fā)生的情況進行實時監(jiān)控，系統(tǒng)將生產(chǎn)進度以進度條的形式直觀的顯示給車間管理者，并對每個加工工序的加工人員、開始時間、結(jié)束時間、加工設(shè)備等進行統(tǒng)計，以柱狀圖的形式顯示給車間管理者，并提供生產(chǎn)過程中發(fā)生的異常的查詢，使車間管理者做到在辦公室就能詳細獲取車間發(fā)生的一切事情。

結(jié)合用戶終端和Agent的通訊機制，構(gòu)建了動員生產(chǎn)執(zhí)行過程導航引擎，支持動態(tài)制造任務(wù)分配和實時的任務(wù)執(zhí)行信息回饋，實現(xiàn)了動態(tài)生產(chǎn)過程中在制品進度、狀態(tài)、質(zhì)量等綜合信息及各類事件的實時監(jiān)控，其有以下優(yōu)點：

1）利用生產(chǎn)追蹤所獲取的實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量的在線監(jiān)控，提高快速反應(yīng)能力，促進生產(chǎn)管理由被動指揮型向以預(yù)防為主、在線控制的主動實時指揮型管理體系發(fā)展。

2）利用生產(chǎn)追蹤所獲取的實時質(zhì)量數(shù)據(jù)實現(xiàn)對在制品質(zhì)量的在線監(jiān)控，建立對質(zhì)量參數(shù)變化的預(yù)防報警機制，預(yù)防質(zhì)量問題的發(fā)生。通過加快檢測結(jié)果的回饋速度，把質(zhì)量問題的影響降低到最小。

3）利用生產(chǎn)追蹤所獲取的設(shè)備狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)，使對設(shè)備的應(yīng)急維修逐步過渡到有針對性的預(yù)防維修，建立設(shè)備故障報警機制，提高技術(shù)人員對設(shè)備故障的反應(yīng)速度，提高維修工作效率，提高設(shè)備的運行效率和對質(zhì)量的保證能力。

4 結(jié)論

當今信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，己經(jīng)成為了世界的主要特征，通過信息系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，給傳統(tǒng)制造企業(yè)的管理和運作模式帶來了革命性的變化;同時，制造企業(yè)基于工作流技術(shù)實現(xiàn)對車間生產(chǎn)過程的管理，降低了車間生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)經(jīng)營效益。

本文分析了車間工作流，對于如何進行全程監(jiān)控，提高生產(chǎn)效率作出了探索與嘗試。

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TH166

A

1009-0134(2010)10(下)-0201-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(下).63

2009-11-05

2008年度寧夏大學科學研究基金資助項目（項目類型：自然科學基金，項目編號：ZR200824）

宋娟（1980 -），女，講師，工學碩士，研究方向為制造系統(tǒng)管理與控制。