適用于柔性制造的排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)

摘 要:從介紹電子行業(yè)的發(fā)展歷史開始，提出電子行業(yè)的生產(chǎn)具有“多批次小批量”的特點。針對SMT行業(yè)的這種特點，開發(fā)一套適用于柔性制造的排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)，重點按照軟件開發(fā)的流程介紹了本系統(tǒng)的開發(fā)過程。首先詳細分析系統(tǒng)的業(yè)務流程并提出具體的軟件設計方案，接著把系統(tǒng)劃分成四個子模塊并分別介紹每個子模塊的功能，最后介紹開發(fā)該系統(tǒng)使用的開發(fā)工具。

關(guān)鍵詞:柔性制造;排產(chǎn)優(yōu)化;SMT;設計方案

中圖分類號:TP391文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)05-168-03

Scheduling Optimization System for Flexible Manufacture

SHEN Zhenfang1，HUANG Zhanwu2，SONG Qian2

(1.No.54th Research Institute，China Electronics Technology Group Corporation，Shijiazhuang，050081，China;

2.The Electrical CAD Institute，Xidian University，Xi′an，710071，China)

Abstract:This article begins with introducing the history of electronics industry whose charicteristics are ″small batch″and″more batches″.A special scheduling optimization system is developed according to the industry′s special characteristics.Focused on the development of the sub-system according to the standard developing process of software.An analysis of the bussiness process and a method to design the software are firstly indicated in detail.Then the system is divided into four sub-modules and each of these sub-modules′ function are presented.Finally the development tools are generally introduced.

Keywords:flexible manufacture;scheduling optimization;SMT;design scheme

0 引 言

電子行業(yè)作為一個20世紀中期才產(chǎn)生的新興行業(yè)，生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備、管理方法等方面都走在科技前沿。從電子產(chǎn)品的制造來說，由于電子產(chǎn)品更換快的特性，及其“多批次小批量”的生產(chǎn)模式?jīng)Q定了電子產(chǎn)品的生產(chǎn)與其他產(chǎn)品的生產(chǎn)有著不同的管理模式[1]。SMT(表面組裝技術(shù))車間排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)是柔性制造平臺的子系統(tǒng)，是對生產(chǎn)線上物料的調(diào)度與分配。由于批量小、批量不等、產(chǎn)品多樣化等因素的影響，生產(chǎn)線的組成和負荷情況會經(jīng)常變化。為了減少閑置時間、節(jié)省勞力，在組裝產(chǎn)品變化時必須進行相應的調(diào)整，以便提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。SMT車間排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)這一特點，通過采集計劃管理軟件和物料管理軟件中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，從多種“可行”的方案式中選出一個“最優(yōu)”的，形成優(yōu)化的車間排產(chǎn)方案[2]。

1 系統(tǒng)分析與設計

SMT車間排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)是將SMT車間的生產(chǎn)計劃細化為具體的生產(chǎn)作業(yè)過程，即對企業(yè)現(xiàn)有的流程、設備、計劃定單細化為生產(chǎn)作業(yè)過程，形成優(yōu)化的車間排產(chǎn)方案。通過從計劃管理軟件和物料管理軟件中所獲得的數(shù)據(jù)，從多種“可行”的安排方式中選出一個“最優(yōu)”的排產(chǎn)方案。本系統(tǒng)采取一種包括多個優(yōu)化級的分層優(yōu)化模型來處理此優(yōu)化問題，該優(yōu)化模型分為三個不同的優(yōu)化層次，生產(chǎn)線之間的系統(tǒng)級優(yōu)化、生產(chǎn)線級優(yōu)化、組裝設備級優(yōu)化。如圖1所示。

圖1 三級優(yōu)化模型

系統(tǒng)級優(yōu)化主要是處理多條生產(chǎn)線之間的配置、工作流程優(yōu)化?？梢圆捎媒⒔M(群)的方法，通過工作任務分組編排和合理分配來協(xié)調(diào)各生產(chǎn)線的工作任務。此處的分組是以該任務組中的不同產(chǎn)品所需組裝的元器件基本相同為分組依據(jù)。這樣，在同組產(chǎn)品的組裝生產(chǎn)時，根本不需要調(diào)整生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)與配置，或者是使需要調(diào)整的可能性和調(diào)整時間最小化。圖2是多工作任務分組編排和分配的示意圖。它將SMT組裝系統(tǒng)所承擔的多個產(chǎn)品組裝工作任務進行分組，并將其分配到各條生產(chǎn)線。最終達到的理想情況是一條生產(chǎn)線只分配到一個組的工作任務。

圖2 多工作任務分組編排與分配

生產(chǎn)線級的優(yōu)化是通過預先選擇合適的工作順序以便使產(chǎn)品組裝時間最小，以及因產(chǎn)品變更而要調(diào)整生產(chǎn)線設備時需要的時間最小?？梢钥紤]使用的優(yōu)先調(diào)度規(guī)則有:SPT(Shortest Processing Time)法則、MWKR(Most Work Remaining)法則、EDD(Earliest Due Date)法則、SST(Shortest Slack Time)法則、SCR(Smallest Critical Ratio)法則。

組裝設備級的優(yōu)化主要是單臺設備的優(yōu)化問題。由于SMT生產(chǎn)線的速度是由貼片機決定的，所以組裝設備級的排產(chǎn)優(yōu)化主要是針對貼片機的。首先決定貼裝軌跡路線，然后建立貼裝順序。圖3為SMT生產(chǎn)線貼片機物料分配及調(diào)度優(yōu)化原理框圖。

圖3 貼片機優(yōu)化原理圖

其中從CAD文件中獲得的數(shù)據(jù)有:PIK(貼裝文件)、BOM表和各類元器件的典型貼裝時間。PIK文件中包括元器件在PCB上的貼片位置坐標，BOM表給出貼裝工藝提供了所需要的元器件規(guī)格、種類和數(shù)量等信息。最終的輸出結(jié)果包括每臺貼片機的元器件分配表，和每臺貼片機的供料器位置、元器件貼裝排序表及PCB最終貼裝路徑圖等。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 開發(fā)工具選擇

生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)的開發(fā)采用的Visual C++ 6.0版平臺，Visual C++微軟公司出品的高級可視化計算機程序開發(fā)工具。他提供了一套開發(fā)環(huán)境，這種可視化編程環(huán)境可以令程序員花更多精力在程序功能的實現(xiàn)上，而不是底層的建設上，這就大大加快了程序開發(fā)速度和效率，這也是Visual C++一個顯著的特點。利用Visual C++編譯出的程序空間小，運行快，比其他的編譯工具編譯出的軟件占據(jù)較多優(yōu)勢[3]。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用Access數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

根據(jù)需求分析，排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)可分為四個子模塊:基礎數(shù)據(jù)維護、生產(chǎn)排產(chǎn)、生產(chǎn)線優(yōu)化、路徑優(yōu)化。其功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 功能結(jié)構(gòu)圖

基礎數(shù)據(jù)維護模塊的功能是對貼片機的參數(shù)、生產(chǎn)線信息、訂單信息進行添加，修改和刪除操作。為排產(chǎn)優(yōu)化、生產(chǎn)線優(yōu)化和路徑優(yōu)化提供基礎。貼片機的參數(shù)設置界面如圖5所示。

圖5 貼片機參數(shù)設置界面

生產(chǎn)排產(chǎn)模塊的功能是將現(xiàn)有的訂單在現(xiàn)有生產(chǎn)線上進行排產(chǎn)，在多個可行的執(zhí)行方案中選擇“最優(yōu)”的一個。排產(chǎn)的實現(xiàn)界面如圖6所示。

圖6 生產(chǎn)排產(chǎn)界面

生產(chǎn)線優(yōu)化模塊的功能是計算特定產(chǎn)品在特定生產(chǎn)線上的工作順序，節(jié)省調(diào)整生產(chǎn)線的時間。實現(xiàn)效率優(yōu)化。路徑優(yōu)化模塊的功能是從CAD文件中獲得PCB板的原始數(shù)據(jù)，根據(jù)貼片機型號，所貼元器件種類及貼片速度，利用優(yōu)化算法及相應的數(shù)學模型進行優(yōu)化計算，最后將元器件分別調(diào)度到各臺貼片機上，達到生產(chǎn)線組裝時間最小和生產(chǎn)平衡。

3 結(jié) 語

本文針對SMT行業(yè)的特點，開發(fā)出一個適用于“小

批量多批次”的排產(chǎn)優(yōu)化平臺。根據(jù)SMT的生產(chǎn)流程，把優(yōu)化過程分為三級，從而有效節(jié)約了生產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。由于本系統(tǒng)的參考模型是54所的生產(chǎn)線，所以運用到整個行業(yè)中可能會有不夠普遍的地方，這些不足會在以后的工作中進行改進，使系統(tǒng)逐漸完善。

參考文獻

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