工藝規劃與車間調度集成系統的研究

王 磊，任慧娟

（1.河南省工程咨詢中心，河南 鄭州 450000；2.鄭州職業技術學院，河南 鄭州 450100）

工藝規劃與車間調度集成系統的研究

王 磊1，任慧娟2

（1.河南省工程咨詢中心，河南 鄭州 450000；2.鄭州職業技術學院，河南 鄭州 450100）

工藝規劃系統和車間調度系統作為生產制造體系中2個獨立的子系統，占據著非常重要的地位。以往的研究都是將這2個系統分別作為獨立的子系統進行研究，對這2個系統的集成研究還較少，這使得企業在縮短產品生產周期、降低返工率和提高制造系統的柔性等方面遇到了瓶頸。在對二者研究的基礎上，對工藝規劃系統和車間生產調度系統的集成進行了探索，并展望了其發展趨勢，為企業縮短產品生產周期、降低開發成本、提高生產效率奠定了良好的基礎。

工藝規劃；車間調度；集成系統；CAPP

1 工藝規劃的發展現狀

早期的工藝規劃是基于經驗由人工來完成的。但隨著生產規模的擴大、生產條件的改善和生產要求的提高，工藝人員對實際生產制造環境的及時應對越來越差。為了解決這一系列問題，在20世紀60年代中期，誕生了計算機輔助工藝設計（CAPP）。CAPP的實質是用計算機代替人工來制定工藝路線的工作，使工藝人員從煩瑣的工作中擺脫出來。隨著計算機和網絡技術的發展，國內外學者不斷改進CAPP系統，在CAPP系統中引入了人工神經網絡、人工智能和面向對象等先進的技術。工藝規劃系統沒有實現完全的自動化，并且系統的集成性較差，歸納起來主要有以下幾點原因：①零件工藝路線本身的復雜性造成了工藝規劃系統的復雜性；②針對以制造資源設備實時可加工性為基礎的工藝規劃系統的研究較少；③從信息化的角度需要對企業制造底層的工藝推理機制進行研究；④需要對工藝規劃的邏輯方法進行系統化的研究。目前，大多數企業采用成組編碼或手工輸入的方式，不但不能將零件的信息清晰、完整地表達，反而增加了工人的工作強度。

零件工藝路線的多樣性與復雜性造成了工藝規劃系統的復雜性，將車間生產制造資源與工藝規劃系統結合，能夠有效地對工藝路線進行優化選擇，同時也能夠降低車間調度計劃的返工率。因此，車間生產制造資源就成了面向工藝規劃與車間調度的一個結合點，是研究二者集成系統的基礎。

2 車間生產調度的研究現狀

調度所研究的問題主要是根據不同的任務單內容，分配加工制造資源，并完成任務單的生產任務，這個過程是決策一個或多個目標的優化過程。隨著科學技術、網絡技術和生命科學的多學科交叉和滲透，研究者模仿自然現象的運行機制，發明了許多新的方法，包括遺傳算法、免疫算法等。這些先進的算法使得調度問題的研究向著多元化方向發展。縱觀車間調度問題的研究、應用和發展，在制造領域提高生產效率的同時，也顯露出了許多問題。分散的調度系統研究并未形成一套系統的方法和理論，研究的結果在實際應用中還存在一定的問題。過于程序化的調度系統并沒有與實際生產相結合，在今后的研究中應以調度系統為重點，結合工藝路線的實際應用，加強制造管理過程中的技術目標發展。

3 工藝規劃和車間生產調度集成的研究

隨著網絡化和市場需求個性化的發展，企業越來越多地轉向了單件小批量的生產方式。傳統的工藝規劃周期長，且設計出來的工藝規劃方案未能考慮車間的實際生產情況，已經不能適應當前形勢的發展，迫切需要建立一種適合產品開發和生產調度的方法，以求縮短開發周期、降低生產成本。在這種情況下，工藝規劃和生產調度集成就應運而生。目前，國內外對集成系統的研究主要有以下幾種模型。

3.1 非線性工藝規劃（NLPP）

NLPP是在工件加工前，優先選擇多條工藝路線，并對每條工藝路線進行可行性排序，在應用到實際車間生產時，應根據車間加工制造的資源由調度系統進行工藝路線比選。目前，大多數的研究內容都采用該思想。非線性工藝規劃模型的原理是在制訂零件的工藝路線時，生成盡可能多的工藝路線，為調度系統提供盡可能多的工藝路線。然后在工藝優化準則的刪選下根據優先等級儲存在數據庫中。當工件進入加工車間后，調度系統根據車間制造資源的實時狀況，按照工藝路線的優先等級選擇合適的工藝路線進行生產加工。

3.2 閉環工藝規劃（CLPP）

該模型是調度系統根據工藝路線在可用的制造資源條件下選擇最優工藝路線，所以CLPP考慮到了車間制造資源的實時狀態，在當前的生產環境下生成了可行的工藝路線。

因此，調度系統反饋的生產制造資源的實時狀態是連接工藝規劃系統與車間調度系統的橋梁。該模型能夠根據生產實際情況來對工藝路線進行優化。工藝規劃系統可根據調度系統反饋的生產時間情況及時修改和調整工藝路線，從而優化工藝流程。而工藝規劃系統將工藝路線與車間調度系統緊密地聯系在一起，形成了工藝規劃與調度系統的閉環回路，明顯提高了工藝規劃系統的實時性和可操作性，提高了企業的工作效率，降低了生產成本。

3.3 分布式工藝規劃（DPP）

DPP也稱并行工藝規劃模型，其將工藝規劃與車間調度同時進行，它將2個系統分2個階段來完成，第一階段是初步規劃階段，主要對零件進行特征分析，并根據零件的特征信息來確定粗加工方法，同時對需要采用的設備進行優化；第二階段是工藝路線的詳細優化，這個階段主要是將第一階段預估的生產信息與車間的可用資源進行匹配，從而優選出最合適的生產調度計劃和最優的工藝路線。該模型在工藝路線與調度計劃的初期就解決了相互設計的問題，2個系統能進行交互溝通，在整個優化過程中體現了交互、協調與合作。

4 結論

當前客戶需求逐漸朝著小批量、個性化的方向發展，并且對服務時效性和滿意度的要求也逐漸提高。工藝規劃系統和車間調度系統集成方法的研究，實現了2個相互獨立的子系統進行有效的集成，對實際生產加工的指導具有獨特的效能。對工藝規劃系統、車間生產調度系統集成進行研究，通過分析集成系統所具備的柔性，對基于現代柔性工藝路線的制定及基于遺傳算法的車間調度方法進行優化，在此基礎上對2個子系統進行集成，能夠有效縮短產品的生產周期，降低企業的開發成本，提高企業的生產效率。

［1］陳炳森，張曙.生產系統學［M］.上海：同濟大學出版社，1992.

［2］高亮，李新宇.工藝規劃與車間調度集成研究現狀及進展［J］.中國機械工程，2011（8）.

〔編輯：劉曉芳〕

TH162

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.17.108

2095－6835（2017）17－0108－02

王磊（1988—），男，河南焦作人，碩士，鄭州輕工業學院，研究方向為制造業信息化。任慧娟（1987—），女，河南武陟人，碩士，河南農業大學，研究方向為企業管理。