基于網格環境的制造資源優化配置區間規劃

樊文澤

（內蒙古工業大學機械學院，內蒙古呼和浩特 010051）

0 引言

制造網格為制造資源共同分享、高效管理與提供制造資源服務的集成型平臺。制造資源是產品生命周期中落實產品設計、制造與服務等各類活動的總稱，異構性、多元性與繁雜性是其特征。網格環境下對制造資源進行優化配置，是提升產品全生命周期資源共享率與利用率的有效辦法，而上述目標實現的基礎是在網格環境下建設制造資源優化配置的區間規劃模型。

1 制造網格環境對資源模型建設的要求

（1）完整性，即對資源的所有屬性均要有一個完整的定義與闡述。

（2）具備一個完整統一的數據模式，為制造資源的后續管理與調度創造便利條件。

（3）應該涉及到制造活動的具體資源信息，具體是指模型應與資源制造能力以及制造任務間建設明確關系。

（4）模型具備支持網絡環境下異構系統間的數據信息交互與共享的功能[1]。

（5）所研究的制造資源模型適用對象不單是制造信息化中的某一系統，而應適用于制造網格平臺上各類系統。

2 制造資源優化模型建設

2.1 制造資源的物理模型

制造資源的物理模型由軟件資源與硬件資源2大部分構成，其實質上是制造資源物質要素構成的模型。

圖1代表制造資源整體框架，上半部分代表靜態制造資源，即軟件資源和硬件資源。其中，每一靜態制造資源都具備自體運行狀態信息，全部的狀態信息統一被叫做資源狀態信息，其歸屬于本框架下半部分所呈現的動態制造資源。

圖1 制造資源整體框架

只有在供應鏈系統大框架建設健全基礎上，制造資源組織、規劃與優化目標才有可能達成，網絡化制造動態企業聯盟是其運行的核心。在企業內部，制造資源分布的層次結構并清晰羅列，其按照制造資源的類型將其細化為6個層面，即聯盟層、企業層、車間層、制造單元層、工作組層與設備層。聯盟層結構為制造資源配置期間關鍵研究部分之一，也是網絡化制造資源優化配置模型建設的重點。聯盟層承擔的責任重大，參與到任何任務配置過程、管理資源分配速率與效率，同時也與制造任務運行模式建設連帶關系，共同完成對制造資源重組任務還能動態化地獲取所有制造單位運轉狀態信息。制造企業為實現可持續發展目標，管理者就應對聯盟層所具備的職責以及資源在其間利用情況有整體性認知，和聯盟層建設信息實時反饋體制。車間層職責在于明確本車間的加工任務，以及所應用的制造單元或工作組的運行狀態信息。制造單元層應明確并落實本單元的任務信息與工作組以及設備信息，為了確保制造資源配置、組織與管理的便利性，夾具、量具、刀具等信息管理均應歸屬該層面[2]。

2.2 以UML為基點的制造資源數據模型的建設

本次研究中，采用面向對象軟件Delphi的設計方法以及UML（Unified Modeling Language，統一建模語言或標準建模語言），設計并建設制造資源優化配置的區間規劃模型、其中，類圖模型被設為概念數據模型的拓展部分，其具備軟件設計與數據庫設計雙重優勢特征。

2.3 評估指標體系的建設

（1）交貨時效性。體現出制造資源商對制造資源任務的落實情況，即速率與效率。

（2）預計生產能力。一般將年作為時間單位，去表示企業的整體生產能力，例如萬噸/年、套/年等。對于制造企業而言，可將本企業單位時間生產批量設為計量單位，其是干擾時間因素的關鍵指標之一。

（3）制造生產率。即單位時間中產品質量達標數目與單位時間中制造該產品的平均人數間的比值，其是影響時間因素的主要指標。

（4）設備生產能力。這也是影響時間因素的重要指標，通常體現在生產批量和生產率2方面，生產批量能呈現出設備生產能力（下面將設備生產率設為評估設備生產能力的標準），而設備生產率即單位時間中能夠制造出的工件數目。

（5）工人技術級別。這是干擾被制造產品周期、質量與成本高低的重要指標之一，可分為初級工、中級工、高級工、技師、高級技師等職稱，在配置過程中需參照層次分析法標度標準，對不同級別工人所占比例按表配置[3]。

（6）制造任務負荷度。通常指生產車間、制造單元、工作組等環節在運行期間所承擔的職責與任務，在其他環節制造資源所需量明確情況下，估測自體運營期間所需資源量以及所產生的效果。

（7）設備運轉情況。主要是傳遞出設備某一時間點的運轉狀態信息。

（8）精度能力。它是干擾產品制造質量的主要因素之一。精確能力的評估結果能夠檢驗制造企業設備能否符合所規定的精確度標準，尺寸精度、幾何精度和粗糙度3大指標能夠呈現出精度能力。

（9）設備高端性。設備的高端性對機械制造效率與質量均產生影響，數控機床的高端度通常高于普通機床。

（10）質量認證體系。依照當前我國相關部門制定與頒發的質量認證標準，結合企業發展現狀，施以管控措施，以協助制造企業連續強化產品質量安穩性[4]。

（11）環保措施。環保能力與產品的環保性能在制造企業發展中體現的價值是極為重大的。其要求制造企業在運營過程中主動落實回收再利用措施、環保認證與產品的環保性能3大項內容。

3 網格環境下企業資源優化配置的逆優化模型

在市場經濟條件下，制造企業產品生產任務是否落實，決定因素不僅僅是自體，市場需求的作用不容忽視。因此，制造企業需在分析市場交易運行態勢下，結合市場需求設定產品的生產任務，并進一步提升制造資源交易數目的交易數額。實質上就是采用對資源數額整改方式，去確保市場需求的生產任務成為資源數額調整后所對應資源優化配置的最佳點。此時，可以將企業的資源優化配置模型的互補最佳性作為限制條件，將資源數目作為優化變量的逆優化模型，去明確每一企業可提供的資源種類與數目以及需租賃的資源種類與數目[5]。

在制造資源交易過程中，資源需求方持有采用最低價格獲取所需資源的意念，但需綜合分析網格中其他需求方對同類資源的需求量與出價情況。此時如果企業給出的采購價格過低，就有無法獲得所需資源的可能。當然，資源供給方也希望以較高價格進行交易活動，只有在科學評估需求方的采購能力的基礎上，才有可能規避無需求方采購資源以及資源浪費現象。這就需要資源供給方與需求方，在網格中介組織合理提出資源預租賃價格，以確保網格上的資源交易活動有序有效運行[6]。

在制造資源供給與需求共同作用下，資源的交易價格才會明確化，這也是資源需求方愿意支付的價格以及供給方可以接受的單價。也就是說，在制造資源價格設定上，需求方與供給方的出價不能懸殊太大。制造資源是為產品生產服務的，而資源自身價格對其交易價格起決定作用，但是因為服務產品的無形性、客戶參與性以及服務產生與消費的同步性，以致服務質量對產品價值產生深遠影響。因此，資源服務質量的優劣決定制造資源交易價格，而制造資源的服務質量可以采用制造資源的影子價格表示。在供求雙方的使用價值與技術水平沒有顯著差異情況下，制造資源在供求雙方的應用環境中均達到科學配置，就不會對各方整體效益目標實現產生較大影響，可以采用資源價格作為優化變量的逆優化模型，去確定每一企業可提供資源的出價與所需租賃資源的進價[7]。

4 結束語

制造網格中資源的優化配置始終是制造網格領域中的重要研討問題之一，建設有效的資源配置方案，在提升制造企業資源利用率、保證制造任務在限定期限中保質保量完成等方面，有較大現實價值。以資源使用量與資源交易參考價格為參變量的線性規劃模型，彰顯了網格環境下制造資源流動快速可隨著市場需求變化對制造資源彈性提出一定需求，闡述了網格環境下制造資源優化配置的區間規劃模型建設與推廣的可行性。