模具生產管理系統在動態模具車間的應用
近年來，我國模具行業取得了顯著的進步，但與先進相比還存在較大差距，造成這種情況既有技術上的因素，也有生產管理系統上的原因。許多研究者對模具生產管理系統進行了研究。方天模德軟件設計的模具生產管理系統，包括工藝管理、計劃管理、備料管理及統計等子系統，適合于獨立模具制造企業，能好指導車間的加工作業；在充分分析模具生產過程并行基礎上，進一步細化了模具生產典型過程，建立了模具并行制造過程網絡圖，但未涉及模具車間的作業調度問題；完整地提出了面向模具的制造執行系統，并且給出了考慮工藝相關性的調度算法，涉及模具企業常見的批處理、配作、組合加工等細節問題，也未能從設計、采購、物料、質量等制造全流程去考慮模具生產管理系統。因此，有必要建立完整的生產管理系統，在實現模具車間作業計劃的基礎上，構建面向模具生產全流程的生產管理系統，大程度的挖掘企業潛力，提升企業效率。
針對目前模具生產管理系統的需求與特點，方天模德軟件提出并設計實現了一種基于動態車間作業計劃的生產管理系統。系統運用啟發式調度規則算法求解車間作業計劃，并結合車間實時監控反饋數據進行動態調度，能為企業編制一個可行的、滿意的車間作業計劃；同時充分考慮模具企業的特點和加工中的特殊情況，以滿足企業對模具生產的訂單、設計、采購、加工、物料等全方位的管理需求。
一：模具管理技術與車間作業計劃
模具先進制造技術極大促進了模具生產管理系統水平的提高，但大部分研究是針對企業較上層的管理信息系統，如針對模具敏捷制造、設計等的研究；或者是處于概念研究階段，而系統地針對模具車間層管理信息系統的研究較少，現有的對車間層管理的研究也多是針對其中的某一具體問題的研究，如對車間動態作業計劃的研究等，并未系統地提出解決模具企業車間管理問題的方案。
目前模具企業往往是靠管理人員，特別是車間調度員依靠經驗處理以上問題。由于無法準確掌握在制模具所有零件的加工進度，所以總是在某些模具將近交貨期時，將制造資源集中地分配給這些模具。這樣做終導致模具企業總是在不停地突擊加工即將到期的模具，極易出現超期，嚴重影響模具企業的信譽和經濟效益。方天模德軟件模具生產管理系統技術的產生為模具企業系統地解決車間層生產管理系統問題提供了有效的途徑，可以幫助模具企業做出準確的生產計劃、合理安排資源的使用、收集現場實時信息、掌握生產進度、了解資源的使用情況、迅速處理生產中的不穩定因素和突發事件等。
通過對模具企業生產特點的研究可知，模具企業生產管理系統中所面臨的一個突出的問題是車間級的生產管理系統。其中，面對幾十副不同交貨期的在制模具及其數以千計的不同工序的調度是問題的核心。為了縮短現有研究與模具企業生產管理系統瓶頸之間所存在的差距，就必須針對模具企業加工車間的作業計劃與調度進行深入的研究。
二：關鍵技術分析
1、動態車間作業計劃建模
目前所研究的大多數車間作業計劃模型都是以實際問題為基礎，考慮到問題的復雜性和多樣性，進行了抽象、簡化和諸多的假設而建立的，其模型與實際問題域往往存在較大的差異。因此，從作業計劃的實用性來考慮，在認真細致分析實際問題域的前提下，建立與實際問題相吻合的車間作業計劃模型，是進行車間作業計劃算法選擇與設計必須進行的基礎工作。目前，車間作業計劃的建模方法主要可分為以下兩大類：
?。?）圖與網絡的方法。
該類方法主要有：活動循環圖法、關鍵路徑法、組合網絡法、Petri網法、GRAI網法等。其中，以Petri網絡法的應用為廣泛。Petri網絡法具有直觀易理解等優點，在小規模問題的離散事件動態系統建模方面有其突出的優點，然而，對于實際生產系統的車間作業計劃問題建模來說，節點數目多，圖形復雜龐大，不適宜應用；
?。?）非圖或非網絡的建模方法。
車間作業計劃優化的目的是在現場監控數據、零件加工工藝數據和企業資源信息基礎上，以模具交貨期為優化目標，快速生成車間的生產計劃，并以此來組織或調整模具零件的加工過程，預測可能出現的加工延期問題。它是實現模具企業生產過程優化生產管理系統的關鍵環節。
2、基于調度規則引擎的啟發式算法
本文提出考慮組合加工的實際生產環境調度問題，是考慮到實際生產中各種復雜的因素，基于規則的啟發式算法是在實際環境目前應用為廣泛的有效調度算法。算法的設計有以下幾個關鍵點：
?。?）處于不同模式時算法的處理。
在試驗模式下需要遍歷計算所有規則，并保存每種規則的性能指標到歷史數據庫，在運行模式下則只需在歷史優調度集中進行計算；
?。?）調度規則優先度的計算。
算法中涉及到多種調度規則的使用，不同調度規則的優先度計算方法涉及的參數都不同，如MOR規則涉及的參數為工序所在零件剩余的工序數，MWKR規則涉及的參數為工序剩余加工時間。為了實現不需更改代碼就可實現新增、刪除調度規則庫中規則的功能，并盡量減少計算時間。在模具生產管理系統方面，我國模具企業的管理水平普遍較低，尤其是在車間生產管理系統及組織方面還存在許多問題。計劃的不確定性、以及設計制造過程對人員經驗的依賴性，使得模具企業盡管規模較小，生產管理系統卻非常復雜。
（3）考慮組合加工的調度。
組合加工的特性增加了調度算法的復雜性，在算法設計時要考慮如何進行簡化，在調度時算法遍歷所有工序關系，在調度過程中增加遇到非彈性組合加工關系中包含的工序，則進一步搜索相關工序，將這些工序合并為一道“虛擬工序”，將復雜組合加工工序關系轉換較為單一的工序關系，便于計算。
3、車間實時監控集成
靜態的車間作業計劃無法適用于模具企業動態多變的生產系統。為了使得車間作業計劃實用可行，必須采用動態車間作業計劃，并將動態車間作業計劃與對執行過程的監控結合起來，形成動態車間作業計劃和車間實時監控集成的模具制造過程實時調度系統。
三：面向模具企業的生產管理系統架構
1、總體功能架構
在分析和解決了模具企業車間作業計劃問題的基礎上，按照MES/ERP相關理論和方法，結合模具企業的實際流程，將整個系統劃分為系統服務、基礎資源管理、過程優化和決策支持四個部分。
2、總體技術架構
方天模德軟件提出了一種基于動態車間計劃作業的模具生產管理系統，并利用啟發式規則調度算法解決了車間級調度排程問題，突破了模具企業管理瓶頸，實現了面向模具生產全流程的管理與監控。所提出的動態車間作業調度算法不僅能夠適應實際生產環境的復雜性，如批處理、配作及多機處理等實際加工情況，同時還可快速地產生優化的調度結果，滿足計算性能和優化的指標要求，并通過動態車間監控和滾動車間作業計劃，使所制定的計劃具有時效性和指導性。與此同時，該系統通過融入
MES/ERP
相關的技術與理念，對模具生產流程的各個環節進行全方位的管理，優化了資源使用，規范了生產過程，積累了經驗知識，大幅提供了生產能力，減少了模具延期，為模具企業持續發展提供了動力。
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針對目前模具生產管理系統的需求與特點，方天模德軟件提出并設計實現了一種基于動態車間作業計劃的生產管理系統。系統運用啟發式調度規則算法求解車間作業計劃，并結合車間實時監控反饋數據進行動態調度，能為企業編制一個可行的、滿意的車間作業計劃；同時充分考慮模具企業的特點和加工中的特殊情況，以滿足企業對模具生產的訂單、設計、采購、加工、物料等全方位的管理需求。
一：模具管理技術與車間作業計劃
模具先進制造技術極大促進了模具生產管理系統水平的提高，但大部分研究是針對企業較上層的管理信息系統，如針對模具敏捷制造、設計等的研究；或者是處于概念研究階段，而系統地針對模具車間層管理信息系統的研究較少，現有的對車間層管理的研究也多是針對其中的某一具體問題的研究，如對車間動態作業計劃的研究等，并未系統地提出解決模具企業車間管理問題的方案。
目前模具企業往往是靠管理人員，特別是車間調度員依靠經驗處理以上問題。由于無法準確掌握在制模具所有零件的加工進度，所以總是在某些模具將近交貨期時，將制造資源集中地分配給這些模具。這樣做終導致模具企業總是在不停地突擊加工即將到期的模具，極易出現超期，嚴重影響模具企業的信譽和經濟效益。方天模德軟件模具生產管理系統技術的產生為模具企業系統地解決車間層生產管理系統問題提供了有效的途徑，可以幫助模具企業做出準確的生產計劃、合理安排資源的使用、收集現場實時信息、掌握生產進度、了解資源的使用情況、迅速處理生產中的不穩定因素和突發事件等。
通過對模具企業生產特點的研究可知，模具企業生產管理系統中所面臨的一個突出的問題是車間級的生產管理系統。其中，面對幾十副不同交貨期的在制模具及其數以千計的不同工序的調度是問題的核心。為了縮短現有研究與模具企業生產管理系統瓶頸之間所存在的差距，就必須針對模具企業加工車間的作業計劃與調度進行深入的研究。
二：關鍵技術分析
1、動態車間作業計劃建模
目前所研究的大多數車間作業計劃模型都是以實際問題為基礎，考慮到問題的復雜性和多樣性，進行了抽象、簡化和諸多的假設而建立的，其模型與實際問題域往往存在較大的差異。因此，從作業計劃的實用性來考慮，在認真細致分析實際問題域的前提下，建立與實際問題相吻合的車間作業計劃模型，是進行車間作業計劃算法選擇與設計必須進行的基礎工作。目前，車間作業計劃的建模方法主要可分為以下兩大類：
?。?）圖與網絡的方法。
該類方法主要有：活動循環圖法、關鍵路徑法、組合網絡法、Petri網法、GRAI網法等。其中，以Petri網絡法的應用為廣泛。Petri網絡法具有直觀易理解等優點，在小規模問題的離散事件動態系統建模方面有其突出的優點，然而，對于實際生產系統的車間作業計劃問題建模來說，節點數目多，圖形復雜龐大，不適宜應用；
?。?）非圖或非網絡的建模方法。
車間作業計劃優化的目的是在現場監控數據、零件加工工藝數據和企業資源信息基礎上，以模具交貨期為優化目標，快速生成車間的生產計劃，并以此來組織或調整模具零件的加工過程，預測可能出現的加工延期問題。它是實現模具企業生產過程優化生產管理系統的關鍵環節。
2、基于調度規則引擎的啟發式算法
本文提出考慮組合加工的實際生產環境調度問題，是考慮到實際生產中各種復雜的因素，基于規則的啟發式算法是在實際環境目前應用為廣泛的有效調度算法。算法的設計有以下幾個關鍵點：
?。?）處于不同模式時算法的處理。
在試驗模式下需要遍歷計算所有規則，并保存每種規則的性能指標到歷史數據庫，在運行模式下則只需在歷史優調度集中進行計算；
?。?）調度規則優先度的計算。
算法中涉及到多種調度規則的使用，不同調度規則的優先度計算方法涉及的參數都不同，如MOR規則涉及的參數為工序所在零件剩余的工序數，MWKR規則涉及的參數為工序剩余加工時間。為了實現不需更改代碼就可實現新增、刪除調度規則庫中規則的功能，并盡量減少計算時間。在模具生產管理系統方面，我國模具企業的管理水平普遍較低，尤其是在車間生產管理系統及組織方面還存在許多問題。計劃的不確定性、以及設計制造過程對人員經驗的依賴性，使得模具企業盡管規模較小，生產管理系統卻非常復雜。
（3）考慮組合加工的調度。
組合加工的特性增加了調度算法的復雜性，在算法設計時要考慮如何進行簡化，在調度時算法遍歷所有工序關系，在調度過程中增加遇到非彈性組合加工關系中包含的工序，則進一步搜索相關工序，將這些工序合并為一道“虛擬工序”，將復雜組合加工工序關系轉換較為單一的工序關系，便于計算。
3、車間實時監控集成
靜態的車間作業計劃無法適用于模具企業動態多變的生產系統。為了使得車間作業計劃實用可行，必須采用動態車間作業計劃，并將動態車間作業計劃與對執行過程的監控結合起來，形成動態車間作業計劃和車間實時監控集成的模具制造過程實時調度系統。
三：面向模具企業的生產管理系統架構
1、總體功能架構
在分析和解決了模具企業車間作業計劃問題的基礎上，按照MES/ERP相關理論和方法，結合模具企業的實際流程，將整個系統劃分為系統服務、基礎資源管理、過程優化和決策支持四個部分。
2、總體技術架構
方天模德軟件提出了一種基于動態車間計劃作業的模具生產管理系統，并利用啟發式規則調度算法解決了車間級調度排程問題，突破了模具企業管理瓶頸，實現了面向模具生產全流程的管理與監控。所提出的動態車間作業調度算法不僅能夠適應實際生產環境的復雜性，如批處理、配作及多機處理等實際加工情況，同時還可快速地產生優化的調度結果，滿足計算性能和優化的指標要求，并通過動態車間監控和滾動車間作業計劃，使所制定的計劃具有時效性和指導性。與此同時，該系統通過融入
MES/ERP
相關的技術與理念，對模具生產流程的各個環節進行全方位的管理，優化了資源使用，規范了生產過程，積累了經驗知識，大幅提供了生產能力，減少了模具延期，為模具企業持續發展提供了動力。
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