离散制造业集成化作业计划管理方法研究

发布时间：2020-11-09 10:14

　　 离散制造企业具有产品需求多样化、产品结构复杂、产品工艺柔性以及生产环境动态多变等特点。作业计划直接面向生产制造过程中车间制造资源的组织、协调和优化运行。作业计划管理方法的科学性和敏捷性直接关系到企业的生产效率和市场反应速度。随着计算机集成制造等先进制造模式和信息技术的发展,作业计划的管理正向着信息化、集成化的方向发展。本研究在国家科技支撑计划(2012BAF12808)和国家自然科学基金(70772086)的支持下,针对离散制造企业作业计划管理体系和方法中存在的问题,在分析国内外关于作业计划管理理论、方法和应用现状的基础上,综合运用系统、集成的思想,研究了离散制造企业集成化作业计划管理的框架体系和方法。 首先,针对离散制造企业生产流程和作业计划管理业务流程的特点,建立了由作业计划层、生产调度层和活动控制层组成的离散制造业集成化作业计划管理的体系结构,分析了离散制造业集成化作业计划管理包含的主要内容、关系和难点,并基于此构建了基于BPS/MES/PCS的集成化作业计划管理的功能模型,分析了系统之间集成和交互的信息流。 针对企业生产计划分层控制的缺陷,构建了作业计划与MRP计划的集成控制模式,针对集成控制模式下作业计划编制问题中产品的结构、工艺和MRP计划等多重约束的特点,建立了该问题的生产过程网络图模型,基于图论的优化方法,设计了基于动态关键路径的作业计划编制算法。通过应用实例的对比表明,该方法能快速有效的制定可行的作业计划,并缩短生产周期。 针对离散制造业的许多产品采用柔性工艺设计增加作业计划调度的复杂性这一问题,结合离散制造业产品柔性工艺的类型和特点,对传统的FJSP进行了工序顺序柔性的扩展,将问题抽象为(Flexible Process Job-shop Scheduling Problem, FPJSP)问题,以缩短生产周期为目标,建立该问题的整数规划模型,设计了求解该模型的遗传算法和变邻域搜索算法相结合的混合遗传算法。通过应用实例验证了所提的混合遗传算法对求解FPJSP的有效性。 针对离散制造业车间生产环境复杂多变造成作业计划执行跟踪困难的问题,建立了参考数据模型以分析作业计划执行跟踪过程中相关实体之间的关系,以批次为追溯单元,以作业计划执行过程信息的实时准确跟踪为目的,基于微分几何仿射空间的相关理论,建立基于n维仿射空间的批次跟踪模型,设计了基于n维仿射空间的跟踪数据存储结构和作业计划执行过程信息跟踪算法。应用实例表明该跟踪模型和算法可以有效减少数据冗余提高跟踪效率。 最后将研究成果与生产的实际需求和信息技术相结合,基于上述模型和算法,开发了集成化作业计划管理的原型系统,探讨了本文研究的集成化作业计划方法在离散制造企业的应用,验证了本文研究的集成化作业计划方法的可行性与有效性。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：F406.2
【部分图文】：

在每个生产组织，常常按照主要的工艺流程安排生产设备的位置，工件从一个工作中心到另外一个工作中心进行不同类型的工序加工。如图2.1所示的是典型的离散加工装配式制造的生产流程。图中的产品由多个部件构成，各组成部件分别在各生产车间进行加工和装配作业，最后在总装车间将部件装配成整机。-23 -

和集成信息架构（Architecture of Integrated Information Systems, ARIS)方法，建立的集成化作业计划管理的体系结构如图2.4所示。ARIS方法是德国Saarland大学Scheer教授提出的一种面向过程的模型结构，基于信息集成的思想，将复杂的模型分解为独立的视图，以面向对象的方法描述企业的组织视图、数据视图和功能视图，通过过程视图来描述以上视图之间的关系。(1)组织视图组织视图描述了一般离散制造企业的组织单元、层次结构、隶属关系等。离散制造业典型的组织结构按照职能分为技术部、工艺质量部、财务部、生产部等。其中计划的制定和实施管理主要由生产部及其下属部门负责。(2)数据视图数据视图是功能视图中数据来源、过程视图处理的信息，描述了作业计划管理的过程中涉及到的所有的数据，如计划制定的产品结构、工艺、能力等基础数据，计划执行过程中收集的计划执行进度、质量、成本等生产过程数据，以及对生产数据分析得到的供应商需求、订单交付能力等数据。数据视图中数据的共享来保证计划、成本、供应链等管理系统信息的一致性和真实性。(3)功能视图功能视图是为了支持一个或多个目标而应用于对象之上的操作，描述了作业计划管理体系的功能需求以及各功能模块之间的静态联系，以功能树的形式描述企业功能分解层次关系的配置信息

Fig. 2.5 Functional model for integrated operation plan management如图2.5中所示，MES层是集成化作业计划管理系统的重要部分，以优化整个生产过程为核心，面向作业计划执行过程中车间各生产要素的管理和控制，主要功能包括：维护作业计划编制与调度所需要的产品结构、工艺等基础数据及PDM提供的计划执行所需的设计图纸、工艺卡片等文档资料，根据BPS层计划和能力需求与车间的能力供给情况，通过作业计划编制和调度将BPS层计划分解为可执行的车间生产指令，通过数据采集等手段，对生产过程进行监控，支持计划执行过程中产品、质量、成本、物料等信息的跟踪
【参考文献】

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本文编号：2876267